2021年(第三届)中国城市水环境与水生态发展大会“热点研讨”环节于9月28日下午成功举行。本环节以全新对话式互动研讨,由中国人民大学环境学院副院长王洪臣教授主持,6位嘉宾以“气候变化背景下的低碳韧性城市水系统构建”为主题,分享了关于城市水系统应对气候变化和实现双碳目标的观点与见解。
嘉宾观点分享
清华大学环境学院教授王凯军提出了三个问题,第一个问题是中国污水处理行业能否实现碳中和?厌氧消化是一个产能的过程,在英国、荷兰、瑞士等国家已广泛应用。而在我国城市污水采用厌氧消化的不足5%,处于较低水平,导致在温室气体减排、节能降耗上缺乏抓手。市政行业在厌氧消化领域由于实践不足,远远落后于国际水平,因此需要推动该技术的应用。
第二个问题是国际上能否实现碳中和?目前奥地利污水处理厂已实现了能源中和,未来可进一步实现碳中和。目前我国的一些污水处理厂已应用了太阳能、风能等可再生能源,供能占耗能的10%,通过调节风机、精确曝气等方式可降低能耗,节约的能耗占总耗能的10~20%,若利用水源热泵等回收水中的能源,可进一步回收2~10%的能源。另外,由于国际上已通过厌氧消化技术实现产能,未来在世界污水处理行业一定能够实现碳中和。
第三个问题是中国污水处理行业如何应对碳中和?目前我国急需颠覆性的污水处理技术改变能量流和物质流方向,改变污水处理工艺格局。若能够在污水处理前端浓缩90%以上的碳源,则与传统污水处理工艺相比,产能会高3倍。所以,我国污水处理领域需要颠覆性的污水处理技术。
同济大学环境科学与工程学院院长戴晓虎教授认为,我国污泥产量巨大,处理处置形势严峻。目前,我国污泥产量规模超6000万吨/年,位居世界首位。另外,污泥结构复杂,具有抗生物降解性,是多介质、多组分交互的复杂体系,同时其富含大量资源物质,易造成环境污染和资源浪费。在过去二十年,我国大力发展污水处理,忽视了污泥处理问题,导致目前污泥是我国污水处理的短板,实现其资源化处置符合双碳目标需求。
戴晓虎教授认为,在污泥处理过程中应关注三方面问题,首先是在污泥处理中能源和化学药剂带来的直接碳排放,需要降低相应的成本;其次是CH4和N2O等逸散性温室气体的排放,目前在污泥处理过程中相关的排放因子尚不明确,需要进一步探究;最后是碳补偿,在污水处理过程中碳补偿包括污泥能源化利用、氮磷等营养物质回收以及污泥资源化等,有利于“双碳”目标的实现。
目前,污泥厌氧消化技术在我国应用不足5%,其优势在于可以在高含水率情况下将污泥中的能源物质回收,另外,厌氧消化也可以处理厨余垃圾等废物。所以,厌氧消化技术在污水处理和城市有机废物处理行业未来都会有广阔的前景。对污泥填埋处置,虽然成本较低,但其为巨大的甲烷排放源,未来填埋技术会逐步被取缔。
清华大学环境学院黄霞教授针对我国城市污水处理系统碳减排路径提出了三个观点。首先,需要从污水排放、收集、输送和处理全过程来考虑碳减排工作。污水处理厂排放的碳量是比较精准的,但是污水的收集和输送过程所排放的碳量也占有较高的比例,对城市污水系统碳排放贡献是不可小觑的。那么,如何开展碳减排工作呢?应该从能耗和药耗两方面着手,共同推进城市污水处理系统的碳减排。
其次,目前污水行业碳排放基础数据缺失,核算方法不完善,尚需建立科学的碳排放基础数据库和完整的核算方法体系,为实现污水处理行业的双碳目标提供科学依据,进而有利于更加直观地了解污水处理系统能耗和药耗的排放比例,更为精准地开展碳减排工作。
最后,污水处理系统工艺的开发研究应在水质的提升基础上实现能源和资源的回收。在双碳目标下,需要加入“碳排放”这一新的指标,作为污水处理工艺的新评价指标体系。污水处理工艺应该着眼于碳转化,将其转化成能源物质或一些高价资源。同时,也要着力于发展低成本的工艺,需要将污水处理工业的能量流和物质流重构,为建立低碳城市水再生和资源能源新工艺奠定基础。
中国市政工程华北设计研究总院有限公司郑兴灿总工程师提出了工程师在实现“双碳目标”方面的工作方向。在整个城市系统或者更大的环境系统,碳排和碳汇的过程非常复杂。针对水生态系统,从供水—污水处理—再生水—水体维护增长过程中均存在着大量的碳排放,同时也形成了碳汇的一些途径,启发我们要通过不同途径和方法进行水生态系统建设,如海绵城市建设、再生水的景观环境和生态污水的综合利用等等。控制二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的排放,即可为碳减排工作做出相应的贡献。但是,从工程角度来讲,需充分考虑的是工程的“安全性和风险、工程投资和效益”三方面,且需要通过逐步改制和提升来实现碳减排的目标。
另外,在降低能耗和药耗的同时,还需充分考虑“占地”产生的资源消耗。这一点,往往被大家所忽略。占地不仅仅是土地资源,而是整个空间资源,工程建设所占空间资源非常珍贵。
北京建筑大学副校长李俊奇教授提出,海绵城市是新一代城市雨洪管理概念,是指城市能够像海绵一样,在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好弹性。我国海绵城市的理念与日本的雨水贮留渗透计划,英国的水敏感性城市设计,美国的LID低影响开发等基本一致,是城市雨水管理理念具有国际语境的中国化表达。海绵城市既是城市可持续发展建设的途径,也是最终的建设目标,是绿色城市韧性城市建设中不可或缺的重要内容。海绵城市建设的核心内涵是多目标雨水系统的构建,涉及水安全、水环境、水资源与水生态等方面。
围绕这一构建任务,目前还存在三个问题:(1)洪涝统筹如何发力?海绵城市是有边界的,能力是有极限的,不能解决所有问题。基于洪涝风险分类的预报预警和应急管理也是必须的,当前我国亟需补齐基于洪涝风险评估的大排水系统与应急防控系统;(2)径流雨水排放标准如何确定?在管网覆盖率和污水处理厂排放标准逐渐提高之后,城市水环境负荷的贡献到底谁最大?大量研究表明,在华北地区雨水径流污染对地表水环境的贡献占1/3以上,也就是说,工业废水与市政污水都有排放标准,雨水要不要达到标准?(3)雨水径流控制要坚持绿色优先,建成区和新建区应有不同的应对原则。
苏伊士水务运营区域总监刘杰认为,水的属性是多方面多层次的,从与水有关的精神文化,到繁衍生命再到促进社会经济的发展。如何彰显人类社会水的价值、理解水对全社会的重大意义?一方面需要加大水行业内乃至全社会关于水价值的宣教,使得人们重新审视水的价值以及水行业的发展对全社会的贡献;另一方面,需要探究水的价值体系重构与体现,特别是赋予水在资源回收、能源转化、环境影响方面新的属性和价值。江河湖海的源水经过处理之后,达到饮用水标准,并将其保质保量送到千家万户;污水收集处理之后,回用于农业灌溉、景观补水,回用以后的污水、污泥成为新的资源。通过科学智慧化的管理实现最大的资源回收、能源利用,不再产生或尽量最少的产生旱涝水害及水环境负荷,这个链条里都是赋予水的新价值。
只有提高针对水的全方位价值意识,实现水的经济价值,增加在水基础设施和科研方面的投入,才能达成双碳目标。在美国,水行业每创造1个职位,可能就能给其他行业带大概3.68个职位,水行业投入的每一美元,都能对整个经济的发展带来另外的资本收入,这就使供排水系统在原先的价值基础上赋予了它新的价值。
下期预告:激荡观点,碰撞思想,热点研讨助力水业新发展(下)
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