“双碳”目标下我国城镇污水处理绿色发展路径与实践研究

2025-11-26(452)次浏览

在“双碳”战略与水污染防治双重需求驱动下，城镇污水处理行业正从“末端净化”向“资源循环”转型。作为水资源调控与碳排放治理的关键节点，污水处理厂不仅是污染控制的核心设施，更是能源回收与资源再生的潜力载体。本文通过梳理我国污水处理行业发展现状与碳排放特征，借鉴国际前沿技术趋势，结合厂网一体化、高效工艺革新、资源循环利用等创新路径，提出适配我国国情的绿色发展策略，并依托典型标杆案例验证其可行性，为行业减污降碳协同增效提供理论支撑与实践参考。

一、我国城镇污水处理现状与碳排放核心特征

（一）行业发展现状：规模领先但效能不均

我国城镇污水处理行业已实现跨越式发展，截至2024年底，全国城镇污水处理厂数量超5000座，处理能力突破2.3亿立方米/日，地级及以上城市污水处理率稳定在98%以上，形成了覆盖“收集-处理-处置”的完整体系。但区域发展不均衡问题突出：东部沿海城市已进入“提质增效”阶段，而中西部部分地区仍面临管网配套不足、进水浓度偏低（COD<200mg/L）等问题；缺水城市再生水利用率虽稳步提升，但全国平均水平仍低于20%，与2025年地级及以上缺水城市≥25%的目标存在差距；污泥处置“重填埋、轻资源”现象尚未根本改变，部分地区填埋占比仍超40%，资源回收潜力未充分释放。

（二）碳排放特征：源强集中且管控不足

污水处理行业碳排放已纳入全国重点管控范围，据测算，行业年碳排放总量约1.2亿吨CO₂当量，占全国碳排放的1.1%左右，主要呈现三大特征：

能源消耗碳排放占比更高：曝气系统、水泵等设备电耗占厂内总能耗的70%以上，对应碳排放占行业总量的55%-60%，部分老旧水厂因设备低效，单位水耗电高达0.35kWh/m³，是先进水平的1.5倍以上。
温室气体直接排放突出：管网系统因厌氧环境产生的CH₄（全球变暖潜能值是CO₂的28倍）、处理工艺中脱氮环节逸散的N₂O（全球变暖潜能值是CO₂的265倍），合计占行业碳排放的30%-35%，但多数水厂尚未建立常态化监测体系。
间接排放管控薄弱：药剂投加（如碳源、絮凝剂）、污泥运输与处置等间接环节碳排放占比约10%，部分水厂因进水C/N比失衡，需大量投加外购碳源，进一步增加碳排放与运行成本。

二、国际污水处理前沿技术趋势与经验借鉴

欧美、日本等发达已形成“能源自给、资源循环”的污水处理发展模式，其前沿技术趋势聚焦于工艺短程化、能源回收高效化、系统智慧化，为我国提供重要借鉴。

（一）工艺革新：短程脱氮与低碳化改造成主流

荷兰、德国率先实现厌氧氨氧化（ANAMMOX）技术规模化应用，鹿特丹Dokhaven污水处理厂采用“短程硝化-ANAMMOX”组合工艺，将脱氮能耗降低60%，碳源消耗减少90%，N₂O排放量控制在传统工艺的1/5；日本推行“生物膜-活性污泥复合工艺（MBBR）”，东京都荒川污水处理厂通过该工艺优化，单位水耗电降至0.12kWh/m³，同时提升脱氮效率至95%以上。这些技术核心逻辑是通过缩短生物反应链，减少能源消耗与温室气体排放。

（二）能源回收：从“耗能”到“产 energy”的转型

美国、瑞典推动污水处理厂向“能源工厂”转型，西雅图West Point污水处理厂通过污泥高温厌氧消化产沼气，结合厂区光伏电站，实现能源自给率110%，余电并入城市电网；瑞典斯德哥尔摩Henriksdal污水处理厂采用污水源热泵系统，为周边2万户居民提供供暖，年减少化石能源消耗1.2万吨标准煤。其关键经验是构建“沼气热电联产+可再生能源互补+低品位热能回收”的能源体系。

（三）系统管控：厂网河一体化与智慧调度融合

新加坡推行“源-厂-网-用”全链条管控模式，通过雨污分流改造、管网实时监测与水厂联动调度，将污水收集率提升至99.5%，同时依托“新生水”技术实现污水再生利用率40%；德国柏林建立流域级智慧水务平台，整合管网液位、水质参数与水厂运行数据，动态调整曝气强度与回流比，使系统能耗降低25%。其核心是打破“厂网分离”壁垒，实现全系统优化。

三、我国污水处理绿色发展的创新路径与核心策略

结合我国区域差异大、厂网基础不均、资源需求迫切的国情，应构建“系统管控为基、工艺优化为核、资源循环为翼”的绿色发展体系，聚焦厂网一体化、高效工艺革新、资源循环利用三大创新路径，提出以下核心策略。

（一）路径一：推行厂网河一体化管控，从源头削减碳排放

以“源头控污、过程减排、系统优化”为目标，打破厂网运营分割，构建全流域协同体系。

管网提质增效：优先实施雨污分流改造与老旧管网修复，重点开展管网清淤与漏损检测（目标漏损率≤8%），减少雨水混入导致的处理负荷增加与CH₄逸散，如武汉市江夏污水处理厂通过管网优化，进水COD浓度从180mg/L提升至280mg/L，降低了药剂投加需求。
智慧联动调度：建立“管网-调蓄池-水厂”联动平台，部署液位、流量、水质在线监测设备，实现水量均衡分配与水质精准调控。苏州市娄江污水处理厂通过该模式实现“水量均衡、水质保障、水位预调”，汛期溢流污染减少60%。
流域协同治理：统筹“河-湖-厂-网-闸”要素，在滇池、太湖等重点流域推行联排联调，如昆明市第七八水质净化厂通过全流域管控，实现生活污水高效收集与处理。

（二）路径二：革新高效低碳工艺，降低核心环节碳排放

针对处理工艺能耗高、温室气体排放突出的问题，分场景推广高效技术，实现“节能+减碳”双重效益。

曝气系统节能改造：更换高效变频风机、微孔曝气盘，配套精准曝气系统，按溶解氧与氨氮负荷动态调控曝气量，可降低曝气能耗30%以上。北京市酒仙桥再生水厂通过该改造，单位水耗电降至0.18kWh/m³。
短程脱氮工艺推广：在高氨氮废水（如垃圾渗滤液）、低C/N比污水场景，优先采用ANAMMOX、硫自养反硝化等工艺。北京市高碑店再生水厂将ANAMMOX技术应用于消化液脱氮，实现能耗降低60%，N₂O排放减少80%。
碳源优化替代：合规利用啤酒废液、厨余发酵有机酸等替代外购碳源，降低药剂碳排放。青岛市李村河污水处理厂利用啤酒企业废液补碳，年减少外购碳源消耗1200吨，运行成本降低15%。

（三）路径三：强化资源循环利用，构建“污水-能源-资源”闭环

挖掘污水、污泥中的能源与资源价值，推动行业从“污染物处理”向“资源回收工厂”转型。

能源回收利用：规模≥10万m³/d的水厂优先建设污泥厌氧消化+沼气热电联产系统；结合厂区空间铺设分布式光伏，实现“自发自用、余电上网”。北京市高安屯再生水厂通过沼气发电+光伏+热泵组合模式，能源自给率达95%，成为特大城市能源枢纽。
再生水梯级利用：缺水城市重点拓展工业冷却、市政杂用、生态补水等场景，配套建设再生水管网。深圳市福田水质净化厂通过精准截污与再生水利用，再生水利用率提升至45%。
污泥资源化处置：压减填埋比例，推广“厌氧消化+干化焚烧”协同处置，灰渣用于建材生产。上海市石洞口污水处理厂通过污泥干化焚烧产蒸汽，实现能源循环利用。

（四）保障体系：政策、技术与管理协同支撑

政策激励：落实《关于推进污水处理减污降碳协同增效的实施意见》，争取绿色信贷、CCER项目支持，将碳指标纳入绩效考核。
技术研发：聚焦ANAMMOX工艺稳定性控制、低品位热能回收等关键技术，建立“中试-示范-推广”机制。
碳管理体系：建立覆盖“CH₄-N₂O-能耗-药剂”的全生命周期碳台账，定期开展碳审计。

四、典型案例验证：绿色发展策略的实践成效

选取不同规模、不同区域的标杆水厂，从技术路径、实施效果等维度验证上述策略的可行性，为行业提供可复制经验。

（一）特大城市标杆：北京市高安屯再生水厂

核心路径：厂网一体化调度+多元能源回收+资源循环利用

实施措施：1. 构建“厂网”联动系统，通过管网监测与水厂调度，减少溢流污染；2. 采用污泥厌氧消化产沼气，配套2MW热电联产机组，年发电量1600万kWh；3. 厂区屋顶与空地铺设5MW光伏电站，年发电550万kWh；4. 建设再生水源热泵系统，为周边30万㎡建筑供热供冷。

成效：能源自给率达95%，年减少碳排放1.2万吨；再生水利用率40%，年节约新鲜水800万m³；获评绿色低碳标杆厂，成为“污水-能源-生态”枢纽典范。

（二）流域治理标杆：昆明市第七八水质净化厂

核心路径：流域级厂网河一体化+智慧管控

实施措施：1. 统筹滇池流域“河、湖、厂、网、闸、池”要素，建立全流域智慧联动平台；2. 优化工艺为“MBBR+精准曝气”，配套智能加药系统；3. 开展管网网格化管理与修复，提升污水收集率。

成效：进水COD浓度提升35%，曝气能耗降低28%；流域内污水收集率达98%，滇池入湖污染物削减40%，实现“清水入海”目标。

（三）中小城市标杆：阳泉市昇阳污水处理厂

核心路径：可再生能源互补+低成本工艺优化

实施措施：1. 结合当地光照与风力条件，布设光伏与微风发电设施，总装机容量1.2MW；2. 更换高效水泵与风机，配套变频控制系统；3. 利用周边食品厂废水作为补充碳源。

成效：年发电量110万kWh，替代市电30%，年减少碳排放800吨；药耗降低20%，运行成本下降12%，为中小城市提供低成本转型方案。

五、结论与展望

我国城镇污水处理行业绿色发展已进入“减污降碳协同增效”的关键阶段，行业转型需立足国情，以厂网一体化管控破解系统割裂问题，以高效工艺革新降低核心能耗，以资源循环利用挖掘价值潜力。上述策略与典型案例表明，通过技术创新与系统优化，污水处理厂可实现从“耗能设施”向“低碳枢纽”的转型。

未来，行业发展需进一步强化三大方向：一是推动区域差异化发展，东部聚焦标杆化建设，中西部重点补齐管网短板；二是加速智慧技术融合，构建“数字孪生+AI调度”的全流程管控体系；三是完善碳市场对接机制，推动CCER项目规模化落地。通过政策、技术、管理多维度协同，助力污水处理行业实现碳达峰与碳中和目标，为生态文明建设提供坚实支撑。

高效沉淀池设备的适用场景：覆盖多领域污水处理需求磁混凝中的高剪机有异响是否会影响分离效果返回