黃 明，戴澤軍，毛文煜，劉良才，王 璐，程 龍，胡智泉

（1.湖北中煙工業(yè)責(zé)任有限公司，湖北武漢 430040；2.湖北新業(yè)煙草薄片開(kāi)發(fā)有限公司，湖北武漢 430056；3.重組煙葉應(yīng)用技術(shù)研究湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430040；4.華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢 430074）

氣候變化是當(dāng)今全球共同面臨的重要挑戰(zhàn)之一。為應(yīng)對(duì)氣候變化，減少溫室氣體排放，各行各業(yè)探索碳中和路徑、著力制定碳中和實(shí)施方案已刻不容緩。再造煙葉在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的高濃度煙梗廢液，配套建設(shè)的污水處理廠作為再造煙葉生產(chǎn)工廠中的重要環(huán)節(jié)，是再造煙葉工廠中高耗能、高碳排放的單元之一，在污水處理過(guò)程中，會(huì)直接或間接產(chǎn)生二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）等溫室氣體〔1〕，因此，全面了解再造煙葉工廠污水處理單元碳排放情況，分析排放源、排放特征以及系統(tǒng)的能源消耗、節(jié)能降耗潛力，可對(duì)碳排放高的環(huán)節(jié)提出有針對(duì)性的減排和能源利用措施，有助于再造煙葉廢水處理“碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

目前城市污水處理廠碳排放核算方法是將污水廠視作一個(gè)整體，很少系統(tǒng)地將各處理單元單獨(dú)核算，不利于分析高碳排放環(huán)節(jié)的單元，難以提出有針對(duì)性的碳減排措施，同時(shí)該方法缺少相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參數(shù)，多采用推薦值和預(yù)估值。再造煙葉污水處理廠是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其碳排放核算受到運(yùn)行工藝，進(jìn)出水水質(zhì)，能源物質(zhì)消耗等影響，相較于城市生活污水，再造煙葉廢水是典型的高濃度有機(jī)廢水，成分復(fù)雜、負(fù)荷較高、色度較深，導(dǎo)致其處理環(huán)節(jié)多，加大了核算難度。基于此，本研究根據(jù)《IPCC 2006年國(guó)家溫室氣體清單指南2019 修訂版》（以下簡(jiǎn)稱《清單指南》），確定各參數(shù)以及各工段排放規(guī)律，進(jìn)行煙草廢水處理工藝碳排放核算，針對(duì)碳排放量高的環(huán)節(jié)提出應(yīng)對(duì)措施，以提高再造煙葉工廠污水處理單元的碳中和率，為煙草行業(yè)碳減排和碳中和的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支撐。

1 再造煙葉廢水處理廠碳排放及碳減排核算方法

1.1 碳排放核算方法

目前碳排放核算方法包括排放因子法、質(zhì)量平衡法、模型法、實(shí)測(cè)法等。排放因子法是《清單指南》提出的第一種碳排放核算方法，同時(shí)也是《食品、煙草及酒、飲料和精制茶企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行）》（以下簡(jiǎn)稱《核算指南》）中采用的方法，具有適用范圍廣、應(yīng)用普遍的優(yōu)點(diǎn)，本文根據(jù)《清單指南》中提出的排放因子法進(jìn)行核算。

結(jié)合再造煙葉廢水處理運(yùn)行過(guò)程中碳排放途徑分析可知，再造煙葉廢水處理總碳排放量等于直接碳排放量與間接碳排放量之和。直接碳排放量包括污水處理中產(chǎn)生的CO2、CH4和N2O，其中屬于生源性的CO2，不納入計(jì)算范圍中。間接碳排放包括煙草廢水處理中設(shè)備能耗及藥劑消耗導(dǎo)致的碳排放。

1.1.1 直接碳排放

1）CH4類碳排放。

a. 厭氧段CH4排放。

在污水厭氧處理過(guò)程中，有機(jī)物消化和生物質(zhì)內(nèi)源呼吸會(huì)產(chǎn)生CH4，該過(guò)程中甲烷排放量見(jiàn)式（1）。

式中：——廢水厭氧處理過(guò)程中甲烷排放量，kg；

TOW——廢水厭氧處理去除的有機(jī)物總質(zhì)量（以COD 計(jì)），kg；

S——以污泥方式清除掉的有機(jī)物總質(zhì)量（以COD 計(jì)），kg；

R——甲烷回收量，kg。

廢水厭氧處理去除的有機(jī)物總量見(jiàn)式（2）。

式中：W——厭氧處理過(guò)程產(chǎn)生的年廢水量，采用企業(yè)計(jì)量數(shù)據(jù)，m3；

CODin——厭氧處理系統(tǒng)進(jìn)口廢水中的化學(xué)需氧量，采用企業(yè)檢測(cè)值的平均值，mg/L；

CODout——厭氧處理系統(tǒng)出口廢水中的化學(xué)需氧量，采用企業(yè)檢測(cè)值的平均值，mg/L。

甲烷排放因子見(jiàn)式（3）。

式中：Bo——厭氧處理過(guò)程中的甲烷最大生產(chǎn)能力，以單位COD 的甲烷生成質(zhì)量計(jì)，根據(jù)《核算指南》，Bo 推薦值為0.25 kg/kg；

MCF——甲烷修正因子，表示不同處理和排放的途徑或系統(tǒng)達(dá)到的甲烷最大產(chǎn)生能力（Bo）的程度，也反映了系統(tǒng)的厭氧程度，煙草行業(yè)廢水處理中MCF范圍為0.2～0.4，推薦值為0.3。

厭氧過(guò)程產(chǎn)生的CH4碳排放當(dāng)量見(jiàn)式（4）。

式中：——厭氧過(guò)程產(chǎn)生的CH4碳排放量，tCO2e；

若將產(chǎn)生的甲烷燃燒轉(zhuǎn)化為CO2再排放到大氣中，則碳排放量可由式（5）計(jì)算。

式中：EGHG-厭氧——厭氧過(guò)程CH4燃燒成CO2產(chǎn)生的碳排放量，tCO2e。

b. 污泥衛(wèi)生填埋段CH4排放。

經(jīng)過(guò)處理后產(chǎn)生的污泥，板框脫水再經(jīng)由車(chē)輛外運(yùn)至填埋處，在填埋過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生CH4，因此需要對(duì)污泥填埋進(jìn)行碳排放核算，其見(jiàn)式（6）〔2〕。

式中：——污泥填埋環(huán)節(jié)產(chǎn)生的CH4質(zhì)量，kg；

ω污泥填埋——污泥填埋率，%；

Qw——年脫水污泥量，kg；

γ——污泥含水率，%；

——污泥填埋場(chǎng)CH4回收量，取0；

OX——污泥中碳的氧化因子，采用IPCC 指南推薦值，取0.1。

該過(guò)程產(chǎn)生的CH4碳排放量同理帶入式（4）。

2）N2O 類碳排放。

污水硝化反硝化反應(yīng)的中間過(guò)程中產(chǎn)生N2O，該反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的N2O 轉(zhuǎn)化為CO2排放量見(jiàn)式（7）。

式中：EGHG-脫氮——廢水脫氮過(guò)程產(chǎn)生的N2O 碳排放量，tCO2e；

——廢水脫氮處理過(guò)程N(yùn)2O 年排放量，kg；

污水在生物脫氮過(guò)程中，N2O 作為反硝化反應(yīng)的中間產(chǎn)物被釋放，同樣也作為硝化反應(yīng)的副產(chǎn)物，但是由于其反應(yīng)受到pH、碳氮比、溫度、溶解氧等各種因素的影響，排放因子目前不能利用同一數(shù)值，所以需要采用經(jīng)驗(yàn)值來(lái)進(jìn)行估算，其中《清單指南》中推薦取值為0.008～0.39 kg/kg 之間（以單位質(zhì)量TN 產(chǎn)生的N2O 質(zhì)量計(jì)），對(duì)傳統(tǒng)硝化反硝化工藝大部分采用經(jīng)驗(yàn)值0.035 kg /kg（以單位質(zhì)量TN 產(chǎn)生的N2O 質(zhì)量計(jì)）〔3〕，則污水處理系統(tǒng)的N2O 排放量見(jiàn)式（8）。

式中：Q——年進(jìn)水量，m3；

TN0——污水處理系統(tǒng)進(jìn)水TN，mg/L；

TNe——污水處理系統(tǒng)出水TN，mg/L；

1.1.2 間接碳排放

1）電能消耗導(dǎo)致產(chǎn)生的間接碳排放。

污水處理運(yùn)行需要消耗電能，主要用于曝氣設(shè)備、提升泵、鼓風(fēng)機(jī)、污泥脫水等設(shè)施，而消耗的電能會(huì)增加碳排放量，因此需要進(jìn)行計(jì)算，如式（9）所示。

式中：——凈購(gòu)入電力產(chǎn)生的碳排放量，tCO2e；

AD電——企業(yè)為污水處理運(yùn)行年凈購(gòu)入使用的電能，MW·h；

EF電——區(qū)域電網(wǎng)年平均供電排放因子，以CO2計(jì)，tCO2e/（MW·h）。

根據(jù)2022 年生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《關(guān)于做好2022年企業(yè)溫室氣體排放報(bào)告管理相關(guān)重點(diǎn)工作的通知》，將電網(wǎng)排放因子（以CO2計(jì)）調(diào)整為0.581 0 tCO2e/（MW·h）。

2）藥劑消耗導(dǎo)致產(chǎn)生的碳排放。

在污水處理過(guò)程中有時(shí)候會(huì)投加化學(xué)藥劑，如絮凝劑和混凝劑等，這些藥劑在生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的碳排放，因此需要進(jìn)行計(jì)算，見(jiàn)式（10）。

式中：——廢水處理過(guò)程中投加藥品產(chǎn)生的年碳排放量，tCO2e；

Mi——第i種藥品年投加量，t；

Co藥——藥品碳排放系數(shù)，具體取值見(jiàn)表1〔4-5〕。

表1 藥品排放系數(shù)Table 1 Drug emission factors

1.2 碳減排核算方法

污水站是一個(gè)高消耗高碳排放的單元，但同時(shí)它也是一個(gè)潛在的能源工廠，如污水的余熱、污泥厭氧消化產(chǎn)生的沼氣、可回用的中水等，這些可觀的可回收資源成為了污水廠實(shí)現(xiàn)碳中和的客觀條件。為了實(shí)現(xiàn)污水站碳減排和碳中和目標(biāo)，一方面可回收利用污水中蘊(yùn)含的能源，另一方面可對(duì)高碳排放環(huán)節(jié)進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)〔6〕。

1.2.1 污水水源熱泵

污水的資源化利用可以分為污水的余熱利用、水力利用和再生回用等。污水系統(tǒng)是一個(gè)大熱源，可以借助熱泵系統(tǒng)，通過(guò)消耗部分電能，冬季將污水系統(tǒng)中的大量廢熱供給室內(nèi)取暖；在夏季把室內(nèi)的熱量取出，釋放到水中，以達(dá)到夏季空調(diào)制冷的目的。污水源熱泵技術(shù)可利用二級(jí)出水，是因?yàn)槎?jí)出水沒(méi)有過(guò)多顆粒物，水質(zhì)較好，是一種優(yōu)質(zhì)低品位熱源。熱量計(jì)算見(jiàn)式（11）～式（13）〔7〕。

式中：A——污水中賦存的熱（冷）量，kJ；

B——污水流量，m3；

ρ——水的密度，取1 000 kg/m3；

Δt——提取水溫溫差，℃；

C——水的比熱容，取4.187 kJ/（kg·℃）；

D——水源熱泵系統(tǒng)輸出冷量，kJ；

F——制冷系數(shù)，取值為4.16；

G——水源熱泵系統(tǒng)輸出熱量，kJ；

H——制熱系數(shù)，取值為4.24。

1.2.2 污泥處置方式優(yōu)化

剩余污泥處理主要有衛(wèi)生填埋、堆肥處理、厭氧消化、焚燒等方法。污泥在填埋過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的CH4，但是不利于收集利用，極大地浪費(fèi)了資源。焚燒雖然能產(chǎn)生熱量，但是會(huì)造成二次污染。堆肥處理和厭氧消化則可以很好地解決以上兩個(gè)問(wèn)題，不僅能避免造成二次污染，還能收集CH4再利用，從而減少碳排放。

1.2.3 厭氧產(chǎn)甲烷利用

厭氧消化和生物質(zhì)內(nèi)源呼吸會(huì)產(chǎn)生甲烷，產(chǎn)生的甲烷可以通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）技術(shù)應(yīng)用于辦公和生活區(qū)取暖〔8〕。沼氣（65%為甲烷氣體）可轉(zhuǎn)化為電能，若存在余熱回收的發(fā)電系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)化效率可達(dá)65%左右，在常溫標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，甲烷平均熱值為37 878 kJ/m3。通過(guò)沼氣發(fā)電機(jī)獲得的電能可以用式（14）計(jì)算。

式中：W電——通過(guò)發(fā)電機(jī)從沼氣中獲得的電能，kW·h；

V沼氣——輸入沼氣發(fā)電機(jī)的沼氣的體積，m3；

η——發(fā)電系統(tǒng)的效率，取65%；

2.78 ×10-4——kJ 轉(zhuǎn)換為kW·h。

1.2.4 藥劑投加環(huán)節(jié)優(yōu)化及曝氣系統(tǒng)升級(jí)

污水生化處理中需要進(jìn)行曝氣，其作用就是利用大功率鼓風(fēng)機(jī)為微生物提供足夠的溶解氧，保證微生物能在污水中存活下去。曝氣時(shí)間越長(zhǎng)消耗的電能越多，因此曝氣過(guò)程節(jié)能減排的關(guān)鍵點(diǎn)在于曝氣時(shí)間精確化，防止曝氣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)產(chǎn)生電耗，或曝氣時(shí)間過(guò)短造成微生物死亡。

在預(yù)處理、生化處理和剩余污泥處理中都需要投加藥劑，通過(guò)生化反應(yīng)來(lái)去除污染物，因此優(yōu)化藥劑投加環(huán)節(jié)有利于降低碳排放，達(dá)到碳減排的目的〔9〕。投加藥劑需要用到投加泵，將常用的投加泵升級(jí)為數(shù)字泵，精確投加PAC、PAM 等藥劑，投加量有不同程度的減少，達(dá)到加藥系統(tǒng)精細(xì)化控制的目的。

2 案例分析

2.1 再造煙葉污水站概況及核算邊界

以湖北武漢某再造煙葉污水處理站為例，進(jìn)行煙草廢水系統(tǒng)碳排放、碳減排核算及碳中和評(píng)價(jià)。該污水站廢水處理量為2 500 m3/d，主要收納廠區(qū)生產(chǎn)、生活及車(chē)間清洗廢水，其進(jìn)水COD 平均在9 000 mg/L 左右，其中包括高濃度廢水約100 m3/d，COD 約為50 000～70 000 mg/L，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）規(guī)定的Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)標(biāo)后排入市政污水管網(wǎng)，其工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 污水站工藝流程及碳排放核算邊界Fig.1 Process flow and carbon emission accounting boundary of sewage plant

如圖1 所示，污水站處理單元包括預(yù)處理，缺氧/好氧（A/O）生化處理及剩余污泥處理。預(yù)處理主要包括格柵、微砂絮凝、一級(jí)氣浮等，生化處理主要包括厭氧DIC 反應(yīng)器、多級(jí)缺/好氧池（A/O）、二沉池，剩余污泥處理主要包括污泥調(diào)理、板框脫水及外運(yùn)填埋處置。

將污水站所有工藝流程納入核算系統(tǒng)中，污水站工藝流程及碳排放核算邊界劃分如圖1 所示，其碳排放具體情況如表2 所示。其中直接排放源主要來(lái)自于有機(jī)物降解、污水脫氮處理及污泥填埋等，間接排放主要來(lái)自于格柵、水泵、鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備能耗及藥劑消耗。

表2 污水站各處理單元碳排放情況Table 2 Carbon emissions of each treatment unit of sewage station

2.2 碳排放計(jì)算

根據(jù)上文核算方法，收集活動(dòng)水平數(shù)據(jù)，確定排放因子，相關(guān)數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 再造煙葉廢水處理站碳排放核算數(shù)據(jù)Table 3 Carbon emission accounting datas of reconstructed tobacco wastewater treatment station

根據(jù)碳排放核算式（1）～式（10）以及污水站各處理單元碳排放數(shù)據(jù)表，進(jìn)行計(jì)算得到污水站碳排放核算匯總見(jiàn)表4。

表4 污水站碳排放核算匯總Table 4 Carbon emission accounting summary of sewage station tCO2e/a

如表4 所示，污水站在處理量為2 500 m3/d 的情況下，年碳排放量為10 485.3 tCO2e，噸水碳排放量為11.5 kgCO2e。該污水站中預(yù)處理、生化處理及剩余污泥處理產(chǎn)生的碳排放量分別為924.9、2 946.4、6 614.0 tCO2e，依次占總碳排放量的8.8%、28.1%及63.1%（圖2），說(shuō)明剩余污泥處理是最高的碳排放環(huán)節(jié)。有研究人員對(duì)城市污水處理廠進(jìn)行總碳排放量的核算，結(jié)果表明污水廠噸水碳排放量為1.09 kgCO2e〔10〕或0.98 kgCO2e〔11〕。該污水站噸水產(chǎn)生的碳排放量遠(yuǎn)高于城市污水處理廠，是由于再造煙葉生產(chǎn)廢水COD 較高，是城市生活污水的幾十倍，處理過(guò)程會(huì)導(dǎo)致高的噸水碳排放量。

圖2 污水站碳排放核算單元占比（a）和生化處理各部分碳排放量（b）Fig.2 Proportion of carbon emission accounting unit of sewage station （a） and carbon emission of each part of biochemical treatment （b）

圖2（a）顯示了污水站各處理單元碳排放核算占比。因?yàn)轭A(yù)處理單元大部分利用的是物理方法去除污染物，不存在直接排放，僅有間接排放，碳排放占比低，可節(jié)能減排的部分也比較少，所以碳減排和碳補(bǔ)償主要集中在生化處理和剩余污泥處理單元。生化處理各部分碳排放量如圖2（b）所示，生化處理單元中厭氧塔、缺氧池、好氧池和其他池的碳排放量分別為1 058.6、809.0、839.8、239.0 tCO2e，依次占比為35.9%、27.5%、28.5%及8.1%，厭氧池和好氧池貢獻(xiàn)最大，其次是缺氧池和其他池（二沉池等）。因此對(duì)于碳減排和碳補(bǔ)償措施主要集中于A/O 工段和厭氧部分。而剩余污泥的處理主要是對(duì)污泥進(jìn)行調(diào)理然后運(yùn)輸再填埋，在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生碳排放，包括污泥填埋時(shí)產(chǎn)生的CH4，所有設(shè)備能耗以及污泥調(diào)理消耗的藥劑，其碳排放量分別為5 110、609.2、894.8 tCO2e。

因此，對(duì)污水站進(jìn)行碳減排和碳補(bǔ)償措施主要在于甲烷的利用及降低能耗與藥耗，除此之外，污水中蘊(yùn)含著相當(dāng)可觀的熱量，這部分熱量可以通過(guò)污水源熱泵技術(shù)對(duì)其進(jìn)行收集和利用，為廠區(qū)進(jìn)行供暖或者制冷，有著非常大的碳補(bǔ)償潛力。

2.3 碳減排評(píng)估

根據(jù)以上碳排放源和碳排放量的分析，對(duì)碳減排進(jìn)行評(píng)估。碳減排分為碳補(bǔ)償量和碳減少量。碳補(bǔ)償量即將碳再利用轉(zhuǎn)化為各種能量形式，包括污水余熱利用、甲烷利用等方式；碳減少量即通過(guò)各種措施減少碳的排放，包括優(yōu)化污泥處置方式、藥劑投加環(huán)節(jié)及曝氣系統(tǒng)升級(jí)等。

2.3.1 污水余熱利用

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，在11 月至3 月取暖季，武漢平均氣溫是8～17 ℃，與污水站二級(jí)出水水溫15.3～24.5 ℃相比低7.3～7.5 ℃，在6 月至9 月制冷季，武漢平均氣溫25～34 ℃，與二級(jí)出水水溫17.6～26.5 ℃相比高7.5 ℃左右，取制冷和制熱溫差分別為7.4 ℃和7.5 ℃，根據(jù)式（11）～式（14），通過(guò)水源熱泵技術(shù)相當(dāng)于一年可產(chǎn)生5 566.6 MW·h 的電能，一年的碳補(bǔ)償量為3 234.2 tCO2e。

2.3.2 污泥處置方式優(yōu)化

污水廠污泥處理處置主要集中在3 種技術(shù)路線：深度脫水+填埋、脫水+干化焚燒+填埋/建材利用、厭氧消化+脫水+干化焚燒+填埋/建材利用，不同處置方式產(chǎn)生不同的碳排放量。從污泥處理處置全流程看，深度脫水+填埋路線是高碳排放處理處置方式，而對(duì)污泥依次進(jìn)行厭氧消化、脫水、干化焚燒再填埋/建材利用是最佳的處理處置技術(shù)路線，其碳排放量?jī)H為深度脫水+填埋的20%，且當(dāng)污泥脫水后含水率達(dá)到55%且濃縮污泥VS 達(dá)到70%以上時(shí)，此過(guò)程可實(shí)現(xiàn)碳中和〔12〕。目前污水站中剩余污泥處理采用的方法是深度調(diào)理之后板框脫水再外運(yùn)填埋，若將現(xiàn)在采用的方法升級(jí)為厭氧消化+脫水+干化焚燒+填埋/建材利用的處置方式，一年可減少原有碳排放量的80%，即4 088.0 tCO2e。

2.3.3 厭氧產(chǎn)甲烷利用

污水站厭氧塔產(chǎn)生的甲烷經(jīng)燃燒排入大氣中，這種處理方法浪費(fèi)大量可利用能源，而將沼氣回收發(fā)電則可在回收能源的同時(shí)實(shí)現(xiàn)碳減排。根據(jù)式（14），采用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)將甲烷轉(zhuǎn)化為電能，一年的碳補(bǔ)償量為963.6 tCO2e。

2.3.4 藥劑投加環(huán)節(jié)優(yōu)化及曝氣系統(tǒng)升級(jí)

曝氣是整個(gè)污水處理過(guò)程耗能最大的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)曝氣設(shè)備進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造則能有效控制曝氣環(huán)節(jié)的實(shí)際能耗。根據(jù)嚴(yán)興等〔13〕研究，利用TOSView 污水處理監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)合理監(jiān)控布點(diǎn)，可將鼓風(fēng)機(jī)能耗減少約30%；D. TORREGROSSA 等〔14〕采用基于供需平衡的精確曝氣系統(tǒng)，可降低約10%～15%的曝氣能耗；宋新新等〔15〕則發(fā)現(xiàn)將鼓風(fēng)機(jī)更換為空氣懸浮及磁懸浮等高效鼓風(fēng)機(jī)可節(jié)約30%以上的能耗。因此，污水站中若將好氧池中曝氣的鼓風(fēng)機(jī)更換為磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)，則好氧段電耗產(chǎn)生的碳排放有望減少30%，即252.0 tCO2e/a。

污水廠藥劑消耗也會(huì)間接產(chǎn)生碳排放，精準(zhǔn)加藥技術(shù)的應(yīng)用則能大幅減少藥耗進(jìn)而減少碳排放。針對(duì)此污水站實(shí)際運(yùn)行情況，采用響應(yīng)面法對(duì)絮凝劑、助凝劑的種類和用量進(jìn)行污水處理環(huán)節(jié)藥劑優(yōu)化，并進(jìn)行中試效果驗(yàn)證，原絮凝劑配方PAC 用量為160.00 mg/L，PAM 用量為17.50 mg/L，在保證處理效果的前提下，優(yōu)化后PAC 用量為93.76 mg/L，PAM用量為17.10 mg/L，Ca（OH）2用量為1.00 mg/L，整體減少藥劑成本35%，碳排放量減少37.3%〔16〕，即一年可減少污水中藥耗產(chǎn)生的碳排放量為97.2 tCO2e。除此之外，本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)針對(duì)污泥調(diào)理的藥劑進(jìn)行優(yōu)化，在保證污水脫水率為60%的情況下，PAC 藥劑從740.00 mg/L 調(diào)整為246.70 mg/L（未發(fā)表數(shù)據(jù)），藥劑減少493.3 mg/L，根據(jù)式（10），碳排放量減少596.5 tCO2e/a。

2.4 碳中和評(píng)價(jià)

基于碳排放源分析和碳減排估算，污水站碳減排/匯衡算如表5 所示。

表5 碳減排/匯衡算Table 5 Carbon reduction/sink balance

污水站一年產(chǎn)生的碳排放量為10 485.3 tCO2e，利用上述能源回收及減排措施，產(chǎn)生的碳減排量為5 033.7 tCO2e，碳補(bǔ)償量4 197.8 tCO2e。碳減排量與碳補(bǔ)償量之和接近產(chǎn)生的碳排放量，碳中和率達(dá)88%。

對(duì)該污水站的測(cè)算表明，每年產(chǎn)生的碳排放量巨大，因此必須實(shí)施一系列節(jié)能減排和能源回收措施，盡可能減少碳排放和回收能源，從而實(shí)現(xiàn)碳減排和碳中和的目標(biāo)。這是一項(xiàng)漫長(zhǎng)的任務(wù)，除此之外，在未來(lái)要尋找更多的資源潛力，如污水站占地面積較大，這為光伏發(fā)電的實(shí)施提供了有利條件，未來(lái)污水站不單要實(shí)現(xiàn)碳中和，還可能做到有能源節(jié)余并向外供能。

3 結(jié)論

1）根據(jù)《IPCC 2006 年國(guó)家溫室氣體清單指南2019修訂版》和《食品、煙草及酒、飲料和精制茶企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行）》中的核算方法，以湖北武漢某再造煙葉污水處理站為案例，經(jīng)過(guò)測(cè)算得到一年產(chǎn)生碳排放量為10 485.3 tCO2e，其中預(yù)處理、生化處理及剩余污泥處理產(chǎn)生的碳排放量分別為924.9、2 946.4、6 614.0 tCO2e。

2）依據(jù)污水站各環(huán)節(jié)碳排放源分析，結(jié)合污水站特點(diǎn)，采取污水余熱利用、厭氧甲烷利用措施可以獲得碳補(bǔ)償4 197.8 tCO2e，采用污泥處置方式優(yōu)化、藥劑投加環(huán)節(jié)優(yōu)化及曝氣系統(tǒng)升級(jí)措施可以減少碳排放5 033.7 tCO2e，碳中和率達(dá)到88%，有助于再造煙葉廢水處理碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。