ISO 21939-22023 水再利用工业废水处理能耗的计算和表示方法第2部分能源回收核算标准立项发展报告

水再利用工业废水处理能耗的计算和表示方法第2部分：能源回收核算标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:MethodtoCalculateandExpressEnergyConsumptionofIndustrialWastewaterTreatmentforthePurposeofWaterReuse—Part2:AccountingforEnergyRecovery摘要随着全球水资源短缺形势日益严峻，工业废水处理与再利用已成为缓解水资源压力的重要途径。然而，废水处理过程本身的高能耗问题制约了水再利用技术的可持续发展，如何在提升水质的同时实现能源的高效利用与回收，已成为国际标准化组织关注的焦点。ISO21939-2:2023《水再利用工业废水处理能耗的计算和表示方法第2部分：能源回收核算》正是在这一背景下由国际标准化组织（ISO）制定发布的重要技术标准。该标准规定了工业废水处理过程中能源回收量的计算边界、计算方法、数据采集要求及结果表示方式，为水再利用系统的能源绩效评估提供了统一的技术框架。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容、适用范围及预期应用效益，分析了其对推动工业废水处理行业节能降碳、促进水-能协同管理的重要作用，并对标准未来修订方向及推广应用前景进行了展望。本报告的编制旨在为相关行业主管部门、科研机构及工程建设单位提供权威参考，推动该标准在我国的转化实施与深度应用。关键词：水再利用；工业废水处理；能源回收；能耗计算；国际标准；标准化Keywords:WaterReuse;IndustrialWastewaterTreatment;EnergyRecovery;EnergyConsumptionCalculation;InternationalStandard;Standardization一、引言1.1研究背景水与能源是支撑经济社会发展的两大基础性资源，二者之间存在着紧密而复杂的耦合关系。在工业废水处理领域，传统处理工艺通常以消耗大量电能和热能换取水质达标，能耗成本往往占废水处理总运行成本的30%至50%。与此同时，废水中所含的有机物质、余热及污泥等又蕴含着可观的潜在能源，若加以有效回收利用，不仅能够抵消部分处理能耗，还能显著降低系统整体的碳足迹。据统计，全球范围内工业废水处理每年消耗的电能约占全社会总用电量的1%至3%，而在欧盟、日本等发达地区，废水处理过程的能源自给率已成为衡量可持续水平的核心指标之一。在此背景下，科学、统一地核算能源回收量，客观评价水再利用系统的综合能效，成为政策制定者、工程技术人员和运营管理者的共同需求。1.2标准立项的必要性在国际标准化层面，尽管ISO已发布多项与水再利用相关的标准（如ISO20468系列关于水处理系统性能评价的指南），但在能源回收核算方法方面，长期缺乏统一的技术规范。各国家和地区在计算能源回收时采用的边界划分、折算系数和统计口径各不相同，导致不同项目之间的能效数据缺乏可比性，严重制约了先进技术的推广和政策工具的精准实施。例如，部分国家的核算方法仅统计污泥厌氧消化产生的沼气热能，而忽略了污水源热泵回收的热量；另一些方法则将以电能形式回收的能量与热能形式直接累加，未考虑能源品质差异。这些技术分歧不仅影响了企业间的公平比较，也使得政府补贴、碳排放核算等政策实施缺乏可靠的数据基础。因此，制定一项国际通用的能源回收核算标准，具有迫切的现实需求和深远的战略意义。二、标准编制历程与工作概况2.1标准编制历程ISO21939-2:2023由国际标准化组织下设的ISO/TC282（水再利用技术委员会）归口管理，具体由SC4（工业水再利用分技术委员会）负责起草。该标准的编制工作启动于2019年，历经工作组草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等阶段，最终于2023年12月20日正式发布。在编制过程中，来自中国、德国、日本、以色列、法国、美国等十余个国家的专家积极参与，充分反映了不同地区在工业废水处理及能源回收领域的技术实践和经验积累。中国作为ISO/TC282的积极成员，在标准编制中发挥了重要作用，贡献了包括污水源热泵余热回收、厌氧消化沼气利用等多项具有代表性的工程案例和技术数据。2.2标准定位与适用范围ISO21939-2:2023是ISO21939系列标准的第2部分，与第1部分（关于能耗计算方法的一般要求）和第3部分（关于具体处理工艺的能耗计算指南）共同构成完整的标准框架。本部分聚焦于能源回收核算，适用于各类工业废水处理与再利用系统，涵盖物理处理、化学处理、生物处理及深度处理等全流程中涉及的能源回收环节。标准明确界定了以下适用范围：-适用于新建及改扩建工业废水处理项目的能源回收核算；-适用于不同规模（从中小型工业企业的废水处理站到大型工业园区集中处理设施）的系统；-适用于不同回收形式的能源，包括电能、热能、化学能（如沼气）等；-适用于与外部能源系统存在交互（如并网发电、余热外供）的系统。2.3主要参与单位介绍本文重点介绍中国在该标准编制中的核心参与单位之一——中国市政工程华北设计研究总院有限公司。中国市政工程华北设计研究总院有限公司（以下简称"华北总院"）成立于1952年，隶属于中国建设科技有限公司，是国家大型综合性市政工程设计研究单位，在给水排水、污水处理、水环境综合治理等领域具有深厚的技术积淀。华北总院拥有国家颁发的市政行业甲级工程设计资质、工程咨询甲级资信等多项高等级资质，承担了大量国家重大水专项研究和工程建设项目。在ISO21939-2:2023的编制过程中，华北总院作为中国专家团队的核心成员，主要负责以下工作：-组织开展中国境内典型工业废水处理设施的能源回收现状调研，积累了涵盖石化、纺织、食品加工、制药等行业的翔实数据；-牵头起草了污水源热泵能源回收核算方法的技术内容，提出将热泵性能系数（COP）纳入核算体系的建议，该建议最终被国际标准采纳；-参与讨论并协调各国在能源换算系数、核算边界等关键问题上的分歧，推动形成国际共识；-提供多个典型工程案例作为标准附录的参考素材，为标准的适用性和可操作性提供了有力支撑。华北总院的深度参与，不仅提升了中国在工业水处理国际标准化领域的话语权，也为国内相关技术成果走向世界搭建了桥梁。三、标准主要内容解析3.1核算边界与系统边界划分标准明确规定了能源回收核算的系统边界，将所有从废水处理系统内部产生并加以利用的能源纳入核算范围，同时排除了外部输入的能源（如电网购电、外购蒸汽等）。这一边界划分确保了核算结果的客观性和可比性，避免了因系统划分不同而导致的核算差异。具体而言，标准将能源回收核算划分为三个层次：-系统内部回收：指在处理流程内部产生的能源直接用于本系统其他环节的情况；-系统外部输出：指将回收的能源输出至系统外部供第三方使用的情况；-存储与缓冲：指回收能源的短期或长期存储设施的损耗计入方式。3.2能源回收的类型与计量方法标准将工业废水处理中的能源回收归纳为以下主要类型，并分别规定了对应的计量和核算方法：|能源回收类型|典型来源|计量方式|换算系数||:---|:---|:---|:---||电能回收|水力涡轮发电、热电联产|电表计量（kWh）|按当地电网排放因子折算一次能源||热能回收|污水源热泵、余热换热|热量表计量（kWh或GJ）|区分高温热与低温热的不同品位系数||化学能回收|厌氧消化沼气、污泥焚烧|沼气流量及组分分析|按甲烷含量折算热值||压力能回收|高压废水余压利用|压力及流量监测|按等效电功折算|3.3能源回收核算公式标准给出了系统能源回收率（ηREC）的核心计算公式：\[\eta_{REC}=\frac{E_{recovered}}{E_{total\_input}}\times100\%\]其中：-E_recovered为统计周期内系统实际回收并利用的有效能源总量（折算为标准能量单位，如kWh或GJ）；-E_total_input为统计周期内系统投入的全部一次能源总量（含外购电能、燃料等）。标准还引入了"能源净回收率"的概念，即扣除能源回收环节自身运行消耗后的净回收能源与总输入能源之比，用于更真实地反映系统的能源自给水平。3.4数据采集与质量保证-计量器具应满足相应的精度等级要求，并定期校准；-数据采集频率应能反映系统的实际运行工况，建议至少以日为单位记录关键参数；-对于间歇性回收的能源（如季节性热回收），应采用适当的积分方法进行统计；-数据记录应至少保存三年，以备核查和追溯。3.5结果表示与报告要求标准规定，能源回收核算结果应以标准化格式进行报告，报告内容应至少包括：-系统基本信息（处理规模、工艺类型、运行年限等）；-核算周期内的总能耗及总能源回收量；-按回收类型分类的详细数据；-能源回收率的计算结果及必要的计算说明；-影响能源回收率的关键因素分析（如季节变化、水质波动、负荷率等）；-与上一年度或基准期的对比分析。四、标准的技术特点与创新点4.1首次统一了能源回收核算的国际口径在ISO21939-2:2023发布之前，全球范围内尚无一项专门针对工业废水处理能源回收核算的国际标准。本标准的发布填补了这一空白，首次以国际共识的方式确立了系统边界、折算方法、报告模板等技术规范，使不同国家和地区的能源回收数据具备了横向可比性。4.2引入能源品位系数标准创新性地引入"能源品位系数"概念，对不同温度、不同压力下回收的热能进行加权折算，避免了将高温热和低温热简单等同处理的缺陷。这一设计体现了能源"量"与"质"并重的科学理念，为精细化能效管理提供了方法论基础。4.3兼顾技术先进性与实施可行性标准的制定充分考虑了各国工业发展水平和技术能力的差异，在推荐精确计算法的同时，提供了简化估算法的选项，供数据条件有限的用户使用。这种"梯度式"方法设计，既保证了标准的先进性和引领性，又增强了其在发展中国家和中小型企业中的适用性。4.4与碳核算体系的衔接标准在编制过程中充分考虑了与ISO14064（温室气体量化与报告）、ISO14067（产品碳足迹）等碳管理标准的衔接，在能源折算系数的选择上兼顾了碳排放因子的可比性，为未来将能源回收核算结果直接纳入碳排放核算体系预留了接口。五、标准的应用价值与预期效益5.1促进企业能效管理精细化通过采用本标准规定的核算方法，工业废水处理设施的运营者能够全面、准确地掌握各类能源回收的实际效果，识别能效瓶颈和优化空间，为工艺改进和设备升级提供数据支撑，推动能效管理从"经验驱动"向"数据驱动"转型。5.2支撑政策制定与监管考核标准为政府部门制定工业废水处理领域的能效政策提供了技术基础。监管机构可依据统一的核算口径设定行业能效基准值和先进值，进而实施差异化电价、绿色信贷、碳排放配额分配等激励约束政策，引导行业绿色低碳发展。5.3服务绿色金融与国际合作统一的能源回收核算标准为绿色金融产品的评估提供了可信依据。金融机构可依据标准认证的能效数据评估项目和企业的环境绩效，降低绿色信贷和绿色债券的审核成本。在国际合作层面，标准也为"一带一路"沿线国家的污水处理设施建设提供了可复制的能效评估工具。5.4推动技术迭代升级标准化带来的"可测量、可比较、可改进"机制将形成良性的技术竞争环境，激励设备制造商和工艺开发商不断提高能源回收效率，加速高效节能技术的研发和产业化进程。六、结论与展望ISO21939-2:2023《水再利用工业废水处理能耗的计算和表示方法第2部分：能源回收核算》的发布实施，是国际水再利用标准化领域的一项重要里程碑。该标准首次以国际标准的形式统一了工业废水处理能源回收的核算框架和方法体系，为全球范围内的水-能协同管理提供了科学工具，对于促进工业废水处理行业的节能降碳和可持续发展具有深远意义。面向未来，随着全球碳中和进程的加快和数字化技术的赋能，该标准将面临持续修订和完善的需求。可能的修订方向包括：与实时监控和数字孪生技术的深度融合、增加对新兴能源回收技术（如微生物燃料电池、厌氧膜生物反应器）的核算指南、以及在标准框架内嵌入更加精细化的碳核算模块。同时，推动该标准在我国的国家标准转化和行业应用，将是我国水处理标准化工作的重要任务。我们有理由相信，在各方共同努力下，ISO21939-2:2023将持续发挥其技术引领和实践指导作用，为全球水资源的可持续利用和能源系统的绿色转型贡献标准化的力量。参考文献[1]ISO21939-2:2023,Methodtocalculateandexpressenergyconsumptionofindustrialwastewatertreatmentforthepurposeofwaterreuse—Part2:Accountingforenergyrecovery[S].Geneva:InternationalOrgani