很久以來,一直在思考一個(gè)話題,就是污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)與環(huán)境友好的問題。
作為水務(wù)行業(yè),正常的思維和技術(shù)邏輯是:排放標(biāo)準(zhǔn)越高,那么受納水體的水環(huán)境質(zhì)量越好!因此,近些年來,有了越來越高的“地方排放標(biāo)準(zhǔn)”問世,甚至直接與地面水水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的主要水質(zhì)指標(biāo)掛鉤,如“準(zhǔn)四類”、“準(zhǔn)三類”,目前該趨勢(shì),談不上愈演愈烈,但并沒有明顯的剎車跡象。
問題提出來,按目前做法,水是干凈了,但是“大氣”怎么樣?“碳中和”戰(zhàn)略下,我們這種不斷加碼排放標(biāo)準(zhǔn)的做法,是否是“環(huán)境友好”和“可持續(xù)”的?
一、不同排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)溫室氣體(ghg)排放量的影響
首先看圖1:污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)ghg排放量的影響。
顯然,隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的提升,污水廠向大氣中排放的ghg呈逐漸提高甚至指數(shù)式上升的趨勢(shì)。
圖2,不同等級(jí)的排放標(biāo)準(zhǔn)下藻類生長(zhǎng)勢(shì)與溫室氣體排放量關(guān)系,按照這個(gè)邏輯,排放標(biāo)準(zhǔn)高,水環(huán)境質(zhì)量的表征指標(biāo)-藻類生長(zhǎng)勢(shì)越低,而大氣承受的溫室氣體排放越高。也就是說水環(huán)境和大氣環(huán)境是“蹺蹺板”,改善了水環(huán)境則增加了碳排放,這顯然與“碳中和”理念和碳減排的戰(zhàn)略是相違的。
當(dāng)然,會(huì)有人說,污水廠排放那么點(diǎn)ghg,不會(huì)對(duì)全社會(huì)或者在人類活動(dòng)中排放的ghg占比很小,但是這里有幾組數(shù)據(jù),說明污水行業(yè)的ghg排放占比情況:
1)下圖3是“全球甲烷行動(dòng)(gwi)”統(tǒng)計(jì)的污水甲烷排放量全球前十國(guó)家,我們國(guó)家不但赫然在列,而且排名第一(估計(jì)有人不解?)
2)globally, methane from wastewater contributedan estimated512 mmtco2e of methane emissions in 2010, acing for approximately7 percent of total global methane emissions.(在全球范圍內(nèi),2010年廢水產(chǎn)生的甲烷排放量估計(jì)為512億噸二氧化碳,約占全球甲烷排放總量的7%)。
3)around 5% (290 million tons) of totalannual ghg emissionsin theu.s.a. originate in the water sector (sattenspielandwilson,2009).(美國(guó)每年約有5%(2.9億噸)的溫室氣體排放來自水行業(yè)(sattenspiel和wilson, 2009)。
4)global anthropogenic ghg contribution waste and wastewater category –2.8%
(ipcc, 2007)(政府間氣候變化專門委員會(huì)2007年估算數(shù)據(jù),污水和有機(jī)廢物處理領(lǐng)域ghg貢獻(xiàn)率2.8%)
基于以上數(shù)據(jù),看來,我們尚不能輕視污水收集和污水處理過程ghg的排放問題,在全社會(huì)眾多行業(yè)里也算是ghg排放大戶,因此,污水行業(yè)的碳減排和碳中和從全社會(huì)ghg排放貢獻(xiàn)率角度,還是要重視的。
二、革新性的處理工藝一定會(huì)給我們帶來“環(huán)境友好”嗎?
一些革新性處理工藝,如主流厭氧氨氧化,側(cè)流厭氧氨氧化等工藝,是近十年以來很多研究機(jī)構(gòu)和水務(wù)公司趨之若鶩的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域;同時(shí),一些污水廠采用協(xié)同厭氧消化耦合主流厭氧氨氧化或側(cè)流厭氧氨氧化等工藝組合技術(shù),已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了污水廠能耗完全自給,甚至成為電能輸出廠,如奧地利strass污水廠,已經(jīng)成為國(guó)際污水廠運(yùn)營(yíng)能量自給的標(biāo)桿。但是,最近,透過國(guó)際一些關(guān)于污水廠ghg排放的研究結(jié)果看,這些采用厭氧氨氧化的工藝并實(shí)現(xiàn)“電中和”的污水廠,探究起來,可能并沒有實(shí)現(xiàn)“碳中和”,之前被認(rèn)為“環(huán)境友好”的這些污水廠,已經(jīng)受到質(zhì)疑,如果不能解決厭氧氨氧化過程n2o的排放問題,諸如strass能量自給的這類“高大上”的項(xiàng)目其“環(huán)境友好”性大打折扣甚至是被否定的。
支撐這個(gè)觀點(diǎn)的研究結(jié)論圖4所示(參加文獻(xiàn)2),橫坐標(biāo)為不同處理工藝,1為模擬stass污水廠“主流-側(cè)流”demon工藝;2為a-b法,其中側(cè)流工藝采用demon,6為傳統(tǒng)a/o工藝且無側(cè)流消化液處理。最終的比較結(jié)果看,側(cè)流-主流都采用了厭氧氨氧化工藝,雖然實(shí)現(xiàn)了完全能耗自給,但是其ghg排放量卻是上述工藝中最高的;反而是采用了傳統(tǒng)工藝,ghg卻是最低的。
這個(gè)研究結(jié)論,似乎顛覆了我們對(duì)“碳中和”污水廠的傳統(tǒng)認(rèn)知。國(guó)際“碳中和”先驅(qū)strass污水廠主流側(cè)流demon模式從溫室氣體排放角度,這種處理工藝反而是最高的。換句話說,如果不能解決n2o的問題,“電中和”可能相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)了,未必能最終實(shí)現(xiàn)“碳中和”。
de haas博士(參考文獻(xiàn)2)引用schaubroek博士發(fā)表在water research上的論文(參考文獻(xiàn)3)并結(jié)合自己的研究結(jié)果提出,如果應(yīng)用全生命周期(lca)評(píng)價(jià)strass污水廠工藝模式,這個(gè)被稱為能量完全自給的且實(shí)現(xiàn)資源回收的“最佳實(shí)踐”案例,雖然的確帶來了一些效益;但是如果以大環(huán)境角度看,如果不能解決n2o的問題,strass模式遠(yuǎn)不能稱之為“環(huán)境友好”,因?yàn)槠涮幚砉に囃ㄟ^直接排放大量的n20而對(duì)氣候變化形成了潛在影響。
于是,基于上述幾方面的問題,是需要我們回答和思考的:
1)“碳中和”背景下,污水排放標(biāo)準(zhǔn)走向何方?標(biāo)準(zhǔn)具體指標(biāo)如何制定,如何平衡水環(huán)境質(zhì)量改善與大氣質(zhì)量改善之間的關(guān)系,如何響應(yīng)“碳中和”戰(zhàn)略、“碳減排”策略?污水行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)提高意味著碳增量,排放標(biāo)準(zhǔn)越高,ghg排放指數(shù)式上升,某種意義上講,不能協(xié)同好“水-氣”問題,可以說是污水處理過程無意中實(shí)現(xiàn)了污染物向大氣的部分“污染轉(zhuǎn)嫁”,水相中的部分c、n轉(zhuǎn)嫁到大氣形成溫室氣體。既要滿足水質(zhì)的達(dá)標(biāo)排放,又要考慮碳中和、碳減排,這個(gè)度如何把控?
2)其次,未來準(zhǔn)確識(shí)別和定義“能耗中和”(energy neutrality)和“碳中和”(carbon neutrality)關(guān)系,是具有現(xiàn)實(shí)意義的;兩者不能等同,否則電中和掩蓋了“碳增量”;
3、技術(shù)本身層面,未來的厭氧氨氧化如何應(yīng)用過程中最大限度解決好n2o的排放問題,要知道,n2o的co2當(dāng)量是co2的298倍,是一個(gè)直接影響其未來應(yīng)用前景的問題,環(huán)境友好,綠色低碳可持續(xù),是未來污水處理技術(shù)發(fā)展的根本方向,我們“碳中和”戰(zhàn)略下,節(jié)能環(huán)保行業(yè)是重點(diǎn)“減排”領(lǐng)域。目前看,似乎傳統(tǒng)n/dn模式要比anammox具有更少的n2o排放潛能,那anammox的未來前景如何?如何在未來的技術(shù)發(fā)展中解決n2o的問題,這是下一步厭氧氨氧化必須面對(duì)和考量的問題。否則,n2o會(huì)使其大打折扣。
如果不能解決好上述問題,那我們就陷入了這個(gè)技術(shù)-環(huán)境悖論。決策部門,該如何平衡上述關(guān)系呢。我們從哪里來?我們又要往何處去?
來源:水進(jìn)展