技术要素市场对中国碳排放强度的赋能效应：碳中和背景下的实证研究

为解决石油精炼行业高耗水和高污染废水处理难题，研究人员开发了基于AGS-UF-RO的闭环水处理系统，通过工艺建模、模拟和生命周期评估(LCA)验证了方案5（纯中试规模处理）可实现89%的水回用率，COD去除率达95.8%，环境足迹降低104.9%，为工业废水资源化提供了可持续解决方案。

　　

石油精炼行业作为工业领域的"水老虎"，每年产生相当于原油加工量160%的废水，含有油类、酚类、氨氮等复杂污染物。随着全球石油需求持续增长，传统处理工艺仅能达到排放标准，无法满足水资源循环利用需求。更棘手的是，现有技术存在能耗高、化学药剂依赖性强等问题，在环境足迹与处理效率之间难以平衡。这种困境促使研究者探索既能实现废水回用又能降低环境影响的创新解决方案。

研究人员通过四阶段方法体系，对真实炼油厂的废水处理系统进行优化。研究首先系统分析了2015-2025年间Scopus数据库中关于炼油废水处理的案例，筛选出20项关键技术配置。基于文献研究结果，团队设计了包含好氧颗粒污泥(AGS)反应器、超滤(UF)和反渗透(RO)的先进处理工艺链，并建立五种处理情景进行对比评估。研究采用非商业工艺模拟与建模(PSM)工具进行第一性原理模型仿真，结合生命周期评估(LCA)方法量化环境效益，相关成果发表在《Journal of Environmental Management》上。

关键技术方法包括：(1)构建AGS反应器模型，采用3.22 m³反应器容积和8 kg/m³/d有机负荷率；(2)开发UF和RO膜处理模块，其中RO使用再生膜元件；(3)定义六个性能指标（包括Waste Reduction、Water-Eco等）进行多维度评估；(4)应用环境足迹3.0方法进行LCA分析，功能单位为1 m³处理废水。

工艺建模与模拟结果显示：

• 情景5（纯中试处理）表现最优，COD去除率达95.8%，氨氮去除率99%，产水率89%。AGS单元能耗0.77 kWh/m³，显著低于传统活性污泥法。

• UF作为RO预处理，有效控制膜污染，TSS去除率60.1%，油类去除80%。

• RO单元采用再生膜，在0.22 kWh/m³能耗下实现电导率降低99.9%。

生命周期评估表明：

• 情景5环境足迹为-0.07 mPt，较基准情景降低104.9%，主要归因于水资源节约(WDP)抵消了化学药剂消耗。

• 全球变暖潜能(GWP)降低16.3%，资源消耗(ADPM)呈现负值，体现材料高效利用优势。

综合性能评估发现：

• 水回用指标"Water-Eco"在情景5达0.89 m³/h，满足50%回用目标。

• 数字孪生系统集成流量计、pH/电导率传感器等实时监测设备，为工艺优化提供数据支撑。

研究结论部分强调，AGS-UF-RO组合工艺通过93%的COD去除率和89%的水回收率，验证了工业废水闭环处理的可行性。特别值得注意的是，该方案在提升水质的同时实现了"负碳"处理，环境足迹较传统方法降低104.9%。讨论部分指出，该技术路线存在两大突破：一是将好氧颗粒污泥的生化处理与膜分离技术有机结合，二是通过膜再生技术降低RO单元的环境负担。这些发现为高耗水行业实现SDG6（清洁饮水和卫生设施）目标提供了关键技术路径，其模块化设计尤其适合现有炼油厂的 retrofitting（改造升级）。未来研究应聚焦于长期运行稳定性验证和大规模工程化应用的经济性分析。