由国际水协会IWA出版的《水工业碳中和路径》(Pathways to Water Sector Decarbonization, Carbon Capture and Utilization)一书近日在IWA LET 会议上首发。该书由任智勇博士与Krishna Pagilla教授共同编辑完成，并由IWA执行董事Kala Vairavamoorthy作序。
▼《水工业碳中和路径》封面
1 内容概览
水行业目前正处于从关注处理和满足排放许可限制，到通过中水回用、资源回收、系统规划和运营实现循环水经济的综合范式的转变之中。在这场变革中，水行业已经经历了提高能源效率、回收可再生能源和资源等阶段，但在实现碳中和或负排放方面，它落后于能源、交通等其他基础设施行业。本书总结了污水处理过程中的工艺技术、运营模式优化、政策和行为改变等影响因素，为水行业实现碳中和、建设无碳社会和经济打下坚实基础，旨在为实现碳中和提供系统蓝图。
书中一共包含18个章节，不仅从技术层面讨论了水业的脱碳途径，还结合水业碳排放的现状、政策、大数据方法及中国污水处理概念厂的经验展望了水业碳中和的前景和机遇。
2 碳中和的实践
——中国污水处理概念厂
在《水工业碳中和路径》一书中的第15章节，整章阐述了中国污水处理概念厂(以下简称概念厂)在技术进步和工程实践、节能和能量自给方面取得的较大进展。概念厂内自持的丰富有机质能和热能，已见成效的节能降耗实践，再叠加周边景观绿化贡献，使概念厂能明确提出碳中和的目标并付诸行动，成为碳中和行动的重要参与者和贡献者，率先实现达峰。
▼《水工业碳中和路径》书中第15章——《中国污水处理概念厂》
书中从当前中国城市污水处理设施面临的挑战、概念厂事业的缘起、项目与实践案例及未来发展四个方面介绍了概念厂在实现碳中和事业中的贡献与价值。
近二十年，我国污水处理事业快速发展，建成5000余座污水处理厂，日处理产能超过2亿吨，污水处理率超过90%。但是，我国污水处理设施快速建设之初缺乏顶层设计，建设过程中缺乏理念引领。与欧美国家相比，我们的技术路线偏离了应有的循环、低碳、生态以及环境友好等基本价值准则。在这样的背景下，曲久辉、王凯军、王洪臣、余刚、俞汉青、柯兵六位专家自发组成概念厂专家委员会，于2014年提出“建设面向未来的中国城市污水处理概念厂”，以“水质永续、能量自给、资源循环、环境友好”为目标，推动中国污水治理科技从跟跑到领跑的突破和跨越，引领环境基础设施建设朝着正确的理念方向发展。
八年多来，专委会汇聚全球认知和主要技术资源，协同国内多家机构，历经研讨交流、参观考察、协同攻关、方案制订、工程实践、社会反馈，初步完成了一轮从理念到技术，从工程建设示范再到获得社会反馈的过程。自概念厂构想提出以来，推动水行业形成了向前看的趋势，由此产生出“未来水厂”、“生态再生水厂”、“生态综合体”、“蓝色焚烧”等相关概念。与此同时，近年来国内一批污水处理厂建设，已经在“四个追求”上展开不同程度的探索，向行业展现了污水处理设施的新形态。
经过近八年的研究和探索，概念厂技术团队构建了包括四十余项核心关键技术的技术体系，包括：高效极限脱氮除磷技术(LOT)、紫外催化高级氧化(UV/AOP)新兴污染物氧化阻断集成技术与装备、高干厌氧为核心的有机固废能量高效回收与资源深度转化集成技术与装备、以再生水为单一水源的大尺度水环境构建技术、污水处理设施生态综合体构建理念与技术等。该项目也荣膺由中国科协生态环境产学联合体颁发的 “2020年度中国生态环境十大科技进展”。
3 项目案例
>>河南睢县第三污水处理厂
2020年，河南睢县第三污水处理厂建成并投入运行，数项概念厂核心关键技术得以工程验证，实现了污水再生和有机废物(生活垃圾、污泥、畜禽粪便等)综合处理、湿地-海绵一体化、超过50%电能的自供给和营养物回收利用。
2021年，河南睢县第三污水处理厂共处理污水711.75万吨，日均处理1.95万吨(设计值2万吨/天)。项目以沼气发电回收能源，年处理约12775吨有机废弃物，全厂全年能源自给率达到53.6%，达到类四类出水标准的全流程吨水处理耗电量降至0.184kW·h/m³，达到了国际领先水平。
>>宜兴城市污水资源概念厂
宜兴城市污水资源概念厂是第一个完整践行概念厂理念和追求的污水处理厂，采用“三位一体”的形式建设，即由2万吨/日的水质净化中心、100吨/日的有机质协同处理中心和生产型研发中心三部分组成，资产及运营模式独立核算。其中，污水处理部分做到了极限脱氮除磷(TN<3 mg/L、TP<0.1 mg/L)，且其性价比明显优于现行的国内污水厂;有机质协同处理中心可处理污泥、蓝藻、餐厨垃圾和秸秆等，以产生能源和肥料;生产型研发中心由2条千吨线、3条百吨线组成，实时展示验证全球最先进的污水处理技术。
▼宜兴城市污水资源概念厂项目现状
宜兴概念厂水处理区(水质净化中心)于2021年8月开始调试运行，运行符合达到85%以上，日均处理水量17000吨左右，保持了良好的出水效果。
▼宜兴城市污水资源概念厂水质净化中心
▼括号内为水温低于12℃时指标值
有机质中心从2021年11月开始进料，目前仍处于调试过程中。经测算，有机质中心运营后，可提取沼气进行发电，沼渣处理为营养土后用于土壤改良或园林绿化还田亦降低了二氧化碳的排放量，年减排CO2将超过3.6万吨，为碳中和事业添砖加瓦。
▼宜兴城市污水资源概念厂有机质协同处理中心
建成后的概念厂将不再是孤立的污水处理厂，而是一个开放的共享空间，与周边环境无感融合，亲近共生，注重人的参与性，注重建筑空间美感和人文景观的融入;以“环保+”为导则，采用以三叶草模型的“2+1”模式，在确保水质、有机质循环设施相对固定的前提下，因地制宜地叠加延伸至现代农业、体育文旅、生态田园等领域，成为一个个具有区域特色、充满生机的城乡综合体，实现了生态、生活、生产“三生”共融互动，成为新型城镇化乃至美丽中国的最具亲和力的一块拼图。
4 未来
回顾中国水行业40年的快速发展历史，既有显著的成就，也有无数的失败。目前中国的污水基础设施建设已基本完成，但仍存在许多问题，如污水管道和污泥处理设施不发达、能耗高、运行效率不高;污水处理厂排放标准与当地条件和环境保护需求之间缺乏系统规划等。
概念厂理念及方案的提出和实施，极大推动了我国水行业的创新和发展，带动了污水厂建设和运行方式的根本性转型，体现了巨大的科技、产业和生态价值。
站在新起点，紧跟时代步伐，中国城市污水处理概念厂专家委员会将再谋划、再聚力、再提速，聚焦碳中和、长江大保护、黄河流域高质量发展、打赢环保攻坚战等国家战略，力争在未来5-8年、建设100座技术先进、因地制宜、特色鲜明、模式多样的污水处理概念厂，带动行业建设形态、工艺技术和标准规范的实质性变革与升级。
