100%能源自给！宜兴城市污水资源概念厂率先实现水区能源全自给
【引言】
污水处理是能耗密集型行业，欧美发达国家的输送、净水、配水以及污水的总能耗约占全社会总能耗的3~4%，其中污水处理能耗约1~2%。中国污水处理行业虽起步较晚，但近二三十年发展迅速，尤其是随着排放标准的愈加严格以及其他高耗能行业的逐步转型，国内污水处理行业能耗也会逐渐趋近于国际的同类水平。在气候变化大背景下，全球污水处理的一个热点问题即是污水处理的能源自给，尤其是奥地利Strass污水厂完全能源自给的实现拉开时了能源自给的序幕。
在江苏宜兴，由中持承担建设并运营的宜兴城市污水资源概念厂，自2021年10月正式运行后积极开展“水-肥-气”综合利用，通过在资源收储、设备配置和工艺优化方面的持续优化，目前已实现了厂区内总能源65%~85%的自给率，水质净化中心更是实现了100%能源自给。这样的成效不仅大幅优于国内传统污水处理厂的能源回收现状，更是已比肩欧美等发达国家污水处理厂的平均能源回收效率，同时，它也标志着概念厂在践行“水质永续、能源自给、资源循环、环境友好”四个追求的方向上取得又一实质性成果，并将为我国其他地区的相关探索树立起意义深远的实践标杆。
01
污水是资源，污水厂是资源工厂
污水处理厂“减排降碳”的核心是节能，而宜兴城市污水资源概念厂有机质中心，正是厂区资源处置和能源转化的中枢。
有机质中心工艺流程图
宜兴概念厂内设置有机质协同处理中心，可处理区域内的污泥蓝藻、餐厨垃圾、秸秆、畜禽粪便等有机废物，在与厂区污水处理中产生的剩余污泥进行简单混合后，通过柱塞泵接至高温干式厌氧反应器进行厌氧发酵，发酵产生的沼气经增压脱硫后将用于发电，而发电产生的余热则可用于高干厌氧供热及厂区冬季采暖，实现“减有机废弃物的污、降污水处理厂的碳”。
同时，经厌氧消化的沼渣会由柱塞泵接至固液分离机，在除去较大杂质后进入缓冲池，并经由螺杆泵进入螺压脱水系统进行脱水；脱水后的滤液随后将经过磷回收系统和沼液处理系统处理，最终排放至厂区生物池前端；而经螺压脱水后的有机物料，则可通过螺旋输送机送至好氧发酵系统进行发酵稳定，并随后加以筛分，最终产物可做土地利用，或经过陈化、造粒后可作营养土的能源商品，有效实城乡物质的良性循环。
第三代DANAS 干式厌氧处理技术及装备
是中持在有机废弃物综合处置领域自主研发的核心技术装备，已获国家重大环保技术认可。它可广泛应用于厨余垃圾、农业种植、畜禽粪便等多场景下的有机质协同处理，能显著提升处理效率，降低污泥处理难度，具有极高产气效率。
就这样，借由技术和自然的双重助力，有机质得以以不同形态在厂区和城市中持续进行交换和循环，并自洽地融入区域生态的构建中，成为城市能源发展格局中的新支点。
02
能源自给：
多元有机废物的协同厌氧消化
为极致提升“能源自给”效率，有效应对污水处理剩余污泥有机质含量较低、不利于高效厌氧产出沼气的现实情况，概念厂有机质中心根据当地气候水文特征和农业活动情况，将周边外源有机质的收储纳入到日常工作当中，通过在不同月份调整各类有机质的收储配比，确保产气量的稳定、高质量输出。
在9月，太湖蓝藻持续爆发，有机质中心进料以蓝藻为主，畜禽粪便为辅；进入10月，太湖蓝藻处理量开始下降，但仍为主体，畜禽粪便量开始逐步增大；11月后，蓝藻处置工作接近尾声，有机质总体进料组成以畜禽粪便为主导，相较于9、10月份产气量有较大提升。
做好有机质日常“优收优储”的同时，有机质中心也对设备的处置协同能力进行着动态优化。在2022年9月起的能源自给率提升阶段中，运营团队以发电产能极致化为目标，对周边农业生产和湖区水质进行详尽调研后，就所进物料的配比及数量做了进一步梳理和提前规划，同时在以“DANAS高干厌氧反应器—干式厌氧发酵技术”为导向的工艺支撑下，对设备运行参数进行了严密地监测调整，实现了产气量的总体向上和稳步提升。
概念厂日发电量与水区能源自给率图
在产出沼气后，有机质中心的沼气发电工作也取得了可喜的进展。自2022年9月份下旬至10月份中旬，厂区日均发电量为6000 kw·h/d，水质净化中心能源自给率达80%~90%，运行趋于稳定。后续至11月份，日均发电量再攀高峰，水质净化中心能源自给率更是达到100%，厂内总能源自给率也达到了65%~85%。
如根据水量核算，概念厂目前日均发电量已达0.32~0.35 kw·h/m3，这是一个极具标志意义的发电量数据。它不仅大幅超越了我国现有传统污水处理厂的能源回收效率——目前在我国各类、不同处理规模的污水处理厂中，具备电力能源回收条件的水厂数量不足5%，能达到总能源自给50%的更是少之又少——甚至也达到了欧美等发达国家污水处理厂的能源回收水平（日均发电量0.35kw·h/m3）。
03
展望
据中国沼气学会《中国沼气行业“双碳”发展报告》预测 2030年我国农业农村、城市有机废弃物资源量分别约为53.5亿吨、5.1亿吨，到2060年将分别达到48.0亿吨、5.7亿吨，沼气生产潜力分别约为 1300 亿立方米、3310亿立方米。城乡有机废物处置潜力巨大。
作为行业内新型污水处理厂的代表的宜兴城市污水资源概念厂，下一阶段仍将在减碳节能的道路上笃行探索，深挖资源、技术、经济、服务等维度的创新潜能，稳定解决外源物料的收储问题，持续针对地区特性调适进料方案，动态优化装备设施的产出成效，以最终实现更高层级的能源自给目标，全面融入城市“三生”命脉、助力城市可持续协调发展。
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