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张辰:再谈城镇污水系统碳排放研究

时间: 2021-10-13 09:22

来源: 中国水网

作者: 张辰

早在十年前的“2010上海热点论坛”上,上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司总工、全国工程勘察设计大师张辰就指出:排水系统具有广阔的减碳空间。应该在规划理念、工艺选择、运行管理的方案比选中引入“碳尺”概念,污水收集、输送、处理、处置全方位采用低碳技术,削减“碳源”,增加“碳汇”。

“如今碳减排已经成为行业热点中的热点,可以说热得发烫,但是城镇污水系统的工程如何建设?如何面对一系列复杂的工程措施?仍然有许多问题值得行业思考。”在“2021(第十三届)上海水业热点论坛”上,张辰大师再谈城镇污水系统碳排放研究。他指出,一定要紧跟国家的战略决策,才能使方向不偏,同时要在自身研究的基础上,广泛借鉴国际的案例。

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张辰

碳达峰碳中和目标

在第75届联合国大会上,习近平总书记提出中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。

在气候雄心峰会上,国家将“30·60”计划进行量化,提出到2030 年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。

下图为世界资源研究所(WRI)统计的2018年全球碳排放现状,其中黄色部分代表中国。数据显示,近三十年来,中国的碳排放涨速很快。2018年全球碳排放总量476亿吨,中国碳排放量123.6亿吨,占全球总排放量的26%。张辰指出,这或许与我国近些年的生活水平提高、用电用水量逐年加大不无关系,中国仍需为地球的减排做出贡献和努力。

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全球碳排放现状 数据来源:WRI(世界资源研究所)CAIT数据(不包括LULUCF)

关于废水与固废处理碳排放量占全社会总量的占比,各个国家统计的数据不尽相同。欧洲统计局Eurostat2016年数据显示,废水与固废处理碳排放量占全社会总量的3.2%;美国EPA2017年数据显示,废水与固废处理碳排放量占全社会总量的2.0%,其中废水CH4和N2O排放分别占CH4和N2O排放总量的2.2%和1.4%。

我国气候变化第二次两年更新报告(2014)显示,废水与固废处理碳排放量占全社会总量1.6%,其中废水CH4和N2O排放分别占CH4和N2O排放总量的5.1%和5.6%。张辰指出,目前我国水处理行业还在使用能源,把一系列的有机氮变成氮氧化物,这样的现状值得行业思考。

城镇污水系统碳排放研究

在“2010上海热点论坛”上,张辰指出,污水处理设施建设消耗大量高能源高碳密度原材料产品,污水输送和处理运行过程,直接或间接造成温室气体的排放,因此应该树立低碳规划理念,选择低碳水处理技术,同时关注污泥处理处置能源回收。

全流程系统碳排放构成与研究

张辰表示,多年来,许多高校和学者都对于污水处理的碳排放进行了深入的探讨,然而对于碳足迹算法、固废碳排放占比等问题仍然没有规范的系统性的研究。如有机氮如何更好的加以利用?如在碳排放的直接排放和间接排放中,涉及到污水收集、污水处理及污泥处理,其中直接排放的CO2属于生物成因,IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)指南未将其纳入碳排放计算。这些问题都值得行业思考。

在污水处理领域。污水处理的出水水质标准提升,通常会引起碳排放增加。在对上海某污水处理厂不同排放标准下运行过程的碳排放进行检测后得出,一级B标准的碳排放量较二级增加21.2%;一级A较二级增加达64.8%,值得行业思考的是,为了从一级B到一级A,COD从60降到50mg/L,这样的碳排放代价值得还是不值得?

在污泥领域。在所有处理方法中,厌氧消化碳排放最低,在有机质含量较高的情况下,可实现负碳排放,好氧发酵次之,干化焚烧和深度脱水碳排放水平基本相当。同时张辰指出,用填埋的方法去处置污泥,排放量远高于土地利用,从碳排放的角度也应尽量避免污泥填埋处置。

全生命周期碳排放构成与研究

张辰指出,项目的建设、运行、拆除等各个阶段构成了碳排放的全生命周期,每个阶段都有碳排放的足迹,因此行业更应该重视全生命周期碳排放研究。

在项目建设阶段,材料生产、材料运输、施工建设都会产生碳足迹,张辰团队对于某水厂建设阶段碳排放量进行了计算,得出下表:

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在污水处理厂运营阶段碳排放比例最高,约占整个生命周期的90%以上,因此运行过程中的减碳、低碳尤为重要。城镇污水系统的碳排放包括直接排放和间接排放两类,直接排放主要源于污水、污泥处理过程中产生的CH4等温室气体,间接排放是处理过程中消耗的电能、燃料和化学物质在生产和运输过程中排放的CH4和CO2等温室气体。

污水处理厂拆除期碳排放主要包含设施拆除中的施工过程碳排放和拆除后的废弃物碳排放两部分,拆除处置阶段的碳排放占建筑生命周期碳排放总量的比例很小,可以用以下公式进行计算。

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拆除期施工过程碳排放计算公式

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编辑:赵凡

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