城市污水收集与处理系统碳排放监测评估技术研究进展

城市污水收集处理在保障公共卫生与健康等方面发挥着重要作用。近期有研究指出,城市排水系统和污水处理厂在运行过程中会直接或间接地产生温室气体排放。如何精准地监测评估城市排水系统与污水处理厂的碳排放水平,从而科学地提出污水治理碳减排路径与碳中和模式,是城市水污染控制协同实现"碳达峰、碳中和"目标的关键突破口,也是当前环境领域的科技前沿和重点。结合文献调研和前期研究基础,以城市排水系统和污水处理厂为主要对象,总结当前温室气体排放监测与量化评估的研究现状,并探讨影响碳排放监测评估技术发展的关键瓶颈问题,提出碳减排路径构建的科学思路,为研发新一代城市污水收集与处理系统碳排放监测评估技术提供建议路线。     

基于生物生态耦合的城市污水绿色再生利用

水资源短缺是制约我国高质量发展的突出瓶颈,污水再生利用是破解该问题的有效途径。传统的污水处理与再生工艺以污染物去除为导向,将污水中的碳、氮、磷作为污染物进行去除,该过程需消耗大量能源及药剂,且无法回收污水中的碳、氮、磷等资源。以资源回收为导向的生物生态耦合污水再生利用具有绿色、低碳等特点,是城市污水资源化的可行路径。本文综述了传统的基于污染物去除的污水再生工艺研究进展与问题,对基于资源回收的生物生态耦合绿色污水再生工艺进行了分析和展望,并从立法保障、模式优化及标准完善等方面提出了政策保障建议,为我国城市污水再生利用提供新的思路。     

固体废物利用与处置碳排放研究进展和发展趋势

固体废物是重要的碳排放源,通过源头减量、资源化与能源化利用以及处理处置过程优化控制可显著降低碳排放水平或产生负碳.但如何度量固体废物利用与处置带来的减碳效益,在方法学和管理策略等方面显然缺乏系统的梳理和总结.本文首先阐明了固体废物源头产生-过程处理与利用-末端处置等生命周期过程碳排放的“源”和“汇”,从固体废物类别、利用和处置方式、研究尺度等多个维度,对比分析了固体废物的碳排放强度和水平,并对碳排放与减碳的核算方法和评价体系进行了探讨和总结分析,进一步提出了固体废物治理与碳减排协同增效的研究建议.     

T/CUWA 70052—2023《城镇污水资源与能源回收利用技术规程》编制思路与要点解读

城镇污水处理厂是潜在的资源、能源、水工厂,如何最大程度地全面实现资源能源回收、水循环利用和环境友好,已经成为城镇污水处理的主导发展方向。为提高我国城镇污水资源化能源利用的技术水平,系统推进城镇污水资源化能源化利用工作,中国城镇供水排水协会组织编制并于2023年7月发布了T/CUWA 70052—2023《城镇污水资源与能源回收利用技术规程》。该规程首次提出了我国城镇污水资源能源回收的技术路线、工艺参数和运行管理要点,可为处理技术或工艺选择、工程设计、运行优化等提供指导。该规程的实施,对于城镇污水处理系统转变为资源、能源与水工厂,促进我国城镇污水处理的绿色低碳高质量发展具有积极意义。     

我国沿海地区农村生活污水处理排放及资源化之路

农村生活污水治理是实施乡村振兴战略的重要任务,事关农村生态文明建设。沿海村落地理位置特殊,村落的排污对近海生态环境存在潜在威胁,沿海农村生活污水治理工作需重点关注。本文对我国沿海11个省份农村生活污水处理排放标准及资源化利用现状进行系统分析,指出我国沿海地区农村生活污水处理排放和资源化利用标准体系存在针对性不足、与黑臭水体治理衔接不充分、建设进程缓慢等问题,提出应因地制宜加速推进农村生活污水处理排放与资源化利用标准体系建设,加强处理排放、资源化利用及黑臭水体治理协同控制,发展生态化治理技术,形成“减污降碳资源化利用模式”,激活农村资源,拓展资金来源,为地方农村生活污水治理及相关标准体系建设和环境管理提供指导和借鉴。     

地铁盾构渣土资源化碳排放强度与减碳潜力研究

盾构渣土资源化利用是地铁建设领域响应国家“双碳”战略的重要举措。为科学量化地铁盾构渣土利用与处置的碳排放强度及减碳潜力，基于LCA方法构建了地铁盾构渣土利用与处置碳排放评价方法，以深圳地铁13号线某隧道区间为例，梳理了盾构渣土资源化利用工艺和系统，厘清了渣土现场资源化利用的管理路径，量化了渣土利用与处置的碳排放强度及减碳潜力。结果表明：案例中渣土资源化利用减碳总量约为4243.13 t CO₂e;制备1 m³再生免烧砖可带来239.26 kg CO₂e减碳效益，填埋1 m³渣土约产生89.42 kg CO₂e。未来深圳地铁建设若均采用案例提供的盾构渣土高效资源化利用方式，预计到2035年可累计实现约77万t CO₂e的减排效益。该研究结果可为政府部门科学制定地铁盾构渣土管理政策，推广地铁盾构渣土资源化利用提供理论方法及参考数据。     

面向污水资源极尽利用的污水精炼技术与模式探讨

针对现有城镇污水处理系统存在的高投入、高产污和低效率等问题,提出了面向污水资源(wastewater resource)极尽利用的"污水精炼(wastewater refining)"新理念,剖析了实现污水精炼的关键技术和可能的技术途径。污水精炼的核心理念是将污水视为资源,改变以污染物分解和去除为基础的现有处理技术原理,通过污水中有价值物质的精细化筛分和定向增值转化,实现污水中水、有机质和无机盐等资源的安全、高效和极尽利用。污水精炼主要包括筛分、转化和利用3个关键环节。基于技术分析,针对不同的场景,提出了污水精炼生态模式(wRefine-E)和污水精炼高端模式(wRefine-S)2种技术途径,并对污水精炼关键技术(wastewater refining technology)进行了较为系统的分析;同时指出,再生水安全高效利用是污水精炼技术发展的重要推动力,污水再生与资源能源转化耦合是未来的必然发展方向。     

面向未来污水处理技术应用研究现状及工程实践

目前全球面临巨大能源、水污染及资源危机,传统污水处理技术已无法满足可持续发展需求,实现能源自给、污水再生及资源回收的新型污水处理技术是未来水厂重要实施路径.污水处理厂实现能源自给的关键一是"开源",即高效回收污水中有机物化学能、低品位热能,并利用外源有机物厌氧共消化、太阳能、风能等技术开发能源;二是"节流",即利用高效设备、精细化运行系统及厌氧氨氧化技术等举措节能降耗.基于可饮用用途,MBR+RO法是实现污水再生的主要途径,但膜污染严重、电耗高的问题仍有待解决.通过污泥水解技术获得富含VFA的优质碳源或合成PHAs的主要原料是有机物资源化的重要方向;利用污泥焚烧磷回收,可获得90%以上的磷回收率,并可解决污泥处置的困境.系统总结了国内外面向未来污水处理新技术应用研究现状,介绍了典型国家对未来污水处理技术的实践,提出我国面向未来污水处理厂面临的阻碍及可能的出路,为我国未来污水处理厂的发展提供方向.     

城市有机固体废弃物协同处置碳排放分析

近年来,以市政污泥与餐厨垃圾为代表的城市有机固体废弃物的安全妥善处理和高效低碳处置受到广泛关注。通过构建碳排放及碳补偿核算方法,以100万人口的中等城市为例,分析城市有机固体废弃物协同处置与传统焚烧和填埋处置的理论碳排放水平。通过量化直接碳排放与间接碳排放的贡献,确定了高效的减排路径。结果表明：城市有机固废协同处置碳排放量为513 t CO₂/a,相比于传统填埋(12973 t CO₂/a)和传统焚烧(14733 t CO₂/a)碳减排效益显著。协同处置技术路线中直接碳排放占比63%,最大限度实现沼气和发酵产物的资源化利用是碳减排的关键。焚烧处置路径中的焚烧电耗(占比68%)和填埋处置路径中的深度脱水药耗(占比87%)是间接碳排放的主要来源,也是碳减排的核心。该研究结果可为城市有机固体废弃物低碳化处理处置提供参考,从而助力城市实现碳中和目标。     

湖南省土地利用碳排放动态效率研究:基于Malmquist指数模型

碳排放过量引发的温室效应日益严重,低碳发展是新时期促进经济绿色增长的主要路径。文章在进行土地利用碳排放总量测算的基础上,从土地利用视角分析了研究对象的土地利用碳排放效率动态演变过程。根据IPCC给出的碳排放清单,从能源消费、农业、废弃物三方面系统测算湖南省历年土地利用碳排放总量。以投入和产出为分类建立土地利用碳排放效率评价指标体系,并运用Malmquist生产效率指数模型对湖南省土地利用碳排放效率时序演变特征进行分析。结果显示,湖南省土地利用碳排放增速较快,能源消费是土地利用碳排放的主要来源;湖南省土地利用碳排放效率逐年提升,保持年均28.32%的增速,根据RD指数分解结果,效率提升的来源主要是技术进步。湖南省应不断加快转变经济增长方式,大力推广新型能源,提高土地利用效率及节约集约利用水平,加快农业经营方式创新,倡导循环经济,构建资源节约型的低碳土地利用和经济发展模式。     

光伏行业生命周期碳排放清单分析

本研究建立了光伏行业生命周期碳排放清单,并在处置阶段对不同处置情景的碳排放进行比较.通过现场、资料调研和工艺研发应用的方式,获得光伏行业生产、使用、处置阶段及三个情景的资源、能源的输入/输出和污染物排放数据.结果表明：光伏行业碳排放集中在生产阶段,其中又以高纯多晶硅生产过程的碳排放最高;使用阶段碳排放较小,仅为生产阶段的3%;电耗是最主要的碳排放因素,占生产和使用阶段碳排放的64.98%.处置阶段的3种情景的碳排放由大到小依次是填埋 > 拆解 > 热解,除了填埋略微增加碳排放外,拆解和热解都能显著降低行业碳排放,可分别降低6.03%和33.59%.研究显示采用热解回收技术的光伏组件生命周期单位发电量碳排放强度,不仅低于同类研究,还远低于我国当前电力结构的碳排放水平,发展光伏行业可实现环境与能源双赢.     

Comparative Life Cycle Assessment of four alternatives for using by-products of cane sugar production

Cane sugar production by-products can be considered either as waste, affecting the environment, or as a resource when an appropriate valorization technology is implemented.This study is made with the objective of identifying and quantifying the aspects which have the largest environmental impact of four alternatives for using by-products and wastes from the cane sugar process and suggest improvements in the systems.For this analysis a cane sugar mill was chosen in Cuba and four alternatives were designed for the by-product valorization. The first alternative represents the conventional sugar production; its main characteristics are the use of synthetic fertilizers, pesticides, the bagasse combustion and the usage of molasses and agricultural wastes as animal food. Other wastes constitute emissions to the environment. Alternatives II, III and IV incorporate more use of by-products and wastes. Alternative II considers the use of wastewater, filter cake and ashes for the substitution of synthetic fertilizers. In Alternative III, the filter cake and wastewater are used for biogas production and Alternative IV integrates alcohol and biogas production into the sugar production process.The assessment is done by means of Life Cycle Assessment, according to the ISO 14040 series by using the SimaPro 6.0 LCA software, Ecoinvent database and the Eco-indicator 99 methodology. As a functional unit the daily sugar production of the mill was defined (216 t/d). The sugar was selected as main product and all the by-products were assumed to substitute other products on the market, avoided products.For the four alternatives, the agricultural stage shows the greatest impact due to land use, fuel and agrochemicals consumption. In the industrial stage, the electricity cogeneration with bagasse has the highest impact as to respiratory effects due to the emission of tiny particle material into the atmosphere. The major difference between the alternatives is found in the resource impact category. The advantage of producing alcohol, biogas, animal food and fertilizers from the by-products is made obvious through the comparative study for resource savings.     

炼化一体工业废水污染物全过程控制

针对当前炼化一体工业废水污染物治理存在"重末端,轻过程"的问题,从全过程控制实现该类废水的污染物减排。依据炼油及化工废水特征采用经济高效的技术措施形成"源头─过程─末端"的全过程减排链。在生产过程推行清洁生产,从源头控制减少污染物的产生;通过预处理资源化利用废水中污染物,强化降解对末端处理影响大的污染物,过程控制减少污染物排放;末端分质处理性质不同的炼油与化工废水,确保废水达标排放。     

Accounting for sequestered carbon: the question of permanence

In its attempt to provide quantitative limits on greenhouse gas emissions, the Kyoto protocol accepts the principle that sequestration of carbon in the terrestrial biosphere can be used to offset emissions of carbon from fossil-fuel combustion. Whether or not the Kyoto protocol ever comes into force, it is worthwhile to understand how carbon sequestration might be treated in any mitigation plan that provides a tax or ration on carbon emissions. Emission credits, as proposed for the energy sector, are based on the idea that a prevented emission is prevented forever, and emission credits might be traded among parties. In the event that sequestered carbon is subsequently released to the atmosphere, it would be advantageous to agree what the liability is and who assumes that liability. We describe a system whereby emissions credits could be rented, rather than sold, when carbon is sequestered but permanence of sequestration is either not certain or not desired. Our proposal is similar to that offered by the government of Colombia except that it casts these temporary emissions credits into the traditional concepts of rental agreements and it clarifies the opportunities for secondary transactions. A rental contract for emissions credits would establish continuous responsibility for sequestered carbon; credit would be assigned when carbon is sequestered and debits would accrue when carbon is emitted.     

碳中和趋势下数学模拟在污水处理系统中的发展与综合应用

数学模拟技术在污水处理方面被广泛应用,为了系统总结相关技术,本文回顾了污水处理系统中数学模拟技术的发展历程;综述了活性污泥模型(ASM)与机器学习(ML)在水质预测及参数工况优化领域中的应用;重点探究了污水处理系统中温室气体排放模型,以及多目标优化模型在污水处理系统中温室气体排放(GHG)、出水质量(EQI)和运行成本(OCI)的权衡问题;归纳了数学模拟技术在实现污水厂能量自给与资源回收的应用发展.研究结果表明数学模拟技术能准确预测出水水质、快速优化工艺参数、权衡温室气体排放、出水水质与运行成本之间的关系、以及提高资源回收效率等.因此,数值模拟技术可有效指导污水处理工艺的运行优化以及管理,为污水处理行业减污降碳协同增效提供技术支撑.     

利福平废水处理的工艺实验研究

采用水解酸化-UASB(上流式厌氧污泥反应床)-接触氧化-生物活性炭工艺对利福平废水进行了生化处理。结果表明:水解酸化可以有效提高废水的可生化性,大幅度提高后续的厌氧-好氧处理效果,工艺末端的生物活性炭深度处理可以有效的去除好氧出水的COD和色度,使得出水达到GB8978-1996《污水综合排放标准》的规定标准。     

南昌市畜禽养殖业污染减排研究

规模化畜禽养殖污染减排已纳入国家"十二五"重点规划,治理养殖业污染问题已成为社会关注的焦点。第一次污染源普查结果显示,南昌市规模化畜禽养殖业COD排放9 915.4 t、氨氮排放323.6 t,全年废水产生量129.41万t,粪便产生量32.47万t,尿液产生量58.14万t,其中猪的养殖是污染物的主要来源。养殖业污染排放量大,治理难度高,应当运用循环经济理论,因地制宜采取污染物减排措施。文章从污染物减量化、资源化、废水治理三个角度分析了养殖业的减排途径,并结合南昌实际情况,提出了相应的治理思路,为畜禽养殖业污染物减排提供合理化建议。     

中美典型污泥处理处置工程能耗和碳排放比较分析

中美两国污水处理规模大、碳排放基数高,污泥的处理与处置是污水处理厂碳排放的重要组成部分,合理的污泥管理策略是未来污水厂碳减排的关键。实地调研了中美6个大型典型污水处理厂的污泥处理设施和污泥处置路径,分析了中美两国不同典型的污泥处理处置工艺能量回收和碳排放的表现特征。结果表明:在不考虑碳补偿的情况下,中美6个污水处理厂中,华东A(中温厌氧消化+脱水+填埋/土地利用)、华东B(脱水+填埋/焚烧)、华东C(脱水+焚烧)、Hyperion(高温厌氧消化+脱水+农用)、OCSD(中温厌氧消化+脱水+农用)和Blue plains(热水解+中温厌氧消化+脱水+农用)的污泥处理处置路线的碳足迹分别为1410,1881,1914,471,402,405 kgCO₂/t DS。考虑能源回收和资源化利用产生的碳补偿效果,中美6厂污泥处理处置的净碳排放分别为984,1681,1941,-183,-240,-315 kgCO₂/t DS。中美6个污水厂碳补偿率分别为30.2%、10.6%、0%、138.9%、159.7%和177.9%。污泥厌氧消化和产物土地资源化利用是碳减排的关键,提升污泥有机质含量能够强化碳补偿效应,该研究结果可为我国污水处理厂低碳转型、污泥处理处置的无害化、减量化和低碳化提供参考。