作者簡介

翁曉姚

翁曉姚，上海城投水務(wù)(集團)有限公司運營管理中心主任，碩士，高級工程師，從事供排水生產(chǎn)運營管理工作。負責(zé)《現(xiàn)代化水廠水質(zhì)提升的全方位動態(tài)管理》等多個項目，獲上海市企業(yè)管理現(xiàn)代化創(chuàng)新成果獎；組織《城鎮(zhèn)供水廠運行、維護及安全技術(shù)規(guī)程》中部分章節(jié)的修訂工作；參與國家重點研發(fā)計劃“長江黃河等重點流域水資源與水環(huán)境綜合治理”專項、“十三五”國家重大水專項和市科委等科研項目9項。

積極應(yīng)對氣候變化是我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求，也是負責(zé)任大國應(yīng)盡的國際義務(wù)和應(yīng)有的歷史擔當。習(xí)近平總書記于2020年9月在聯(lián)合國大會上提出我國“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”的莊嚴承諾。之后，我國發(fā)布了《關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《2030年前碳達峰行動方案》等，表明堅定不移走生態(tài)優(yōu)先、綠色低碳的高質(zhì)量發(fā)展道路的決心，碳達峰、碳中和成為了國內(nèi)能源、建筑、交通乃至水務(wù)行業(yè)的熱門詞匯。供水企業(yè)提高能源利用效率，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中減少溫室氣體排放，尋求綠色低碳發(fā)展新路徑，成為新形勢下必須解決的重要課題。本文基于雙碳背景，對供水企業(yè)實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展提出一些想法供同行參考。

根據(jù)《京都議定書》中規(guī)定，需控制的溫室氣體有二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化合物、全氟碳化合物和六氟化硫共6種。對全球升溫的貢獻百分比來說，二氧化碳所占的比例最大，約為25%。目前全世界每年共排放約400億t二氧化碳，中國大約占1/4，約為100億t，年度人均排放超過全球人均水平。

碳達峰是指二氧化碳排放量在某個時間達到峰值，其核心是碳排放增速持續(xù)降低至負增長。碳中和是指排放量與固碳量相等，就是人類可以排放一定數(shù)量的二氧化碳，但這個排放量中的一部分被自然過程吸收而固定，余下部分則通過人為努力而固定(比如把二氧化碳收集后轉(zhuǎn)為工業(yè)品或封存于地下)。碳達峰并不意味著將峰值調(diào)高，以后再減排，而是應(yīng)盡量把峰值壓低，實現(xiàn)2060年碳中和目標。

2001年世界資源研究所和世界可持續(xù)發(fā)展商業(yè)理事會提出碳排放3個范圍，用于測量和報告與其業(yè)務(wù)相關(guān)的溫室氣體排放量：范圍一(直接排放)是指煤炭、天然氣、石油等化石能源燃燒活動和工業(yè)生產(chǎn)過程等產(chǎn)生的溫室氣體排放；范圍二(間接排放)是指因使用外購的電力和熱力等所導(dǎo)致的溫室氣體排放；范圍三(延伸責(zé)任排放)是指生產(chǎn)采購的原料、產(chǎn)品使用、外包的活動、廢物處置以及員工公務(wù)旅行產(chǎn)生的溫室氣體排放。

對于供水企業(yè)而言，碳排放主要來自間接和延伸責(zé)任排放范圍。據(jù)估計，世界能源2%～3%用于城市引水、地區(qū)原水的提升、城市飲用水處理及輸配供應(yīng)，可見城市供水在城市地區(qū)的能源消耗總量中占很大比例。東京市能源率在國際上已經(jīng)處于較為領(lǐng)先的水平，東京市供水系統(tǒng)從取水、送水、凈水、輸水配水至供水的全流程的年用電量約8億kW·h，為東京城市總年度用電量的1%左右。因此，雙碳目標下供水企業(yè)責(zé)任重大，要實現(xiàn)企業(yè)綠色低碳發(fā)展，筆者認為關(guān)鍵做好以下3項工作：推進設(shè)備節(jié)能措施，提升能源利用效率，探索可再生能源應(yīng)用，減少碳排放；開展節(jié)水技術(shù)研究，加強水源地保護，從源頭上控制藥耗；促進水和污泥資源化利用，建立并完善能源管理體系，構(gòu)建能源管理新模式。

與供水企業(yè)有關(guān)的碳排放主要來源于電力消耗，自2000年以來，我國用于飲用水供應(yīng)的電力消耗增長了1倍多，泵、電機、風(fēng)機、變壓器等設(shè)備是高能耗的重點。如何在滿足工況條件下提高水泵和電機運行效率，是設(shè)備節(jié)能的關(guān)鍵，供水企業(yè)應(yīng)加大對該方面的投入和研究，通過對設(shè)備運行工況進行分析和能效評價，按照節(jié)能潛力分析逐步落實節(jié)能改造項目，推動能源利用效率的不斷提高。

目前，行之有效的節(jié)能措施有：采用變頻技術(shù)改造、電機高效節(jié)能再制造、機泵葉輪切削等，以全面提升能效標準；加強對管網(wǎng)系統(tǒng)需求變化、機泵特性曲線與實際運行情況之間的匹配程度分析，對匹配情況差異性較大的進行重新設(shè)計改造，尋求最佳泵組效率組合；變配電系統(tǒng)優(yōu)化升級，盡量將變壓器運行負荷控制在經(jīng)濟運行區(qū)間內(nèi)，減少線路布置，降低變配電系統(tǒng)的電力損耗；在滿足供水量前提下以能耗最低為原則，統(tǒng)籌考慮水廠和供水水庫泵站一體化調(diào)度運行模式；在新建、技改等項目中優(yōu)先采用環(huán)保型、節(jié)能型電氣和設(shè)備，逐步淘汰高能耗、低能效設(shè)備。

有些企業(yè)已利用數(shù)字化技術(shù)建立原水和供水智能調(diào)度管理信息系統(tǒng)，對輸配系統(tǒng)日常運行及調(diào)度進行管理。某原水系統(tǒng)智能調(diào)度平臺運用全系統(tǒng)高精度水力仿真模型，結(jié)合調(diào)度運行實際需求建立智能調(diào)度決策模型，自動執(zhí)行能耗最優(yōu)方案，實現(xiàn)原水調(diào)度從人工經(jīng)驗向智能決策的轉(zhuǎn)變，系統(tǒng)上線后原水供應(yīng)累計電耗降低5%，有效保障原水供應(yīng)安全、高效、經(jīng)濟。某水廠通過水平衡控制及數(shù)字孿生仿真系統(tǒng)，對真實水廠進行數(shù)字映射，實現(xiàn)“能效”和“穩(wěn)態(tài)”兩種模式調(diào)度，在運維管理升級的同時帶來顯著的碳減排優(yōu)勢。2021年，該水廠制水用電單耗下降4%。

化石燃料是工業(yè)革命以來人類得以發(fā)展進步的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，如何逐步擺脫對化石燃料的依賴，真正向低碳社會轉(zhuǎn)型，將是一項十分嚴峻的挑戰(zhàn)�？稍偕�能源發(fā)展速度之快“超乎想象”，現(xiàn)已超過煤炭成為全球最大新增電能來源。2021年，我國可再生能源新增裝機1.34億kW，占全國新增發(fā)電裝機的76.1%；可再生能源發(fā)電量穩(wěn)步增長，達到2.48萬億kW·h，占全社會用電量的29.8%。

太陽能光伏發(fā)電以其清潔、高效、安全、可再生等優(yōu)勢，成為環(huán)境友好的替代能源之一。太陽能發(fā)電成本的大幅下降和政策的支持，推動了光伏市場的蓬勃發(fā)展。2016年可再生能源發(fā)電占全球凈新增電力容量的近2/3，其中太陽能光伏發(fā)電增長了50%，首次超過了煤電的凈增長。太陽能電力容量增加超過了74 GW，其中近1/2來自中國。

近年來，國內(nèi)一些供水企業(yè)引入光伏技術(shù)，在技術(shù)角度、經(jīng)濟角度、安全角度對可再生能源的建設(shè)進行系統(tǒng)評估基礎(chǔ)上，探索屋頂分布式光伏電站、水面漂浮式光伏電站和太陽能路燈的建設(shè)。光伏發(fā)電項目可以利用水廠既有建筑物的屋頂，也可在水池上安裝，起到遮光的效果，抑制水池內(nèi)部藻類的生長。當然，水池和屋面是否能承受光伏系統(tǒng)增加的荷載，需事先做好評估。上海、北京和江西等水廠已陸續(xù)在清水池、沉淀池上方、屋頂建設(shè)分布式光伏電站，實現(xiàn)全容量并網(wǎng)發(fā)電。某水廠光伏項目于2016年實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，利用水廠清水池和沉淀池，裝機容量為4.6 MW，為廠區(qū)節(jié)省13%～15%的電量。

光伏技術(shù)在供水企業(yè)中應(yīng)用已較為成熟，供水企業(yè)可排摸安裝光伏等可再生能源潛力，利用用電負荷高且生產(chǎn)運行連續(xù)不間斷的特點，通過擴大太陽能光伏建設(shè)規(guī)模，增加可再生能源的使用比例，進一步優(yōu)化企業(yè)能源結(jié)構(gòu)。

隨著聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標和理念的不斷推進，水與能源之間的相互依存性和制約性也得到了更為廣泛的認知和重視，節(jié)水即節(jié)能的概念應(yīng)運而生。供水管網(wǎng)的漏損控制管理是城市水資源管理以及節(jié)水管理中的重要環(huán)節(jié)：對灰口鑄鐵管、鍍鋅鋼管、UPVC、混凝土管等老舊管網(wǎng)更新改造，優(yōu)化管網(wǎng)結(jié)構(gòu)；通過對各管網(wǎng)獨立計量區(qū)域(DMA)分區(qū)管理內(nèi)的流量和壓力節(jié)點實時監(jiān)測，可及時發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)供水異常，測算出區(qū)域的漏損情況并輔助查找漏點，有效降低管網(wǎng)漏損率。

有些供水企業(yè)開展管網(wǎng)態(tài)勢感知研究，在重要路段、市政給水管道材質(zhì)變化點、深基坑施工處等薄弱處安裝漏失監(jiān)測儀進行實時監(jiān)測，應(yīng)用Sahara-系纜式管道檢漏及視頻檢查技術(shù)、智能球、CCTV等檢測，掌握管網(wǎng)真實運行狀況。

東京都水道局對管網(wǎng)漏損率控制值得借鑒，從硬件改造、管理加強以及技術(shù)開發(fā)等全方位措施來降低漏損率。從1994年起有計劃地對供水管道(含配水管道和用戶管道)進行替換和管材改良。2003年，球墨鑄鐵的配水管、不銹鋼的用戶管道占比分別達到97%、99%，同年度管道漏損率為4.7%，相較1983年下降70%。在更換管材和安裝抗震接頭的同時，東京都水道局也通過例行巡檢、泄漏測算和管道泄漏排查等預(yù)防方式，對地上和地下的早期管網(wǎng)泄漏進行預(yù)查和修復(fù)，并開發(fā)適用于不同施工要求和作業(yè)場合的管道防漏控制相關(guān)設(shè)備技術(shù)，有效控制漏損率。

水處理過程中消耗的藥劑在生產(chǎn)和運輸過程中會排放溫室氣體，因此，控制水處理過程中的藥劑加注量，可間接減少生產(chǎn)運行過程中的碳排放量。

優(yōu)質(zhì)的水源可大大減少飲用水處理難度和藥耗。以水庫或湖泊為水源時，應(yīng)更重視入湖(庫)河流水質(zhì)控制，特別是磷及其他營養(yǎng)物質(zhì)，以免發(fā)生由于富營養(yǎng)化引起的嗅味和藻毒素問題。我國在流域水質(zhì)保護方面相對較欠缺，以長江為例，其流經(jīng)多個省市，上游城市的排污口位于下游城市飲用水源的上游，對下游水源水質(zhì)勢必會有影響。我們可借鑒國外流域治理方面成功經(jīng)驗，萊茵河途經(jīng)歐洲多個國家，由巴塞爾城市州IWB公司、康斯坦茨湖-萊茵河區(qū)供水商協(xié)會(AWBR)、萊茵河集水區(qū)國際水廠協(xié)會(IAWR)和Regiosuisse(瑞士經(jīng)濟事務(wù)總局推動地區(qū)發(fā)展的全國性網(wǎng)絡(luò))4個國際組織開展合作，通過簽署萊茵河國際預(yù)警與警報方案、萊茵河高度預(yù)警方案和The TRINAT協(xié)議，巴塞爾城市州、法國和德國勒拉赫地區(qū)內(nèi)一旦發(fā)生水污染等類似事件，將協(xié)同預(yù)警并通知各方。因此，加強源頭管控，發(fā)揮流域管理機構(gòu)或組織的協(xié)同作用，要求沿線不同省份、不同地域減少排放污染物，保護水源地，建立并完善水源水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)，這對于后續(xù)處理工藝和藥耗控制至關(guān)重要。

當原水pH高時，有些水廠會采取增加混凝劑的加注量以達到控制出廠水鋁指標的目的，這樣藥耗必然顯著上升。原水中加二氧化碳精準調(diào)pH技術(shù)已在某些水廠中應(yīng)用，該工藝可實現(xiàn)pH的精準調(diào)控，達到穩(wěn)定、有效的控鋁效果。相較于原工藝，二氧化碳投加系統(tǒng)的使用，能夠降低藥劑的投加量，并減少后續(xù)污泥處置量。以水量為16萬m3/d計，可降低水廠藥耗約為15%。

水廠污泥出路一直困擾著供水企業(yè)。水廠排泥水經(jīng)離心或板框脫水處理后，產(chǎn)生干泥量較多，含固率為25%～40%。水廠污泥主要成分為二氧化硅、氧化鋁和氧化鐵等無機物質(zhì)，約占到80%。由于投加了混凝劑和助凝劑，且缺少穩(wěn)定的出路，水廠污泥資源化效益得不到充分發(fā)揮。國家已制定五十余項與城市污水處理廠污泥有關(guān)標準，但水廠污泥處理處置及資源化利用方面缺乏相關(guān)標準規(guī)范。目前，上海市地方標準《自來水廠污泥處理處置技術(shù)規(guī)范》正在編制中。相信隨著標準的出臺，將進一步規(guī)范水廠污泥處置和資源化利用的方式和途徑。

水廠污泥通常的去向是填埋或建材利用(如制磚、水泥、陶粒、路基等)。這些技術(shù)已有研究，關(guān)鍵還是最終出路能否形成良性循環(huán)。因此，積極開展水廠污泥低碳利用技術(shù)應(yīng)用研究，控制水廠污泥含固率，走出水廠污泥資源化利用之路，將助力企業(yè)綠色低碳發(fā)展。

部分生產(chǎn)廢水如能有效回用，也是資源化利用的另一途徑。國內(nèi)研究表明，砂濾池反沖洗水和儀表取樣水可以回用，此部分占水廠供水量的1%～2%。周期性檢修、維護時的池體排空水，主要是反應(yīng)區(qū)、沉淀池、清水池等區(qū)域的排空水，排放中段的水優(yōu)于原水，這些可以利用。當然必須指出的是，當原水水質(zhì)突變時，如藻類暴發(fā)期等，濾池反沖洗水不宜回用。

當前資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的建設(shè)，給供水企業(yè)的節(jié)能管理工作提出了更高要求。構(gòu)建企業(yè)能源管理體系，不斷提升企業(yè)節(jié)能管理能力，將有利于推動企業(yè)制度的發(fā)展和完善。企業(yè)可根據(jù)《能源管理體系 要求及使用指南》(GB/T 23331—2020)，制定能源管理方針和目標，明確能源管理職責(zé)，通過實施一套完整的標準、規(guī)范，在供水企業(yè)內(nèi)建立起一個完整有效的能源管理體系，以完善能源管理架構(gòu)。并通過例行節(jié)能監(jiān)測、能源審計、能效對標、內(nèi)部審核、組織能耗計量與測試、組織能量平衡統(tǒng)計、管理評審、自我評價、節(jié)能技改、節(jié)能考核等措施，不斷提高能源管理體系持續(xù)改進的有效性，實現(xiàn)能源管理方針和承諾，并達到預(yù)期的能源消耗或目標，逐漸構(gòu)建標準化的能源管理模式。

隨著信息化手段的不斷深入，改革傳統(tǒng)的節(jié)能管理方式，通過采集主要耗能系統(tǒng)能耗指標和運行參數(shù)，完善能源計量、監(jiān)測、統(tǒng)計和能效對標管理，建設(shè)企業(yè)能源管理信息化平臺，對企業(yè)能源系統(tǒng)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實施扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理，并輔助運行人員分析能耗問題，優(yōu)化控制策略，實現(xiàn)節(jié)能效果最優(yōu)化。

供水企業(yè)還可響應(yīng)國家《中國制造2025》和《綠色制造工程實施指南(2016—2020年)》的戰(zhàn)略規(guī)劃，根據(jù)國家級綠色工廠的定義和要求，從基礎(chǔ)設(shè)施、管理體系、能源與資源投入、產(chǎn)品、環(huán)境排放、環(huán)境績效等方面進行分析、總結(jié)和優(yōu)化，以創(chuàng)建成功的綠色工廠為標桿，提升先進示范引領(lǐng)效應(yīng)，提高企業(yè)綠色化發(fā)展水平。

在雙碳目標約束下，減碳工作任重道遠。供水企業(yè)要在摸清碳排放家底下，開展碳足跡核算，測算能耗和碳排放增量需求和減量潛力，通過智能化綜合分析和監(jiān)測預(yù)警手段，尋求節(jié)能降耗技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，制定出適合企業(yè)發(fā)展的碳達峰、碳中和施工圖和路線圖，設(shè)計分階段實施方案，助力雙碳目標實現(xiàn)。