歐美國(guó)家污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)成功經(jīng)驗(yàn)分析與啟示

裴 勤，龍海燕，張 礽，宣雨竹，李雪亞

（江蘇省生產(chǎn)力促進(jìn)中心，江蘇 南京 210042）

引言

隨著全球人口的增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程的加速，污水處理廠的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)變得越來(lái)越重要。其中，碳中和技術(shù)是一種有效的污水處理方法，可以減少污水中的有機(jī)物和氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量，從而保護(hù)水環(huán)境和人類健康。歐美國(guó)家在碳中和技術(shù)的運(yùn)營(yíng)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)對(duì)于其它國(guó)家的污水處理廠建設(shè)和運(yùn)營(yíng)具有重要的啟示作用[1]。

1 歐美國(guó)家污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀

1.1 德國(guó)污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀

德國(guó)污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀為：（1）碳中和技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于德國(guó)污水處理廠，以減少碳排放和降低能耗。德國(guó)有超過(guò)90%的污水處理廠采用了碳中和技術(shù)。（2）德國(guó)污水處理廠的碳中和運(yùn)營(yíng)效果顯著。德國(guó)污水處理廠的碳中和效率平均達(dá)到了90%以上，其中一些先進(jìn)的污水處理廠甚至可以達(dá)到99%以上的碳中和效率。（3）德國(guó)污水處理廠的碳中和運(yùn)營(yíng)成本逐年降低。隨著碳中和技術(shù)的不斷進(jìn)步和成熟，德國(guó)污水處理廠的碳中和運(yùn)營(yíng)成本逐年降低。德國(guó)污水處理廠的碳中和運(yùn)營(yíng)成本已經(jīng)下降了30%以上。（4）德國(guó)政府對(duì)污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)給予了大力支持。德國(guó)政府通過(guò)各種政策和措施，鼓勵(lì)和支持污水處理廠采用碳中和技術(shù)，以減少碳排放和降低能耗。（5）德國(guó)污水處理廠的碳中和運(yùn)營(yíng)已經(jīng)成為國(guó)際上的典范。德國(guó)污水處理廠的碳中和技術(shù)和運(yùn)營(yíng)模式，吸引了來(lái)自世界各地的專家和學(xué)者前來(lái)學(xué)習(xí)和交流。德國(guó)污水處理廠的碳中和技術(shù)和運(yùn)營(yíng)模式已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于歐洲和其它地區(qū)的污水處理廠[2]。

1.2 美國(guó)污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀

美國(guó)污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀為：（1）碳中和技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。截至2018年底，全美已有超過(guò)1，000個(gè)污水處理廠采用了碳中和技術(shù)，其中大部分位于加利福尼亞州、紐約州和佛羅里達(dá)州等人口密集地區(qū)。（2）碳中和技術(shù)的效果顯著。碳中和技術(shù)可以將污水處理廠的碳排放量降低70%以上，同時(shí)還能減少氮和磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的排放，從而減少對(duì)環(huán)境的影響。（3）碳中和技術(shù)的成本逐漸降低。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，碳中和技術(shù)的成本也在逐漸降低。根據(jù)美國(guó)環(huán)保署的數(shù)據(jù)，2018年，全美污水處理廠的碳中和成本平均為每千加侖0.2美元左右，比2010年下降了約50%。（4）碳中和技術(shù)的應(yīng)用仍存在挑戰(zhàn)。碳中和技術(shù)需要消耗大量的能源，同時(shí)還需要處理廢水中的其它污染物，如氮和磷等。總之，美國(guó)污水處理廠碳中和技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的成效，但仍需要不斷探索和創(chuàng)新，以進(jìn)一步提高碳中和技術(shù)的效果和降低成本[3]。

1.3 芬蘭污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀

根據(jù)芬蘭環(huán)境部門的數(shù)據(jù)，芬蘭污水處理廠的碳中和運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀為：（1）碳中和是芬蘭污水處理廠的重要目標(biāo)之一。目前，芬蘭污水處理廠中有超過(guò)80%的廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了碳中和。（2）芬蘭污水處理廠的碳中和主要通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)：一是利用污泥產(chǎn)生的沼氣發(fā)電，二是將污泥轉(zhuǎn)化為肥料，用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。（3）據(jù)芬蘭環(huán)境部門的數(shù)據(jù)，芬蘭污水處理廠每年通過(guò)碳中和減少了約100萬(wàn)噸二氧化碳排放量，相當(dāng)于約10萬(wàn)個(gè)家庭一年的二氧化碳排放量。（4）芬蘭污水處理廠的碳中和運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)較低，主要是因?yàn)槲勰噢D(zhuǎn)化為肥料后賣出，從而產(chǎn)生收入。此外，沼氣發(fā)電也可以為污水處理廠提供一定的自給自足的能源。（5）芬蘭污水處理廠的碳中和運(yùn)營(yíng)得到了政府的支持和鼓勵(lì)。通過(guò)制定相關(guān)政策和提供資金支持，促進(jìn)污水處理廠的碳中和運(yùn)營(yíng)。

2 歐美國(guó)家污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)成功經(jīng)驗(yàn)分析

2.1 德國(guó)污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)成功經(jīng)驗(yàn)分析

德國(guó)污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)成功經(jīng)驗(yàn)主要包括：（1）碳中和技術(shù)的應(yīng)用：德國(guó)污水處理廠采用了先進(jìn)的碳中和技術(shù)，通過(guò)將二氧化碳注入處理池中，使得污水中的有機(jī)物質(zhì)被氧化分解，從而達(dá)到減少溫室氣體排放的目的。（2）能源回收利用：德國(guó)污水處理廠將處理過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣收集起來(lái)，通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，供給污水處理廠自身使用，同時(shí)還能向外部供電。（3）智能化管理：德國(guó)污水處理廠采用了智能化管理系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制處理過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，及時(shí)調(diào)整運(yùn)營(yíng)策略，提高處理效率，降低能耗和運(yùn)營(yíng)成本。同時(shí)，智能化管理系統(tǒng)還能夠提高安全性和可靠性，減少事故發(fā)生的概率。（4）持續(xù)改進(jìn)：德國(guó)污水處理廠注重持續(xù)改進(jìn)，通過(guò)不斷優(yōu)化技術(shù)和管理，提高處理效率和質(zhì)量，降低運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)還能夠減少碳排放。

2.2 美國(guó)污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)成功經(jīng)驗(yàn)分析

美國(guó)污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)成功經(jīng)驗(yàn)分析：（1）碳中和技術(shù)的應(yīng)用：美國(guó)污水處理廠廣泛采用碳中和技術(shù)，將二氧化碳注入處理池中，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物質(zhì)，從而降低處理池中的COD濃度，提高處理效率。（2）碳中和設(shè)備的優(yōu)化：美國(guó)污水處理廠在碳中和設(shè)備的選擇上，注重設(shè)備的穩(wěn)定性和耐用性，同時(shí)也考慮設(shè)備的能耗和維護(hù)成本。（3）碳中和運(yùn)營(yíng)的管理：美國(guó)污水處理廠注重碳中和運(yùn)營(yíng)的管理，建立了完善的碳中和運(yùn)營(yíng)管理體系，包括設(shè)備維護(hù)、操作規(guī)程、安全管理等方面。同時(shí)，還采用了先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了碳中和過(guò)程的自動(dòng)化控制和監(jiān)測(cè)。（4）碳中和技術(shù)的創(chuàng)新：美國(guó)污水處理廠不斷推進(jìn)碳中和技術(shù)的創(chuàng)新，研發(fā)出了一系列新型碳中和設(shè)備和技術(shù)。（5）碳中和技術(shù)的應(yīng)用范圍擴(kuò)大：美國(guó)污水處理廠將碳中和技術(shù)應(yīng)用范圍擴(kuò)大到了其它領(lǐng)域，如工業(yè)廢水處理、生活垃圾處理等，為環(huán)保事業(yè)做出了積極貢獻(xiàn)。

2.3 芬蘭污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)成功經(jīng)驗(yàn)分析

芬蘭污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)成功經(jīng)驗(yàn)主要包括：（1）碳中和目標(biāo)明確：芬蘭污水處理廠在制定碳中和計(jì)劃時(shí)，首先明確了碳中和目標(biāo)，即通過(guò)減少溫室氣體排放來(lái)降低碳足跡。這一目標(biāo)的明確性為后續(xù)的運(yùn)營(yíng)提供了清晰的方向。（2）采用多種技術(shù)手段：芬蘭污水處理廠采用了多種技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)碳中和，包括能源回收、生物氣化、生物膜反應(yīng)器等。這些技術(shù)手段的綜合應(yīng)用，使得污水處理廠能夠最大限度地減少碳排放。（3）優(yōu)化運(yùn)營(yíng)管理：芬蘭污水處理廠在運(yùn)營(yíng)管理方面也進(jìn)行了優(yōu)化，例如通過(guò)精細(xì)化控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，通過(guò)定期維護(hù)設(shè)備來(lái)保證設(shè)備的正常運(yùn)行等。這些措施的實(shí)施，使得污水處理廠的能源消耗得到了有效控制。（4）建立監(jiān)測(cè)和評(píng)估機(jī)制：芬蘭污水處理廠建立了完善的監(jiān)測(cè)和評(píng)估機(jī)制，通過(guò)對(duì)碳排放量、能源消耗等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)和評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行改進(jìn)。（5）加強(qiáng)宣傳教育：芬蘭污水處理廠還加強(qiáng)了對(duì)公眾的宣傳教育，通過(guò)各種宣傳活動(dòng)，提高公眾對(duì)環(huán)保的認(rèn)識(shí)和意識(shí)，促進(jìn)公眾參與環(huán)保行動(dòng)。

3 歐美國(guó)家污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)的啟示

3.1 政策支持和法規(guī)制定

歐美國(guó)家污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)成功經(jīng)驗(yàn)中的政策支持包括：（1）政府資金支持：政府可以通過(guò)撥款、貸款、稅收減免等方式，為污水處理廠的碳中和運(yùn)營(yíng)提供資金支持，降低企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，促進(jìn)碳中和技術(shù)的應(yīng)用和推廣。（2）環(huán)保政策支持：政府可以出臺(tái)一系列環(huán)保政策，如環(huán)保法規(guī)、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)保獎(jiǎng)勵(lì)等，鼓勵(lì)企業(yè)采取更加環(huán)保、節(jié)能的措施，促進(jìn)碳中和技術(shù)的應(yīng)用和推廣。（3）技術(shù)創(chuàng)新支持：政府可以通過(guò)科技創(chuàng)新基金、科技創(chuàng)新獎(jiǎng)勵(lì)等方式，鼓勵(lì)企業(yè)加大對(duì)碳中和技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新，提高技術(shù)水平和競(jìng)爭(zhēng)力。

歐美國(guó)家污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)成功經(jīng)驗(yàn)中的法規(guī)制定主要包括：（1）環(huán)保法規(guī)制定：歐美國(guó)家制定了嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，對(duì)污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)、碳排放限制等方面進(jìn)行了明確規(guī)定，從法律層面保障了污水處理廠的環(huán)保運(yùn)營(yíng)。（2）碳排放交易制度：歐美國(guó)家建立了碳排放交易制度，對(duì)污水處理廠的碳排放進(jìn)行了限制和交易，通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制激勵(lì)污水處理廠減少碳排放，提高碳中和效率。（3）環(huán)保監(jiān)管機(jī)制：歐美國(guó)家建立了嚴(yán)格的環(huán)保監(jiān)管機(jī)制，對(duì)污水處理廠的環(huán)保運(yùn)營(yíng)進(jìn)行了監(jiān)管和檢查，確保污水處理廠嚴(yán)格遵守環(huán)保法規(guī)和碳排放限制，保障環(huán)境質(zhì)量和公眾健康。

3.2 技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用

歐美國(guó)家污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)成功經(jīng)驗(yàn)啟示中，需要技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用的具體內(nèi)容：（1）利用先進(jìn)的碳中和技術(shù)：歐美國(guó)家污水處理廠采用了先進(jìn)的碳中和技術(shù)，如生物碳中和、化學(xué)碳中和以及物理碳中和等，以提高碳中和效率和降低碳中和成本。（2）優(yōu)化污水處理工藝：歐美國(guó)家污水處理廠通過(guò)優(yōu)化污水處理工藝，如增加好氧池和厭氧池的容積、改進(jìn)曝氣系統(tǒng)和提高污泥濃度等，以提高污水處理效率和降低碳中和需求。（3）應(yīng)用先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)：歐美國(guó)家污水處理廠采用了先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，如SCADA系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，從而提高碳中和效率和降低碳中和成本。（4）推廣可再生能源利用：歐美國(guó)家污水處理廠積極推廣可再生能源利用，如利用污泥發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣發(fā)電、利用太陽(yáng)能和風(fēng)能等，以降低碳中和成本和減少碳排放。（5）加強(qiáng)科技創(chuàng)新和研發(fā)：歐美國(guó)家污水處理廠加強(qiáng)科技創(chuàng)新和研發(fā)，不斷探索新的碳中和技術(shù)和工藝，如利用生物質(zhì)炭和納米材料等，以提高碳中和效率和降低碳中和成本[4]。

3.3 管理體系和運(yùn)營(yíng)模式

歐美國(guó)家污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)成功經(jīng)驗(yàn)啟示中的管理體系和運(yùn)營(yíng)模式包括：（1）碳中和目標(biāo)的設(shè)定和監(jiān)控：污水處理廠應(yīng)該設(shè)定明確的碳中和目標(biāo)，并且對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控和評(píng)估。這可以通過(guò)建立一個(gè)碳中和計(jì)劃和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。（2）能源管理和優(yōu)化：污水處理廠應(yīng)該采取措施來(lái)優(yōu)化能源使用，例如改進(jìn)設(shè)備效率、采用可再生能源、實(shí)施能源回收等。（3）碳排放減少措施的實(shí)施：污水處理廠應(yīng)該采取措施來(lái)減少碳排放，例如改進(jìn)處理工藝、采用低碳技術(shù)、實(shí)施碳捕捉和儲(chǔ)存等。（4）員工培訓(xùn)和參與：污水處理廠應(yīng)該為員工提供培訓(xùn)，使他們能夠理解碳中和的重要性和實(shí)現(xiàn)碳中和的方法。此外，應(yīng)該鼓勵(lì)員工參與碳中和計(jì)劃的制定和實(shí)施，以便他們能夠提供有益的建議和支持。（5）外部合作和溝通：污水處理廠應(yīng)該與政府、業(yè)界和其它利益相關(guān)者合作，以共同實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。此外，污水處理廠應(yīng)該與公眾進(jìn)行溝通，以提高對(duì)碳中和的認(rèn)識(shí)和支持。（6）碳中和管理和監(jiān)督：污水處理廠應(yīng)該建立完善的碳中和管理和監(jiān)督機(jī)制，如碳中和審核、碳中和報(bào)告和碳中和認(rèn)證等，以確保碳中和工作的有效實(shí)施和監(jiān)督。（7）碳中和宣傳和教育：污水處理廠應(yīng)該加強(qiáng)碳中和宣傳和教育，向公眾普及碳中和知識(shí)和技術(shù)，提高公眾對(duì)碳中和的認(rèn)識(shí)和支持，促進(jìn)碳中和工作的順利實(shí)施。

總之，污水處理廠應(yīng)該建立全面的碳中和管理體系，包括設(shè)定碳中和目標(biāo)、優(yōu)化能源使用、減少碳排放、員工培訓(xùn)和參與、外部合作和溝通、碳中和管理和監(jiān)督、碳中和宣傳和教育等多個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮和實(shí)施。

4 污水處理廠可持續(xù)運(yùn)營(yíng)策略

4.1 碳中和目標(biāo)的制定和實(shí)現(xiàn)

（1）建立碳排放核算機(jī)制，對(duì)污水處理廠的碳排放情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，制定碳中和目標(biāo)。（2）采用清潔能源替代傳統(tǒng)能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能等，減少碳排放。（3）推廣低碳生產(chǎn)方式，如循環(huán)利用污泥、減少化學(xué)藥劑的使用等辦法，降低碳排放。（4）促進(jìn)碳交易，通過(guò)碳交易市場(chǎng)購(gòu)買碳減排配額，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

4.2 能源節(jié)約和資源利用

（1）優(yōu)化污水處理工藝，采用高效節(jié)能設(shè)備，減少能源消耗。（2）能源回收利用，如利用污泥發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣發(fā)電，減少能源浪費(fèi)。（3）資源回收利用，如利用污泥制成有機(jī)肥料，減少資源浪費(fèi)。（4）節(jié)水，如采用高效節(jié)水設(shè)備，減少用水量。

4.3 環(huán)境保護(hù)和社會(huì)責(zé)任

（1）加強(qiáng)污水處理過(guò)程中的環(huán)境監(jiān)測(cè)，確保排放水質(zhì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。（2）加強(qiáng)環(huán)境教育宣傳，提高公眾環(huán)保意識(shí)。（3）加強(qiáng)污水處理廠的安全管理，確保生產(chǎn)過(guò)程安全。（4）推廣社會(huì)責(zé)任活動(dòng)，如閑置物品捐贈(zèng)給貧困地區(qū)，支持環(huán)保公益事業(yè)等。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)歐美國(guó)家污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)成功經(jīng)驗(yàn)的分析，我們可以得出三點(diǎn)啟示：首先，合理的技術(shù)方案是碳中和運(yùn)營(yíng)成功的關(guān)鍵。歐美國(guó)家在污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)方面采用了先進(jìn)的技術(shù)方案，如利用生物反應(yīng)器、膜技術(shù)等，有效地降低了碳排放量。因此，在我國(guó)的污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)中，應(yīng)該注重技術(shù)創(chuàng)新，采用更加合理的技術(shù)方案，提高碳中和效率。其次，管理體系的建立和完善是碳中和運(yùn)營(yíng)成功的保障。歐美國(guó)家在污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)中，建立了完善的管理體系，如建立碳排放核算機(jī)制、制定碳排放指標(biāo)等，從而實(shí)現(xiàn)了碳中和運(yùn)營(yíng)的有效管理。因此，在我國(guó)的污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)中，應(yīng)該注重管理體系的建立和完善，制定合理的管理制度，提高碳中和運(yùn)營(yíng)的管理水平。最后，社會(huì)參與和合作是碳中和運(yùn)營(yíng)成功的重要保障。歐美國(guó)家在污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)中，注重社會(huì)參與和合作，如與企業(yè)合作進(jìn)行碳交易、碳中和宣傳等，從而實(shí)現(xiàn)了碳中和運(yùn)營(yíng)的共贏。因此，在我國(guó)的污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)中，應(yīng)該注重社會(huì)參與和合作，積極促進(jìn)碳交易、宣傳等活動(dòng)，提高碳中和運(yùn)營(yíng)的社會(huì)認(rèn)可度和持續(xù)性。

總之，歐美國(guó)家污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)成功經(jīng)驗(yàn)的分析為我國(guó)污水處理廠碳中和運(yùn)營(yíng)提供了重要的啟示，我們應(yīng)該注重技術(shù)創(chuàng)新、管理體系建立和完善、社會(huì)參與和合作等方面的工作，不斷提高碳中和運(yùn)營(yíng)的效率和管理水平，為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)做出更多貢獻(xiàn)。