張辰：再談城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)碳排放研究

時(shí)間： 2021-10-13 09:22

來源：中國水網(wǎng)

作者：張辰

早在十年前的“2010上海熱點(diǎn)論壇”上，上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司總工、全國工程勘察設(shè)計(jì)大師張辰就指出：排水系統(tǒng)具有廣闊的減碳空間。應(yīng)該在規(guī)劃理念、工藝選擇、運(yùn)行管理的方案比選中引入“碳尺”概念，污水收集、輸送、處理、處置全方位采用低碳技術(shù)，削減“碳源”，增加“碳匯”。

“如今碳減排已經(jīng)成為行業(yè)熱點(diǎn)中的熱點(diǎn)，可以說熱得發(fā)燙，但是城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)的工程如何建設(shè)?如何面對(duì)一系列復(fù)雜的工程措施?仍然有許多問題值得行業(yè)思考?！痹凇?021(第十三屆)上海水業(yè)熱點(diǎn)論壇”上，張辰大師再談城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)碳排放研究。他指出，一定要緊跟國家的戰(zhàn)略決策，才能使方向不偏，同時(shí)要在自身研究的基礎(chǔ)上，廣泛借鑒國際的案例。

張辰

碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)

在第75屆聯(lián)合國大會(huì)上，習(xí)近平總書記提出中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

在氣候雄心峰會(huì)上，國家將“30·60”計(jì)劃進(jìn)行量化，提出到2030 年，中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右，森林蓄積量將比2005年增加60億立方米，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上。

下圖為世界資源研究所(WRI)統(tǒng)計(jì)的2018年全球碳排放現(xiàn)狀，其中黃色部分代表中國。數(shù)據(jù)顯示，近三十年來，中國的碳排放漲速很快。2018年全球碳排放總量476億噸，中國碳排放量123.6億噸，占全球總排放量的26%。張辰指出，這或許與我國近些年的生活水平提高、用電用水量逐年加大不無關(guān)系，中國仍需為地球的減排做出貢獻(xiàn)和努力。

全球碳排放現(xiàn)狀數(shù)據(jù)來源：WRI(世界資源研究所)CAIT數(shù)據(jù)(不包括LULUCF)

關(guān)于廢水與固廢處理碳排放量占全社會(huì)總量的占比，各個(gè)國家統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)不盡相同。歐洲統(tǒng)計(jì)局Eurostat2016年數(shù)據(jù)顯示，廢水與固廢處理碳排放量占全社會(huì)總量的3.2%;美國EPA2017年數(shù)據(jù)顯示，廢水與固廢處理碳排放量占全社會(huì)總量的2.0%，其中廢水CH4和N2O排放分別占CH4和N2O排放總量的2.2%和1.4%。

我國氣候變化第二次兩年更新報(bào)告(2014)顯示，廢水與固廢處理碳排放量占全社會(huì)總量1.6%，其中廢水CH4和N2O排放分別占CH4和N2O排放總量的5.1%和5.6%。張辰指出，目前我國水處理行業(yè)還在使用能源，把一系列的有機(jī)氮變成氮氧化物，這樣的現(xiàn)狀值得行業(yè)思考。

城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)碳排放研究

在“2010上海熱點(diǎn)論壇”上，張辰指出，污水處理設(shè)施建設(shè)消耗大量高能源高碳密度原材料產(chǎn)品，污水輸送和處理運(yùn)行過程，直接或間接造成溫室氣體的排放，因此應(yīng)該樹立低碳規(guī)劃理念，選擇低碳水處理技術(shù)，同時(shí)關(guān)注污泥處理處置能源回收。

全流程系統(tǒng)碳排放構(gòu)成與研究

張辰表示，多年來，許多高校和學(xué)者都對(duì)于污水處理的碳排放進(jìn)行了深入的探討，然而對(duì)于碳足跡算法、固廢碳排放占比等問題仍然沒有規(guī)范的系統(tǒng)性的研究。如有機(jī)氮如何更好的加以利用?如在碳排放的直接排放和間接排放中，涉及到污水收集、污水處理及污泥處理，其中直接排放的CO2屬于生物成因，IPCC(聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì))指南未將其納入碳排放計(jì)算。這些問題都值得行業(yè)思考。

在污水處理領(lǐng)域。污水處理的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提升，通常會(huì)引起碳排放增加。在對(duì)上海某污水處理廠不同排放標(biāo)準(zhǔn)下運(yùn)行過程的碳排放進(jìn)行檢測(cè)后得出，一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)的碳排放量較二級(jí)增加21.2%;一級(jí)A較二級(jí)增加達(dá)64.8%，值得行業(yè)思考的是，為了從一級(jí)B到一級(jí)A，COD從60降到50mg/L，這樣的碳排放代價(jià)值得還是不值得?

在污泥領(lǐng)域。在所有處理方法中，厭氧消化碳排放最低，在有機(jī)質(zhì)含量較高的情況下，可實(shí)現(xiàn)負(fù)碳排放，好氧發(fā)酵次之，干化焚燒和深度脫水碳排放水平基本相當(dāng)。同時(shí)張辰指出，用填埋的方法去處置污泥，排放量遠(yuǎn)高于土地利用，從碳排放的角度也應(yīng)盡量避免污泥填埋處置。

全生命周期碳排放構(gòu)成與研究

張辰指出，項(xiàng)目的建設(shè)、運(yùn)行、拆除等各個(gè)階段構(gòu)成了碳排放的全生命周期，每個(gè)階段都有碳排放的足跡，因此行業(yè)更應(yīng)該重視全生命周期碳排放研究。

在項(xiàng)目建設(shè)階段，材料生產(chǎn)、材料運(yùn)輸、施工建設(shè)都會(huì)產(chǎn)生碳足跡，張辰團(tuán)隊(duì)對(duì)于某水廠建設(shè)階段碳排放量進(jìn)行了計(jì)算，得出下表：

在污水處理廠運(yùn)營階段碳排放比例最高，約占整個(gè)生命周期的90%以上，因此運(yùn)行過程中的減碳、低碳尤為重要。城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)的碳排放包括直接排放和間接排放兩類，直接排放主要源于污水、污泥處理過程中產(chǎn)生的CH4等溫室氣體，間接排放是處理過程中消耗的電能、燃料和化學(xué)物質(zhì)在生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中排放的CH4和CO2等溫室氣體。

污水處理廠拆除期碳排放主要包含設(shè)施拆除中的施工過程碳排放和拆除后的廢棄物碳排放兩部分，拆除處置階段的碳排放占建筑生命周期碳排放總量的比例很小，可以用以下公式進(jìn)行計(jì)算。