笪躍武，于少亭，胡淑圓

(無錫市水務(wù)集團(tuán)有限公司，江蘇無錫 214031)

綠色發(fā)展理念，是以人與自然和諧為價(jià)值取向，以綠色低碳循環(huán)為主要原則，以生態(tài)文明建設(shè)為基本抓手，以效率、和諧、持續(xù)為目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)發(fā)展方式。2020年，我國(guó)提出“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。這是生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的雙驅(qū)模式下，貫徹新發(fā)展理念、推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求。城市自來水廠在取水、提升、凈化、消毒、加壓輸送等生產(chǎn)過程中，需要消耗大量水、電、氧氣、藥劑等資源。如何提高能源利用效率、減少溫室氣體排放，將綠色發(fā)展落到實(shí)處，是供水行業(yè)必須重視并認(rèn)真踐行的重要課題。綠色發(fā)展的理念應(yīng)貫穿于城市自來水廠設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維、改造和升級(jí)的全生命周期之中。不但應(yīng)考慮初期建設(shè)投入，還應(yīng)考慮后期運(yùn)營(yíng)和維護(hù)，以及社會(huì)和環(huán)境成本，確保建成后能長(zhǎng)期、持續(xù)地產(chǎn)生良好社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。因此，本文主要從規(guī)劃設(shè)計(jì)期、工程建設(shè)期、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)期、綠色改造期、智慧升級(jí)期這5個(gè)階段，對(duì)水廠全生命周期各階段的綠色發(fā)展實(shí)施內(nèi)容進(jìn)行梳理，并探討水廠綠色發(fā)展的突破方向及措施。

1 規(guī)劃設(shè)計(jì)期

1.1 水源選擇與治理保護(hù)

水源是供水系統(tǒng)的起點(diǎn)，是打造綠色水廠的重要基礎(chǔ)。在水廠規(guī)劃設(shè)計(jì)階段融入綠色發(fā)展理念，選用優(yōu)質(zhì)水源，加強(qiáng)水源保護(hù)，可以為實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)、綠色運(yùn)營(yíng)構(gòu)建基本框架。水源的水質(zhì)安全與長(zhǎng)期穩(wěn)定是定取水源的首要考慮因素?！?022年6月全國(guó)地表水水質(zhì)月報(bào)》顯示，3 545個(gè)地表水國(guó)考斷面中，Ⅰ類水質(zhì)斷面僅占8.9%，Ⅲ類水以上累計(jì)79.2%，水體富營(yíng)養(yǎng)化仍是主要污染問題。面對(duì)水質(zhì)指標(biāo)差、達(dá)標(biāo)率不高等情況，供水企業(yè)不得不提高藥劑投加量，升級(jí)處理工藝，來解決原水富營(yíng)養(yǎng)化以及微污染物、新興污染物等“痛點(diǎn)”“難點(diǎn)”。甚至需要配套建設(shè)粉末活性炭、高錳酸鉀、酸堿等應(yīng)急投加系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)不期出現(xiàn)的突發(fā)污染事件。由此而來的是建設(shè)成本、維護(hù)成本、制水成本和碳排放量的整體大幅提升[1]。

在“共抓大保護(hù)”的生態(tài)發(fā)展理念指導(dǎo)下，各地逐步意識(shí)到加強(qiáng)水源地建設(shè)、提升原水水質(zhì)是把握水源選擇主動(dòng)權(quán)、控制供水成本的有效途徑。在水源水質(zhì)得到有效保證的前提下，采用綠色環(huán)保的凈水工藝和低成本生產(chǎn)運(yùn)行將成為可能。水源地保護(hù)建設(shè)則應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況，以政府為主導(dǎo)，構(gòu)建制度保障，以經(jīng)濟(jì)手段推動(dòng)用水、節(jié)水、護(hù)水意識(shí)形成，打破地域壁壘，加強(qiáng)預(yù)警聯(lián)動(dòng)[2]，統(tǒng)籌環(huán)保、水利、供水主管部門及水務(wù)企業(yè)共同參與水源保護(hù)工作。

1.2 水廠區(qū)位布置

(1)完善城市供水布局

水廠的區(qū)位布置應(yīng)當(dāng)與城市總體規(guī)劃相協(xié)調(diào)，適應(yīng)城市發(fā)展布局。這就要求供水企業(yè)及其主管部門加強(qiáng)與規(guī)劃部門溝通，充分考慮城市供水發(fā)展需求，合理規(guī)劃水廠布局，實(shí)現(xiàn)整個(gè)供水系統(tǒng)綠色高效發(fā)展。

合理的供水布局有助于降低系統(tǒng)建設(shè)投入和運(yùn)行成本。供水系統(tǒng)應(yīng)該采用多水源互聯(lián)互通形式，各水廠應(yīng)該靠近用水負(fù)荷中心，圍繞城市分散布置。偏于一側(cè)的供水格局極易出現(xiàn)輸送瓶頸，導(dǎo)致末端形成低壓區(qū)。為彌補(bǔ)低壓區(qū)服務(wù)水頭不足，提高出廠壓力，造成局部水頭過剩?！岸嗨磳?duì)供”則可有效避免這一情況，并提高了供水保證率。以無錫市為例，從長(zhǎng)江、太湖兩流域取水，形成“江湖并舉，南北對(duì)供”格局，有效提高市區(qū)北部用水保障率，同時(shí)兩水源互為備用，在突發(fā)污染事件時(shí)，可應(yīng)急水量調(diào)度，保障城市大部用水需求。

(2)避免原水管遠(yuǎn)距離輸送

原水管的管徑通常較大，所輸送的原水泥沙含量高、成分復(fù)雜，長(zhǎng)期運(yùn)行后容易出現(xiàn)爆漏、腐蝕、管徑縮小等現(xiàn)象，且維護(hù)更換成本高。原水管距離越長(zhǎng)，設(shè)計(jì)、敷設(shè)、維護(hù)難度也就越大，同時(shí)沿程水損和泵站能耗也隨之增加。因此，在原水管道設(shè)計(jì)階段需要綜合分析水質(zhì)情況、敷設(shè)環(huán)境、流速等多方面因素，審慎確定管徑、管材及防腐方式，在水廠規(guī)劃設(shè)計(jì)階段也應(yīng)充分考慮自然地理及經(jīng)濟(jì)因素，盡量避免原水管遠(yuǎn)距離輸送，減少投資運(yùn)行成本。

1.3 水廠設(shè)計(jì)規(guī)模及調(diào)蓄能力的確定

水廠設(shè)計(jì)規(guī)模直接影響工藝選型、構(gòu)筑物參數(shù)以及設(shè)備安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)，并關(guān)系到總體造價(jià)以及設(shè)備折損等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的確定。因此，既要充分考量城市近遠(yuǎn)期用水需求、供水保證率以及應(yīng)急保障系數(shù)等因素，又要根據(jù)實(shí)際需求分期建設(shè)，避免產(chǎn)能過剩、設(shè)備過早損耗等造成的不必要浪費(fèi)。除此之外，為實(shí)現(xiàn)水廠的靈活調(diào)節(jié)和節(jié)能，需根據(jù)時(shí)變化系數(shù)(一般水廠清水泵房的時(shí)變化系數(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是1.2)設(shè)置清水泵房和水庫(kù)容積，必要時(shí)需在管網(wǎng)中配備儲(chǔ)水調(diào)節(jié)設(shè)施，增大供水系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)不同工況的調(diào)節(jié)能力，同時(shí)提升節(jié)能水平。

目前在二次供水系統(tǒng)中大量使用無負(fù)壓設(shè)備，在避免水箱二次污染和有效利用市政管網(wǎng)壓力實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能方面發(fā)揮了巨大作用。但因管網(wǎng)調(diào)蓄能力的降低(如水箱減少)，引起的供水系統(tǒng)時(shí)變化系數(shù)變大的問題也日益突出(有時(shí)超過1.3甚至高于1.4，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn))，由此帶來的產(chǎn)能不匹配問題應(yīng)引起重視。同時(shí)，在供水高峰時(shí)，過高的出廠壓力不但造成能量的浪費(fèi)，也增加了管網(wǎng)爆管的風(fēng)險(xiǎn)。圖1為2011年—2021年無錫市區(qū)供水時(shí)變化系數(shù)。

圖1 2011年—2021年無錫市區(qū)供水時(shí)變化系數(shù)Fig.1 Hourly Variation Coefficient of Urban Water Supply in Wuxi City during 2011 to 2021

1.4 水廠工藝選擇與布置

以膜處理工藝為代表的“短流程工藝”，具有藥劑投加量低、占地面積小的優(yōu)點(diǎn)，以物理、生物處理為主，如從“綠色工藝就是要求對(duì)水的天然屬性沒有影響或影響削減到最小”[3]這個(gè)觀點(diǎn)來看，短流程工藝稱得上“綠色工藝”。在滿足水質(zhì)安全要求的前提下，可論證短流程工藝的可行性。值得注意的是，短流程工藝設(shè)備投資成本較高、運(yùn)行能耗較高、自動(dòng)化程度要求較高，因此，是否要選擇短流程工藝，應(yīng)綜合評(píng)價(jià)其全生命周期的“綠色貢獻(xiàn)度”。

1.5 綠色設(shè)計(jì)理念應(yīng)用

(1)園林式水廠

城市水廠占地面積通常較大，適宜通過增加園林景觀布置、綠化面積，打造城市綠源，降低熱島效應(yīng)。同時(shí)，建設(shè)綠色屋頂或使用反射率適宜的屋面材料，可減少光污染；也可以利用構(gòu)筑物上部空間或建筑屋頂建設(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目，開發(fā)利用新能源，減少公共能源消耗，提高水廠的綠色屬性。

(2)海綿城市理念融入水廠設(shè)計(jì)

海綿城市，是指在城市水工程建設(shè)中利用“海綿”具有的特性，實(shí)現(xiàn)彈性處理各類水的目的。主要利用城市建設(shè)中的排水系統(tǒng)、道路、綠地等基礎(chǔ)，發(fā)揮“滲、蓄、滯、凈、用、排”的作用，來實(shí)現(xiàn)彈性處理的目標(biāo)。在水廠設(shè)計(jì)中融入海綿城市理念，讓廠區(qū)在蓄水的同時(shí)還能夠釋放水資源，輔助解決城市內(nèi)澇、干島問題，形成有效的雨水管理[4-5]。

(3)一體化水廠

近年來，一體化水處理設(shè)備的應(yīng)用也逐漸進(jìn)入行業(yè)用戶視野。通過對(duì)各工藝單元優(yōu)化改進(jìn)、緊湊布局，以鋼板焊接或型材整體拼裝為主要施工方式，打造技術(shù)可靠、用地集約、經(jīng)濟(jì)可行的一體化水處理車間。此外，可根據(jù)原水水質(zhì)選擇不同工藝模塊組合，廢棄板材料可重新利用，凸顯了一體化水廠的靈活適應(yīng)性與可持續(xù)性特點(diǎn)[6]。

(4)地下式水廠

建設(shè)城市地下空間是轉(zhuǎn)變城市發(fā)展方式、治理“城市病”，并建設(shè)綠色城市的主要著力點(diǎn)[7]。近年來，地下式水廠成為市政行業(yè)爭(zhēng)相追逐的“新理念”。地下式水廠最先出現(xiàn)于污水行業(yè)，其噪音可控、異味可控的特性，以及“地下廠區(qū)+地上景觀”的生態(tài)友好模式，有效解決了污水處理設(shè)施的“鄰避”難題，是探索市政基礎(chǔ)設(shè)施、建設(shè)綠色低碳發(fā)展的新路徑。隨著概念的興起，國(guó)內(nèi)一些地區(qū)開展了地下自來水廠建設(shè)的嘗試，如?？诮瓥|新區(qū)高品質(zhì)飲用水水廠。

地下水廠的綠色貢獻(xiàn)不僅在于生態(tài)環(huán)境友好，同時(shí)其顯著的節(jié)地特性也為土地集約化提供了新思路。在各地地下式水廠的建設(shè)過程中，形成了一些富有成效的“綠色做法”，包括：①工藝構(gòu)筑物組團(tuán)緊密布置；②地下分層使用，檢修平臺(tái)、設(shè)備間、工藝構(gòu)筑物可以疊合布局；③利用天窗設(shè)置，充分利用自然光照等。但不可避免的是，地下式水廠在工程投資方面會(huì)帶來一定壓力，其建設(shè)成本為地上水廠的1.5～2倍，其運(yùn)行成本較地面水廠也有明顯增加，特別是在用電成本方面。因此，在確定建設(shè)形式時(shí)，應(yīng)充分考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性，并綜合評(píng)估其土地效益、環(huán)境效益。

2 工程建設(shè)期

2.1 綠色建材

以往在市政工程建設(shè)中大量依賴鋼材、混凝土、木材等傳統(tǒng)建材，資源消耗巨大，不利于生態(tài)環(huán)境保持，使用壽命有限。而綠色建材則具有能源資源消耗少、環(huán)境影響低、性能品質(zhì)好、使用周期長(zhǎng)等特點(diǎn)[7-8]。綠色建材可以用于管道建設(shè)、建筑墻體、建筑立面、室內(nèi)裝飾等各個(gè)方面，既有利于使用者的身體健康，也有利于促進(jìn)節(jié)能減排，貼近“碳達(dá)峰”“碳中和”的綠色要求。

2.2 施工工法與管理

(1)綠色施工技術(shù)應(yīng)用

施工新工藝、新技術(shù)在建筑施工中已有廣泛應(yīng)用，通常能夠提高施工效率與安全性、降低工程成本、減輕環(huán)境污染，更符合綠色施工理念。合理選取施工技術(shù)，制定有效的應(yīng)用方案是城市自來水廠建設(shè)過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的課題[9-11]。

(2)利用數(shù)字化技術(shù)優(yōu)化施工部署

借助BIM技術(shù)，可以在工程安全、質(zhì)量、進(jìn)度和成本得到有效控制前提下，實(shí)現(xiàn)綠色、高效施工。它具有協(xié)調(diào)、模擬和優(yōu)化的特性，可以協(xié)助制定更合理的施工部署，一方面提升了設(shè)計(jì)效率和滿意度，另一方面減少了不合理設(shè)計(jì)與不合理施工，減少因錯(cuò)返工和成本浪費(fèi)。BIM技術(shù)以三維可視化模型為核心，將工程中的各項(xiàng)信息統(tǒng)一整合到模型中，使工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等環(huán)節(jié)都基于統(tǒng)一模型進(jìn)行操作。BIM技術(shù)具有的功能優(yōu)勢(shì)包括但不限于：圖紙可視化，通過軟件建模，實(shí)現(xiàn)二維圖紙的三維立體展示；多層面協(xié)調(diào)，解決設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)各專業(yè)并行協(xié)調(diào)問題，如穿插施工、管道布置、碰撞分析等；過程模擬，如對(duì)施工過程、工期、工序以及應(yīng)急狀況進(jìn)行模擬[12-13]。

(3)裝配式工藝服務(wù)綠色施工

現(xiàn)澆施工通常耗費(fèi)大量建材，且施工面大、效率低，固、液、氣、聲污染重，難以滿足綠色環(huán)保的建設(shè)要求。裝配式工藝構(gòu)件預(yù)制、模塊化程度高，按圖裝配、機(jī)械化程度高，總體來看經(jīng)濟(jì)友好、生態(tài)友好。鋼材、混凝土材料、輕質(zhì)復(fù)合板材均可以成為裝配式構(gòu)件的選用材料，同時(shí)3D打印技術(shù)為裝配式工藝提供了更可靠的技術(shù)支撐[14]。市政水廠建構(gòu)筑物相對(duì)簡(jiǎn)單，裝配式建筑理念與3D打印技術(shù)的結(jié)合，將極大地簡(jiǎn)化施工難度，呼應(yīng)綠色建筑理念。

3 生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)期

3.1 推動(dòng)節(jié)能降耗

城市自來水廠的耗用主要集中在自用水、電、藥(礬、氯、氧等)，合理的設(shè)備選型及技術(shù)改造也是降低耗用的重要措施。供水企業(yè)可以通過運(yùn)營(yíng)策略優(yōu)化、設(shè)備節(jié)能化改造、生產(chǎn)精細(xì)化管理、智慧化少人值守，做到綠色低碳生產(chǎn)。

(1)設(shè)備升級(jí)改造，提升能源利用率

取水、送水、加壓是城市水廠主要耗能環(huán)節(jié)，其中關(guān)鍵耗能設(shè)備為水泵。同時(shí)研究[15-16]表明，水廠能源消耗占到成本的20%以上，而關(guān)鍵耗能設(shè)備——泵和風(fēng)機(jī)，則超過總能耗的85%。高效能泵和風(fēng)機(jī)的選用、變頻控制技術(shù)應(yīng)用、合理選型與調(diào)試、葉輪改造、不同泵組并聯(lián)使用等方法均能保證泵和風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間高效運(yùn)行，同時(shí)避免因選型不合理導(dǎo)致葉輪氣蝕損壞。

以無錫為例，無錫X水廠一期于2008年建成投運(yùn)，因初期設(shè)計(jì)規(guī)模較大，實(shí)際運(yùn)行水量偏低，出廠管網(wǎng)相對(duì)通暢，出廠壓力相對(duì)較低。經(jīng)過多年運(yùn)行，二泵房水泵均已不同程度偏離原有性能曲線，葉輪氣蝕明顯，同時(shí)伴有電機(jī)振動(dòng)指標(biāo)超限等問題。為此，水廠逐年更換高效能、耐氣蝕、低轉(zhuǎn)速水泵，降低運(yùn)行成本，千噸水電耗平均下降6.5 kW·h，一年節(jié)省電量約123萬kW·h。無錫N水廠預(yù)處理生物氧化池原曝氣系統(tǒng)采用羅茨風(fēng)機(jī)，能耗較高、維修量較大。通過調(diào)研分析，磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)具有能耗、噪聲及維護(hù)成本方面的優(yōu)勢(shì)，將1臺(tái)羅茨鼓風(fēng)機(jī)更換為磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)，雖然前期設(shè)備投入略高，但通過合理選型，實(shí)際運(yùn)行中，1臺(tái)磁懸浮風(fēng)機(jī)可達(dá)到2臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)量，能耗可降低約20.48%，且噪聲低、維護(hù)便捷(圖2)。

圖2 無錫N水廠羅茨風(fēng)機(jī)與磁懸浮風(fēng)機(jī)效率曲線Fig.2 Efficiency Curve of Roots Fan and Maglev Fan in WTP N in Wuxi

(2)管理精細(xì)智能，降低藥劑使用量

礬、氯、氧等藥劑耗用，是生產(chǎn)運(yùn)行成本的關(guān)鍵組成部分，受水質(zhì)、凈水工藝、藥劑種類、人員水平影響較大。水廠日常運(yùn)轉(zhuǎn)中，受專業(yè)技術(shù)缺乏、管理方式簡(jiǎn)單、設(shè)備配置缺陷、檢測(cè)手段不足等因素制約，常存在加藥控制簡(jiǎn)單、藥耗偏高的問題?？赏ㄟ^開展小樣試驗(yàn)，選擇合理的藥劑，調(diào)整進(jìn)水負(fù)荷，優(yōu)化投加點(diǎn)與投加方式等手段，改善混凝效果；進(jìn)一步開展精準(zhǔn)投加系統(tǒng)研究，運(yùn)用礬花圖像識(shí)別技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析等方法，推進(jìn)藥劑投加智能化、自動(dòng)化改造，亦可顯著降低混凝劑投加量。X水廠采用聚合氯化鋁(PAC)作為混凝劑，年均混凝劑投加量相比周邊其他水廠明顯偏高。通過分析發(fā)現(xiàn)：崗位管理問題以及設(shè)備缺陷，導(dǎo)致藥劑投加誤差較大。該廠通過精細(xì)化管理，開展相關(guān)試驗(yàn)，挖掘加藥潛力，并采取加藥自動(dòng)化以及排泥自動(dòng)化，將混凝劑投加量逐步降低，平均藥耗由42.2 mg/L降至23.5 mg/L，降低約44.3%。

(3)優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行

通過合理調(diào)控清水池、調(diào)節(jié)池等液位，保持水廠生產(chǎn)工藝負(fù)荷穩(wěn)定，減少開停泵次數(shù)，選擇合理的配泵方案，使水泵在高效區(qū)運(yùn)行，也可以取得較好的節(jié)能效果。如無錫市X水廠，通過試驗(yàn)尋找較低電耗下的最優(yōu)運(yùn)行頻率區(qū)間及最優(yōu)水池液位區(qū)間，充分利用調(diào)節(jié)池和清水池的調(diào)節(jié)容積，高峰補(bǔ)水、低峰蓄水，保證水廠增壓泵房和取水泵房出水量平穩(wěn)，盡量使水泵在高效點(diǎn)附近運(yùn)行，一年節(jié)電約38萬 kW·h。

(4)優(yōu)化排泥運(yùn)行，控制自用水耗

水廠自用水耗主要在砂濾池反沖洗和沉淀池排水過程。通過濾池自控改造，根據(jù)不同時(shí)間、不同水質(zhì)和濾池運(yùn)行工況，合理設(shè)置濾池運(yùn)行周期、沖洗時(shí)間、沖洗強(qiáng)度，在提高濾池沖洗效果的同時(shí)，相應(yīng)減少?zèng)_洗水耗。對(duì)于沉淀池，優(yōu)化排泥周期，加強(qiáng)泥漿濃度控制，進(jìn)行自動(dòng)化改造，可有效節(jié)水。特別是對(duì)平流沉淀池，通過增加PLC自動(dòng)控制、排泥管電動(dòng)閥，安裝污泥濃度計(jì)，根據(jù)污泥濃度，優(yōu)化排泥車運(yùn)行路徑并跟蹤其運(yùn)行狀況，控制不同的步長(zhǎng)和循環(huán)次數(shù)，增加重泥區(qū)排泥，減少中后段少泥區(qū)排泥頻次，可以顯著提高排泥效率，“多排泥，少排水”，同時(shí)相應(yīng)降低了排泥水提升輸送的電耗，有效降低后續(xù)尾水處理負(fù)荷。

(5)提高自控水平，提升生產(chǎn)效率

以水廠少人/無人化值守及全廠統(tǒng)籌管理為路徑，降低人力成本、提高生產(chǎn)效率是現(xiàn)代化水廠發(fā)展的目標(biāo)之一。通過自動(dòng)化設(shè)備的升級(jí)和改造，實(shí)現(xiàn)主要過程的遠(yuǎn)程控制，逐步達(dá)成水泵機(jī)組一鍵啟停、智能化配泵、加藥系統(tǒng)自動(dòng)投加、排泥車自動(dòng)運(yùn)行、數(shù)據(jù)處理升級(jí)、智能巡檢等，強(qiáng)化水質(zhì)安全、空間安全管理，在保障生產(chǎn)穩(wěn)定、安全的基礎(chǔ)上，減少人力、物力投入。

3.2 構(gòu)建綠色循環(huán)

隨著“循環(huán)”概念深入人心，如何充分使用、有效回用水廠自身資源引起了廣泛思考。濾池反沖洗水可直接回用；沉淀池排泥水收集處理后，上清液可回用至原水，或用作河道生態(tài)補(bǔ)水、園林景觀用水及部分工業(yè)用水；臭氧發(fā)生設(shè)備冷卻水可直接回用。這些循環(huán)利用舉措在一定程度上實(shí)現(xiàn)了水廠水資源的“內(nèi)外雙循環(huán)”。

水廠生產(chǎn)的另一類可回用資源是污泥。自來水廠污泥有機(jī)質(zhì)含量較低，可以考慮干化后填埋或制磚，作為建材利用。韋杰文等[17]提出，對(duì)于高鋁含量的水廠污泥，可以配制屋頂綠化基質(zhì)，輔助“海綿城市”建設(shè)。并已有研發(fā)團(tuán)隊(duì)研究掌握了“利用污泥制備綠色負(fù)碳包裝材料及產(chǎn)品”的全消納、高附加值、節(jié)約碳匯資源的無廢負(fù)碳應(yīng)用技術(shù)成果，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

3.3 踐行綠色辦公理念

加強(qiáng)辦公區(qū)域用電管理，減少辦公設(shè)備電耗和待機(jī)能耗，及時(shí)關(guān)閉電源，杜絕長(zhǎng)明燈、無人燈；嚴(yán)格規(guī)定、合理設(shè)置空調(diào)溫度，減少辦公過程中的碳排放；推行無紙化辦公或少用紙辦公，減少紙張消耗；倡導(dǎo)節(jié)約水資源，用水時(shí)控制水流，用水完畢及時(shí)關(guān)閉水龍頭，節(jié)約每一滴水。

4 綠色改造期

4.1 綠色能源的使用

雙碳背景下綠色升級(jí)改造離不開綠色能源技術(shù)的使用。對(duì)于場(chǎng)地空間大、光照條件好的水廠，可充分利用優(yōu)勢(shì)，開發(fā)光伏發(fā)電項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)電能自產(chǎn)自用、余電并網(wǎng)。此外，水處理行業(yè)也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)“水能”的利用嘗試，例如建設(shè)水源熱泵空調(diào)，冬季充分利用水中存熱，夏季通過循環(huán)水冷降溫；也有企業(yè)研究利用構(gòu)筑物間的水跌落勢(shì)能發(fā)電。對(duì)于風(fēng)力資源較為豐富的地區(qū)，也可以考慮建設(shè)風(fēng)力發(fā)電設(shè)施，但對(duì)臨近構(gòu)筑物的安全影響需要評(píng)估。以無錫X水廠為例(圖3)，其利用5個(gè)清水池頂部空間，建設(shè)一座分布式光伏電站，總面積約為4.4萬m2，裝機(jī)容量為4.6 MW。光伏電站采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”的模式，設(shè)計(jì)壽命為25年。每年可發(fā)電500萬kW·h，投資回收期約為9年。

圖3 無錫市X水廠光伏發(fā)電項(xiàng)目Fig.3 Photovoltaic Power Generation Project in WTP X in Wuxi City

4.2 綠色管理體系建設(shè)

在“碳資產(chǎn)”時(shí)代來臨之際，以“碳排放量”的變化來評(píng)價(jià)供水企業(yè)改造、建設(shè)、生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)等行為的“含綠量”，能夠有效避免在實(shí)現(xiàn)綠色水廠過程中的無序、低效行為。水廠構(gòu)建碳排放綠色管理體系可以包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容：①確定邊界條件，并對(duì)排放源及其種類進(jìn)行識(shí)別；②選擇核算方法；③選擇因子，確定統(tǒng)計(jì)的排放源種類；④收集與篩選相關(guān)數(shù)據(jù)；⑤計(jì)算與匯總排放量；⑥評(píng)價(jià)與控制。最終目的是通過單元(如按組織、項(xiàng)目或區(qū)域)、類別(如生產(chǎn)原料類、設(shè)備類)、階段(或時(shí)間)整理，統(tǒng)計(jì)碳排放量，對(duì)綠色行為產(chǎn)生的碳增或碳減進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而制定合理的減排指標(biāo)，推動(dòng)節(jié)能減排工作[18]。

5 智慧升級(jí)期

《城鎮(zhèn)水務(wù)2035年行業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》提出“到2035年，基本建成安全、便民、高效、綠色、經(jīng)濟(jì)、智慧的現(xiàn)代化城鎮(zhèn)水務(wù)體系”。加之“數(shù)字經(jīng)濟(jì)”浪潮興起，“數(shù)字水務(wù)”“智慧水務(wù)”概念已成為當(dāng)前水務(wù)行業(yè)研究與探索建設(shè)的熱點(diǎn)。

智慧水務(wù)的協(xié)同運(yùn)作、精確處理和科學(xué)預(yù)判有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理精細(xì)化、高效化、便捷化，智慧水務(wù)建設(shè)的使命和應(yīng)有成效之一是實(shí)現(xiàn)水處理生產(chǎn)的綠色可持續(xù)，并且應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在城市自來水廠設(shè)計(jì)、建設(shè)、生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)等多方面。一是利用“新基建”中的BIM技術(shù)、3D打印技術(shù)、AI、5G、云計(jì)算等先進(jìn)工業(yè)信息工具優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和施工方案，促進(jìn)“人、材、機(jī)”的高效使用，降低建設(shè)成本，同時(shí)搭建智慧建設(shè)管理平臺(tái)，控制施工期間的非綠色行為發(fā)生。二是構(gòu)建實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)調(diào)整的智慧生產(chǎn)系統(tǒng)，如時(shí)間、空間一體化的水源監(jiān)控體系，隨水質(zhì)、流量要素變化精準(zhǔn)控制的智能生產(chǎn)管理方案，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的工藝動(dòng)態(tài)監(jiān)控和能源管理模塊，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力高度協(xié)同、生產(chǎn)資料高效利用，能源資源最少消耗[19-20]。三是以海量數(shù)據(jù)和算法為基礎(chǔ)，搭建精準(zhǔn)預(yù)測(cè)模型助力智慧運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)諸如多因素融合的日用水量預(yù)測(cè)、低碳實(shí)時(shí)調(diào)度等功能，指導(dǎo)出廠水量調(diào)度和壓力調(diào)節(jié)[21-22]。

6 結(jié)語(yǔ)

自來水廠是城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是支撐是社會(huì)發(fā)展和人民生活的重要保障。在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)及升級(jí)改造的全生命周期各階段都應(yīng)貫徹落實(shí)綠色發(fā)展的理念，貫穿使用綠色、智能新技術(shù)，因地制宜、因勢(shì)利導(dǎo)、合理建設(shè)、精細(xì)管理，努力將城市水廠打造為高效低碳、綠色可持續(xù)的城市新基建，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目與周邊環(huán)境的和諧共生。

(1)注重前期規(guī)劃設(shè)計(jì)，合理選擇水源、守住水源安全底線，充分做好水廠建設(shè)規(guī)劃，優(yōu)化工藝設(shè)置與廠區(qū)設(shè)計(jì)，為城市自來水廠建設(shè)、運(yùn)營(yíng)增添“綠色”底色。

(2)貫徹綠色建筑理念，從用材、施工、管理各個(gè)方面推動(dòng)城市自來水廠建設(shè)過程綠色、低碳。

(3)多維度開展節(jié)能降耗，通過設(shè)備更新改造、精細(xì)化管理、優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度、自動(dòng)化改造等方式，實(shí)現(xiàn)水廠生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)提質(zhì)增效，同時(shí)提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程“高效用，低排放”。

(4)創(chuàng)新思路，大膽嘗試使用綠色新能源，推進(jìn)智慧化升級(jí)，獲取“新技術(shù)”帶來的綠色價(jià)值。