1引言

　　目前，我國城鎮(zhèn)二級污水處理廠一般采用活性污泥法處理工藝，其運(yùn)行費用較高。其中主要為能耗費用，約占運(yùn)行費用的60%～70%，屬能耗密集性行業(yè)。從環(huán)保角度進(jìn)行分析，能耗高不僅影響污水處理成本，而且直接影響到能源資源的可持續(xù)利用以及能源生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的環(huán)境污染問題。按照我國可持續(xù)發(fā)展的要求，城市污水處理技術(shù)的能耗水平正成為受到日益重視的技術(shù)和環(huán)境指標(biāo)。厭氧水解-活性污泥法是在普通活性污泥法基礎(chǔ)上進(jìn)行革新改進(jìn)的一種新型處理工藝，近年來在我國的運(yùn)用呈發(fā)展趨勢。但迄今為止對該工藝進(jìn)行的能耗分析只偏重于其處理運(yùn)行過程，尚不能從該工藝的生命周期全過程對其能效水平作出評估和論證。顯然，在全社會都在關(guān)注可持續(xù)發(fā)展，城市污水處理領(lǐng)域也在向“源頭控制，清潔生產(chǎn)”的全過程環(huán)境管理模式轉(zhuǎn)換的今天，傳統(tǒng)的能耗分析方法已無法滿足污水處理工藝全過程能耗分析的要求。

　　本文運(yùn)用生命周期評價（簡稱LCA）方法對厭氧水解法的能耗水平進(jìn)行識別和分析。LCA是一種新型的環(huán)境影響評價技術(shù)和方法體系，可針對厭氧水解法“從搖籃至墳?zāi)?rdquo;整個生命周期內(nèi)，即從其自然資源開采和原材料獲取開始直至施工建設(shè)、處理運(yùn)行以及廢棄拆除各階段所產(chǎn)生的所有能耗問題進(jìn)行系統(tǒng)的量化分析，并以此為基礎(chǔ)作出生命周期能耗的評估和完善化分析。厭氧水解法處理系統(tǒng)的生命周期（簡稱LC）可分為三個階段，即施工建設(shè)（包括建設(shè)材料的開采和加工制造）、生產(chǎn)運(yùn)行和廢棄拆除階段，如圖1所示。

　　2 目標(biāo)與范圍

　　2.1LCA能耗分析對象

　　本文以擬建于上海市郊的厭氧水解法處理系統(tǒng)作為LCA能耗分析對象，主要污水處理流程包括格柵井、進(jìn)水泵房、沉砂池、厭氧水解池、曝氣池、二沉池、回流設(shè)施、消毒池等。污泥處理單元包括污泥濃縮池、儲泥池、污泥泵房、污泥調(diào)理和污泥脫水等。其主要工藝參數(shù)［4］見表1。同時，將普通活性污泥法作為該工藝能耗分析的平行對照工藝。

　　表1厭氧水解法主要工藝參數(shù)

　　水解酸化池：停留時間3.0h，表面負(fù)荷2.0m3/m2.h，每人每日酸化污泥量12g/人.日，污泥含水率96%，酸化池有效水深4.0米，采用上流式污泥床；主要處理效率：BOD5去除率45%，COD去除率50%，SS去除率60%；

　　曝氣池：曝氣時間4h，泥齡8.9d，污泥負(fù)荷 0.3kgBOD5/kgMLVSS.日，容積負(fù)荷0.6kgBOD5/m3.d，MLSS=2500mg/L，MLVSS=2000mg/L，污泥回流比=30%～50%，剩余污泥產(chǎn)率系數(shù)0.5；

　　二沉池停留時間2.0h，表面負(fù)荷1.0m3/m2.h；沉淀池有效水深2.0m，泥斗角度 60°，污泥含水率99.4%；活性污泥系統(tǒng)處理效率：BOD5去除率86.7%，COD去除率76.7%；
2.2LCA評價功能單位

　　本研究以上海市郊具有代表性的中等規(guī)模城鎮(zhèn)污水廠10000t/d作為LCA分析的功能單位，用于計算污水處理系統(tǒng)的輸入與輸出。在本LCA中厭氧水解法和作為比較對照的普通活性污泥法均采用此功能單位，從而使這兩種處理系統(tǒng)具有可比性。

　　2.3污水廠運(yùn)行期限

　　由于處理技術(shù)的不斷發(fā)展，污水量的增長以及出水排放要求的不斷提高，大部分城市污水處理廠在15～20年內(nèi)需要某種程度的改造和更新。因此，本研究中兩種處理設(shè)施在處理運(yùn)行上產(chǎn)生的能耗問題均按20年的運(yùn)行期進(jìn)行考慮。

　　2.4地理位置和氣象條件

　　擬建城市污水廠建于上海郊區(qū)，該地區(qū)地勢平坦，河流縱橫，湖塘密布，地面標(biāo)高在3.5～4.2m，是典型的江南水鄉(xiāng)。上海市郊屬北亞熱帶季風(fēng)海洋性氣候，全年四季分明，溫和濕潤。

　　2.5 處理系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)
城鎮(zhèn)污水進(jìn)出水水質(zhì)見表2。
表2城鎮(zhèn)污水進(jìn)出水水質(zhì)/（mgL-1）
污染物指標(biāo) BOD5CODCrSS氨氮
進(jìn)水濃度20050020030
出水濃度301203025
2.6LCA分析方法
本文采用ISO 14040標(biāo)準(zhǔn)《生命周期評價-原則與框架》和ISO 14041標(biāo)準(zhǔn)《生命周期評價目的與范圍的確定和清單分析》以及其他相關(guān)文獻(xiàn)作為LCA的依據(jù)。

　　3.1施工建設(shè)階段能耗

　　施工建設(shè)階段的能耗主要由①各種建筑材料生產(chǎn)能耗、②建筑施工直接能耗③建筑材料運(yùn)輸能耗三部分組成。本文采用統(tǒng)一的能量單位表達(dá)不同形式的能量，電耗按燃料熱當(dāng)量（熱電轉(zhuǎn)換率以32%計）計算，即1kW.h=11080kJ。

　　3.1.1建材生產(chǎn)能耗清單

　　根據(jù)工程分析數(shù)據(jù)和有關(guān)文獻(xiàn)資料［1，3］計算出厭氧水解法的建筑材料數(shù)量，然后可根據(jù)其消耗量及該類建材單位生產(chǎn)能耗［2］計算得出建筑材料生產(chǎn)能耗，分別列于表3。

　　表3厭氧水解法主要建筑材料及其生產(chǎn)能耗109kJ
材料名稱單位材料數(shù)量材料能耗材料名稱單位材料數(shù)量材料能耗
水泥t19911.79碎石 t175000.35
鋸材t1310.07鑄鐵管t1091.65
鋼材t28410.2鋼管t853.07
砂 t73000.07閘閥t381.07

　　3.1.2建筑施工能耗清單

　　施工能耗可根據(jù)施工面積（3968m2）以及單位面積的施工能耗［2］進(jìn)行計算，見表4。
表4建筑施工單位能耗/(kJm-2)
序號項目單位能耗序號項目單位能耗
1場地清掃100008人員運(yùn)輸459930
2材料堆放52209材料運(yùn)輸198740
3起重機(jī)運(yùn)行3975010衛(wèi)生與采暖 4540
4場地布置5224011鋪設(shè)屋面1140
5基礎(chǔ)開挖2726012綠化2270
6土方挖填 1703013臨時供電22650
7空氣壓縮機(jī)227014合計1328000

　　3.1.3建筑材料運(yùn)輸能耗清單

　　建材運(yùn)輸能耗可根據(jù)各方案的建材消耗量、運(yùn)輸里程及其運(yùn)輸單耗［2］進(jìn)行計算。其中建筑材料運(yùn)輸里程平均取20km，運(yùn)輸單耗為 1836kJ/t.km。

　　3.2運(yùn)行階段能耗

　　3.2.1處理運(yùn)行能耗

　　厭氧水解法處理工藝采用穿孔管和微孔兩種曝氣方式時的運(yùn)行能耗清單見表5
表5厭氧水解法運(yùn)行能耗清單
序號處理單元廠內(nèi)能耗/(106kJd-1)序號處理單元廠內(nèi)能耗/(106kJd-1)
1污水提升4.757二沉池0.10
2預(yù)處理0.408消毒0.23
3厭氧水解池 0.109污泥濃縮0.05
4曝氣池A9.10/B17.7210污泥脫水0.56
5回流泵0.9811卡車運(yùn)輸0.31
微孔曝氣運(yùn)行能耗合計（A）：16.58×106
穿孔管曝氣運(yùn)行能耗合計（B）：25.20×106〖HJ〗

　　3.2.2運(yùn)行材料間接能耗清單

　　依據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)［2］，運(yùn)行藥劑的比能耗為①消毒劑Cl2間接比能耗為4.4kW.h/kgCl2；②污泥調(diào)理劑石灰間接比能耗為66kW.h/t干泥；⑶FeCl3投加量間接比能耗為55kW.h/t干泥；由此可計算出厭氧水解法運(yùn)行材料的間接能耗。