污水處理實現“碳中和”技術路徑在哪里？

    自我國提出2060年全社會爭取實現“碳中和”目標后，各行各業對“碳中和”的討論持續高漲、熱度不減。一方面，這無疑推動了“碳中和”概念和知識的推廣宣傳，大大推動了“碳中和”構建的第一階段目標進程——明晰什么是“碳中和”，即“知其然”！另一方面，隨著對“碳中和”概念的不斷理解和清晰，對如何實現行業“碳中和”也打上了大大的問號。對于污水處理廠來說，盡管國外已經存在完全實現“能量平衡”或“碳中和”運行的污水處理廠實際案例，但國內依然存在對污水處理廠能否實現“碳中和”的擔憂和質疑。從技術角度講，通過能量回收直接反哺或間接補償污水廠的碳排量是實現“碳中和”的主要方式，而這些擔憂和質疑大多聚焦于“污水處理廠真的有那么多可回收能量去實現‘碳中和’嗎？”

正所謂“知其然更應知其所以然”，只有厘清了污水處理廠可用的“家底”（能量）才能更有信心地朝著“碳中和”方向努力。實際上，“中-荷中心”團隊負責人郝曉地教授早在2010年就已經對污水處理廠可用的“家底”和能否支撐“碳中和”的實現進行了較為詳細的前瞻性探究，當下對污水處理廠仍然具有非常大的指導意義。因此，本文基于團隊2015年的一項工作，同大家分享并厘清國內污水處理廠實現“碳中和”的可用能量來源以及相應的技術思路。

提到污水中的能量，人們往往首先想到的即是污水中的有機物（COD），而回收這部分能量最簡單的方式就是對污泥實施厭氧消化，產生甲烷后用于熱電聯產，以此減少污水廠對外部能源的需求，繼而間接降低CO2的排放量。理論上講，生活污水中所含的有機物能量可達污水處理消耗能量的9~10倍，這一振奮人心的“家底”能否助力污水廠實現“碳中和”呢？除此之外，污水處理廠生物處理池及初沉池、二沉池等單元具有龐大的表面面積，這似乎為太陽能光伏發電創造了必要的場地條件。如果光伏組件能被巧妙地布置在這些處理單元上，不僅可以向樓宇屋面一樣實現太陽能發電，而且還能在冬季時利用光伏板來覆蓋這些處理單元，實現對生物處理的保溫作用和臭氣收集。那“太陽能”會成為污水廠實現“碳中和”的實力擔當么？另外，市政污水本身具有流量穩定、水量充足、帶有余溫等特點。如果向污水處理廠引入水源熱泵技術進行熱能的提取回收，潛力會有多大呢？