四類典型二級(jí)生化污水處理工藝的碳足跡比較評(píng)價(jià)及減排潛力分析*

陳彩云，顏佳潔，何美龍

[1.福建師范大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院、碳中和現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院，福建 福州 350108；2.福建省污染控制與資源循環(huán)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 福建省高校城市廢物資源化技術(shù)與管理工程研究中心，福建 福州 350108；3.中碳（福建）生態(tài)科技有限公司，福建 福州 350003]

0 引言

氣候變化是全球環(huán)境變化研究的核心問題，由于人類活動(dòng)加劇溫室效應(yīng)，是導(dǎo)致氣候變暖的關(guān)鍵，因此，對(duì)溫室氣體（Greenhouse gas，GHG）排放的研究受到各領(lǐng)域?qū)＜业膹V泛關(guān)注。隨著人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅猛發(fā)展，污水排放量大幅增加，污水處理行業(yè)作為一個(gè)高能耗領(lǐng)域，對(duì)溫室氣體的貢獻(xiàn)日益受到重視。全球統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，污水處理廠的碳排放約占總排放的1.6%[1,2]，在我國(guó)的占比也處于1%～2%范圍[3]。其中，兩大溫室氣體——甲烷（CH4）與氧化亞氮（N2O）的排放分別占全社會(huì)排放的4%和5%，這使得污水處理行業(yè)已成為碳減排策略的關(guān)鍵領(lǐng)域[4,5]。因此，對(duì)各類污水處理工藝GHG排放進(jìn)行核算，分析不同工藝單元或環(huán)節(jié)碳足跡貢獻(xiàn)分配和總量，是探索行業(yè)碳減排潛力的重要途徑和科學(xué)方法。

為響應(yīng)全球?qū)HG排放控制的日益關(guān)注，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從不同行業(yè)污水處理、不同地區(qū)污水處理廠等探討了污水處理領(lǐng)域的碳排放特性，主要是采納國(guó)際氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）所推薦的碳足跡核算方法，以定量研究污水處理過程中的碳排放問題[6]。如Bani Shahabadi等對(duì)于食品加工行業(yè)的污水處理，通過構(gòu)建精確的數(shù)學(xué)模型定量分析其碳排放，得出GHG的直接排放僅占污水處理廠總碳排放的23%～32%，由藥劑如碳源補(bǔ)充、pH值調(diào)節(jié)耗用的酸堿等產(chǎn)生的間接碳排放則高達(dá)50%～57%，而電耗導(dǎo)致的間接排放僅13%[7]。馬欣對(duì)國(guó)內(nèi)不同地域具有不同處理技術(shù)、處理能力及規(guī)模的污水處理廠的碳排放狀況進(jìn)行了定量評(píng)估，研究結(jié)果也揭示了能源消耗是影響污水處理廠GHG總排放的核心因素[8]。Pratima Singh等對(duì)印度和英國(guó)的50個(gè)污水處理廠進(jìn)行了碳排放評(píng)估，揭示了其電耗排放范圍在0.36～4.87 kW·h/m3之間[9]。楊世琪構(gòu)建了基于COD指標(biāo)的碳排放計(jì)算模型，并對(duì)污水處理流程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了模擬分析[10]，研究表明碳排放受到運(yùn)行條件、處理工藝和進(jìn)出水COD等多種因素的綜合影響。此外，Kazuyuki Oshita等針對(duì)市政污泥厭氧消化過程中的CH4和N2O排放進(jìn)行了深入研究，指出污泥消化過程CH4和N2O的排放濃度分別為509 mg/m3和7.1 mg/m3[11]。

這些研究為污水處理領(lǐng)域提供了關(guān)于碳排放核算的基礎(chǔ)資料和定量方法借鑒。針對(duì)二級(jí)生化處理工藝是去除污水中有機(jī)碳或氮磷污染物的關(guān)鍵手段，目前對(duì)于各種生化降解工藝過程中直接碳排放與間接碳排放足跡的對(duì)比研究尚不足。A/O、A2/O、SBR和氧化溝四種工藝是我國(guó)污水處理廠當(dāng)前使用最普遍廣泛的二級(jí)生化處理工藝，本研究主要以IPCC的核算方法和排放因子參數(shù)取值為依據(jù)，收集華東、南方及華北地區(qū)的四家采用A/O、A2/O、SBR和氧化溝典型處理技術(shù)的污水處理廠運(yùn)行的基礎(chǔ)資料，開展碳足跡定量評(píng)估分析，從污染物轉(zhuǎn)化產(chǎn)氣、能耗、藥耗等方面核算評(píng)估污水處理廠的碳排放強(qiáng)度和貢獻(xiàn)占比組成，為污水處理行業(yè)制定針對(duì)性有效的減排策略和工藝優(yōu)化選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

1.1.1 碳足跡計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)及方法

碳足跡計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)主要有PAS 2050、ISO 14067標(biāo)準(zhǔn)、溫室氣體議定書標(biāo)準(zhǔn)等，其中PAS 2050是世界上首個(gè)確定并且公開的碳足跡計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，因此，本研究采用PAS 2050作為碳足跡計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。

污水處理廠碳足跡計(jì)算方法常用生命周期評(píng)價(jià)法和IPCC指南計(jì)算法。其中，生命周期評(píng)價(jià)法的流程中仍存在許多不確定因素，同時(shí)我國(guó)生命周期評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)也有待完善[12]，而IPCC方法是由聯(lián)合國(guó)氣候變化委員會(huì)編寫，專門為國(guó)家溫室氣體清單指南提供計(jì)算溫室氣體排放的方法，是國(guó)際上公認(rèn)和通用的溫室氣體排放的評(píng)估方法，其可以依據(jù)進(jìn)水和出水水質(zhì)指標(biāo)以及能耗、藥耗的量，采用統(tǒng)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)排放系數(shù)計(jì)算污水處理廠碳排放[13]。因此，本研究采用IPCC法對(duì)污水處理過程的碳排放清單進(jìn)行核算。

1.1.2 確定核算邊界

本研究根據(jù)PAS 2050確定核算邊界，以污水進(jìn)入污水處理廠為起點(diǎn)，以污水排入受納的水體以及污泥進(jìn)行最終處置為終點(diǎn)，如表1所示。

表1 溫室氣體排放核算邊界確定

1.1.3 確定排放因子

采用發(fā)改委氣候司發(fā)布的《2019年中國(guó)區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子》《IPCC 2006國(guó)家溫室氣體清單指南2019修訂版》綜合確定各排放因子的數(shù)值。

1.2 碳足跡計(jì)算方法

1.2.1 直接碳排放量估算

⑴ CH4直接排放量估算

污水處理過程中CH4直接排放計(jì)算公式為：

式⑴中：

ECH4為清單年份的生活污水處理甲烷排放總量，萬t/a；

TOW 為清單年份的生活污水中有機(jī)物總量，kg/a，以BOD計(jì)；

R 為清單年份的甲烷回收量，kg/a；

EF 為排放因子，CH4質(zhì)量/BOD質(zhì)量。

EF 計(jì)算公式為：

式⑵中：

B0為甲烷最大產(chǎn)生能力，CH4質(zhì)量/BOD質(zhì)量；

MCF為甲烷修正因子，無量綱；

根據(jù)IPCC指南，B0取值為0.25，全國(guó)平均的MCF缺省值為0.165。

⑵ N2O直接排放量估算

污水處理過程中產(chǎn)生的N2O排放估算公式為：

式⑶中：

E N2O為清單年份N2O的年排放量，kg/a；

NE為污水中總氮含量，kg/a；

EFE為廢水的N2O排放因子，IPCC指南推薦值為0.005，N2O質(zhì)量/N質(zhì)量。

由于不同的溫室氣體對(duì)引起全球氣候變暖有不同的貢獻(xiàn)值，通常采用二氧化碳當(dāng)量（CO2-eq）作為衡量溫室效應(yīng)的基本單位，計(jì)算公式為：

式⑷中：

GHG 為溫室氣體產(chǎn)生通量，t；

GWP 為全球增溫潛勢(shì)值，CH4的值為 21，N2O的值為310。

1.2.2 間接碳排放量估算

⑴ 能耗碳足跡估算

根據(jù)IPCC方法，因耗電量引起的碳足跡計(jì)算公式為：

A為耗電量，kW·h/d；

a為不同的地區(qū)的電網(wǎng)因子，t/MWh，以CO2質(zhì)量計(jì)。

電能的排放因子從發(fā)改委氣候司所發(fā)布的《2019年中國(guó)區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子》獲取（表2)，OM為電量邊際排放因子的加權(quán)平均值。

表2 中國(guó)區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子

⑵ 藥耗碳足跡估算

污水處理過程中藥品投放導(dǎo)致的間接溫室氣體產(chǎn)生排放量計(jì)算公式如下：

式⑹中：

EF 為污水處理藥品消耗的排放因子；

M 為污水處理過程中藥品消耗量，kg；

好像自己是一個(gè)外來者一樣，或許就像是在美國(guó)賣專輯的N e i l Y o u n g？我猜的，沒敢問Y o u n g去核實(shí)。

藥品消耗排放因子根據(jù)藥品價(jià)格進(jìn)行估算，具體如表3所示。

表3 藥品消耗排放因子（EF）

1.3 研究案例與數(shù)據(jù)來源

1.3.1 研究案例

⑴ A/O工藝

A/O 工藝是厭氧/好氧工藝的簡(jiǎn)稱，通常是在常規(guī)的好氧活性污泥法處理系統(tǒng)之前增加了缺氧的生物處理過程或者厭氧生物過程。A/O工藝是利用不同種類的微生物對(duì)污水處理不同階段污染物的去除效果差異而開發(fā)的一種污水處理工藝。

污水由排水系統(tǒng)收集后，進(jìn)入污水處理站的粗格柵、細(xì)格柵、曝氣沉砂池后，顆粒雜物被去除，繼而由提升泵送至初沉池進(jìn)行沉淀，而廢水自流到生物池進(jìn)行生化分解處理，污水中的有機(jī)物繼續(xù)被降解。最后，經(jīng)降解處理后的水流至二次沉淀池進(jìn)行固液分離，分離后的上清液經(jīng)凈化達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排除。活性污泥沉降于池底，吸泥泵將污泥送至污泥處理處置系統(tǒng)，最后將剩余污泥運(yùn)出[14]。

以華東地區(qū)某污水處理廠為例，該污水處理廠的工藝流程如圖1所示。

圖1 華東地區(qū)某A/O污水處理廠工藝流程圖

⑵ A2/O工藝污水處理流程

A2/O工藝也稱厭氧-缺氧-好氧（A/A/O）工藝，是一種常用的污水處理工藝，一般可用于二級(jí)污水處理、三級(jí)污水處理以及中水回用，具有較為良好的脫氮除磷效果[15]。

污水進(jìn)入廠區(qū)后先后經(jīng)過格柵泵房、沉砂池等設(shè)備去除污水中的固體懸浮物完成預(yù)處理，隨后經(jīng)過A2/O處理工藝去除污水中的COD、BOD、氮和磷等污染物，在二沉池中經(jīng)過絮凝沉淀完成二級(jí)污水處理，二沉池上清液經(jīng)過液氯接觸消毒池完成三級(jí)污水處理，沉積的剩余污泥經(jīng)深度脫水處理后外運(yùn)。

A2/O工藝可以同時(shí)完成有機(jī)物的去除、硝化脫氮、磷的過量攝取而被去除等功能。脫氮的前提是NO3-N應(yīng)完全硝化，好氧池可以完成這一功能，缺氧池可以完成脫氮功能[16]。而厭氧和好氧池聯(lián)合則可以完成除磷功能，以南方地區(qū)某個(gè)A2/O工藝污水處理廠為例，該污水處理廠流程如圖2所示。

圖2 南方地區(qū)某A2/O工藝污水處理廠處理流程

⑶ SBR工藝污水處理流程

SBR 是序列間歇式活性污泥法的簡(jiǎn)稱，是一種按間歇曝氣方式來運(yùn)行的活性污泥污水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法。與傳統(tǒng)污水處理工藝不同的是SBR技術(shù)采用時(shí)間分割的操作方式來替代空間分割的操作方式，用非穩(wěn)定生化反應(yīng)來替代穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng)，靜置理想沉淀來替代傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)沉淀[17]。

其處理流程是在較短的時(shí)間內(nèi)把污水加入反應(yīng)器中，并在反應(yīng)器充滿水后開始曝氣，污水里的有機(jī)物通過生物降解達(dá)到排放要求后停止曝氣，沉淀一定時(shí)間將上清液排出。主要特征是在運(yùn)行上的有序和間歇操作，SBR技術(shù)的核心是SBR反應(yīng)池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，無污泥回流系統(tǒng)[18]。

以華北地區(qū)某污水處理廠為例，該污水處理廠的工藝流程如圖3所示。

圖3 華北地區(qū)某SBR污水處理廠工藝流程圖

⑷ 氧化溝工藝污水處理流程

氧化溝工藝屬于延時(shí)曝氣的活性污泥法，其由活性污泥在首尾相連的閉合的曝氣溝渠中的循環(huán)，通過活性污泥中的微生物與細(xì)菌對(duì)污水中的有機(jī)物進(jìn)行降解去除，進(jìn)而達(dá)到凈化污水的目的。污水進(jìn)入氧化溝后和活性污泥充分混合，隨后通過曝氣裝置特定的定位作用產(chǎn)生曝氣推動(dòng)，使得污水與污泥在閉合的渠道內(nèi)呈懸浮狀態(tài)并不停地循環(huán)，污泥在循環(huán)中與污水進(jìn)一步充分混合，微生物與有機(jī)物進(jìn)行充分反應(yīng)，最后混著污泥的污水進(jìn)入二沉池，進(jìn)行固液分離，從而使得污水得到凈化。

以華北某污水處理廠為例，該污水處理廠采用的是卡魯塞爾2000氧化溝工藝（圖4)，是1999年DHV公司在其美國(guó)的專利特許公司EIMCO研制的一種具有內(nèi)部前置反硝化功能的氧化溝工藝[19]。其由多渠串聯(lián)而成的氧化溝系統(tǒng)，污水與活性污泥的混合液在氧化溝中不間斷流動(dòng)，氧化溝的一端設(shè)有曝氣機(jī)，使系統(tǒng)中形成好氧區(qū)和缺氧區(qū)，從而具有生物脫氮的處理功能。

圖4 華北某氧化溝工藝污水處理廠工藝流程圖

1.3.2 數(shù)據(jù)來源

A/O 工藝、A2/O工藝以及SBR工藝數(shù)據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[5]，氧化溝工藝數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[19]。四種不同工藝污水處理廠基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息如表4所示。

表4 四種不同工藝污水處理廠基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息

2 結(jié)果與討論

對(duì)碳足跡貢獻(xiàn)總量以及單位污水碳足跡貢獻(xiàn)量進(jìn)行分析，并從電耗、藥耗、能源自給以及資源回收四個(gè)方面探索污水處理廠碳減排潛力。

2.1 不同處理工藝碳足跡分析

根據(jù)式⑴—⑹以及表4數(shù)據(jù)，計(jì)算出采用A/O、A2/O、SBR和氧化溝處理工藝四種污水處理廠的碳足跡貢獻(xiàn)量。由于各廠處理的水量、污染物去除負(fù)荷、進(jìn)水水質(zhì)、電力消耗等方面的差異，僅僅從碳足跡貢獻(xiàn)總量關(guān)系并不能客觀地將不同污水處理廠信息進(jìn)行對(duì)比。因此，需要通過計(jì)算單位污水的碳足跡貢獻(xiàn)量來實(shí)現(xiàn)客觀的評(píng)估對(duì)比，結(jié)果如表5所示。

表5 不同處理工藝的碳足跡貢獻(xiàn)

對(duì)表5的數(shù)據(jù)進(jìn)行碳足跡貢獻(xiàn)源解析，結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 不同污水處理工藝碳足跡貢獻(xiàn)對(duì)比

圖6 不同處理工藝單位污水碳足跡貢獻(xiàn)量

四種不同工藝污水處理廠的碳排放總量以間接碳排放為主，占總碳排放量的72.3%，其中A2/O工藝占比最大為23.6%，氧化溝工藝占比最小為14.3%。細(xì)分類別表明，電耗、藥耗分別占總碳排放的61.3%、12%，是更主要的間接碳排放來源[20]，其中電耗占比最大為A2/O工藝（20.3%），最小為A/O工藝（11.7%）。直接碳排放占總碳排放量的27.7%，主要來源于N2O碳排放（17.7%）。

在不同處理工藝單位污水碳足跡貢獻(xiàn)量中，氧化溝工藝單位污水碳足跡貢獻(xiàn)量為9.95 tCO2每萬t污水，間接排放占比較大為75%（電耗63%、藥耗12%）；直接排放占比25% (CH4 12%，N2O 13%）。A2/O工藝單位污水碳足跡貢獻(xiàn)量為11.92 tCO2每萬t污水，間接排放占比達(dá)78%（電耗67%、藥耗11%)；直接排放占比23% (CH4 6%，N2O 17%)。氧化溝工藝和A2/O工藝的碳排放主要受電耗的間接排放影響。這是由于為了保障污水處理廠出水可以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，在設(shè)計(jì)時(shí)保守取值，而實(shí)際運(yùn)行時(shí)平均進(jìn)水濃度及進(jìn)水量負(fù)荷率通常可能低于設(shè)計(jì)值，目前變頻器、高效鼓風(fēng)機(jī)等節(jié)能設(shè)備的普及率還較低，故單位污水的電耗較高[21]。

A/O 工藝單位污水碳足跡貢獻(xiàn)量9.48 tCO2每萬t污水，間接碳排放占比較大為68%（電耗55%、藥耗13%）；直接排放占比32% (CH4 8%，N2O 24%）。SBR工藝碳足跡貢獻(xiàn)量10.12 tCO2每萬t污水，間接排放占68%（電耗59%、藥耗9%)，直接排放占比32% (CH4 14%，N2O 18%)。因此，A/O工藝、A2/O工藝和SBR工藝的碳排放主要受電耗引起的間接排放和污水處理過程N(yùn)2O直接排放影響。污水處理過程N(yùn)2O的排放主要來源于硝化及反硝化環(huán)節(jié)，其中溶解氧（DO）是一個(gè)關(guān)鍵影響因素，在硝化過程中DO濃度過低或反硝化過程中存在DO的干擾時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致N2O的產(chǎn)生，而大量含有高濃度有機(jī)物的污水會(huì)促進(jìn)異養(yǎng)微生物的呼吸作用，消耗自養(yǎng)硝化菌代謝所需的溶解氧條件[22]；其次，N2O的全球增溫潛勢(shì)是CH4的12倍，故N2O的直接碳排放占比較大。為了進(jìn)一步提高碳減排效果，需要進(jìn)一步優(yōu)化污水處理過程，特別是降低電耗引起的間接排放和污水處理過程N(yùn)2O直接排放，此外，加強(qiáng)能量資源回收技術(shù)的研究和應(yīng)用也是提高碳減排效果的重要途徑。

2.2 不同處理污水工藝的碳減排潛力

2.2.1 降低電耗減排措施

不同工藝污水處理的電耗碳足跡占較大比例，生化系統(tǒng)、深度處理及附屬動(dòng)力系統(tǒng)是電耗的主要來源，水泵與曝氣裝置是主要電耗設(shè)備。通過加強(qiáng)對(duì)易磨損、易腐蝕的水泵等設(shè)備進(jìn)行定期保養(yǎng)維護(hù)，優(yōu)化水泵類型，選用變頻調(diào)速水泵等措施減少水泵的電耗；同時(shí)可以通過優(yōu)化曝氣的組件、模式、結(jié)構(gòu)等提高曝氣效率，以防止過度曝氣造成供氧浪費(fèi)；還可以通過評(píng)估各個(gè)設(shè)備配置制定適合整個(gè)污水處理廠電力控制策略，從而降低全廠的運(yùn)行電耗[23]。

2.2.2 降低藥耗減排措施

污水處理過程各種化學(xué)藥劑投加利用混凝沉淀、生化反應(yīng)等工藝降低污水中的污染物，使出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，而這些原化學(xué)藥品在其生產(chǎn)、運(yùn)輸、投加等過程中都會(huì)消耗能源，對(duì)藥劑投加環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化也可適當(dāng)減少碳排放。如將傳統(tǒng)的變頻計(jì)量泵升級(jí)為數(shù)字泵，通過現(xiàn)階段水質(zhì)監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行精確化學(xué)藥劑投加，相較于傳統(tǒng)模式，其藥耗成本可有效降低；或是運(yùn)用人工智能技術(shù)對(duì)污水的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析形成最優(yōu)算法模型，以實(shí)現(xiàn)投藥系統(tǒng)精細(xì)化控制，降低污水處理過程藥耗，減少碳排放[24]。

2.2.3 挖掘能量自給的碳減排潛力

N 2O排放是污水處理直接碳排放強(qiáng)度的主要貢獻(xiàn)，就常規(guī)的活性污泥處理工藝而言，可通過控制硝化過程中的高DO消耗、反硝化過程中DO的調(diào)節(jié)、適當(dāng)延長(zhǎng)污泥齡和適宜的酸堿環(huán)境等來減少N2O的產(chǎn)生，進(jìn)而抑制污水處理直接碳排放[25]。對(duì)于改良污水處理工藝而言，通過回收資源、能源并供自身使用，從而提高污水處理廠能源自給率，如北歐國(guó)家的一些污水處理廠已憑借厭氧消化產(chǎn)甲烷并熱電聯(lián)產(chǎn)，以及余溫?zé)崮芾玫燃夹g(shù)實(shí)現(xiàn)能量的自給。

荷蘭Delft技術(shù)大學(xué)Kluyver生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的厭氧氨氧化工藝就可以改變生物脫氮的路徑[26]，其是指在厭氧或者缺氧條件下，厭氧氨氧化微生物以NO2-N為電子受體，氧化NH4+-N為氮?dú)獾纳镞^程，該過程是一種新型自養(yǎng)生物脫氮反應(yīng)，反應(yīng)無需外加有機(jī)碳源，污水中的有機(jī)物可以最大限度地進(jìn)行回收產(chǎn)CH4作為能源，而不是被氧化成CO2，且其過程污泥產(chǎn)生量小[27]，是一種理想的能量自給模式。為了獲取更多的CH4作為能量，針對(duì)上述四種不同工藝的污水處理廠，可以通過增強(qiáng)一級(jí)沉降或是采用高速率活性污泥法來獲取更多的污泥用于厭氧消化，并且厭氧消化產(chǎn)生的CH4可以進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)，將產(chǎn)生的熱能用于厭氧消化池的加熱，電能可供污水處理廠設(shè)備運(yùn)行。該技術(shù)可以通過降低污水處理廠的用電需求量以及回收資源抵消一部分碳排放，但其脫氮能力有限，且厭氧氨氧化菌的生長(zhǎng)是比較緩慢的，因此還需要相關(guān)科研工作者積極探索其他可行的減排模式。

2.2.4 提高能量資源回收的碳減排潛力

通過回收資源、能源并向社會(huì)輸出，從而抵消自身產(chǎn)生的部分碳排放，但是許多能量資源回收的污水處理技術(shù)仍局限于實(shí)驗(yàn)室，其進(jìn)一步的技術(shù)改進(jìn)、資源整合是投入應(yīng)用所必需的。我國(guó)已率先展開了新概念污水處理廠的應(yīng)用，這些先導(dǎo)性污水處理廠未來可能會(huì)引領(lǐng)我國(guó)污水處理技術(shù)的創(chuàng)新以及污水處理廠的改造升級(jí)。

中國(guó)新概念污水處理廠是將厭氧膜生物反應(yīng)器與離子交換技術(shù)結(jié)合[28]，改變了污水中的N、P元素的遷移轉(zhuǎn)化途徑，實(shí)現(xiàn)了N、P元素的能量資源回收和污水的100%回收利用，該技術(shù)是一個(gè)較為理想的碳減排模式。在四種不同工藝的污水處理廠可以在格柵去除懸浮物后的下一環(huán)節(jié)增設(shè)厭氧膜生物反應(yīng)器作為一個(gè)前置除碳工藝，有機(jī)物在反應(yīng)器中進(jìn)行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的CH4可以用于產(chǎn)電。經(jīng)反應(yīng)器出水的30%可以作為農(nóng)業(yè)灌溉[29]，剩余的污水可以通過離子交換技術(shù)，將污水中的N、P元素進(jìn)行濃縮，但是膜成本是主要的制約問題，且其有額外的能源需求，因此需要提高膜技術(shù)的能源效益以及離子交換技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性[30]。

3 結(jié)論

⑴ 四種不同生化工藝污水處理廠的碳足跡比較分析結(jié)果表明，A2/O工藝的單位污水碳足跡貢獻(xiàn)量最大，為11.92 tCO2每萬t污水，SBR工藝次之，為10.12 tCO2每萬t污水，而A/O工藝和氧化溝工藝分別為9.48 tCO2每萬t污水和9.95 tCO2每萬t污水，更符合低碳要求。

⑵ 四種不同工藝污水處理廠的電耗、藥耗平均占總碳排放的61.3%、12%，N2O排放導(dǎo)致的直接碳排放平均占比17.7%。因此電耗、藥耗和N2O直接排放產(chǎn)生的碳排放是污水處理廠減排的重要控制環(huán)節(jié)。

⑶ 污水處理廠可通過優(yōu)化能耗設(shè)備效能、制定合適的控制策略以及將投藥系統(tǒng)智能化來降低污水處理廠的電耗以及藥耗。同時(shí)，可發(fā)展厭氧氨氧化技術(shù)厭氧消化產(chǎn)生的CH4進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)以及建設(shè)新概念污水處理廠以實(shí)現(xiàn)污水處理廠的能量自給或資源回收。