“新質(zhì)生產(chǎn)力賦能浙江城鄉(xiāng)水務(wù)高質(zhì)量發(fā)展”研討會(huì)暨浙江省城市水業(yè)協(xié)會(huì)2024年年會(huì)于2024年9月4-6日在浙江寧波舉辦。會(huì)議精心邀請(qǐng)60余位行業(yè)專(zhuān)家與會(huì)交流，來(lái)自浙江省水務(wù)企業(yè)、高等院校、設(shè)計(jì)院、研究院、政府部門(mén)及國(guó)內(nèi)友好交流單位等近千位水務(wù)同仁、專(zhuān)家、學(xué)者參加了此次會(huì)議。

雙碳背景下北京排水集團(tuán)

綠色低碳發(fā)展規(guī)劃與實(shí)踐

葛勇濤

北京城市排水集團(tuán)有限責(zé)任公司通惠河流域分公司黨總支書(shū)記兼總經(jīng)理、北京北排環(huán)境檢測(cè)公司董事長(zhǎng)、教授級(jí)高級(jí)工程師

2020年9月，習(xí)近平主席在參加第75屆聯(lián)大會(huì)議上指出“雙碳”戰(zhàn)略——中國(guó)要在2030年前碳達(dá)峰，在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。在“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的引領(lǐng)下，污水處理行業(yè)如何發(fā)展才能實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展和碳中和呢？分享給大家一些北排的做法。

一、北京排水集團(tuán)

基本情況

北京排水集團(tuán)是市屬公共服務(wù)類(lèi)一級(jí)企業(yè)，主要負(fù)責(zé)中心城區(qū)雨污水收集、污水處理、再生水回用、污泥處理處置各項(xiàng)工作，集團(tuán)培育發(fā)展了以創(chuàng)新為主導(dǎo)，集水環(huán)境治理投融資、設(shè)計(jì)研發(fā)、工程建設(shè)、裝備制造、設(shè)施運(yùn)營(yíng)于一體的全產(chǎn)業(yè)鏈能力。

在中心城區(qū)一共有17座污水廠，污水處理能力為430萬(wàn)噸/天；在全國(guó)大概有幾十座污水廠，有600萬(wàn)噸的處理能力；污泥處理中心有五座，處理能力是6128噸/天，為了解決污泥出入和路徑的問(wèn)題，排水集團(tuán)處理著整個(gè)北京市的污泥。

運(yùn)營(yíng)管理理念

以前認(rèn)為污水處理廠是一個(gè)灰色的、高耗能的企業(yè)，但現(xiàn)在逐漸在向未來(lái)水廠方向發(fā)展，是一個(gè)綠色低碳的企業(yè)，曲院士、王洪臣教授等六位專(zhuān)家提出了概念污水廠的理念，在宜興和河南睢縣已經(jīng)建成了，其實(shí)北排也在探索往這方面的發(fā)展。相比較于傳統(tǒng)污水處理廠，資源、能源、低碳再生廠有社會(huì)友好和環(huán)境友好的特點(diǎn)，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一方面是再生水回用。北京市是一個(gè)嚴(yán)重缺水的城市，除了雨水之外，沒(méi)有地表水，目前的飲用水都來(lái)自南水北調(diào)，每年為北京市提供10~12億立方米的再生水，就是丹江口水庫(kù)的水。北京中心城區(qū)生活飲用水的用量一年大概在12億立方米左右。目前北京市的四條河流（清河、壩河、通惠河、涼水河）都是青石綠岸，魚(yú)翔淺底了，不少市民都下河游泳或釣魚(yú)。

第二方面是臭氣。以前有鄰壁效應(yīng)，現(xiàn)在的自來(lái)水廠基本都是半地下式或者全地下式，都會(huì)進(jìn)行臭氣的處理，保證空氣清新。

第三方面是營(yíng)養(yǎng)土。以前污泥一直是污水處理中很難處理的一個(gè)重要因素，現(xiàn)在我們把所有的污泥進(jìn)行了熱水解，制成營(yíng)養(yǎng)土回歸土地。上海所有的水廠建了污泥焚燒，日本可能也做污泥焚燒，但是如果從污泥的循環(huán)利用的角度來(lái)考慮，應(yīng)該把污泥進(jìn)行消化，處理之后要回歸土地，這是一個(gè)綠色的循環(huán)的過(guò)程。把消化池產(chǎn)生的沼氣用來(lái)發(fā)電，恢復(fù)全廠的電能，實(shí)現(xiàn)了沼氣的熱電聯(lián)產(chǎn)。還有水源熱泵，中心城區(qū)所有的水廠用的都是水源熱泵，提取水的能量，夏天用來(lái)制冷，冬天用來(lái)供暖。

最后是光伏，把有條件的水廠全部建設(shè)光伏系統(tǒng)。

廠網(wǎng)一體化

北京排水集團(tuán)是在全國(guó)第一個(gè)實(shí)現(xiàn)廠網(wǎng)一體化運(yùn)營(yíng)調(diào)度的集團(tuán)公司，即北京市一萬(wàn)多公里的管網(wǎng)，包括18座再生水廠都是由一個(gè)集團(tuán)公司來(lái)進(jìn)行運(yùn)行管理和調(diào)度的。這樣可以實(shí)現(xiàn)水量的預(yù)調(diào)，最大程度減少河流的污染，還可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

廠網(wǎng)一體化它是如何實(shí)現(xiàn)的？在2017年，把中心城區(qū)的17座水廠分為清河、壩河、通惠河、涼水河這四個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行管理，這些河流的水廠和管網(wǎng)由一個(gè)公司來(lái)進(jìn)行管理，就實(shí)現(xiàn)了源廠網(wǎng)一體化�，F(xiàn)在環(huán)保部關(guān)注的是夏季下雨時(shí)河流斷面是否達(dá)標(biāo)。在旱季不下雨時(shí)北京的四個(gè)斷面是達(dá)標(biāo)的，沒(méi)有溢流，汛期時(shí)有合流制溢流污染，此時(shí)就是考驗(yàn)?zāi)芰Φ臅r(shí)候。我們通過(guò)提前騰空管網(wǎng)、通過(guò)一些調(diào)蓄池的建設(shè)、通過(guò)一個(gè)流域之內(nèi)幾個(gè)水廠之間的運(yùn)行調(diào)度最大能力地減少合流制溢流污染的發(fā)生，現(xiàn)在基本斷面都是達(dá)標(biāo)的，而且鄰域之間是可以調(diào)水的。第一個(gè)流域是清河流域，第二個(gè)流域是壩河流域，第三個(gè)是通惠河流域，第四個(gè)是涼水河流域。壩河，通惠河和涼水河是可以互相調(diào)水的。

舉個(gè)例子，高碑店再生水廠和定福莊水廠之間可以互相調(diào)動(dòng)，高碑店可以向定福莊水廠調(diào)20萬(wàn)噸水，定福莊水廠可以向高碑店水廠調(diào)10萬(wàn)噸水。如果高碑店處于高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，就從定福莊廠調(diào)水，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)廠的水量均衡。第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，高碑店的運(yùn)行成本高于定福莊30%~50%，因?yàn)楦弑�店再生水廠有污泥消化，定福莊水廠就是一個(gè)A2O工藝，所以在枯水季的時(shí)候讓定福莊水廠滿負(fù)荷運(yùn)行，其他的水量用高碑店運(yùn)行。這樣做可以讓經(jīng)濟(jì)達(dá)到最優(yōu)，運(yùn)行成本最低。

污泥處理“151”模式

“151”是什么？第一個(gè)1是一條工藝路線——熱水解+厭氧消化+板框脫水，后續(xù)加厭氧氨氧化處理工藝；5是五個(gè)污泥處理中心，6128噸的污泥處理能力；最后一個(gè)1是資源化利用的方向。

二、碳中和規(guī)劃

全球碳排放的情況

2022年，全球的碳排放量大概是在405億噸左右，我國(guó)碳排放大概130億噸，占全球的30%。這就是歐洲，北約和美國(guó)等國(guó)家認(rèn)為中國(guó)碳排放量大的原因。但我國(guó)人口基數(shù)大，有14億人口，而美國(guó)只有3.5億人口，在人均碳排放量上，我國(guó)只占全世界的第七位，最高的是美國(guó)，美國(guó)才是碳排放大戶(hù)。

對(duì)于各行業(yè)碳排放的情況，電力、鋼鐵、建材、石化、化工、有色金屬、環(huán)保、造紙、航空領(lǐng)域的碳排放量占了80%。而環(huán)保行業(yè)，特別是污水處理行業(yè)包括自來(lái)水，碳排放量只占1%左右，全年總量是1~2億噸，雖然只占1%~2%，但是碳中和或減污降碳的潛力非常大。因?yàn)?020年提出了雙碳目標(biāo)，后來(lái)進(jìn)入了生態(tài)文明的基本架構(gòu)，上升為國(guó)家戰(zhàn)略。

那么污水廠應(yīng)該怎么辦？在2021年的1月份到6月份，半年時(shí)間，集團(tuán)所有的部門(mén)由生產(chǎn)部牽頭，做全集團(tuán)公司的碳中和。6月份發(fā)布了碳中和規(guī)劃和實(shí)施方案，基本分三步走戰(zhàn)略，第一步就是在2025年，碳排放量和強(qiáng)度下降20%；第二步是到2035年碳排放量和強(qiáng)度下降40%；第三步是到2050年基本實(shí)現(xiàn)碳中和。

北排綠色低碳發(fā)展路徑的

三大創(chuàng)新、十項(xiàng)舉措

三個(gè)創(chuàng)新就是管理創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和生產(chǎn)服務(wù)創(chuàng)新。

其中，舉措包括廠網(wǎng)一體化運(yùn)營(yíng)調(diào)度、精細(xì)化運(yùn)營(yíng)管理、設(shè)備設(shè)施的提升，以及智慧化的運(yùn)營(yíng)管理。

技術(shù)創(chuàng)新很重要，包括熱電聯(lián)產(chǎn)、光伏、水源熱泵，還有北排自己研發(fā)的厭氧氨氧化和好氧顆粒污泥工藝，這兩項(xiàng)工藝在全球是領(lǐng)先的。而且厭氧氨氧化在8月加拿大多倫多舉行的IWA水務(wù)創(chuàng)新獎(jiǎng)中獲得了金獎(jiǎng)。

生態(tài)服務(wù)創(chuàng)新就是再生水需要回用、污泥回歸土地。

三、碳中和實(shí)施路徑與實(shí)踐

如何做到碳中和？

首先是降碳——管理創(chuàng)新、提升系統(tǒng)綜合效能。

污水處理廠一年四季，包括每一天的污染物負(fù)荷都不一致，污染物負(fù)荷最高的時(shí)間點(diǎn)在每年的3月~5月之間。有很多人會(huì)問(wèn)為什么不是汛期？汛期水量是最大的，但是汛期的COD、污泥濃度、進(jìn)水濃度是非常低的，所以負(fù)荷最高的時(shí)候就是3月~5月。

北排集團(tuán)做了17個(gè)水廠十年加權(quán)平均的污染物濃度分析圖，根據(jù)人類(lèi)活動(dòng)和用水規(guī)律做了水質(zhì)模型、水量模型和污染物模型，讓它自動(dòng)運(yùn)行。還有對(duì)高碑店水廠的全流程描述，包括從凈水到出水，特別是生物系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)和再生水系統(tǒng)之間如何實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)配水？如何實(shí)現(xiàn)控制中末端溶解氧？如何控制回流比？如何控制ORP等。只有ORP足夠低的情況下才能實(shí)現(xiàn)有效的脫氮和除磷。北排有個(gè)大數(shù)據(jù)模型對(duì)這些進(jìn)行優(yōu)化和精確控制，設(shè)備和設(shè)施效能必須要發(fā)揮到最大，凈水泵要在最優(yōu)參數(shù)內(nèi)運(yùn)行；給鼓風(fēng)機(jī)做了一個(gè)精確曝氣系統(tǒng)，是自動(dòng)調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)精確控制，能將溶解氧穩(wěn)定控制在1~1.5mg/L，這就節(jié)省了很多的電能，鼓風(fēng)機(jī)節(jié)電一年就可以達(dá)到15%以上。

北排集團(tuán)建立了三級(jí)運(yùn)營(yíng)調(diào)度平臺(tái)，就是剛才向?qū)＜覀兘榻B的智能控制系統(tǒng)，分為三級(jí)，第一級(jí)是在集團(tuán)總部的大廳，所有的管網(wǎng)的數(shù)據(jù)、所有水廠的數(shù)據(jù)，包括進(jìn)水水量，水質(zhì)，抽升情況，溢流情況等都一目了然，同時(shí)，北排集團(tuán)也是北京市的防汛的調(diào)度中心，在下雨的時(shí)候，整個(gè)橋區(qū)的情況，淹泡的情況都能看見(jiàn)；第二級(jí)是流域分公司，有四個(gè)流域分公司，每個(gè)流域分公司都有一個(gè)控制系統(tǒng)；第三級(jí)就是17個(gè)再生水廠。

其次是替碳——技術(shù)創(chuàng)新，多點(diǎn)高效推進(jìn)碳排放。

（1）早期的熱電聯(lián)產(chǎn)：北京排水集團(tuán)有五個(gè)污泥處理中心，分別是高碑店廠、小紅門(mén)廠、槐房廠、清河二廠和高安屯廠。這五個(gè)中心處理能力是6128噸/日，不僅處理自己的污泥，還包括北京市其他集團(tuán)的污泥，承擔(dān)社會(huì)責(zé)任。把五個(gè)中心都建了沼氣發(fā)電機(jī)組，總?cè)萘?5.6MW，一開(kāi)始預(yù)計(jì)一年的產(chǎn)沼氣量8000萬(wàn)立方米，發(fā)電量8000萬(wàn)度。目前，高碑店廠和高安屯廠加起來(lái)發(fā)電量達(dá)到5000多萬(wàn)度，這就說(shuō)明對(duì)于污水處理廠的綠色低碳和碳中和來(lái)說(shuō)，消化系統(tǒng)至關(guān)重要，沒(méi)有消化，綠色低碳就無(wú)從談起。因?yàn)榘讶珡S裝入光伏板之后，只能替代全廠電能的10%左右，如果建了污泥消化，在后續(xù)加了參數(shù)協(xié)同就會(huì)產(chǎn)生大量的沼氣，這個(gè)沼氣可以回補(bǔ)，高安屯廠就可以實(shí)現(xiàn)電能的百分之百自給，一年的用電量是在4000萬(wàn)度左右，但發(fā)電量可以達(dá)到4800萬(wàn)度。

（2）目前在六個(gè)水廠安裝了光伏板，像清河廠、酒仙橋廠，高安屯廠、定福莊廠、小紅門(mén)廠都建光伏，發(fā)電量可以達(dá)到一年達(dá)到4000萬(wàn)度。

（3）水源熱泵的工作原理像冰箱，也像空調(diào)，冰箱用的是空氣，把空氣的熱能進(jìn)行了轉(zhuǎn)化。而水源熱泵其實(shí)是把水的熱能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，冬天時(shí)污水處理廠的水溫高于環(huán)境的溫度。夏天時(shí)水溫低于環(huán)境的溫度，把熱量差提出來(lái)后用來(lái)制冷和供暖。

（4）好氧顆粒污泥技術(shù)。北排在吳家村廠8萬(wàn)噸和閥頭廠10萬(wàn)噸，建了兩個(gè)好氧顆粒污泥中心，這兩個(gè)水廠已經(jīng)運(yùn)行了非常穩(wěn)定，這是一個(gè)綠色低碳耗能的工藝，節(jié)能50%以上。

（5）厭氧氨氧化技術(shù)，也就是紅菌。紅菌培養(yǎng)難度極大，從沒(méi)有到培養(yǎng)成功需要一年的時(shí)間，生長(zhǎng)周期很長(zhǎng)，一旦培養(yǎng)成功繁殖速率很快，因?yàn)椴恍枰�碳源、需要極少的電能，可以省電50%以上，碳源基本是零投加。北排建成了全球最大的厭氧氨氧化處理中心，五個(gè)污泥中心都使用厭氧氨氧化技術(shù)。430萬(wàn)噸的水產(chǎn)生的污泥，消化的濾液全部通過(guò)它來(lái)處理，是全球最大的。這個(gè)工藝在8月份加拿大的國(guó)際水協(xié)會(huì)議獲了創(chuàng)新金獎(jiǎng)，也是亞洲唯一的金獎(jiǎng)。

最后是固碳——生態(tài)服務(wù)創(chuàng)新，不斷實(shí)現(xiàn)碳抵消中和。

（1）再生水回用：北京市一年的用水量是40億立方米左右，其中30億立方米是用于農(nóng)業(yè)，10億立方米是生活用水，每年產(chǎn)生大概12億立方米的再生水，占水源的25%，這部分全部用來(lái)回用，這是北京市中水回用利用率最高的，因?yàn)楸本┦腥彼�。我以前�?jīng)常去圓明園，圓明園由清河補(bǔ)給，一天補(bǔ)給的水量是5萬(wàn)立方米；而頤和園是用地表水來(lái)補(bǔ)給的，是用南水北調(diào)的水，一天只允許用5000噸，這個(gè)差別就出來(lái)了。圓明園野生的魚(yú)類(lèi)很多，水深在3~4米，清澈見(jiàn)底，最早有兩只黑天鵝，現(xiàn)在已達(dá)到幾十只，繁殖的很快，因?yàn)楹谔禊Z對(duì)水質(zhì)要求是非常高的，說(shuō)明水質(zhì)沒(méi)問(wèn)題。

（2）污泥資源化利用：目前圓明園、翠湖濕地公園、包括礦山修復(fù)污泥都在使用，是一個(gè)非常好的肥料。北排在這方面也獲得了一些獎(jiǎng)項(xiàng)，像北京市的首都頭部企業(yè)；小紅門(mén)廠和清河二廠被全國(guó)評(píng)為了綠色低碳的標(biāo)桿；住建部和環(huán)保部在2022年做了一個(gè)選拔，北排也是唯一一個(gè)入選的水務(wù)行業(yè)的綠色低碳的企業(yè)；參加了去年迪拜的COP28全球氣候峰會(huì)，當(dāng)時(shí)丁薛祥副總理也去了，還獲得了幾個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)；兩次獲得了IWA的金獎(jiǎng)，第一次是2018年，第二次是今年好氧顆粒污泥工程，是全球唯一一個(gè)在IWA上獲過(guò)兩次金獎(jiǎng)的環(huán)保企業(yè)；在2022年，在由全球水務(wù)智庫(kù)（GWI）主辦，在西班牙馬德里召開(kāi)的全球水峰會(huì)上獲得“全球水務(wù)行業(yè)最佳領(lǐng)導(dǎo)者”金獎(jiǎng)，等。

四、水表安裝進(jìn)行維修

綠色低碳發(fā)展之路依然很漫長(zhǎng)，基于不同的地域、不同的集團(tuán)公司、不同的資金背景等，還有許多工作需要完成。北京排水集團(tuán)積極踐行國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展戰(zhàn)略，響應(yīng)國(guó)家碳達(dá)峰碳中和總體布局，深入實(shí)施《北京排水集團(tuán)碳中和規(guī)劃》，秉持綠色低碳、開(kāi)放融合、深化合作、共創(chuàng)共贏的理念，在水務(wù)行業(yè)碳減排碳中和工作中發(fā)揮示范和引領(lǐng)作用，為生態(tài)文明建設(shè)做出更大貢獻(xiàn)。綠色低碳發(fā)展，碳中和之路一定會(huì)實(shí)現(xiàn)，希望大家可以一起交流，促進(jìn)北排集團(tuán)和中國(guó)的高質(zhì)量發(fā)展。

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