Сравнительный анализ путей достижения углеродной нейтральности в отрасли очистки сточных вод и условий их применения
2026-04-13
Согласно сообщению портала «Полярная звезда – Управление углеродом»: Технологическая модернизация обеспечивает энергосбережение и сокращение выбросов. Выбросы углерода в процессе очистки сточных вод делятся на прямые и косвенные. При этом согласно правилам МГЭИК, выбросы CO₂, образующегося из биогенного ХПК в сточных водах (прямые выбросы), не включаются в перечень углеродных выбросов при очистке сточных вод, а выбросы CH₄, N₂O и CO₂ из ископаемых компонентов ХПК сточных вод подлежат включению в перечень прямых углеродных выбросов при очистке сточных вод. Таким образом, косвенные углеродные выбросы включают: углеродные выбросы от потребления электроэнергии (ископаемое топливо), то есть энергозатраты на все этапы обработки сточных вод и осадка, а также углеродные выбросы от расхода реагентов – выбросы, возникающие при производстве и транспортировке углеродных источников, фосфатоснимающих реагентов и других средств, используемых при очистке сточных вод.
В процессе очистки сточных вод и переработки осадка непосредственно образующиеся CH₄ и N₂O являются парниковыми газами, которым следует уделять особое внимание в рамках мер по энергосбережению и сокращению выбросов. Существует два способа контроля выбросов CH₄, образующихся в процессе очистки сточных вод: во-первых, необходимо строго предотвращать его утечку из резервуаров анаэробного сбраживания осадка; во-вторых, следует избегать образования мертвых зон, в которых скапливаются отложения, в других узлах очистных сооружений (особенно в узлах обезвоживания и хранения осадка) и в трубопроводах, а также уделять внимание эффективному удалению органических веществ с поверхности песчинок в отстойниках (необходимо использовать аэрируемые или вихревые отстойники). Контроль за N₂O представляет собой более сложную задачу, чем за CH₄; N₂O образуется главным образом в процессах нитрификации и денитрификации. В настоящее время механизм образования N2O становится все более понятным: основной причиной образования N2O является процесс нитрификации, а процесс денитрификации играет второстепенную роль. Согласно механизму образования N2O, повышение концентрации растворенного кислорода (DO) в процессе нитрификации и увеличение количества эффективных источников углерода в процессе денитрификации способствуют подавлению образования N2O, однако это неизбежно приведет к увеличению выбросов CO2.
Косвенные выбросы в основном связаны с потреблением энергии и химикатов. Поскольку в процессе эксплуатации очистных сооружений наиболее непосредственно отражается потребление энергии, а выбросы углерода, связанные с расходом химикатов, как правило, образуются в отраслях, не связанных с очисткой сточных вод (химическая промышленность, транспорт и т. д.) (хотя их следует учитывать в углеродном балансе очистных сооружений), очистные сооружения не уделяют этому внимания.
На графике показаны показатели энергопотребления при очистке сточных вод в разных странах и соответствующие объемы выбросов углерода. Различия в энергопотреблении между регионами довольно заметны, однако в большинстве стран энергопотребление при очистке составляет 0,5–0,6 кВт·ч/м³; в Китае среднее энергопотребление составляет 0,31 кВт·ч/м³ (находится в середине), в Бразилии и Индии — всего 0,22 кВт·ч/м³, а в Дании, Бельгии, Самоа (1,4 кВт·ч/м³) и других странах среднее энергопотребление при очистке сточных вод превышает 1,0 кВт·ч/м³. Тем не менее, данные по выбросам углерода показывают, что Швейцария и Бразилия имеют самые низкие выбросы углерода на единицу очищенной воды — всего 0,05 кг CO2-экв.·м⁻³; Мексика — самые высокие — до 0,76 кг CO2-экв.·м⁻³; Китай же находится на среднем уровне (среднее значение около 0,28 кг CO2-экв.·м⁻³). Высокое энергопотребление, как правило, сопровождается строгими стандартами сброса очищенных сточных вод. На рисунке 1 показано, что уровень выбросов углерода в вышеупомянутых странах с высоким энергопотреблением находится на среднем уровне, аналогичном Китаю (≤0,4 кг CO2-экв.·м⁻³). Исследование показывает, что в большинстве случаев при очистке сточных вод в этих странах используются такие методы использования чистой энергии, как анаэробное сбраживание осадка и когенерация, а также утилизация остаточного тепла, что позволяет компенсировать часть выбросов углерода.
