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，其運行費用較高。其中主要為能耗費用，約占運行費用的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)施在處理運行上產(chǎn)生的能耗問題均按20年的運行期進(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人員運輸459930
2材料堆放52209材料運輸198740
3起重機運行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227014合計1328000

　　3.1.3建筑材料運輸能耗清單

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

　　3.2運行階段能耗

　　3.2.1處理運行能耗

　　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行能耗清單見表5
表5厭氧水解法運行能耗清單
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卡車運輸0.31
微孔曝氣運行能耗合計（A）：16.58×106
穿孔管曝氣運行能耗合計（B）：25.20×106〖HJ〗

　　3.2.2運行材料間接能耗清單

　　依據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)［2］，運行藥劑的比能耗為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行材料的間接能耗。