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污水厂“碳中和”升级一定是高成本吗?

一、污水厂“碳中和”转型升级的意义

 

上篇文章中讨论了污水厂“碳中和”的途径(点击查看),可能大家会觉得污水处理厂的电耗才占社会总耗电量的1%,实施碳中和不具有经济意义,或者碳中和升级必然会高投入和高成本,短期内难以实现,即使实现也不会有好收益,不能普及。

 

我这个人有个毛病,就是一旦钻研一个事情,就像撒开了腿跑欢了一样,不搞通透是停不下来的。所以,最近一直思考污水厂“碳中和”的环保意义与经济意义,了解和估算碳中和的投入与产出。

 

翻资料了解到,我国2014年污水处理厂电耗占全国总电耗的0.26%,算上工业废水处理和污泥处理,所占比例将超过2%。美国有16000多座污水处理厂,耗电量占全社会总耗电量的1%。而在丹麦,水和废水的处理流程消耗了25%~40%的市政电力(怪不得丹麦搞那么好,原来都是被逼的啊)。

 

针对1%-2%这个数据,之前听北京工业大学一个教授讲课,说听到这个数据很震惊。说实话,我听到这个数据的想法是:这么少!完全没有震惊到啊,看来理解的深度还不够。不过讲得是真的好,以至于我在寻思,学校的毕业生怕是水平很高,能否招揽些人才来。

 

当然,不管数据如何,我认为“环保意义”是非常重大的。因为环保治理主要就是处理水、气、固各种废弃物,而人们日常的工作与生活中,废弃物又是每天必须产生的,而要实现资源循环利用、能量循环,又必须从环保入手。所以嘛,环保的碳中和应该是社会可持续发展所必须,您说是不是?

 

不过,环保意义咱们且待下回分解。今天咱们主要讨论经济意义。

 

二、从两个案例说起

 

要讨论经济意义,得从两个例子说起。

 

第一个例子,湖南先导洋湖再生水厂

 

3月份我们去湖南先导洋湖再生水厂考察,该厂是湖南省内首座“零排放”污水处理厂。工程设计贯彻了“海绵城市”、“生态园林”和“绿色市政”的理念,我们一走进去,仿佛进了一座花园,屋顶上都种满了花草树木,真是漂亮啊。污水厂与0.3km之外的洋湖湿地公园有效结合,处理的尾水形成湿地公园的补水,又可利用湿地公园的净化功能,两相结合,组成了一道市内亮丽的风景线。作为长沙人的我又暗自傲骄了一把:好,咱们长沙干啥事都不落后。这就是E20傅涛老师说的:污水厂要成为人民美好生活的一部分啊。

 

洋湖再生水厂规划了中水回用项目、能源项目和资源回收项目。中水回用项目总投资约0.8亿元,设计规模2.5万吨/日,已投入使用,为洋湖生态新城范围内街道清扫、绿化浇灌、建筑施工、公共建筑冲厕等提供回用水,价格为1元/吨。

 

规划的能源项目总投资约9000万元,规划供能面积约100万平方米,制冷装机量30MW,制热装机量25MW。

 

另外,规划的资源厂将以水厂脱水污泥和人工湿地植物秸杆废弃物等为原料,采用合适工艺处置实现资源化综合利用。

 

说到这里,可能要提到我的第二个毛病了:读书时学的是会计,工作时做的是会计,算钱的事做多了,搞得我就像网红深圳女孩一样,对于“赚钱”如痴迷般执着。一听说中水可以卖钱,马上眼睛里满是星星:“那要是你们把水都弄成中水卖出去了,不是没成本,还能赚钱?”然后思绪也开始飘了:长沙市政用水第一级水价2.88元/吨,中水比市政供水价格低好多。这个事情太好了,既让市民能使用到更便宜的中水,又实现了水资源的循环利用。

 

我暗暗计算了一下,假设中水厂设施可用20年,0.8亿元投资额摊到每吨水也就0.44元。

 

能源厂的制冷装机量30MW,制热装机量25MW,预计一年可供能70GWh,长沙市政供电第一级电价0.588元/kWh,相当于多少钱我算不清了。以后资源厂还可以生产和销售其他产品,既能为环境做贡献,又具有良好的经济效益。越听越觉得这是一盘好生意,掏出手机发了条信息:老板,这个搞得,赚钱!

 

据水厂有关负责人介绍,一、二期总处理规模12万吨/日,出水达到地表水准IV类标准,总投资约5亿元,吨水投大约0.42万元。其中一期还配套了尾水人工湿地深度处理工艺,人工湿地零能耗,并通过智慧运营管理实现全厂精细化管理,总体节约节能降耗10%以上,目前直接运营成本折合每吨水仅6毛多。好吧,吨水投和运营成本都不高。

 

从洋湖再生水厂的实例来看,污水厂碳中和升级,可以朝污水厂、中水厂、能源厂和资源厂“四位一体”的方向发展,不仅能赚钱,还能为社会提供中水、能源和产品,成为人民美好生活的一部分,形成一种可持续发展的市政模式,经济效益与社会效益俱佳。

 

第二个例子,我们想再介绍一下Aarhus水务管理的Marselisborg污水厂

 

Marselisborg污水厂在碳中和升级中,采取了一系列优化措施,污水厂的年电耗共节省约100万kWh (折合1GWh),从4.2GWh降至3.15GWh,减幅达四分之一,吨水电耗降至0.25kWh/m³。

 

另一方面,污水厂通过能量回收的年产电量达4.8GWh,这就意味着除了足够自用,还多出53%卖给国家电网,此外还有2.5GW的多余热能直接用于地区供热。

 

整个项目花了他们约300万欧元,90%的经费自筹,市政府资助10%。但Aarhus水务说,这个投资不用5年就能回本了。因为余热和余电一年能卖32.6万欧元,节能降耗每年能省下20.6万欧元,排污税又能省下8万欧元,一年确实能省60多万欧,确实只用5年回本,5年后都属纯赚!但其实这还不是Aarhus水务公司的自豪之处,真正让他们骄傲的是,这个升级项目最终的受惠者是当地市民,因为水务公司运营成本降了,意味着水价也可以下调了!果然,污水界的学霸,思想境界也是不错的。

 

从上面两个案例我们可以看到,上篇文章“污水厂碳中和的途径”也讨论过,污水厂的主要碳排放就是能耗,即用电,其次是药剂投放。所以污水厂降低碳排放首先就是降低能耗,其次是减少药剂使用。而根据污水厂运营成本数据,污水厂的能耗成本一般占总运营成本的25%-50%(VFL工艺能耗较低,可低至15%左右),药剂成本也比较高,两项合计一般超过50%。

 

另外,资源回收还可能产生其他收益。荷兰的阿姆斯特丹西污水厂从污水中回收鸟粪石(一种含水的磷酸盐矿物,是优良的氮磷肥料),每年产量约500吨,预计最终稳定产量为900吨。荷兰另一座污水厂Zutphen污水厂从污水中回收藻酸盐,目前仍是世界最大的藻酸盐加工厂,规模为400吨/年。2020年鸟粪石炒到数万元一吨,藻酸盐可以用于多种工业用途,每吨售价也在万元以上。资源回收为这些污水厂带来了良好的收益。

 

因此,污水厂节能减排实际上就是降本增效。降低的是能耗,节省的是运营成本;提升的是能量与资源回收,流入的是收益。碳中和转型升级就相当于挖掘潜能,做好赚钱省钱的事,是污水厂本身的需要。

 

不过,我们在同洋湖再生水厂的交流中了解到,公司中水厂的供水入户还是有难度的,我们预计,自产发电上网也不是那么容易,其他资源回收利用也涉及商业模式的打通。因此,惟创的“区域环境综合治理”,“致力于打通环境治理最后一公里”愿景,还任重而道远啊。但相信只要能坚持努力,就一定会有所成果。

 

三、不止是赚钱省钱

 

其实,污水厂的转型升级还远不止赚钱省钱这么简单。

 

最近,我们经常听到“内卷化”这个词。内卷,本意是指人类社会在一个发展阶段达到某种确定的形式后,会出现停滞不前或无法转化为另一种高级模式的现象。现在内卷更多地表达一种消耗精力的死循环,组织或个人长期停留在一种简单层面的自我消耗和自我重复现象,没有发展。

 

有的国家陷入高位内卷,比如日本,有的国家处于中低位内卷,比如巴西、印度,及一些国家。而中国自改革开放以来,一直属于社会变革非常快,持续具有欣欣向荣的活力的状态,现在也基本规避了中等收入陷阱。一个原因可以归结为,党和国家领导一直在提出并带领全国人民实现更高的发展目标。

 

我们记得,党的十三大提出”三步走”的发展战略:第一步,到1990年实现温饱;第二步,到20世纪末达到小康;第三步,到21世纪中叶达到中等发达国家水平。

 

党的十八大又提出“在中国共产党成立一百年时全面建成小康社会,在新中国成立一百年时建成富强民主文明和谐的社会主义现代化国家”两个百年目标。

 

目前来看,前两步已经顺利实现,第三步,也就是第二个百年目标,也作出了分两个阶段推进的战略安排,即到2035年基本实现社会主义现代化,到本世纪中叶把我国建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国。

 

一个接一个的伟大目标,促进了社会的巨大变革和进步,催生了一个越来越强大的中国。如今,国家领导又提出来“碳达峰”、“碳中和”的远景目标。随着碳中和战略全面展开,未来40年,中国的能源系统将发生颠覆性改变。与此同时,由于产业链效应,能源系统的变革,必将推动国家经济发生全方位改变。中国能源研究会常务理事、国家应对气候变化战略研究和国际合作中心研究员李俊峰指出:“碳中和不仅仅只是能源的事,它与产业链等方方面面都有关系。碳中和目标将深刻影响下一步产业链的重构、重组和新的国际标准。”

 

我们常觉得,国家通过一个目标,一个政策,带来一场技术变革,促进一个社会进步,实在是一种高水平的“以点带面”。其实企业管理也是如此。研究表明,推动人和组织发生变化最关键的因素,70%来自于挑战性的目标,只有不断树立更高目标,才能不断激发组织和个人潜能,避免内卷。

 

过去,我国污水处理厂伴随着城市化的发展,以及排放标准的不断提升而飞速发展。而当一家污水处理厂进入稳定运营期,就变得像德鲁克所说的“管理良好的工厂是乏味的,没有任何激动人心的事情发生”一样,每天重复着达标与排放。正如内卷概念所描述的:“停留在一种简单层面的自我重复”。

 

污水厂打破这种“每日重复”的状态,不断树立和追求更高的目标,激发组织与个人的创新潜能,是其存在的使命。

 

荷兰、丹麦、新加坡等水处理的先锋国家,已经意识到污水背后所蕴含的价值,污水重新被视作许多原材料的资源中心,这一理念已经成为新的创新驱动力。中国完全有机会从欧美的追随者转变为全球水技术的领导者。

 

另外,我们在上一篇文章中谈到,实现能量自给或盈余的污水厂,无不是通过一系列长期的升级改造,从工艺和设备选择等各方面挖掘潜能,从点滴的措施中提高能量回收效率,降低能耗,很难说是哪个单项的技术突破或变革所带来的成果。

 

因此,可以说,持续的挖潜降耗,从现在的点滴中向碳中和靠近,是污水厂本身发展的基因,碳中和只是这个过程中的by-product。

 

说到这里,得提到我的第三个毛病了,就是自家的东西一旦认可,便越看越喜欢,越思考越觉得好。VFL(Vertical Flow Labyrinth)垂直流迷宫技术的发明人–优雷先生说:我们的长期目标是最大程度地提高效率,同时最大程度地降低运营成本和能耗,并最大限度的回收和再利用纯净水。每年我们都提高水产量的结果,减少废水处理的能源难度。

 

这种理念的促进下,VFL工艺的出发点是,尽一切可能遵循自然之道,创造一个极适合生物菌群生长和最大化生物处理效率的环境。能借助自然之力,就不使用机械之力,所以系统较其他传统工艺减少了很多电动机械设备,如搅拌设备、回流泵、刮泥机等。

 

当理解得更多,也对其创造者更由衷的佩服,从理念出发,把功能优化到极致。

 

目前,我们也在进一步优化,例如,将VFL与水务通在线管理相结合,实现自动化、无人化管理等等。

 

还是说回我们的主题。由此可见,作为污水处理厂,挖掘潜能,降低能耗,这不是因为碳中和才要做的事情,而是从污水处理诞生起,即是它内在的基因和使命,是污水处理厂不断向前发展、永葆活力的前提(就像已有135年历史的不老污水厂Blackburn Meadows一样)。

 

可以说,从污水处理厂的诞生起,它就一直在向碳中和一点点靠近。而随着它越来越接近甚至超越,它也必然为我们的生活环境乃至民生福祉做出越来越大的贡献。前面我们不是说了洋湖再生水厂和Marselisborg污水厂的故事,正因为它们的努力,才使我们环境更好了,碳排放也更少了,还有更多更便宜的生活必须品–水和能源可使用,您说是不是?

 

文章来源:惟创环境

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