“新质生产力赋能浙江城乡水务高质量发展”研讨会暨浙江省城市水业协会2024年年会于2024年9月4-6日在浙江宁波举办。会议精心邀请60余位行业专家与会交流，来自浙江省水务企业、高等院校、设计院、研究院、政府部门及国内友好交流单位等近千位水务同仁、专家、学者参加了此次会议。
双碳背景下北京排水集团
绿色低碳发展规划与实践
葛勇涛
北京城市排水集团有限责任公司通惠河流域分公司党总支书记兼总经理、北京北排环境检测公司董事长、教授级高级工程师
2020年9月，习近平主席在参加第75届联大会议上指出“双碳”战略——中国要在2030年前碳达峰，在2060年前实现碳中和。在“双碳”战略目标的引领下，污水处理行业如何发展才能实现绿色低碳发展和碳中和呢？分享给大家一些北排的做法。
一、北京排水集团
基本情况
北京排水集团是市属公共服务类一级企业，主要负责中心城区雨污水收集、污水处理、再生水回用、污泥处理处置各项工作，集团培育发展了以创新为主导，集水环境治理投融资、设计研发、工程建设、装备制造、设施运营于一体的全产业链能力。
在中心城区一共有17座污水厂，污水处理能力为430万吨/天；在全国大概有几十座污水厂，有600万吨的处理能力；污泥处理中心有五座，处理能力是6128吨/天，为了解决污泥出入和路径的问题，排水集团处理着整个北京市的污泥。
运营管理理念
以前认为污水处理厂是一个灰色的、高耗能的企业，但现在逐渐在向未来水厂方向发展，是一个绿色低碳的企业，曲院士、王洪臣教授等六位专家提出了概念污水厂的理念，在宜兴和河南睢县已经建成了，其实北排也在探索往这方面的发展。相比较于传统污水处理厂，资源、能源、低碳再生厂有社会友好和环境友好的特点，具体体现在以下几个方面：
第一方面是再生水回用。北京市是一个严重缺水的城市，除了雨水之外，没有地表水，目前的饮用水都来自南水北调，每年为北京市提供10~12亿立方米的再生水，就是丹江口水库的水。北京中心城区生活饮用水的用量一年大概在12亿立方米左右。目前北京市的四条河流（清河、坝河、通惠河、凉水河）都是青石绿岸，鱼翔浅底了，不少市民都下河游泳或钓鱼。
第二方面是臭气。以前有邻壁效应，现在的自来水厂基本都是半地下式或者全地下式，都会进行臭气的处理，保证空气清新。
第三方面是营养土。以前污泥一直是污水处理中很难处理的一个重要因素，现在我们把所有的污泥进行了热水解，制成营养土回归土地。上海所有的水厂建了污泥焚烧，日本可能也做污泥焚烧，但是如果从污泥的循环利用的角度来考虑，应该把污泥进行消化，处理之后要回归土地，这是一个绿色的循环的过程。把消化池产生的沼气用来发电，恢复全厂的电能，实现了沼气的热电联产。还有水源热泵，中心城区所有的水厂用的都是水源热泵，提取水的能量，夏天用来制冷，冬天用来供暖。
最后是光伏，把有条件的水厂全部建设光伏系统。
厂网一体化
北京排水集团是在全国第一个实现厂网一体化运营调度的集团公司，即北京市一万多公里的管网，包括18座再生水厂都是由一个集团公司来进行运行管理和调度的。这样可以实现水量的预调，最大程度减少河流的污染，还可以实现经济运行。
厂网一体化它是如何实现的？在2017年，把中心城区的17座水厂分为清河、坝河、通惠河、凉水河这四个领域进行管理，这些河流的水厂和管网由一个公司来进行管理，就实现了源厂网一体化。现在环保部关注的是夏季下雨时河流断面是否达标。在旱季不下雨时北京的四个断面是达标的，没有溢流，汛期时有合流制溢流污染，此时就是考验能力的时候。我们通过提前腾空管网、通过一些调蓄池的建设、通过一个流域之内几个水厂之间的运行调度最大能力地减少合流制溢流污染的发生，现在基本断面都是达标的，而且邻域之间是可以调水的。第一个流域是清河流域，第二个流域是坝河流域，第三个是通惠河流域，第四个是凉水河流域。坝河，通惠河和凉水河是可以互相调水的。
举个例子，高碑店再生水厂和定福庄水厂之间可以互相调动，高碑店可以向定福庄水厂调20万吨水，定福庄水厂可以向高碑店水厂调10万吨水。如果高碑店处于高负荷运行时，就从定福庄厂调水，实现两个厂的水量均衡。第二个优势是经济运行，高碑店的运行成本高于定福庄30%~50%，因为高碑店再生水厂有污泥消化，定福庄水厂就是一个A2O工艺，所以在枯水季的时候让定福庄水厂满负荷运行，其他的水量用高碑店运行。这样做可以让经济达到最优，运行成本最低。
污泥处理“151”模式
“151”是什么？第一个1是一条工艺路线——热水解+厌氧消化+板框脱水，后续加厌氧氨氧化处理工艺；5是五个污泥处理中心，6128吨的污泥处理能力；最后一个1是资源化利用的方向。
二、碳中和规划
全球碳排放的情况
2022年，全球的碳排放量大概是在405亿吨左右，我国碳排放大概130亿吨，占全球的30%。这就是欧洲，北约和美国等国家认为中国碳排放量大的原因。但我国人口基数大，有14亿人口，而美国只有3.5亿人口，在人均碳排放量上，我国只占全世界的第七位，最高的是美国，美国才是碳排放大户。
对于各行业碳排放的情况，电力、钢铁、建材、石化、化工、有色金属、环保、造纸、航空领域的碳排放量占了80%。而环保行业，特别是污水处理行业包括自来水，碳排放量只占1%左右，全年总量是1~2亿吨，虽然只占1%~2%，但是碳中和或减污降碳的潜力非常大。因为2020年提出了双碳目标，后来进入了生态文明的基本架构，上升为国家战略。
那么污水厂应该怎么办？在2021年的1月份到6月份，半年时间，集团所有的部门由生产部牵头，做全集团公司的碳中和。6月份发布了碳中和规划和实施方案，基本分三步走战略，第一步就是在2025年，碳排放量和强度下降20%；第二步是到2035年碳排放量和强度下降40%；第三步是到2050年基本实现碳中和。
北排绿色低碳发展路径的
三大创新、十项举措
三个创新就是管理创新、技术创新和生产服务创新。
其中，举措包括厂网一体化运营调度、精细化运营管理、设备设施的提升，以及智慧化的运营管理。
技术创新很重要，包括热电联产、光伏、水源热泵，还有北排自己研发的厌氧氨氧化和好氧颗粒污泥工艺，这两项工艺在全球是领先的。而且厌氧氨氧化在8月加拿大多伦多举行的IWA水务创新奖中获得了金奖。
生态服务创新就是再生水需要回用、污泥回归土地。
三、碳中和实施路径与实践
如何做到碳中和？
首先是降碳——管理创新、提升系统综合效能。
污水处理厂一年四季，包括每一天的污染物负荷都不一致，污染物负荷最高的时间点在每年的3月~5月之间。有很多人会问为什么不是汛期？汛期水量是最大的，但是汛期的COD、污泥浓度、进水浓度是非常低的，所以负荷最高的时候就是3月~5月。
北排集团做了17个水厂十年加权平均的污染物浓度分析图，根据人类活动和用水规律做了水质模型、水量模型和污染物模型，让它自动运行。还有对高碑店水厂的全流程描述，包括从净水到出水，特别是生物系统、污水处理系统和再生水系统之间如何实现多点配水？如何实现控制中末端溶解氧？如何控制回流比？如何控制ORP等。只有ORP足够低的情况下才能实现有效的脱氮和除磷。北排有个大数据模型对这些进行优化和精确控制，设备和设施效能必须要发挥到最大，净水泵要在最优参数内运行；给鼓风机做了一个精确曝气系统，是自动调节，可以实现精确控制，能将溶解氧稳定控制在1~1.5mg/L，这就节省了很多的电能，鼓风机节电一年就可以达到15%以上。
北排集团建立了三级运营调度平台，就是刚才向专家们介绍的智能控制系统，分为三级，第一级是在集团总部的大厅，所有的管网的数据、所有水厂的数据，包括进水水量，水质，抽升情况，溢流情况等都一目了然，同时，北排集团也是北京市的防汛的调度中心，在下雨的时候，整个桥区的情况，淹泡的情况都能看见；第二级是流域分公司，有四个流域分公司，每个流域分公司都有一个控制系统；第三级就是17个再生水厂。
其次是替碳——技术创新，多点高效推进碳排放。
（1）早期的热电联产：北京排水集团有五个污泥处理中心，分别是高碑店厂、小红门厂、槐房厂、清河二厂和高安屯厂。这五个中心处理能力是6128吨/日，不仅处理自己的污泥，还包括北京市其他集团的污泥，承担社会责任。把五个中心都建了沼气发电机组，总容量25.6MW，一开始预计一年的产沼气量8000万立方米，发电量8000万度。目前，高碑店厂和高安屯厂加起来发电量达到5000多万度，这就说明对于污水处理厂的绿色低碳和碳中和来说，消化系统至关重要，没有消化，绿色低碳就无从谈起。因为把全厂装入光伏板之后，只能替代全厂电能的10%左右，如果建了污泥消化，在后续加了参数协同就会产生大量的沼气，这个沼气可以回补，高安屯厂就可以实现电能的百分之百自给，一年的用电量是在4000万度左右，但发电量可以达到4800万度。
（2）目前在六个水厂安装了光伏板，像清河厂、酒仙桥厂，高安屯厂、定福庄厂、小红门厂都建光伏，发电量可以达到一年达到4000万度。
（3）水源热泵的工作原理像冰箱，也像空调，冰箱用的是空气，把空气的热能进行了转化。而水源热泵其实是把水的热能进行转化，冬天时污水处理厂的水温高于环境的温度。夏天时水温低于环境的温度，把热量差提出来后用来制冷和供暖。
（4）好氧颗粒污泥技术。北排在吴家村厂8万吨和阀头厂10万吨，建了两个好氧颗粒污泥中心，这两个水厂已经运行了非常稳定，这是一个绿色低碳耗能的工艺，节能50%以上。
（5）厌氧氨氧化技术，也就是红菌。红菌培养难度极大，从没有到培养成功需要一年的时间，生长周期很长，一旦培养成功繁殖速率很快，因为不需要碳源、需要极少的电能，可以省电50%以上，碳源基本是零投加。北排建成了全球最大的厌氧氨氧化处理中心，五个污泥中心都使用厌氧氨氧化技术。430万吨的水产生的污泥，消化的滤液全部通过它来处理，是全球最大的。这个工艺在8月份加拿大的国际水协会议获了创新金奖，也是亚洲唯一的金奖。
最后是固碳——生态服务创新，不断实现碳抵消中和。
（1）再生水回用：北京市一年的用水量是40亿立方米左右，其中30亿立方米是用于农业，10亿立方米是生活用水，每年产生大概12亿立方米的再生水，占水源的25%，这部分全部用来回用，这是北京市中水回用利用率最高的，因为北京市缺水。我以前经常去圆明园，圆明园由清河补给，一天补给的水量是5万立方米；而颐和园是用地表水来补给的，是用南水北调的水，一天只允许用5000吨，这个差别就出来了。圆明园野生的鱼类很多，水深在3~4米，清澈见底，最早有两只黑天鹅，现在已达到几十只，繁殖的很快，因为黑天鹅对水质要求是非常高的，说明水质没问题。
（2）污泥资源化利用：目前圆明园、翠湖湿地公园、包括矿山修复污泥都在使用，是一个非常好的肥料。北排在这方面也获得了一些奖项，像北京市的首都头部企业；小红门厂和清河二厂被全国评为了绿色低碳的标杆；住建部和环保部在2022年做了一个选拔，北排也是唯一一个入选的水务行业的绿色低碳的企业；参加了去年迪拜的COP28全球气候峰会，当时丁薛祥副总理也去了，还获得了几个奖项；两次获得了IWA的金奖，第一次是2018年，第二次是今年好氧颗粒污泥工程，是全球唯一一个在IWA上获过两次金奖的环保企业；在2022年，在由全球水务智库（GWI）主办，在西班牙马德里召开的全球水峰会上获得“全球水务行业最佳领导者”金奖，等。
四、水表安装进行维修
绿色低碳发展之路依然很漫长，基于不同的地域、不同的集团公司、不同的资金背景等，还有许多工作需要完成。北京排水集团积极践行国家生态文明建设发展战略，响应国家碳达峰碳中和总体布局，深入实施《北京排水集团碳中和规划》，秉持绿色低碳、开放融合、深化合作、共创共赢的理念，在水务行业碳减排碳中和工作中发挥示范和引领作用，为生态文明建设做出更大贡献。绿色低碳发展，碳中和之路一定会实现，希望大家可以一起交流，促进北排集团和中国的高质量发展。
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