全球變暖導(dǎo)致極端天氣事件頻發(fā)、生態(tài)系統(tǒng)退化是人類當(dāng)今面臨的最大挑戰(zhàn)之一。在這樣的背景下，國(guó)際社會(huì)積極采取行動(dòng)，應(yīng)對(duì)氣候變化。2020 年 12月 12 日，國(guó)家主席習(xí)近平在紀(jì)念《巴黎協(xié)定》簽訂 5 周年的氣候雄心峰會(huì)上發(fā)表“繼往開來(lái)，開啟全球應(yīng)對(duì)氣候變化新征程”的重要講話，承諾到 2030 年，中國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比 2005 年下降 65%以上，努力爭(zhēng)取 2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”。這是中國(guó)致力于自身生態(tài)文明建設(shè)的戰(zhàn)略舉措，也是中國(guó)愿為人類社會(huì)發(fā)展做出新貢獻(xiàn)的重大宣示。
要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要每個(gè)行業(yè)都積極行動(dòng)以降低碳排放。以國(guó)家經(jīng)開區(qū)、國(guó)家高新區(qū)為代表的國(guó)家園區(qū)是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要引擎，應(yīng)率先將“低碳”貫穿到園區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念、發(fā)展方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增長(zhǎng)動(dòng)力、效益評(píng)價(jià)等各個(gè)方面和環(huán)節(jié)之中。污水處理作為重要的碳排放行業(yè)之一，亟需系統(tǒng)全面地開展碳減排工作。一方面，近年來(lái)由于我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加速，相對(duì)于市政污水，各類園區(qū)污水成分復(fù)雜，污染物濃度高，并含有各類難降解、難處理的污染成分，使得當(dāng)前園區(qū)污水減污降碳處理成為高能耗行業(yè)，高能耗將導(dǎo)致大量間接碳排放。另一方面，污水處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生并逸散大量 CH4 和 N2O，據(jù)美國(guó) EPA 預(yù)測(cè)，到 2030年，全球污水處理 CH4 和 N2O 逸散量將分別超過(guò) 6 億噸和 1 億噸二氧化碳當(dāng)量，是重要的碳排放源，約占非二氧化碳總排放量的 4.5%，園區(qū)污水處理廠的直接碳排放量也不容忽視。由此可見在國(guó)家園區(qū)開展污水集中處理設(shè)施減污降碳工作大有可為也必將大有作為。
在污水處理系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，溫室氣體直接和間接產(chǎn)生的碳排放量大體相當(dāng)。作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的排頭兵，近年來(lái)一些國(guó)家園區(qū)的污水處理廠在可行的條件下先行先試，探索污水處理溫室氣體直接排放碳減排、間接排放碳減排，能量回收利用等方式實(shí)現(xiàn)碳減排，取得了初步成效。
(一)直接排放碳減排
相關(guān)研究表明，國(guó)家園區(qū)產(chǎn)生的污水中，有機(jī)物、氮素含量高于一般水平，因此見著污水處理中的直接碳排放，成為了國(guó)家園區(qū)減污降碳的關(guān)鍵。污水處理直接碳排放主要為處理過(guò)程中在現(xiàn)場(chǎng)直接向大氣中排放的甲烷和一氧化二氮。
甲烷的排放主要源于有機(jī)物的厭氧分解。污泥填埋場(chǎng)、化糞池、厭氧水解池，管理不善的初沉池、曝氣池和堆肥場(chǎng)都是重要的排放源。污泥焚燒也產(chǎn)生一定量的甲烷。另外，污泥處理處置過(guò)程中的溢出、沼氣系統(tǒng)的泄露及不完全燃燒也都導(dǎo)致甲烷的排放。
一氧化二氮的排放主要源于氮素的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程。最初認(rèn)為生物脫氮系統(tǒng)的反硝化單元是主要的一氧化二氮，后來(lái)發(fā)現(xiàn)硝化過(guò)程一氧化二氮的排放量遠(yuǎn)高于反硝化排放。在碳減排實(shí)踐中，污水處理廠出水排入受納水體后進(jìn)行的天然硝化反硝化也被認(rèn)為是重要的排放源。當(dāng)脫氮效果較差時(shí)，受納水體中的天然硝化反硝化將成為主要的排放源。另外，污泥填埋、土地利用、生物堆肥以及沼氣燃燒等過(guò)程也存在一氧化二氮排放。
國(guó)家園區(qū)污水集中處理設(shè)施減少溫室氣體直接排放一是減少污水處理系統(tǒng)厭氧環(huán)境，如逐步取消化糞池、減少管道淤積等；二是將 N2O 納入生物處理控制體系；三是提高精細(xì)化管理水平，減少直接碳排放量。
(二) 間接排放碳減排
國(guó)家園區(qū)污水處理量大，如果出現(xiàn)設(shè)備不匹配、負(fù)載不適當(dāng)、調(diào)整不及時(shí)等問(wèn)題，會(huì)產(chǎn)生大量的間接碳排放。間接排放是指污水處理所消耗的能量和物料的生產(chǎn)過(guò)程中在其生產(chǎn)場(chǎng)地發(fā)生的碳排放。污水處理消耗的能量包括電耗、燃料、熱蒸汽等，主要用于污水和污泥的輸送、混合、供氧、污泥脫水等設(shè)備運(yùn)行。消耗的物料包括各種無(wú)機(jī)或有機(jī)化學(xué)藥劑如外加碳源、除磷藥劑、污泥脫水藥劑等。
污水處理間接排放碳減排可以通過(guò)以下途徑：一是采用高效機(jī)電設(shè)備，新建設(shè)施直接采購(gòu)高效設(shè)備，已有設(shè)施逐步更新成高效設(shè)備；二是加強(qiáng)負(fù)載管理，滿足工藝要求的前提下要使負(fù)載降至最低，同時(shí)，設(shè)備配置要與實(shí)際荷載相匹配，避免“大馬拉小車”；三是建立需求響應(yīng)機(jī)制，根據(jù)實(shí)際工況的需求及其變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
1.采用高效機(jī)電設(shè)備
國(guó)家園區(qū)污水處理工作起步較早，現(xiàn)階段，部分國(guó)家園區(qū)的污水處理設(shè)施出現(xiàn)老化的情況，主要表現(xiàn)為機(jī)電設(shè)備的老化。污水處理機(jī)電設(shè)備主要包括水力輸送、混合攪拌和鼓風(fēng)曝氣三大類。采用高效電機(jī)是這些設(shè)備具有較高機(jī)械效率的前提，目前污水行業(yè)的水力輸送和攪拌設(shè)備均已經(jīng)出現(xiàn)具備 IE4 能效水平的高效電機(jī)，采用高效電機(jī)通常可實(shí)現(xiàn) 5%-10%的效率提高。
水力輸送設(shè)備的水力端設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，水力端需具備無(wú)堵塞?持續(xù)高效的特點(diǎn)，無(wú)堵塞技術(shù)可避免通道容量減少降低效率或長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行燒毀電機(jī)。持續(xù)高效可確保電機(jī)長(zhǎng)期高效運(yùn)行，先進(jìn)的水力端設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)水力輸送設(shè)備全生命周期節(jié)省 7%-25%的能耗，而且介質(zhì)條件越惡劣，其節(jié)能效果相對(duì)會(huì)越明顯。
混合攪拌設(shè)備的水力端設(shè)計(jì)同樣關(guān)鍵，采用后掠式葉片設(shè)計(jì)可以提供額外的自清潔功能，使攪拌器具有良好的抗纏繞性能，從而避免攪拌效率降低甚至燒毀電機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。
鼓風(fēng)曝氣包括鼓風(fēng)機(jī)和曝氣器兩部分。容積式鼓風(fēng)機(jī)雖然購(gòu)置費(fèi)用較低，但機(jī)械效率很低，應(yīng)盡量避免采用。單級(jí)高速離心式鼓風(fēng)機(jī)效率很高，且技術(shù)進(jìn)步很快，采用空氣懸浮或磁懸浮等高速無(wú)齒技術(shù)，可使電機(jī)與風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)“零摩擦”驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)超高速運(yùn)行，顯著提高機(jī)械綜合效率及效益。不同材質(zhì)不同結(jié)構(gòu)形式的曝氣器氧傳質(zhì)性能差別很大，采用抗撕裂、抗老化、壽命長(zhǎng)的新型高分子聚氨酯材料以及超微孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的曝氣產(chǎn)品具有充氧性能高、運(yùn)行穩(wěn)定和調(diào)節(jié)品質(zhì)好的特征。另外，混合曝氣、逆流曝氣、限制性曝氣、全布曝氣都是可以采用的高效曝氣形式。在進(jìn)行曝氣器數(shù)量的選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮水廠水質(zhì)水量波動(dòng)情況和鼓風(fēng)機(jī)性能參數(shù)，使其在最優(yōu)單頭通氣量范圍內(nèi)工作，也可明顯提高充氧性能。
2. 加強(qiáng)負(fù)載管理
國(guó)家園區(qū)發(fā)展較快，相較于其他區(qū)域，污水處理增量多，部分國(guó)家園區(qū)污水處理設(shè)施的負(fù)載難以跟上快速增長(zhǎng)的污水量，加強(qiáng)負(fù)載管理很有必要。污水提升以及污泥回流等單元的水力輸送設(shè)備常由于流量級(jí)配不合理、揚(yáng)程選擇偏大，使設(shè)備絕大部分時(shí)段在低效工況運(yùn)行，應(yīng)予以改造。
由于擔(dān)心污泥沉積，混合攪拌設(shè)備的設(shè)計(jì)攪拌功率同樣普遍偏大，實(shí)際處于過(guò)度攪拌狀態(tài)，導(dǎo)致電耗增加，準(zhǔn)確把握攪拌器與介質(zhì)之間力和能量的傳遞非常關(guān)鍵，而采用推力作為攪拌器的選型依據(jù)（ISO21630 標(biāo)準(zhǔn)），可以準(zhǔn)確衡量實(shí)際工況所需攪拌器的大小，有效避免此類電耗的浪費(fèi)。
隨著脫氮除磷要求的日益嚴(yán)格，污水處理過(guò)程需要攪拌器數(shù)量也越來(lái)越多，成為不容忽視的耗電環(huán)節(jié)。當(dāng)設(shè)置潛流推進(jìn)器時(shí)，優(yōu)化推進(jìn)器和曝氣系統(tǒng)的位置和距離，可以使系統(tǒng)的能量損失最小。當(dāng)推進(jìn)器距離上游曝氣器不小于一倍水深，并且推進(jìn)器距離下游曝氣器不小于水深和廊道寬度的最大值時(shí)，推進(jìn)器和曝氣系統(tǒng)最為穩(wěn)定，能耗最低。高效的潛水推進(jìn)器配合好氧池的池型優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以降低池內(nèi)阻力損失、減少推進(jìn)器的功率需求，實(shí)現(xiàn)能耗降低。曝氣系統(tǒng)的電耗約占污水處理總電耗的 50%-70%，是加強(qiáng)負(fù)載管理的重點(diǎn)。設(shè)計(jì)基于穩(wěn)妥的目的，常使鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量級(jí)配不合理、出風(fēng)壓力選擇偏大，使之絕大部分時(shí)段在低效工況運(yùn)行。鼓風(fēng)氣量偏大或曝氣器數(shù)量偏少都將導(dǎo)致單位曝氣器氣量過(guò)大，造成充氧轉(zhuǎn)移效率降低、阻力增大，降低能效。另外，曝氣器堵塞后如不能及時(shí)清洗，也會(huì)增加阻力損失，增大能耗。
3. 建立處理運(yùn)行需求響應(yīng)機(jī)制
國(guó)家園區(qū)的運(yùn)行具有一定的周期性、季節(jié)性，準(zhǔn)確把握規(guī)律，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，對(duì)于國(guó)家園區(qū)的污水處理來(lái)說(shuō)就顯得尤為重要。建立需求響應(yīng)機(jī)制就是實(shí)現(xiàn)各單元以及全流程的優(yōu)化運(yùn)行。目前，污水行業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)感應(yīng)式調(diào)速和線性調(diào)速的水力輸送和攪拌設(shè)備，此類設(shè)備內(nèi)置智能控制系統(tǒng)，可以有效優(yōu)化水力輸送和攪拌系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。
高效的水力輸送設(shè)備內(nèi)置專業(yè)為水力輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能控制系統(tǒng)，可以自動(dòng)進(jìn)行設(shè)備自清洗，泵坑自清洗和管路自清洗，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行頻率達(dá)到系統(tǒng)的能耗最低點(diǎn)。額外的控制系統(tǒng)甚至可以優(yōu)先啟動(dòng)效率最高的水泵，可以根據(jù)整個(gè)輸送管網(wǎng)的波峰波谷自動(dòng)切換控制模式，從而發(fā)揮泵站的蓄水能力，減少對(duì)管網(wǎng)的沖擊，使輸送泵站與水廠協(xié)同運(yùn)行。
混合攪拌設(shè)備內(nèi)置智能控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)攪拌器推力可調(diào)，當(dāng)由于工況變化所需推力降低時(shí)，攪拌器通過(guò)降低轉(zhuǎn)速滿足工況需求，同時(shí)節(jié)省能耗；當(dāng)所需推力升高時(shí)，攪拌器通過(guò)提高轉(zhuǎn)速滿足工況需求，避免設(shè)備增加或更換。
采用內(nèi)置智能控制系統(tǒng)的水力輸送設(shè)備和攪拌器，在特定工況條件下，與傳統(tǒng)設(shè)備相比，甚至可以節(jié)省 50%以上的能耗。
目前，前饋、反饋、前饋-反饋耦合等各種不同控制品質(zhì)的曝氣控制器和控制策略已較成熟，可以實(shí)現(xiàn)按需供氧，避免不必要的電耗。先進(jìn)的曝氣控制系統(tǒng)可在滿足處理要求的前提下將鼓風(fēng)曝氣量動(dòng)態(tài)降至最低，大幅度降低能耗，同時(shí)還能提高曝氣器的氧利用率。設(shè)置高效推進(jìn)器潛流推進(jìn)器，使池內(nèi)介質(zhì)保持一定的流速，可在滿足工藝實(shí)際需的前提下進(jìn)一步降低鼓風(fēng)曝氣量時(shí)，避免混合液發(fā)生沉積。另外，介質(zhì)保持一定的流速，可使氣泡在水中有更長(zhǎng)的停留時(shí)間，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的氧轉(zhuǎn)移效率。應(yīng)定期調(diào)節(jié)污泥回流比，在滿足污泥回流量的前提下，使之降至最低，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的同時(shí)提高出水水質(zhì)。通過(guò)微波含固量在線測(cè)定技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)污泥脫水單元加藥量的前饋或反饋控制，降低絮凝劑的消耗量，減少間接碳排放。
(三)物料和能量回收利用
國(guó)家園區(qū)作為走在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展前列的區(qū)域，探索開展物料和能量回收利用，不僅能夠達(dá)到污水處理減污降碳的的目的，還可以有效彌補(bǔ)能源缺口，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和綠色轉(zhuǎn)型。
1. 污水熱能利用
國(guó)家園區(qū)往往產(chǎn)業(yè)、生活緊密聯(lián)系，某些污水處理廠嘗試進(jìn)行污水熱能利用，實(shí)現(xiàn)直接的熱能利用。我國(guó)對(duì)于污水源熱泵的探究起步較晚，通過(guò)近些年的研究與發(fā)展，國(guó)內(nèi)已建成多個(gè)污水源熱泵系統(tǒng)并投入使用。污水源熱泵充分利用污水水溫恒定的特點(diǎn)，能夠從污水中高效提取熱量，制冷及制熱系數(shù)可達(dá) 3.5～4.4，可在穩(wěn)定供暖制冷的同時(shí)，降低用電量，實(shí)現(xiàn)污水熱能的開發(fā)利用。
2.污泥厭氧消化利用
國(guó)家園區(qū)的生活、生產(chǎn)用氣需求旺盛，進(jìn)行污泥厭氧消化并產(chǎn)生可燃?xì)怏w，在燃?xì)夤芫W(wǎng)較為發(fā)達(dá)的國(guó)家園區(qū)具有廣泛前景。污水中蘊(yùn)含著大量的能量，理論上是處理污水所需能量的很多倍。污水經(jīng)處理后，其中的能量大部分轉(zhuǎn)移到了污泥中，因此開發(fā)回收污泥中的能量具有極大的潛力。污泥能源化主要集中在厭氧方向，污泥厭氧能源化包括厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙醇、厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫和厭氧消化產(chǎn)甲烷三個(gè)技術(shù)路徑。產(chǎn)乙醇技術(shù)雖然成熟，但能源轉(zhuǎn)化率較低。產(chǎn)氫技術(shù)目前仍存在反應(yīng)器放大的困難，制約生產(chǎn)性應(yīng)用。實(shí)踐中普遍采用的是厭氧消化技術(shù)。傳統(tǒng)厭氧消化技術(shù)能源轉(zhuǎn)化率在 30%-40%，而高級(jí)厭氧消化技術(shù)可提高到 50%-60%。高級(jí)厭氧消化技術(shù)包括高溫厭氧消化、溫度分級(jí)厭氧消化和酸-氣兩相厭氧消化。污泥預(yù)處理技術(shù)近年來(lái)進(jìn)展較快，具體包括熱水解、超聲細(xì)胞破碎、微波細(xì)胞破碎、生物酶水解、聚焦電脈沖和化學(xué)細(xì)胞破碎等技術(shù)，目前應(yīng)用較多的是熱水解技術(shù)，這些預(yù)處理技術(shù)可使厭氧消化的能源轉(zhuǎn)化率進(jìn)一步提高。傳統(tǒng)厭氧消化技術(shù)可使污水處理實(shí)現(xiàn) 20%-30%的能源自給率，預(yù)處理、高級(jí)厭氧消化、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池以及熱電聯(lián)產(chǎn)等技術(shù)的耦合使用，有望使污水處理實(shí)現(xiàn)30%-50%的能源自給率，既大大降低間接碳排放量，又降低甲烷產(chǎn)生并逸散導(dǎo)致的直接排放。污泥厭氧消化過(guò)程的碳排放量相對(duì)較低，且具備實(shí)現(xiàn)負(fù)碳排放的可能。污泥厭氧消化耦合沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，可以實(shí)現(xiàn)熱、電兩種能源的回收利用，提高能源利用效率。目前我國(guó)污泥熱電聯(lián)產(chǎn)已應(yīng)用在多個(gè)項(xiàng)目上，并取得了明顯的碳減排效果。由于我國(guó)工業(yè)園區(qū)污水處理廠進(jìn)水濃度相對(duì)較低、污泥含沙量大，目前厭氧消化工藝在整個(gè)污泥處理處置中占比較低。隨著深化污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)和碳減排政策的逐步推進(jìn)，污泥中的有機(jī)物濃度將逐漸提高，厭氧消化后的沼氣可轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)能源自給并對(duì)外輸出，是實(shí)現(xiàn)污水處理行業(yè)減污降碳協(xié)同增效的重要途徑。
3. 污泥焚燒熱能利用
某些國(guó)家園區(qū)污水處理廠污泥外運(yùn)不變，采用環(huán)保達(dá)標(biāo)的設(shè)施，進(jìn)行污泥焚燒，減少污泥外運(yùn)數(shù)量，充分利用污泥燃燒產(chǎn)生的熱能。污泥焚燒熱能利用，即采用專用焚燒爐進(jìn)行污泥獨(dú)立焚燒，污泥在焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣熱量在尾部煙道中通過(guò)空氣預(yù)熱器和省煤器分別加熱燃燒所需空氣以及干化所需的導(dǎo)熱油，以達(dá)到熱能利用的目的，同時(shí)污泥焚燒的余熱還可進(jìn)行發(fā)電。
4.光伏發(fā)電
國(guó)家園區(qū)的土地成本較高，利用污水處理設(shè)施占地較大的特點(diǎn)，試點(diǎn)開展光伏發(fā)電，也是一條有益的減污降碳路徑。污水處理作為高耗能行業(yè)，光伏發(fā)電系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用對(duì)緩解污水處理廠高耗能問(wèn)題具有重要意義。目前，我國(guó)污水處理廠與光伏發(fā)電項(xiàng)目的結(jié)合尚處于發(fā)展階段，部分園區(qū)已在探索利用污水處理廠的初沉池、曝氣池、膜池、清水池等構(gòu)筑物上方空間安裝光伏發(fā)電設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)削峰填谷、清潔發(fā)電。
國(guó)家園區(qū)污水處理領(lǐng)域減污降碳是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，同時(shí)具有一定的試點(diǎn)性，綜合提出相應(yīng)對(duì)策，有利于推動(dòng)國(guó)家園區(qū)的高質(zhì)量發(fā)展。污水處理領(lǐng)域碳減排與能源交通等其他行業(yè)相比，減排成本較低，可以低成本為國(guó)家增加碳匯。“以高能耗高物耗為基礎(chǔ)的優(yōu)質(zhì)出水”以及由此帶來(lái)的“減排水污染物，增排溫室氣體”局面不利于污水處理行業(yè)的健康發(fā)展，因此提出以下園區(qū)污水處理領(lǐng)域碳減排對(duì)策。
(一) 開展園區(qū)碳排放核算與碳減排工藝研究
科學(xué)認(rèn)識(shí)工業(yè)園區(qū)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和碳排放特征。園區(qū)作為一個(gè)較為強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)獨(dú)立載體，其環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)也是需要管理污染物排放，有效管理以二氧化碳為首的導(dǎo)致溫室效應(yīng)的氣體，建設(shè)園區(qū)的核心建設(shè)數(shù)據(jù)體系。完善碳排放基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，明晰碳排放現(xiàn)狀與特征，建立起園區(qū)碳排放核算方法。有效推動(dòng)工業(yè)園區(qū)的降碳與減少溫室氣體的協(xié)同發(fā)展工作，發(fā)揮園區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈共享能源以及污染物治理的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，建設(shè)良好的產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與能源一體化的目標(biāo)。
理論是行動(dòng)的先導(dǎo)，國(guó)家園區(qū)減污降碳具有先行先試的特點(diǎn)，需要從理論上進(jìn)行突破并開展好試點(diǎn)。基于有機(jī)污染物去除的可持續(xù)污水處理新工藝主要是厭氧處理技術(shù)，能耗低，且可回收能源。高濃度有機(jī)廢水的厭氧技術(shù)已成熟，但某些園區(qū)污水有機(jī)物濃度低，厭氧處理存在投資大和占地大等障礙。目前，污水厭氧處理方向研究的熱點(diǎn)是厭氧膜生物反應(yīng)器AnMBR，與傳統(tǒng)厭氧工藝相比，可大幅度減少占地，但技術(shù)成熟度離生產(chǎn)性應(yīng)用尚存在差距。
另一類可持續(xù)污水處理工藝是低能耗、低碳源消耗的脫氮工藝，有很多種類，但主要包括基于短程反硝化原理的SHARON工藝和基于厭氧氨氧化的ANNAMOX/DEMON工藝。與傳統(tǒng)的AAO工藝相比，SHARON可節(jié)約25%的能耗、40%的碳源消耗，而ANNAMOX 工藝可節(jié)約60%的能耗、90%的碳源消耗。目前，SHARON 和ANNAMOX 在高濃度氨氮污水處理中已較成熟，在污泥回流液處理中已有一批成功案例。在園區(qū)污水處理上雖有進(jìn)展，但離實(shí)際應(yīng)用仍有差距。
未來(lái)革命性的可持續(xù)污水處理工藝方向是碳氮兩段法：首先對(duì)污水中的有機(jī)物進(jìn)行分離，分離出的污泥通過(guò)厭氧消化產(chǎn)生 CH4，或?qū)ξ鬯苯舆M(jìn)行厭氧處理產(chǎn)能，分離后含有氨氮的污水通過(guò)主流厭氧氨氧化進(jìn)行脫氮。按照 B. Kartal 等人的理論估算，采用現(xiàn)在的活性污泥法，處理 1 人口當(dāng)量的污染物需要耗電 44瓦時(shí)，而采用上述碳氮兩段法，處理 1 人口當(dāng)量的污染物將產(chǎn)生 24 瓦時(shí)能量，從而使污水處理廠真正成為“能源工廠”，且污泥產(chǎn)量?jī)H為活性污泥法的四分之一。
目前，國(guó)際上已針對(duì)污水處理過(guò)程中碳排放機(jī)理和各種溫室氣體的碳排放系數(shù)開展了大量的研究。由于一氧化二氮的溫室效應(yīng)潛能指數(shù)（Global WarmingPotential: GWP）高達(dá) 298 倍，其產(chǎn)生機(jī)理正在成為研究熱點(diǎn)。基于長(zhǎng)效減碳，一些專家正在研究編制污水處理的未來(lái)低碳技術(shù)路線圖。一些國(guó)家基于大量檢測(cè)，提出了適于本地特點(diǎn)的排放系數(shù)。一些企業(yè)也正在投入精力開發(fā)污水處理節(jié)能降耗的新工藝、新技術(shù)及新設(shè)備。一批污水處理廠正在改造之中。我國(guó)在該領(lǐng)域的研究還處于較落后狀態(tài)，有的方向還處于空白，國(guó)家應(yīng)及時(shí)規(guī)劃開展相關(guān)研究，為我國(guó)污水領(lǐng)域的碳減排奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
(二) 開展污水處理廠的提效改造
我國(guó)工業(yè)園區(qū)污水處理廠總體能效物效較低，盡早、盡快開展污水處理廠提升改造是減污降碳的有效路徑。我國(guó)污水處理廠平均進(jìn)水污染物濃度低、出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也不高，但單位水量能耗卻與美國(guó)相當(dāng)。縣級(jí)污水處理廠的單位污染物能耗遠(yuǎn)高于重點(diǎn)城市。隨著各地提標(biāo)改造的實(shí)施，污水處理能耗將進(jìn)一步增大。導(dǎo)致低能效的原因很多，但設(shè)施設(shè)備配置與實(shí)際運(yùn)行狀況不能高效匹配、總體控制水平不高是重要原因之一。例如，污水提升泵組的級(jí)配與控制不能滿足實(shí)際水量變化，常使泵組運(yùn)行在低效工況；鼓風(fēng)機(jī)組與曝氣器組成的曝氣系統(tǒng)及其控制手段不能滿足高效曝氣的需要，使生物系統(tǒng)處于過(guò)曝氣狀態(tài)；污泥回流泵不適于大流量低揚(yáng)程工況，泵組級(jí)配也無(wú)法實(shí)現(xiàn)回流量比無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，降低能效；攪拌系統(tǒng)設(shè)置不合理，處于過(guò)度攪拌；脫水系統(tǒng)無(wú)法自動(dòng)控制投藥比，導(dǎo)致藥劑過(guò)度消耗。污水處理廠經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后，總結(jié)實(shí)際運(yùn)行規(guī)律，系統(tǒng)地進(jìn)行提效改造，可以較大幅度降低能量及物料消耗，實(shí)現(xiàn)低碳運(yùn)行。
(三) 基于低碳準(zhǔn)則建設(shè)污泥處理處置設(shè)施
國(guó)家園區(qū)的污水處理設(shè)施如雨后春筍般快速發(fā)展，但是相關(guān)的配套設(shè)施還不完善，特別是污泥的處置，從技術(shù)、設(shè)施等方面，還有很長(zhǎng)的路要走，按照低碳準(zhǔn)則開展污泥處理迫在眉睫。隨著污水處理量的增加，污泥產(chǎn)量也越來(lái)越多，但是污泥有效處理處置率目前不足 10%，亟需建設(shè)大批處理處置設(shè)施。在確定污泥處理處置技術(shù)路線時(shí)，通常綜合建設(shè)投資、運(yùn)營(yíng)成本以及占地等因素選擇處理處置工藝。在碳減排形勢(shì)下，應(yīng)將低碳準(zhǔn)則納入工藝的評(píng)估體系，并對(duì)擬采用的技術(shù)進(jìn)行生命周期分析（Life Cycle Assessment: LCA），避免高碳排放設(shè)施的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)低碳污泥處理處置。在污泥穩(wěn)定化處理技術(shù)中，強(qiáng)化預(yù)處理的高效厭氧消化及沼氣綜合利用、高溫好氧發(fā)酵等都屬于低碳技術(shù)。對(duì)于滿足要求的污泥，進(jìn)行污泥農(nóng)業(yè)利用是最佳的低碳處置途徑。由于污泥填埋將釋放大量甲烷，且排放周期很長(zhǎng)，即使設(shè)置收集系統(tǒng)也難以有效收集。因此，填埋屬于高碳處置途徑，應(yīng)盡量不予采用。當(dāng)污泥的含水率高于 65%時(shí)，污泥干化焚燒系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)熱量平衡，需要外加燃料，將產(chǎn)生化石燃料類二氧化碳排放。處于一些處置的需要，以50%-60%甚至更低的含水率為目標(biāo)的深度脫水工藝，往往以大量物料消耗為代價(jià)，間接導(dǎo)致高碳排放，應(yīng)予慎重選擇。
污水中蘊(yùn)含著大量的能量，理論上是處理污水所需能量的近 10 倍。污水經(jīng)處理后，其中的能量大部分轉(zhuǎn)移到了污泥中，因此開發(fā)回收污泥中的能量具有極大的潛力，已經(jīng)成為國(guó)際上的一個(gè)熱點(diǎn)方向。在污泥處理處置設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)中，應(yīng)積極實(shí)踐各種能量回收技術(shù)，提高污水處理系統(tǒng)的能源自給率，進(jìn)一步加大碳減排力度。
(四) 優(yōu)化園區(qū)能源系統(tǒng)
綜合能源系統(tǒng)是未來(lái)園區(qū)能源系統(tǒng)的主要承載形式，隨著近年來(lái)我國(guó)可再生能源發(fā)電技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、虛擬電廠技術(shù)、運(yùn)行控制技術(shù)與人工智能領(lǐng)域（如大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、云計(jì)算等）的發(fā)展及應(yīng)用，以初步具備開展綜合能源項(xiàng)目的條件。綜合能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)一次能源與二次能源的整體傳輸、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)與消費(fèi)，需要分過(guò)程逐步實(shí)現(xiàn)。園區(qū)級(jí)綜合能源系統(tǒng)屬微型綜合能源系統(tǒng)，注重微網(wǎng)層面的多能協(xié)同運(yùn)行，是當(dāng)前階段研究重心，也是未來(lái)綜合能源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)形式。園區(qū)污水集中處理設(shè)施也應(yīng)當(dāng)構(gòu)建包含風(fēng)力、光伏、各類儲(chǔ)能設(shè)備等在內(nèi)的綜合能源運(yùn)行優(yōu)化調(diào)度方法與調(diào)控策略。同時(shí)，注意開展低位熱源的綜合利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，控制間接排放。
(五) 建立低碳評(píng)價(jià)及管理體系
國(guó)家園區(qū)不僅要在技術(shù)、設(shè)施上滿足減污低碳的要求，更要探索出一條可復(fù)制、可推廣的管理評(píng)價(jià)體系，在制度上走在前列。應(yīng)研究分析我國(guó)各地區(qū)代表性污水處理廠污水與污泥處理處置過(guò)程中輸移、混合、曝氣、擠壓、分離、烘干、燃燒等環(huán)節(jié)的能耗物耗規(guī)律及影響能效物效的因素，提出各處理單元的能耗物耗基準(zhǔn)；研究各地區(qū)代表性污水處理廠污水與污泥處理處置過(guò)程碳排放水平及規(guī)律，提出各處理單元的碳排放基準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，形成涵蓋各種典型工藝在不同條件下的能效物效評(píng)價(jià)體系以及碳排放評(píng)價(jià)體系。
應(yīng)通過(guò)試點(diǎn)等方式，逐步開展園區(qū)污水處理廠全面能量與物料平衡以及碳減排檢測(cè)計(jì)算等工作，逐步形成碳排放報(bào)告制度。通過(guò)建立監(jiān)管與考核機(jī)制，定期評(píng)價(jià)污水處理廠的能效物效以及綜合碳排放狀況，形成園區(qū)污水處理行業(yè)碳減排管理體系。
應(yīng)定期全面分析評(píng)價(jià)全行業(yè)的能效物效狀況，參考國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)及水平，提出行業(yè)總體能效物效及碳減排目標(biāo)。應(yīng)結(jié)合各地特征及客觀狀況，研究提出實(shí)現(xiàn)能效物效及碳減排目標(biāo)的技術(shù)與管理策略。
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