环保行业绿色转型白皮书：开启废水资源的潜力空间，将废水视为保护人类与生态系统的宝贵资源

绿色转型白皮书 开启废水资源的潜力空间 将废水视为保护人类与生态系统的宝贵资源 白皮书主要内容迈向能源中立型水循环从废水中回收资源 最具成本效益的废水基建设计处理工业废水必须从源头抓起 分享灵感联手丹麦 2 开启废水资源的潜力空间 将废水视为保护人类与生态系统的宝贵资源版本3.2 印刷于2023年4月 首页图片 封面图片为Egå废水处理厂 图片来源：Kontraframe/绿色国度 主编 绿色国度TanyaGottliebJacobsen，info@stateofgreen.com 技术编辑 COWI咨询公司OleGodskDalgaard，oda@cowi.dk 奥胡斯水务PerOvergaardPedersen，pop@aarhusvand.dkVCSDenmarkPerHenrikNielsen，phn@vandcenter.dk 撰稿人 奥尔堡大学PerHalkjærNielsen，phn@bio.aau.dk 奥胡斯水务PerOvergaardPedersen，pop@aarhusvand.dkAquardenMariaNymannChristensen，mcn@aquarden.comAquaporinSørenRobenhagen，sro@aquaporin.com AVKMichaelRamlauHansen，mrh@avk.dkBillundVandThomasKruseMadsen，tkm@billundvand.dk BIOFOSBjørkHasagerSørensen，bhs@biofos.dkBiokubePeterTaarnhoj，mail@biokube.dk COWI咨询公司OleGodskDalgaard，oda@cowi.dk 丹麦技术研究所MichelleLisonRebsdorf，mlr@teknologisk.dkGrundfos格兰富MortenRiis，m.riis@grundfos.com KrügerTheisGadegaard，tng@kruger.dk NISSENenergyInc.ThorvaldPedersen，tp@nissenenergy.comULTRAAQUAUlfNielsen，uni@ultraaqua.com UnisenseMikkelHolmenAndersen，mha@unisense.comVCSDenmarkPerHenrikNielsen，phn@vandcenter.dk 下载本白皮书 访问www.stateofgreen.com/publications下载本白皮书及其他相关刊物 更多信息 如需获取本白皮书副本或其他相关出版物， 请通过info@stateofgreen.com与绿色国度取得联系 版权所有绿色国度与丹麦水资源论坛2022 内容摘要3 内容摘要 在全球范围内，仅不到一半的废水得到收集，并且仅不到五分之一的废水得到了处理。这一现状导致世界上许多内陆水域与海域环境的严重恶化。越来越紧缺的水资源与不断增长的人口，更加凸显了处理废水与了解废水价值的重要性。联合国可持续发展目标6指出，到2030年，未经处理就排放的废水比例必须减半。为实现这一目标，在设计新废水处理厂和升级现有废水处理厂时，必须重视能源效率和能源回收。 产出能源的废水处理厂 水务部门的用电量约占全球总用电量的4%，而仅废水处理所消耗的电量就占水务部门总用电量的四分之一。在丹麦，水务部门用电量占全国总用电量的份额已经下降到了1.9%。丹麦的大多数废水处理厂都在降低能耗上投入了资金，并越来越重视能源生产。下一个阶段，丹麦部分水务公司将在废水排放前回收其中的热能，这一举措同时还能降低对承受水域的气温影响。 将废水视为宝贵资源 将废水视为资源是一种相对新颖的观点。不过，将废水中的有机成分作为能源生产的宝贵资源已被广泛接受。废水中的磷可用于肥料生产，比施用污泥更具优势。最终，这些废水根据标准得到净化，用来冲厕、洗衣或农业灌溉等。 集中化与分散化解决方案 确保一个地区废水基建设计的成本效益最大化，是极具挑战的。在人口较密集的地区，最理想的方案是建造集中处理厂；在没有中央排水系统的农村地区，可以采用分散化解决方案。 处理工业废水 城市废水处理厂通常是为处理生活废水而设计的，不一定配备能够处理工业废水的设备。通常情况下，工业废水中的有害物质含量高，可能引起生物降解与粪泥处理方面的问题。因此，在源头对工业废水进行预处理益处颇多。确切地说，针对性地处理相对少量但工业污染物含量高的废水，能够降低投资与运营的成本。 为自身所处城市的废水项目寻找灵感 本白皮书着重介绍了丹麦废水处理领域各利益攸关方所获得的经验与教训，旨在作为一个参考工具，启发人们将废水视作宝贵资源并从中获益。 我们希望本白皮书对您有所帮助。 4 “当我们处理废水时，既保卫了人类健康，又保护了水生环境，还增加了生物多样性。与此同时，我们掌握的技术可以帮助减少废水处理所造成的温室气体排放和能源消耗。” 莱娅·韦尔梅林，丹麦前环境部部长 我们必须高效处理废水，保护健康和天然的环境。值得庆幸的是，只要采用正确的方法和技术，就可以将废水转化为宝贵的资源。比如，处理废水所得到的污泥可以转化为一种有用的能源来源。 丹麦政府制定了宏伟的气候目标，即在2030年前，本国的温室气体减排70%。废水处理部门及其他所有部门必须为实现这一目标共同努力。 丹麦水务部门的目标是实现能源和气候中立，甚至成为能源净生产国。这是一个宏伟的目标，需要丹麦当局、水务公司、企业和组织进行合作，打造为水用户和整个社会带来更多价值的创新型解决方案。丹麦模式是一个具有示范性的实例，展示了在应对全球重大水资源和气候挑战时，丹麦所能提供的解决方案，以及如何贯彻落实联合国的一系列可持续发展目标。 本白皮书介绍了一系列废水处理的最佳实践示例，包括集中式和分散式废水处理。虽然其中许多解决方案是以丹麦的国情和条件为背景设计的，但这些解决方案可塑性强，也适用于全球其他国家和地区。 目录5 目录 1.出水排放规范作为创新驱动力6 采用最高标准处理废水保护人类与生态环境 2.废水作为清洁能源来源10 建设能源生产型废水处理厂迈向能源中立型水循环 3.从废水中回收资源14 将废水处理厂作为资源回收设施 4.集中化废水处理16 通过集中化确保更具效果和成本效益的废水处理 5.分散化废水处理解决方案18 维护地区水资源的同时保护环境 6.工业废水处理20 从源头处理工业废水通常更具效益 7.水资源的真正价值23 从丹麦视角看如何塑造水资源未来 61.出水排放规范作为创新驱动力 1.出水排放规范作为创新驱动力 采用最高标准处理废水保护人类与生态环境 几十年来，许多国家/地区并未对废水排放进行严格管控，导致内陆与沿海水域都出现了严重的环境恶化。要扭转这一趋势，必须对处理效率与废水质量执行更严格的监管标准。 进行废水收集但未达标 据估计，全球范围内仅有20%的生活废水与工业废水得到了充分收集与处理。联合国的可持续发展目标6提出，到2030年，未经处理就排放的废水比例必须减半。在欧洲，大约有97%的废水进行了收集和二级处理，但只有 69%的废水进行了三级处理。 监管促进发展 长期以来，环境都是丹麦的重点关注领域，在100多年前就建造了废水处理设施。如今， 97%的废水都经过了处理。首批采取重大措施的国家/地区就包括丹麦，这些措施可以最大程度降低城市废水排放对水生环境的不利影响。具体方式是通过新技术的应用，不仅要清除城市污染，而且还要达标经过处理的城市废水。这样一来，不但可以提升丹麦城市的宜居性，同时也增加了周边区域的吸引力。就地理条件而言，丹麦缺乏接收城市污染排放物的大规模水体，因此，环境因素长期以来都是重中之重。自20世纪80年代开始，丹麦实施了严 厉监管。在20世纪90年代，丹麦又进一步 加强了针对排放至敏感水域的实施标准。丹麦的许多立法几乎都被欧盟全文采用。如今，丹麦也遵循着《欧盟水框架指令》，但丹麦的法规在许多方面都比欧盟的一般要求更加严格。从一开始，立法要求与标准都是以受体的具体评估为基础，旨在大幅度改善周边水体水质。 “除了高标准废水中营养物质的提取，目前丹麦的处理厂也在逐渐转化为资源回收设施。利用先进的监控手段，可以降低设施的能源消耗，同时尽量减少甲烷和一氧化二氮（N2O）的排放，从而减少设施整体碳足迹。这样不仅改善了水质，而且可以从整体上促进未来可持续发展。“ LarsSchrøder奥胡斯水务首席执行官 污染者买单原则 在许多国家/地区，供水与废水处理服务被视为由政府买单的公共事务。然而，在丹麦及其他欧盟成员国，“污染者买单”原则对生活用水与工业用水均适用，即收集和处理废水的成本必定会包含在水价之中。丹麦还推行了排放税来完善监管框架，这意味着污染源（在本白皮书中指废水处理设施）必须为其排放的每一千克排放物质缴税，而排放物质的三大关键参数是有机物质（BOD）、总的磷含量（P）以及氮含量（N）。这为丹麦的水务部门指定了一个非常具有创新和进步意义的优化策略。 运营情况高于排放要求 如今，丹麦各种规模的处理厂运营良好且符合排放要求，无论对废水处理公共事业还是对环境都能带来经济效益。这表明监管能够有效促进创新与绩效表现。回溯到20 世纪80年代和20世纪90年代早期，丹麦推动整个国家进行了生物废水处理厂的建设，也包括了一些非常小型的处理厂。从那以后，这些处理厂不断得到优化和扩建，最终大幅改善了水生环境。水质的改善使得三文鱼得以在河流和小溪中繁殖，甚至是在人口稠密的地区，这样的情况也非常多。同时，丹麦水体的休闲价值也有所提升，如今许多城市内港都达到了可供游泳的清洁标准。 高成本效率的解决方案 废水的收集和处理成本通常是水源采集和供应成本的两倍，这就意味着高成本效率的解决方案必须确保水源使用者和造成污染者均能承担废水处理的成本。尽管丹麦有较高的能源回收率和较高的处理水准，但每个丹麦家庭承担的高质量饮用水和废水处理成本与其他国家/地区的成本相当。 1.出水排放规范作为创新驱动力7 在线DNA分析-了解废水处理厂中的微生物群落以优化流程奥尔堡、奥胡斯、欧登塞、哥本哈根，丹麦 奥尔堡大学建立的MIDAS数据库能够提供丹麦废水处理厂活性污泥中大多数微生物的功能以及分布信息。自2006年以来，科研人员利用先进的DNA分析，对50家废水处理厂的微生物群落组成开展调查，进而建立了庞大的知识库。现在，每家废水处理厂都“了解自己的微生物群落”，可以利用关键物种参与的氮、磷去除和沉降特性的信息来优化操作，因为群落组成的变化通常会反映在处理厂的性能中。为了获取日常信息，奥尔堡大学对“在线DNA分析”进行了试验，即通过一部只有智能手 机大小的便携式DNA测序仪，在几个小时内直接在废水处理厂对微生物进行鉴定。实验结果非常有前景，日常或每周分析很快就会成为监测和控制许多丹麦废水处理厂微生物的现实。 （资料来源：微生物群落中心-奥尔堡大学、AalborgForsyning、 奥胡斯水务、VCSDenmark、 BIOFOS和Krüger） 81.出水排放规范作为创新驱动力 迈向气候中立型废水处理欧登塞、奥胡斯，丹麦 在过去的十年中，通过节能和厌氧消化增加能源生产，强烈推动着降低废水处理的成本和气候影响。从气候的角度看，降低温室气体排放也很重要，包括最小化废水处理产生的N2O排放，因为在废水处理产生的所有气候影响中，这类排放带来的气候影响占20-50%。因此，丹麦各地的许多处理厂都安装了一种独特的N2O感应技术。传感器可以在线检测废水处理过程中的N2O浓度，通过排放模型实时计算N2O的排放。 此外，降低N2O排放的在线控制策略已经研发问世，并且也在治理行动中得到了实际验证。由于失衡的能源节约及增长的能源产出可能导致N2O排放增加，这实际上会对气候产生净负面影响。有了这项新技术，废水处理厂能够从“能源中立”升级为“气候中立”。