上海城投陈广：技术不是纸上谈兵，上海污水处理中“减污降碳”的实战探索

9月16日，在2021（第十三届）上海水业热点论坛现场，上海城投污水处理有限公司执行董事、总经理陈广对“双碳战略下污水处理系统运行的‘上海探索’”这一话题进行了分享。

上海城投污水处理有限公司执行董事、总经理 陈广

其中碳达峰的核算对象为范围二中使用外购电能、热能或蒸汽的过程。范围一、范围二和范围三为碳中和的核算对象。碳足迹把范围一到范围四全部囊括其中。

为什么碳达峰没有范围四？范围四在IPCC定义中，是由生物分解产生的CO2为生物质碳(biogenic carbon)，生物质碳最初来源是自然界的植物进行光合作用所吸收固定的大气中的CO2，因此排放后不会导致大气中CO2含量的净增长。所以范围四是碳足迹的核算范围但不是碳达峰、碳中和的核算范围。

全球共有233个国家，其中只有26个国家印发或实现双碳承诺，我国于2020年9月第一次提出“30·60”的概念。

在国际碳行动伙伴组织（ICAP）2020年度全球碳市场进展报告中可以看出世界各类行业碳排放现状能源消耗占73.2%，2020年中国各类行业碳排放现状中显示能源占77%，中国碳排放量约为103亿吨，占全球份额增至30%，其中废水处理的碳排放量占2%左右，约2亿吨。污水处理行业碳排放总量可观，实现污水行业碳中和是不可回避的责任。

在这种国内、国际的形势下，上海市制定了更加严格的目标，出台了《上海市城市总体规划（2017-2035年）》、《上海市生态环境保护“十四五”规划》、《上海市2021年节能减排和应对气候变化重点工作安排》，以及全国碳交易市场今年也在上海上线。

陈广介绍，上海碳达峰阶段一共有五大发力方向：构建清洁低碳安全高效的能源体系、实施重点行业领域减污降碳行动、推动绿色低碳技术实现重大突破、完善绿色低碳政策和市场体系、提升生态碳汇能力。

陈广介绍，以该污水处理厂为例进行温室气体核算。本次核算范围包括范围一CH4（污水预处理、污水生物处理）、N2O（污水预处理、污水生物处理、污泥焚烧）。范围二电能、热能、药剂。由于范围三涉及的上下游链条端企业多，数据较难掌握，以及范围四是生物源碳排放，所以暂不纳入本次计算。本次核算是经过精密的估算，电耗、药耗等数据来源都是实际数据，其中排放因子是参考IPCC的推荐值和文献研究的推荐值。具体核算公式及各指标核算公式如下：

在污水处理工艺段，参与核算的各数值如下表显示：

通过计算得出，按照核算范围评估，能耗类间接排放量占比最大达到80%，药耗间接排放量占17%，CH4和N2O的直接排放仅占2%和1%。按照工艺段评估，生物处理段碳排放量占比最大，已经超过50%。其次是深水处理段和辅助设施段的碳排放量，预处理段和出水段的碳排放量占8.91%和3.62%。

污泥处理工艺段，参与核算的各数值如下表显示：

通过计算得出，按核算范围评估，间接碳排放量占比最大，其中电能和热能间接碳排量为38%和27%。按工艺评估，污泥处理过程中，干化段与焚烧段的碳排量最高，达到40%和35%。

通过以上的污水处理工艺段和污泥处理工艺段的数据进行总结发现，污水处理段碳排放总量占63%，污泥处理段碳排放总量占37%，污水处理段的碳排放总量比污泥处理段高1.7倍。陈广指出，直接排放占11%，间接排放占89%，所以间接碳减排是减碳的重点研究对象。

结合以上分析，再来看上海的实际情况。目前上海中心城区污水量约610万m³/d，污泥全量焚烧。2021年，上海中心城区污水处理碳排放强度达峰，达到0.45 kgCO2·eq/m³。上海中心城区污水处理碳排放总量在100万吨/年。在“十四五”阶段上海中心城区还会新增设备等，推测在2025年上海中心城区污水处理碳排放总量达峰，达到120万吨/年。减碳的重点也要放在能耗上。

陈广强调，改变现状的方法一定是探索，目前已经有许多的减碳技术在探索和实践。从下图可以看出，技术越是接近原点，则技术越成熟。关于污水处理厂减碳技术的探索有很多方面的技术，例如节能降耗技术中的智能加药、智能曝气、余热利用污泥协同消化等，清洁能源替代技术中的光伏发电、水源热泵、热电联产等，碳汇技术的中水回用、氮磷回收、灰渣资源化……

上海城投实践的项目中，大部分采用的是成熟的技术，有一些技术正处于研发阶段，等技术成熟，也会进行项目实践的尝试。

泰和污水处理厂的处理规模为40万吨/天，技术特点是精确曝气控制系统升级，增加氨氮优化模块和低负荷模块，进一步降低曝气环节电耗。当进水高负荷时，系统将根据设定的氨氮值自动计算所需的溶解氧设定值，并驱动空气阀和鼓风机自动调整；当进水低负荷时，系统将自动优化溶解氧设定值，防止过渡曝气。

与初设相比，生物处理段电耗可降低15%以上，约每天节省电7000kwh。通过智能曝气可达到年碳减排量约2013tCO2·eq/yr。

该项目中，对于智能加药环节采用的技术有除磷加药和尾水消毒。除磷加药：基于专家系统控制原理，设定出水TP目标值后系统根据高沉池进水流量，TP、SS以及出水TP的实时值自动计算出PAC投加量，在保证出水TP达到目标值的前提下减少了PAC的投加量。尾水消毒：采用前馈+反馈的闭环控制逻辑，根据瞬时流量和出水余氯实时值自动调节次氯酸钠投加量，兼顾消毒效果和余氯达标的基础上减少了次氯酸钠投加量。

与初设相比，药耗降低了30%~50%，其中PAC减少了7227吨/年，次氯酸钠减少了1840吨/年。通过智能加药可以达到年碳减排量2293tCO2·eq/yr。

白龙港污水处理厂：水源热泵技术+热电联产技术

该项目采用的水源热泵技术体现如下特点：采用白龙港污水处理厂处理后的再生水作为热泵系统的低品位热源，利用热泵技术实现为建筑供暖制冷的目的。年可回收热量：15582 GJ。年标煤减少423.28吨。通过水源热泵技术可以达到年碳减排量约1109tCO2·eq/yr。陈广介绍，在该项目中，水源热泵技术做了很多尝试，目前方案已经制定好，最晚明年会推出。

白龙港污水处理厂热电联产环节的设计规模为5MW，年发电量2200万kwh。技术特点：利用沼气内燃热电联产技术，结合原有沼气热水锅炉，实现发电和余热资源的最大化利用，综合能源利用效率达到75%。通过热电联产技术可达到年碳减排量约2.09万tCO2·eq/yr。该方案已经制定好，目前处于前期推进阶段。

白龙港、石洞口和竹园第二污水处理厂：光伏发电技术

在白龙港污水处理厂、石洞口污水处理厂以及竹园第二污水处理厂中，光伏发电的设计规模共计131MW，其中，白龙港厂108MW、石洞口厂8MW、竹园二厂15MW，三个厂的年发电总量为1.5亿度。三个水厂的光伏发电技术特点包括：组件采用535Wp单晶单面半片组件，安装倾角5°，通过柔性光伏支架安装在水池上空。通过光伏技术可达到年碳减排量约CO2为10万tCO2·eq/yr。

城投污水公司：灰渣制备水泥原料

陈广强调，技术从来都不是从书上抄来的，是查阅了很多文献，并结合实际情况做出的具体方案。值得一提的是，泰和污水处理厂、白龙港污水处理厂等污水厂实行的技术和方案都得到了很好的运行，并在今年3月，白龙港污水处理厂、泰和污水处理厂以及石洞口污水处理厂获得首届“双百跨越”污水处理标杆污水处理厂的荣誉。

陈广指出：“双碳目标的实现，包括高质量发展的需求，都是考验智力、耐力、定力的事。道阻且长、行则将至，行而不辍，未来可期！共勉。”

在“双碳”目标下，要真正实现环保和低碳是一个很难的课题，需要行业共同的智慧。陈广表示，目前上海城投已经做了很多尝试和技术积累，他强调，上海城投期待与更多行业优秀企业合作和共赢。也欢迎更多有好的技术以及对其他技术有好的想法和构思的行业同仁，与上海城投联系和合作。

编辑：李丹