2021年是“十四五”的開局之年，亦是中國(guó)開啟“碳中和”的元年。污水處理行業(yè)被認(rèn)為是耗能大戶，以實(shí)現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和目標(biāo)為引領(lǐng)，我國(guó)污水處理領(lǐng)域綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展也已按下“加速鍵”，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的技術(shù)創(chuàng)新成為行業(yè)討論的熱點(diǎn)和探索的方向。高科技環(huán)保企業(yè)碧水源作為我國(guó)水處理行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，經(jīng)過二十年的創(chuàng)新發(fā)展，已圍繞綠色低碳循環(huán)發(fā)展進(jìn)行超前布局，對(duì)新型膜技術(shù)研發(fā)攻堅(jiān)克難，自主創(chuàng)新研發(fā)出低能耗曝氣MBR組器、振動(dòng)膜生物反應(yīng)器等新型膜產(chǎn)品，以及低能耗MBR工藝、MBR-DF雙膜新水源工藝等水處理工藝，成功實(shí)踐著高效節(jié)能降碳提質(zhì)的協(xié)同創(chuàng)新。

節(jié)能降耗是污水處理廠碳中和的重要方向之一

我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施經(jīng)過“十一五”至“十三五”時(shí)期的高速建設(shè)，已形成規(guī)?；奶幚砟芰?。污水處理廠是削減水中污染物最主要的環(huán)節(jié)，但在此過程中也產(chǎn)生了大量的碳排放。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)污水處理行業(yè)的電耗約占全國(guó)總用電量的1%，而碳排放量約占全國(guó)總排放量的2%。高能耗將導(dǎo)致大量間接碳排放。

污水處理碳排放包括間接排放和直接排放。IPCC（聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)）、京都議定書規(guī)定需對(duì)直接排放中的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）及六氟化硫（SF6）六種溫室氣體進(jìn)行消減，以有效控制氣候變化。其中，污水處理過程中產(chǎn)生并逸散大量甲烷和氧化亞氮，是重要的直接碳排放源。間接排放主要發(fā)生在電耗和藥耗兩部分。

據(jù)中國(guó)人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授王洪臣基于各地區(qū)代表性污水處理廠典型工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)分析及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，經(jīng)測(cè)算得出，2015年，我國(guó)污水處理行業(yè)碳排放量為3984.7萬(wàn)t CO2當(dāng)量，其中，電耗產(chǎn)生的間接碳排放量為1401.6 t CO2當(dāng)量，占行業(yè)總碳排放量的35%。

中國(guó)的污水產(chǎn)量和處理規(guī)模居世界首位，并且十年間一直在不斷增長(zhǎng)。隨著各地提標(biāo)改造的實(shí)施，我國(guó)污水處理能耗將進(jìn)一步增大。面對(duì)巨大的能耗物耗，污水處理領(lǐng)域的碳減排工作已迫在眉睫。從國(guó)外污水處理行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，“以高能耗高物耗為基礎(chǔ)的優(yōu)質(zhì)出水”以及由此帶來的“減排水污染物、增排溫室氣體”局面不利于我國(guó)污水處理行業(yè)的健康發(fā)展，降低電耗將是未來污水處理行業(yè)碳減排的重要方向之一。

碧水源新型膜技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)“節(jié)能降碳提質(zhì)”的協(xié)同創(chuàng)新

生態(tài)環(huán)境部總工程師、水生態(tài)環(huán)境司司長(zhǎng)張波曾表示，再生水是城市一個(gè)巨大的穩(wěn)定水源，再生水循環(huán)利用既可以減少污染源的排放，也可以減少碳的排放。膜技術(shù)正是實(shí)現(xiàn)污水高等級(jí)資源化，即再生水循環(huán)利用的關(guān)鍵技術(shù)。污水高等級(jí)資源化利用，同時(shí)解決了水環(huán)境污染和水資源短缺問題，是一把鑰匙打開了我國(guó)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展瓶頸上的兩把“鎖”。

據(jù)了解，作為我國(guó)大型MBR膜生物反應(yīng)器技術(shù)的開創(chuàng)者和推廣者，碧水源近年來持續(xù)開發(fā)新型膜材料并取得了重大突破，以低能耗曝氣MBR組器為代表的新產(chǎn)品，目前已開發(fā)至第四代，在提高產(chǎn)品性能的同時(shí)，降低了制造成本和運(yùn)行能耗。其中，單個(gè)膜組器裝填面積由第1代的900多㎡提高到了2500多㎡，裝填面積的提升，將使能耗顯著下降。此外，通過組器水力學(xué)優(yōu)化、元件結(jié)構(gòu)優(yōu)化、曝氣方式優(yōu)化、化學(xué)清洗優(yōu)化，減少了膜吹掃的耗能，使得噸水電耗從2005年第1代的0.25度電，降至0.1度電，降幅約60%。該產(chǎn)品對(duì)膜工藝的升級(jí)迭代及推動(dòng)我國(guó)污水處理行業(yè)的綠色低碳發(fā)展作出了積極貢獻(xiàn)。

污水處理廠的曝氣過程也是高耗能環(huán)節(jié)。碧水源自主創(chuàng)新研發(fā)了以振動(dòng)膜生物反應(yīng)器技術(shù)、強(qiáng)化脫氮除磷技術(shù)為核心的低能耗MBR工藝，其最大特點(diǎn)是能耗低、脫氮效果好、膜抗污染性強(qiáng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降碳和提質(zhì)三重效果。

其中，碧水源振動(dòng)膜生物反應(yīng)器技術(shù)依靠電機(jī)帶動(dòng)MBR組器機(jī)械振動(dòng)，即水不動(dòng)膜動(dòng)，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)高強(qiáng)度曝氣吹掃的膜污染控制方式，使得投資成本和電耗均明顯下降。在生化階段，采用“兩高一低”的強(qiáng)化脫氮除磷技術(shù)，即高污泥濃度、高回流比、低溶解氧，在不外加碳源的條件下，出水水質(zhì)可優(yōu)于地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，總氮可實(shí)現(xiàn)不高于5 mg/L，噸水能耗可降至0.3度電，與傳統(tǒng)非膜深度處理工藝基本持平。與傳統(tǒng)曝氣MBR工藝相比，可實(shí)現(xiàn)碳減排25%-30%，以處理規(guī)模為10萬(wàn)噸/日的污水處理廠為例，一年可降低能耗365萬(wàn)度電，多消減總氮逾百噸。

目前，碧水源振動(dòng)膜生物反應(yīng)器技術(shù)已成功應(yīng)用于北京竇店再生水廠，處理規(guī)模為1.5萬(wàn)噸/日，出水水質(zhì)達(dá)到北京市《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的B標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，可將當(dāng)?shù)氐氖姓鬯D(zhuǎn)化為位于北京西南區(qū)域的大石河流域生態(tài)補(bǔ)水。未來，振動(dòng)膜生物反應(yīng)器技術(shù)將替代傳統(tǒng)MBR膜技術(shù)成為污水高等級(jí)資源化領(lǐng)域重點(diǎn)推廣應(yīng)用的方向。

振動(dòng)膜生物反應(yīng)器（V-MBR）污水深度處理集成裝備

北京竇店再生水廠

在高品質(zhì)再生水回灌水源地或用于環(huán)境敏感地區(qū)生態(tài)補(bǔ)水等方面，碧水源創(chuàng)新研發(fā)出MBR-DF雙膜新水源工藝，與新加坡NEWater技術(shù)，即在傳統(tǒng)的污水處理廠后增加超濾-反滲透技術(shù)相比，系統(tǒng)運(yùn)行壓力可降低60%~70%，能耗下降60%~65%，出水水質(zhì)達(dá)到地表Ⅲ類水以上，已成為北京、天津等對(duì)再生水有高標(biāo)準(zhǔn)要求的地區(qū)、洱海流域等水環(huán)境敏感地區(qū)、特殊行業(yè)需求等水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的支撐性技術(shù)。

在我國(guó)污水處理行業(yè)減污降碳綠色協(xié)同發(fā)展的道路上，碧水源深耕膜法水處理技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用和膜裝備制造，把節(jié)能降耗、提質(zhì)增效、能源資源回收作為核心的研發(fā)方向，貫穿污水處理全流程，且擁有眾多成功案例，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)“降碳提質(zhì)”目標(biāo)做出了積極貢獻(xiàn)。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，依托碧水源等高科技環(huán)保企業(yè)的創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)品、先進(jìn)工藝，以及持續(xù)性的自主研發(fā)能力，應(yīng)運(yùn)而生的膜技術(shù)低碳模式，帶動(dòng)污水處理行業(yè)實(shí)現(xiàn)“碳中和”的路徑已經(jīng)明朗，未來將會(huì)出現(xiàn)更多關(guān)鍵技術(shù)的突破和可供借鑒的典型項(xiàng)目。