低碳水厂如何实现？—福州市东南区水厂案例
为落实国家“双碳”目标，福州东南区水厂对水厂水源、工艺和耗能设备进行改造。对改造后水厂全工艺流程进行碳排放核算，在制水工艺、取水方式、脱水工艺和管理上减碳效果显著，碳排放强度较同行处于中低水平。
01 案例背景
随着碳减排、碳中和的不断推进，关于城市水系统碳排放的研究更加深入，城市水厂是关系到城市生存和发展重要的基础设施，因此有必要对其开展碳排放核算，全面了解水厂的碳排放关键路径与节点，为碳减排研究提供参考。
东南区水厂建于1987年，位于闽江北岸，水源取自闽江鳌峰洲段，由于建设年代久远、净水工艺相对落后，建筑物和设备运行时间较久，故障频发，设备电耗较高，效率较低，为进一步提升饮用水水质，东南区水厂于2019年实施工艺改造，在常规处理工艺基础上增加了“预臭氧”预处理工艺和“臭氧+生物活性炭”深度处理工艺，即原水→预臭氧→高密池→滤池→臭氧接触池→生物活性炭吸附池→清水池→二级泵房→管网，于2021年7月改造完成并投入运行。通过一年多的运行，其在取水、制水、排泥水等环节降低了能耗，具有良好的环境效益和社会效益。
02 目标及执行情况
福州市东南区水厂占地面积约58亩，供水规模为 15 万m3/d，供水压力为0.28MPa~0.30MPa，为福州市第一个含常规处理、深度处理的全流程净水厂，实现了以下目标：
(1)原水水质目标：选择的水源地为塘坂水库，水源的水质良好、水量充沛、便于保护，总体水质良好，受污染程度较低。
(2)出厂水水质目标：出厂水质达到国际先进的水质规划即发达国家水平，经深度处理后控制出水浊度小于0.1NTU，其余指标均满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2022)要求。
(3)工艺节能目标：通过合理选择净水工艺、节能产品设备、精细化管理等措施，实现了低碳节能的效果。
03 实施过程
在项目实施过程中，通过采用节能新技术、设备及过程管理等多项举措，达到了绿色低碳效果，具体如下：
(1)选址方面：本项目原拆原建，充分考虑了有限的用地特点，既节约了关停东南区水厂造成的新增运行能耗，又避免了东南区水厂重新选址耗费的人力物力，实现了节地节能。
(2)水源方面：改造前东南区水厂的水源取自闽江鳌峰洲段，水源水质随着内河瀛洲排水闸的启闭而时好时坏。鳌江水源总体水质较好，此次改造东南区水厂将闽江水源更换为鳌江水源，原水取自塘坂水库，通过重力流输送至厂区，无需另外再建取水泵房，投资小，减少了能耗。
(3)工艺方面：经过详细方案比选，选择了国内先进、符合进水水质及出水要求、低能耗的工艺流程和技术方案，并根据原水水质优劣设置了预臭氧池和深度处理综合池的超越，降低了能耗和药耗。
(4)主要耗能设备方面：本项目尽量采用节能设备，所选各类机械设备均是行业推荐的节能型产品，通过选型计算确保设备在最佳工况效率下运行。送水泵房采用大小泵搭配，并配置变频调节装置，利于节能。
04 开展碳排放核算
本次项目开展了全工艺流程碳排放的跟踪测算，分类整理并建立各工艺段温室气体排放清单，对自来水厂各制水工艺段碳排放进行全面准确的核算，填补了我省在水厂各工艺段碳排放核算方面的空白。
东南区水厂碳排放核算边界及工艺流程碳源识别图
(1)东南区水厂2022年度碳排放强度均值为0.10382kg CO2-eq/m3，年碳排放量为3426635.85kg CO2-eq。
(2)东南区水厂运行过程中，碳排放关键工艺为二级，占总运行碳排放的58.22%。
(3)东南区水厂运行过程中的关键碳排放活动为电力消耗引起的碳排放，占总运行碳排放的77.85%;其次是药剂消耗引起的碳排放，占总运行碳排放的21.47%。
05 取得的成果
1、优化制水工艺，切实降低消毒剂用量
东南区水厂增加深度处理工艺，提供更优质饮用水的同时降低了次氯酸钠药剂的消耗。根据投产后一年的运行数据测算，东南区水厂次氯酸钠碳排放强度为0.00936kg CO2-eq/m3，同水源不同制水工艺水厂次氯酸钠碳排放强度为0.01722kg CO2-eq/m3。东南区水厂目前年供水量约为30000kt，测算每年可节约消毒剂药量约266700kg，减少二氧化碳排放近245吨。
2、重力流取水，减碳效果显著
东南区水厂2017年(改造前)一泵电耗的碳排放强度为0.0445kg CO2/m3。改造后取水方式为重力流取水，不消耗能源，因此取水过程不产生碳排放。该厂目前年供水量约为30000kt，每年可节约电量约239万度，测算每年可减少二氧化碳排放近1365吨。
3、更优的污泥脱水工艺，减碳效果明显
东南厂区水厂选用厢式隔膜压滤系统进行污泥脱水，每吨干泥碳排放量为14.92kg CO2-eq，城门水厂采用离心脱水系统进行污泥脱水，每吨干泥碳排放量为24.31kg CO2-eq，厢式隔膜压滤系统碳排放强度仅为离心脱水系统的61.37%，节能减碳效果明显。
4、精细化管理助力减碳工作开展
通过调整用电方式，细化用电管理，东南区水厂各车间(变频器室、控制室、泵房、配电间、加药间、脱水车间)轴流风机采取优化措施后，可年节约电量20万度，年减少碳排放量约114吨。
通过对平衡池搅拌机优化管理，减少了一台搅拌机的运行，可年节省用电量6.57万度，年减少二氧化碳排放约37吨。
06 碳排放水平评估
根据投产后一年的运行数据测算，单位供水耗电量约为141.71kwh/kt，仅为业内平均水平243.17 kwh/kt 的58.28%;东南区水厂电力消耗、药耗(PAC)、消毒剂药耗碳排放强度中位置分别为0.08082kg CO2-eq/m3、0.01089 kg CO2-eq/m3、0.00936 kg CO2-eq/m3。
