2021年是“十四五”的开局之年，亦是中国开启“碳中和”的元年。污水处理行业被认为是耗能大户，以实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标为引领，我国污水处理领域绿色低碳转型发展也已按下“加速键”，实现“双碳”目标的技术创新成为行业讨论的热点和探索的方向。高科技环保企业碧水源作为我国水处理行业领军企业，经过二十年的创新发展，已围绕绿色低碳循环发展进行超前布局，对新型膜技术研发攻坚克难，自主创新研发出低能耗曝气MBR组器、振动膜生物反应器等新型膜产品，以及低能耗MBR工艺、MBR-DF双膜新水源工艺等水处理工艺，成功实践着高效节能降碳提质的协同创新。
节能降耗是污水处理厂碳中和的重要方向之一
我国城镇污水处理设施经过“十一五”至“十三五”时期的高速建设，已形成规模化的处理能力。污水处理厂是削减水中污染物最主要的环节，但在此过程中也产生了大量的碳排放。据统计，我国污水处理行业的电耗约占全国总用电量的1%，而碳排放量约占全国总排放量的2%。高能耗将导致大量间接碳排放。
污水处理碳排放包括间接排放和直接排放。IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）、京都议定书规定需对直接排放中的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）及六氟化硫（SF6）六种温室气体进行消减，以有效控制气候变化。其中，污水处理过程中产生并逸散大量甲烷和氧化亚氮，是重要的直接碳排放源。间接排放主要发生在电耗和药耗两部分。
据中国人民大学环境学院教授王洪臣基于各地区代表性污水处理厂典型工艺运行数据分析及实时监测，经测算得出，2015年，我国污水处理行业碳排放量为3984.7万t CO2当量，其中，电耗产生的间接碳排放量为1401.6 t CO2当量，占行业总碳排放量的35%。
中国的污水产量和处理规模居世界首位，并且十年间一直在不断增长。随着各地提标改造的实施，我国污水处理能耗将进一步增大。面对巨大的能耗物耗，污水处理领域的碳减排工作已迫在眉睫。从国外污水处理行业发展现状来看，“以高能耗高物耗为基础的优质出水”以及由此带来的“减排水污染物、增排温室气体”局面不利于我国污水处理行业的健康发展，降低电耗将是未来污水处理行业碳减排的重要方向之一。
碧水源新型膜技术成功实现“节能降碳提质”的协同创新
生态环境部总工程师、水生态环境司司长张波曾表示，再生水是城市一个巨大的稳定水源，再生水循环利用既可以减少污染源的排放，也可以减少碳的排放。膜技术正是实现污水高等级资源化，即再生水循环利用的关键技术。污水高等级资源化利用，同时解决了水环境污染和水资源短缺问题，是一把钥匙打开了我国高质量可持续发展瓶颈上的两把“锁”。
据了解，作为我国大型MBR膜生物反应器技术的开创者和推广者，碧水源近年来持续开发新型膜材料并取得了重大突破，以低能耗曝气MBR组器为代表的新产品，目前已开发至第四代，在提高产品性能的同时，降低了制造成本和运行能耗。其中，单个膜组器装填面积由第1代的900多㎡提高到了2500多㎡，装填面积的提升，将使能耗显著下降。此外，通过组器水力学优化、元件结构优化、曝气方式优化、化学清洗优化，减少了膜吹扫的耗能，使得吨水电耗从2005年第1代的0.25度电，降至0.1度电，降幅约60%。该产品对膜工艺的升级迭代及推动我国污水处理行业的绿色低碳发展作出了积极贡献。
污水处理厂的曝气过程也是高耗能环节。碧水源自主创新研发了以振动膜生物反应器技术、强化脱氮除磷技术为核心的低能耗MBR工艺，其最大特点是能耗低、脱氮效果好、膜抗污染性强，同时实现节能、降碳和提质三重效果。
其中，碧水源振动膜生物反应器技术依靠电机带动MBR组器机械振动，即水不动膜动，以代替传统高强度曝气吹扫的膜污染控制方式，使得投资成本和电耗均明显下降。在生化阶段，采用“两高一低”的强化脱氮除磷技术，即高污泥浓度、高回流比、低溶解氧，在不外加碳源的条件下，出水水质可优于地表水Ⅳ类标准，总氮可实现不高于5 mg/L，吨水能耗可降至0.3度电，与传统非膜深度处理工艺基本持平。与传统曝气MBR工艺相比，可实现碳减排25%-30%，以处理规模为10万吨/日的污水处理厂为例，一年可降低能耗365万度电，多消减总氮逾百吨。
目前，碧水源振动膜生物反应器技术已成功应用于北京窦店再生水厂，处理规模为1.5万吨/日，出水水质达到北京市《城镇污水处理厂水污染物排放标准》的B标准，相当于地表水Ⅳ类水标准，可将当地的市政污水转化为位于北京西南区域的大石河流域生态补水。未来，振动膜生物反应器技术将替代传统MBR膜技术成为污水高等级资源化领域重点推广应用的方向。
振动膜生物反应器（V-MBR）污水深度处理集成装备
北京窦店再生水厂
在高品质再生水回灌水源地或用于环境敏感地区生态补水等方面，碧水源创新研发出MBR-DF双膜新水源工艺，与新加坡NEWater技术，即在传统的污水处理厂后增加超滤-反渗透技术相比，系统运行压力可降低60%~70%，能耗下降60%~65%，出水水质达到地表Ⅲ类水以上，已成为北京、天津等对再生水有高标准要求的地区、洱海流域等水环境敏感地区、特殊行业需求等水质稳定达标的支撑性技术。
在我国污水处理行业减污降碳绿色协同发展的道路上，碧水源深耕膜法水处理技术的研发、应用和膜装备制造，把节能降耗、提质增效、能源资源回收作为核心的研发方向，贯穿污水处理全流程，且拥有众多成功案例，为我国实现“降碳提质”目标做出了积极贡献。业内人士认为，依托碧水源等高科技环保企业的创新技术产品、先进工艺，以及持续性的自主研发能力，应运而生的膜技术低碳模式，带动污水处理行业实现“碳中和”的路径已经明朗，未来将会出现更多关键技术的突破和可供借鉴的典型项目。
