2021年是“十四五”的開局之年，亦是中國開啟“碳中和”的元年。污水處理行業被認為是耗能大戶，以實現2030年前碳達峰、2060年前碳中和目標為引領，我國污水處理領域綠色低碳轉型發展也已按下“加速鍵”，實現“雙碳”目標的技術創新成為行業討論的熱點和探索的方向。高科技環保企業碧水源作為我國水處理行業領軍企業，經過二十年的創新發展，已圍繞綠色低碳循環發展進行超前布局，對新型膜技術研發攻堅克難，自主創新研發出低能耗曝氣MBR組器、振動膜生物反應器等新型膜產品，以及低能耗MBR工藝、MBR-DF雙膜新水源工藝等水處理工藝，成功實踐著高效節能降碳提質的協同創新。
節能降耗是污水處理廠碳中和的重要方向之一
我國城鎮污水處理設施經過“十一五”至“十三五”時期的高速建設，已形成規模化的處理能力。污水處理廠是削減水中污染物最主要的環節，但在此過程中也產生了大量的碳排放。據統計，我國污水處理行業的電耗約占全國總用電量的1%，而碳排放量約占全國總排放量的2%。高能耗將導致大量間接碳排放。
污水處理碳排放包括間接排放和直接排放。IPCC（聯合國政府間氣候變化專門委員會）、京都議定書規定需對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）六種溫室氣體進行消減，以有效控制氣候變化。其中，污水處理過程中產生并逸散大量甲烷和氧化亞氮，是重要的直接碳排放源。間接排放主要發生在電耗和藥耗兩部分。
據中國人民大學環境學院教授王洪臣基于各地區代表性污水處理廠典型工藝運行數據分析及實時監測，經測算得出，2015年，我國污水處理行業碳排放量為3984.7萬t CO2當量，其中，電耗產生的間接碳排放量為1401.6 t CO2當量，占行業總碳排放量的35%。
中國的污水產量和處理規模居世界首位，并且十年間一直在不斷增長。隨著各地提標改造的實施，我國污水處理能耗將進一步增大。面對巨大的能耗物耗，污水處理領域的碳減排工作已迫在眉睫。從國外污水處理行業發展現狀來看，“以高能耗高物耗為基礎的優質出水”以及由此帶來的“減排水污染物、增排溫室氣體”局面不利于我國污水處理行業的健康發展，降低電耗將是未來污水處理行業碳減排的重要方向之一。
碧水源新型膜技術成功實現“節能降碳提質”的協同創新
生態環境部總工程師、水生態環境司司長張波曾表示，再生水是城市一個巨大的穩定水源，再生水循環利用既可以減少污染源的排放，也可以減少碳的排放。膜技術正是實現污水高等級資源化，即再生水循環利用的關鍵技術。污水高等級資源化利用，同時解決了水環境污染和水資源短缺問題，是一把鑰匙打開了我國高質量可持續發展瓶頸上的兩把“鎖”。
據了解，作為我國大型MBR膜生物反應器技術的開創者和推廣者，碧水源近年來持續開發新型膜材料并取得了重大突破，以低能耗曝氣MBR組器為代表的新產品，目前已開發至第四代，在提高產品性能的同時，降低了制造成本和運行能耗。其中，單個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，通過組器水力學優化、元件結構優化、曝氣方式優化、化學清洗優化，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%。該產品對膜工藝的升級迭代及推動我國污水處理行業的綠色低碳發展作出了積極貢獻。
污水處理廠的曝氣過程也是高耗能環節。碧水源自主創新研發了以振動膜生物反應器技術、強化脫氮除磷技術為核心的低能耗MBR工藝，其最大特點是能耗低、脫氮效果好、膜抗污染性強，同時實現節能、降碳和提質三重效果。
其中，碧水源振動膜生物反應器技術依靠電機帶動MBR組器機械振動，即水不動膜動，以代替傳統高強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”的強化脫氮除磷技術，即高污泥濃度、高回流比、低溶解氧，在不外加碳源的條件下，出水水質可優于地表水Ⅳ類標準，總氮可實現不高于5 mg/L，噸水能耗可降至0.3度電，與傳統非膜深度處理工藝基本持平。與傳統曝氣MBR工藝相比，可實現碳減排25%-30%，以處理規模為10萬噸/日的污水處理廠為例，一年可降低能耗365萬度電，多消減總氮逾百噸。
目前，碧水源振動膜生物反應器技術已成功應用于北京竇店再生水廠，處理規模為1.5萬噸/日，出水水質達到北京市《城鎮污水處理廠水污染物排放標準》的B標準，相當于地表水Ⅳ類水標準，可將當地的市政污水轉化為位于北京西南區域的大石河流域生態補水。未來，振動膜生物反應器技術將替代傳統MBR膜技術成為污水高等級資源化領域重點推廣應用的方向。
振動膜生物反應器（V-MBR）污水深度處理集成裝備
北京竇店再生水廠
在高品質再生水回灌水源地或用于環境敏感地區生態補水等方面，碧水源創新研發出MBR-DF雙膜新水源工藝，與新加坡NEWater技術，即在傳統的污水處理廠后增加超濾-反滲透技術相比，系統運行壓力可降低60%~70%，能耗下降60%~65%，出水水質達到地表Ⅲ類水以上，已成為北京、天津等對再生水有高標準要求的地區、洱海流域等水環境敏感地區、特殊行業需求等水質穩定達標的支撐性技術。
在我國污水處理行業減污降碳綠色協同發展的道路上，碧水源深耕膜法水處理技術的研發、應用和膜裝備制造，把節能降耗、提質增效、能源資源回收作為核心的研發方向，貫穿污水處理全流程，且擁有眾多成功案例，為我國實現“降碳提質”目標做出了積極貢獻。業內人士認為，依托碧水源等高科技環保企業的創新技術產品、先進工藝，以及持續性的自主研發能力，應運而生的膜技術低碳模式，帶動污水處理行業實現“碳中和”的路徑已經明朗，未來將會出現更多關鍵技術的突破和可供借鑒的典型項目。
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