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污水處理碳排放包括間接排放和直接排放。污水處理是社會(huì )中較小的行業(yè)，但屬于能源密集型行業(yè)，美國、德國、日本等國家污水處理行業(yè)電耗占全社會(huì )總電耗的1%左右，高能耗導致大量間接碳排放。污水處理過(guò)程會(huì )產(chǎn)生并逸散大量CH4和N2O，是重要的直接碳排放源。據歐洲統計辦公室2014年歐洲統計報告，污水處理與固體廢棄物處理組成的廢物處理行業(yè)是第五大碳排放行業(yè)，占全社會(huì )總碳排放量的3.3%。美國EPA統計預測，全球污水行業(yè)2015年CH4和N2O逸散量分別為5.4億t 和0.9億t CO2當量，預測2020年將分別達到5.65億t和0.94億t CO2當量，2030年將分別超過(guò)6億t 和1億t CO2當量，約占非CO2總排放量的4.5%?？傮w上，污水處理行業(yè)碳排放量占全社會(huì )總排放量的1%～2%。

1、我國城鎮污水處理行業(yè)的總體碳排放水平及趨勢

經(jīng)過(guò)“十一五”和“十二五”時(shí)期的高速建設，中國城鎮污水處理設施已經(jīng)形成規?；奶幚砟芰?。截至2015年底，全國設市城市和縣城建成并投入運行污水處理廠(chǎng)共3830座，日處理能力達1.62億m3，超過(guò)了美國1.25億m3(33240MGD)的處理能力。2015年全年實(shí)際處理污水511億m3。

基于各地區代表性污水處理廠(chǎng)典型工藝運行數據分析及實(shí)際監測，按照IPCC方法學(xué)以及相關(guān)方法學(xué)研究，初步計算，2015年全國污水處理逸散CH4和N2O產(chǎn)生的直接碳排放量為2 512.2萬(wàn)tCO2當量，電耗產(chǎn)生的間接碳排放量為1 401.6萬(wàn)t CO2當量，絮凝劑消耗產(chǎn)生的間接碳排放量為70.9萬(wàn)t CO2當量。綜上，2015年中國污水處理行業(yè)碳排放量為3 984.7萬(wàn)t CO2當量，單位水量的碳排放當量(碳排放強度)為0.78 kg/m3。

2015年，中國污水處理行業(yè)總電耗為140億kW˙h，僅占全社會(huì )總電耗的0.26%，遠低于西方國家1%的比例。主要原因有：污水收集系統不完善導致污水收集處理率較低、污水濃度也較低、處理標準總體不高以及污泥處理處置滯后等。隨著(zhù)收集系統的完善、提標改造的實(shí)施以及污泥處理處置率的提高，污水處理電耗將逐年升高。“十二五”期間，污水處理電耗年平均增加12.9%。隨著(zhù)城鎮化率、污水處理率、污泥處理處置率不斷提高以及排放標準的提高，污水處理電耗還將進(jìn)一步增加，應及早采取措施提高行業(yè)能效，降低間接碳排放。

2、我國污水處理行業(yè)碳減排路徑

與能源、建筑、交通等行業(yè)相比，污水處理減排成本低，減碳效益大。發(fā)達國家意識到污水處理行業(yè)蘊含的高效減排潛力，將其列入碳減排領(lǐng)域，并探索出了一些可行的碳減排路徑。美國和日本強調通過(guò)高效機電裝備和控制對策節能降耗，同時(shí)加大污水污泥蘊含能源的開(kāi)發(fā)回收力度。加拿大著(zhù)力開(kāi)發(fā)運營(yíng)優(yōu)化技術(shù)，目前已形成較完善的污水處理運營(yíng)優(yōu)化技術(shù)體系。歐洲重視低碳處理新工藝研發(fā)，在可持續污水處理工藝研究方面為西方國家的經(jīng)驗為尋找我國污水處理行業(yè)的碳減排路徑提供了很好的借鑒。

2.1提高污水處理綜合能效

美國在供水和污水處理行業(yè)提出三個(gè)層面的能效提高路徑：一是采用高效機電設備，新建設施直接采購高效設備，已有設施逐步更新成高效設備;二是加強負載管理，滿(mǎn)足工藝要求的前提下要使負載降至低，同時(shí)，設備配置要與實(shí)際荷載相匹配，避免“大馬拉小車(chē)”;三是建立需求響應機制，根據實(shí)際工況的需求及其變化，動(dòng)態(tài)調整設備的運行狀態(tài)。

2.1.1采用高效機電設備

污水處理機電設備主要包括水力輸送、混合攪拌和鼓風(fēng)曝氣三大類(lèi)。采用高效電機是這些設備具有較高機械效率的前提，目前污水行業(yè)的水力輸送和攪拌設備均已經(jīng)出現具備IE4能效水平的高效電機，采用高效電機通?？蓪?shí)現5%~10%的效率提高。

水力輸送設備的水力端設計是關(guān)鍵，水力端需具備無(wú)堵塞、持續高效的特點(diǎn)，無(wú)堵塞技術(shù)可避免通道容量減少降低效率或長(cháng)期超負荷運行燒毀電機。持續高效可確保電機長(cháng)期高效運行，優(yōu)良的水力端設計可以實(shí)現水力輸送設備全生命周期節省7%~25%的能耗，而且介質(zhì)條件越惡劣，其節能效果相對會(huì )越明顯。

混合攪拌設備的水力端設計同樣關(guān)鍵，采用后掠式葉片設計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的風(fēng)險。