WATER8848前言:“污水处理绿色低碳标杆厂”的概念强调了在污水处理过程中实现“绿色”和“低碳”两个核心目标。这里的“标杆”意味着这些污水处理厂不仅要在技术水平、运营效率上达到行业领先水平,更要在减少温室气体排放、促进能源资源高效循环利用等方面成为行业的典范和参照点。
关于“绿色”的评价标准,它通常涉及资源的有效利用、环境的友好性以及生态的恢复与保护等方面。在污水处理领域,这可能包括减少化学药剂的使用、提高污泥的资源化利用率、增强水体的生态功能等。
而“低碳”的评价标准则聚焦于减少温室气体排放和提高能源利用效率。这可能包括优化污水处理工艺以减少能源消耗、采用可再生能源(如太阳能、风能等)替代化石能源、开展碳捕捉和储存技术等。
针对如何建设“标杆厂”,从以下几个方面入手:
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技术创新:采用先进的污水处理技术和工艺,如生物处理技术、膜技术等,以提高处理效率并减少能源消耗和温室气体排放。
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能源优化:优化能源结构,提高可再生能源的利用比例,如利用太阳能、风能等可再生能源为污水处理厂提供动力。
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资源回收:加强污泥的资源化利用,如将污泥转化为肥料、燃料等,以减少污泥的处置成本并降低环境负担。
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管理创新:建立精细化的管理体系,利用数据技术和智能监控手段提高污水处理厂的运营效率和管理水平。
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标准制定:加快制定和完善相关的国家标准和行业标准,为“标杆厂”的建设提供明确的指导和依据。
目前,虽然国家层面尚未有具体的评价标准,但企业可以参考现有的相关标准和规范,如《城镇污水处理厂碳减排评估标准》、《污水处理厂低碳运行评价技术规范》等,作为建设“标杆厂”的参考和借鉴。同时,随着国家相关政策的出台和标准的完善,相信“标杆厂”的建设将会得到更加明确和具体的指导。
污水处理绿色低碳标杆厂在推动污水处理行业的绿色、低碳、可持续发展方面发挥着重要作用。以下是关于其作用的详细分析:
- 促进节能减排和低碳发展:
- 标杆厂采用先进的污水处理技术和工艺,能够有效提高污水处理效率,降低能耗和碳排放。
- 通过优化能源利用,如利用可再生能源替代传统能源,以及采用节能降耗的技术和设备,实现污水处理的低碳运行。
- 标杆厂的建设有助于推动污水处理行业向绿色低碳方向转型,为碳达峰和碳中和目标做出贡献。
- 提升资源利用效率:
- 标杆厂在污水处理过程中注重资源的循环利用,如污泥的资源化利用、水资源的回收再利用等,提高资源利用效率。
- 通过推广和应用资源化利用技术,减少废弃物的产生,降低对环境的压力,促进可持续发展。
- 推动技术创新和产业升级:
- 标杆厂的建设促进了污水处理技术的创新和发展,推动行业技术进步和产业升级。
- 标杆厂在污水处理过程中积极引入新技术、新工艺和新设备,提高污水处理效率和水质标准。
- 通过标杆厂的示范引领作用,带动整个污水处理行业的技术创新和产业升级。
- 增强环境监管和治理能力:
- 标杆厂在建设和运行过程中加强了环境监管和治理能力,确保污水处理过程的绿色、低碳、安全、稳定。
- 通过建立完善的环境监测和预警系统,及时发现和处理环境问题,保障生态环境安全。
- 标杆厂的建设有助于提升污水处理行业的环境监管和治理能力,促进生态环境保护和可持续发展。
- 引领行业发展和树立标杆:
- 标杆厂在污水处理行业中树立了绿色低碳的标杆,引领行业向绿色、低碳、高效方向发展。
- 通过标杆厂的示范引领作用,鼓励其他污水处理厂积极向标杆厂学习借鉴,推动整个行业的绿色、低碳、可持续发展。
- 根据《关于推进污水处理减污降碳协同增效的实施意见》,到2025年,全国将建成100座能源资源高效循环利用的污水处理绿色低碳标杆厂,这将极大地推动污水处理行业的绿色、低碳发展进程。
综上所述,污水处理绿色低碳标杆厂在促进节能减排和低碳发展、提升资源利用效率、推动技术创新和产业升级、增强环境监管和治理能力、引领行业发展和树立标杆等方面发挥着重要作用。
污水处理绿色低碳标杆厂的特点可以归纳为以下几个方面:
- 绿色低碳理念贯穿全过程:
- 从设计、建设到运营、管理,标杆厂始终贯彻绿色低碳理念,将节能、降耗、减排作为重要目标。
- 如郑州新区污水处理厂,在设计阶段就充分考虑了节能高效的深度处理工艺,同时充分利用污泥中所含能量,降低能耗。
- 高效处理工艺与设备:
- 标杆厂采用先进的污水处理技术和工艺,如微滤、超滤、反渗透等膜法,或结合生化处理和微絮凝过滤等传统方法,确保出水水质稳定达到国家标准,甚至超越标准。
- 在设备选型上,优先选择节能高效设备,如高效节能型水泵、低谐波变频控制等,提高设备运行效率。
- 能源资源高效循环利用:
- 标杆厂注重能源资源的循环利用,如通过厌氧消化、热干化等技术实现污泥中热能的回收利用,减少碳排放。
- 利用构筑物面积安装光伏发电设备,为厂区提供清洁能源,如郑州新区污水处理厂平均年发电量达到1160万kwh,有效减少了外网供电量。
- 智能化运营与管理:
- 标杆厂借助智能化技术实现精细化管控,如应用智能调控系统、自动倒换系统等提高生产稳定性和设备使用寿命。
- 建立完善的环境监测和预警系统,实现污水处理过程的实时监控和预警,确保环境安全。
- 创新技术应用:
- 标杆厂在污水处理过程中积极引入新技术、新工艺和新设备,如水源热泵技术应用、污泥处理新工艺等,提高处理效率和环保性能。
- 通过技术创新和升级改造,推动污水处理行业的绿色、低碳、高效发展。
- 显著的减污降碳效果:
- 标杆厂在减少温室气体排放、降低能耗和药耗等方面取得显著成效,如郑州新区污水处理厂通过厌氧消化和光伏发电技术预计每年可减少二氧化碳排放约1万吨。
- 通过优化工艺和设备选型等措施,实现污水的深度处理和资源的高效利用,促进生态环境保护和可持续发展。
综上所述,污水处理绿色低碳标杆厂在绿色低碳理念、高效处理工艺与设备、能源资源循环利用、智能化运营与管理、创新技术应用以及减污降碳效果等方面具有显著特点。这些特点使得标杆厂在污水处理行业中具有较高的示范引领作用,有助于推动整个行业的绿色、低碳、高效发展。
污水处理绿色低碳标杆厂的各项指标达到了相当高的水平,这些指标涵盖了绿色、低碳、高效等多个方面。以下是对这些指标的详细梳理和归纳:
- 绿色指标:
- 资源循环利用:标杆厂通过采用先进的污泥处理技术,如厌氧消化、热干化等,实现了污泥中热能的回收利用,减少了碳排放。同时,利用构筑物面积安装光伏发电设备,为厂区提供清洁能源,实现了能源资源的循环利用。
- 生态恢复与保护:标杆厂注重水体的生态功能恢复和保护,通过优化污水处理工艺,减少对水生态系统的破坏,促进了水环境的自然恢复。
- 低碳指标:
- 碳排放量:标杆厂通过采用节能高效的污水处理技术和设备,大幅降低了污水处理过程中的能源消耗和温室气体排放。具体来说,如郑州新区污水处理厂通过厌氧消化和光伏发电技术预计每年可减少二氧化碳排放约1万吨。
- 温室气体减排措施:标杆厂有针对性地采取了温室气体减排措施,并取得了显著的减排效果。例如,科学开展污水管网清淤管护,减少甲烷排放;支持依法依规将上游生产企业可生化性强的废水作为下游污水处理厂碳源补充;加强高效脱氮除磷等低碳技术应用,减少脱氮过程氧化亚氮逸散。
- 高效指标:
- 处理效率:标杆厂采用先进的污水处理技术和工艺,确保出水水质稳定达到国家标准甚至超越标准。同时,通过优化处理工艺和设备选型等措施,提高了污水处理效率和处理能力。
- 运营效率:标杆厂借助智能化技术实现精细化管控,提高了生产稳定性和设备使用寿命。通过引入智能控制系统实现自动调节和优化运行减少人工干预提高能源利用效率。
- 具体数字与效果:
- 节能降耗:标杆厂通过废热回收利用、生物能源利用和智能控制系统等技术手段最大限度地减少了污水处理过程中所需的能源消耗降低了采暖、照明、通风等方面的能源支出。
- 环境保护效果:节能减排技术的应用减少了对环境的污染降低了大气中的温室气体排放有效减少了水体和土壤污染的程度保护了生态环境。
综上所述污水处理绿色低碳标杆厂在绿色、低碳、高效等多个方面均达到了较高的水平通过采用先进的技术和设备实现了资源的循环利用、温室气体的减排以及处理效率的提升为污水处理行业的绿色、低碳、高效发展树立了标杆。
关于污水处理绿色低碳标杆厂的指标在国内外的领先程度,从以下几个方面进行清晰的分析和归纳:
一、国内领先程度
在国内,污水处理绿色低碳标杆厂的指标确实处于领先地位。这主要体现在以下几个方面:
技术先进性:标杆厂采用了先进的污水处理技术和工艺,如中国节能自主研发的“AAO工艺高标准处理城镇污水低碳集成技术”,该技术经鉴定委员会专家评估,一致认定达到国际先进水平。
节能降耗效果:标杆厂通过采用节能高效的深度处理工艺、充分利用污泥中所含能量、合理配置工艺段和优化设备选型等措施,实现了显著的节能降耗效果。例如,郑州新区污水处理厂采用上述措施后,单位吨水能耗降低8%-16%,单位吨水药剂(除磷、碳源)耗量降低15%-50%。
资源循环利用:标杆厂注重资源的循环利用,如通过厌氧消化和热干化工艺实现污泥中热能的回收利用,以及利用光伏发电技术为厂区提供清洁能源。这些措施不仅降低了运营成本,还减少了对环境的压力。
二、国外领先程度
与国外相比,国内污水处理绿色低碳标杆厂的指标在某些方面已达到或接近国际先进水平,但在某些方面仍有提升空间。
技术水平:国内标杆厂采用的技术在国际上具有一定的竞争力。但值得注意的是,一些发达国家在污水处理技术方面有着更长的历史和经验积累,可能拥有更为成熟和先进的技术。
能源自给率:在能源自给方面,国内标杆厂虽然已有一定的进展,但与一些发达国家相比仍有一定差距。例如,丹麦的Marselisborg污水处理厂通过沼气发电实现了100%的能量自给,并有50%的电力盈余。
碳排放量:国内标杆厂在降低碳排放方面取得了显著成效,但与国际先进水平相比仍有提升空间。随着全球气候变化问题的日益严重,未来在降低污水处理过程中的碳排放量方面将面临更大的挑战。
三、总结
综上所述,国内污水处理绿色低碳标杆厂的指标在国内处于领先地位,并在国际上具有一定的竞争力。但与一些发达国家相比,在技术水平、能源自给率和碳排放量等方面仍有提升空间。未来,国内污水处理行业应继续加强技术创新和产业升级,推动绿色低碳发展,为实现碳达峰和碳中和目标做出贡献。
两份重磅文件均强调要建“污水处理绿色低碳标杆厂”,何为“标杆”?
来源:中国环境
《中共中央 国务院关于全面推进美丽中国建设的意见》(以下简称《意见》)近日发布,提出要“建设污水处理绿色低碳标杆厂”。
此前不久,国家发改委、住建部、生态环境部联合印发《关于推进污水处理减污降碳协同增效的实施意见》(发改环资〔2023〕1714号,以下简称《实施意见》),对此有更细致的说明,即“2025年建成100座能源资源高效循环利用的污水处理绿色低碳标杆厂”。
何为“绿色低碳标杆”,评价标准是什么?目前,国家层面尚未有进一步的说明,但企业跃跃欲试,参与积极性高,迫切地需要专业的分析和指点。为此,记者多方采访了水环境领域专家,共同探讨这一问题。
抓住“绿色”“低碳”两个关键词,
缺一不可
“污水处理绿色低碳标杆厂”的概念首次出现,是在2023年7月由国家发改委等三部委联合印发的《环境基础设施建设水平提升行动(2023—2025年)》中,但是什么时候建、建多少座,文件中没有提及。近日印发的《实施意见》第一次给出了时间表。
中国城市规划设计研究院副总工程师、中规院(北京)规划设计有限公司生态市政院院长、教授级高级工程师王家卓告诉本报记者:“考虑到离2025年还有两年时间,这些绿色低碳标杆厂应该是从已建成的污水处理厂中遴选。要选出这些‘标杆厂’,选择的标准很重要。很显然,这里边有两个关键词,一是低碳,二是绿色。”
“低碳”的重要性毋庸置疑。专家认为,此次发布的《实施意见》和之前发布的有关污水处理提质增效的文件相比,最大的区别在于更加关注碳达峰碳中和战略目标以及全球气候变暖等问题。
《实施意见》明确提出减少温室气体排放。科学开展污水管网清淤管护,减少甲烷排放。支持依法依规将上游生产企业可生化性强的废水作为下游污水处理厂碳源补充。加强高效脱氮除磷等低碳技术应用,减少脱氮过程氧化亚氮逸散。
王家卓说:“要衡量污水处理厂是否低碳,就必须对其碳排放进行评估和计量,这方面目前还没有国家标准。前段时间,中国城镇供水排水协会发布的《城镇污水处理厂碳减排评估标准》可以作为参考。”
此外,2022年,中国环保产业协会发布了我国污水处理领域首个低碳团体标准——《污水处理厂低碳运行评价技术规范》(T/CAEPI49 — 2022) 。这一标准规范了污水处理企业的碳排放核算方法、评价方法等,也可以作为参考。
同时,王家卓强调:“污水处理绿色低碳标杆厂不等于低碳污水处理厂,选择的标准里还需要考虑‘绿色’的相关指标。文件中明确提出,‘能源资源高效循环利用’,这为‘绿色’相关指标的选取指明了大致方向。”
如何才能做到“标杆”?
《实施意见》提出,开展节能降碳改造、减少温室气体排放、加大科技支撑等,蕴含了“标杆厂”的内涵。
山西省城镇排水专业委员会专家委员郝晓光告诉记者:“在‘低碳’方面,在明确合理排放标准的前提下,申请成为标杆的污水处理厂应具备全过程的碳排放核算能力。针对污水处理全过程的碳排放有完整的监控核算体系,能够明确各个环节的碳排放量,才具备低碳运行的基础。其次,污水处理厂应有针对性地采取温室气体减排措施,并取得一定的减排效果。比如,改造或者新建了低碳运行的设备设施,在资源再生利用、新能源生产利用等方向上有投入和成效。最后,污水处理厂应建立精细化管控体系,应用数据技术完成低碳节能运行。”
符合减污降碳要求的污水处理技术和工艺有哪些?一位水环境领域资深专家向记者介绍:“我们对长江流域污水处理厂的主流工艺技术进行分析发现,如果只按照水质指标进行衡量,微滤、超滤、反渗透等膜法都是好方法。但考虑到碳排放,膜法要使用动力,电耗自然就比非膜法要多。从这个角度看,膜法不是一种低碳的理想方法,而微絮凝过滤等传统方法比膜法的碳排放量要低很多。因此,‘生化处理+微絮凝过滤’比‘生化处理+膜过滤’可以更多地减碳。如何选择,要进一步权衡论证。目前,在遴选这100座污水处理标杆厂方面,还缺少更细致的、可操作性强的、可遵循的配套细则。标杆厂的吨水能耗、化学药剂使用量、碳排放量等要达到多少才符合要求,还不清楚,但是大方向已经明确。”
王家卓认为,《实施意见》中也提出,要“加快制定《协同降碳绩效评价城镇污水处理》国家标准,适时开展绩效评价工作。”“鼓励标杆厂实施 ‘厂—网—河(湖)’一体化专业化运行维护,开展新理念、新技术、新设备的先行先试。”这也为有意申请成为标杆的污水处理厂提出了要求,指明了方向。
原标题:《两份重磅文件均强调要建“污水处理绿色低碳标杆厂”,何为“标杆”?》
低温主流厌氧氨氧化三年运行经验:丹麦案例
来源: IWA微信公众号
本月IWA微信公众号曾向大家介绍过 丹麦污水厂如何通过全面的运行优化措施实现了能量自给 。2016年底,国际著名科学期刊《新科学家 (New Scientist) 》报道了Aarhus将成为世界上第一个用污水处理回收的能量来给市民提供自来水供给服务的城市。该市的Marselisborg 污水厂目前的产能能力估计在自身所需能耗的192%-230%的水平,能满足周边20万居民的供水能耗需求。据称这是全球首个单从污水中回收能量实现能量盈余的案例:他们没有在污水厂内盖光伏太阳能板,也没有建风力发电机或从添加餐厨垃圾协同消化,只是通过中温厌氧消化技术,从污水中回收沼气,再通过热电联产回收能量。
今天的推送我们将从另外一个角度带大家走近 Marselisborg 污水厂,了解他们在主流厌氧氨氧化上的尝试和经验。
图1.Marselisborg污水处理厂鸟瞰图 | 图源:BACWA.org
Marselisborg污水厂的升级工作早在2010年就开始了,经过多年的努力终于打造成了全球水务行业的新标杆。其升级内容包括了碳捕捉、厌氧氨氧化、ORC废气能量回收等工艺技术和更先进的控制系统。2015年3月,他们安装了DEMON的侧流厌氧氨氧化反应器,来处理厌氧消化的高氨氮出水。同时,他们将DEMON的剩余污泥富集到主流中,企图实现一定程度的主流厌氧氨氧化,以进一步降低处理能耗。
图2.Marselisborg污水处理厂工艺流程图 | 图源:janeschipma.bloggersdelight.dk
这是一项开创性的长期实验,时间超过3年,研究团队想解答两个疑问:
在没有旋流分离器的情况下,厌氧氨氧化菌能否在留在主流里;
为了评估这次长期研究的效果,他们在2018年8月进行了两次采样,通过同位素示踪技术(15N原位标记),在10、20、30°C三个不同温度下,测量DEMON和主流活性污泥的anammox和反硝化率,主要考察内容包括:
(a)计算厌氧氨氧化和反硝化反应的温度依赖性;
(b)评估厌氧氨氧化菌对主流潜在低温的适应性;
(c)鉴定各反应器中的厌氧氨氧化和反硝化作用的相对重要性。
他们也想通过研究发现主流的厌氧氨氧化或反硝化作用是否会跟短程生物脱氮 (SBNR)相结合,例如DEMON工艺中的硝化-厌氧氨氧化反应。所以他们也就主流的DO、氨氮、硝态氮和亚硝态氮进行原位测量,分析氮转化的情况。
研究结果
温度依赖性显著
如下图1所示,厌氧氨氧化和反硝化反应显示了温度依赖性,在30°C时反应速率最高,而且温度对anammox菌影响更明显—— 10°C的速率和30°C的速率相差近10倍
图3. 左侧是DEMON,右侧是硝化/反硝化池的速率对比(灰色TSS, 黑色是VSS)。其中Anammox的速率是15N标记的 15 NH 4 -N生成的 29 N 2 -N来计算的;反硝化使用 15 NO 2 -N生成的 30 N 2 -N
主流的Anammox速率超低
结果显示,厌氧氨氧化是DEMON反应器中主要的异化脱氮路径,而反硝化是硝化/反硝化池中的主要脱氮路径。在30°C的DEMON里,厌氧氨氧化速率是反硝化的30倍,但在10°C的硝化/反硝化池里(丹麦非夏季温度),反硝化速率是厌氧氨氧化的115倍,在20°C的情况下(丹麦夏季温度),这差值更是升至173倍。因此在此研究里,Marselisborg污水厂主流脱氮里的anammox可以说是可以忽略不计的。
全硝化占优势
调查很大程度上排除了短程脱氮在该污水厂硝化/反硝化池存在的可能性。如下图2所示,曝气池里的氨氮大多氧化成硝态氮。他们认为亚硝态氮向硝态氮的转化非常之快,所以很难捕捉,而且此进程可以在胞内完成(例如通过可以一步硝化的comammox菌)。
图4.四种物质在硝化/反硝化池的浓度的时间序列。左、右两图的水深分别为1.5m和3-4m;a/b/c分别指靠近、位于和远离曝气区的情况。
图5. 硝化/反硝化池不同深度的氨氮净消耗速率和硝态氮和亚硝态氮的生成速率情况。a/b/c分别指靠近、位于和远离曝气区的情况
结果讨论
侧流厌氧氨氧化已在Marselisborg污水厂成功实施。因此他们想借此顺便测试主流厌氧氨氧化的可能性。之所以选择直接连续式的进料方式,是因为这样可以充分利用已有的设施,无需对工艺和反应池进行重新设计。尽管这次尝试非常具有开创性,应该是唯一一个在正常运行的污水厂里将anammox菌引入主流线的长期实验,但结果显示主流线中的厌氧氨氧化的反应速率只有反硝化的约1%。
研究团队在报告讨论部分对这个结果进行探讨。他们认为随着这些细菌存在温度依赖性,而且丹麦的气温偏低,这会影响厌氧氨氧化进程对低温的适应,但他们觉得这些不是唯一的原因。他们认为厌氧氨氧化菌的低丰度是乍眼看去一个信服的解释——在侧流DEMON里,旋流分离器帮助厌氧氨氧化颗粒的富集,其污泥颗粒比达22%。但在这次试验里,他们没有在主流里做颗粒截留富集的措施,也没有控制颗粒从DEMON到硝化/反硝化的转移。
另外,Marselisborg污水厂的SRT为6-12天,作者认为SRT不够长也可能影响了anammox菌的生长。因此他们认为可以尝试通过延长SRT来增加细菌的截留率,例如将SRT和HRT进行分离,但这需要重新设计工艺,以及提高A段初始污泥的提取率,让主流工艺变得更像DEMON,只是温度更低,而C含量更高而已。他们提议的另一个可能就是安装旋流分离器这样的设备或者生物膜载体,因为有相关文献显示了可行性。
然而,作者也指出,上述的猜测可能只是亚硝态氮浓度低的结果,所以后者才是更深层次的原因。这么一来,如何强化亚硝化反应将成为关键,但这就需要为富集AOB菌和抑制NOB菌创造条件。丹麦天气的限制因素决定了不能通过提高温度来促进AOB菌的生长。但是他们认为调节pH可能是一个可行途径,因为NOB菌生长的最佳pH在7.2-7.6之间,而anammox不受低pH影响(6.7-8.3),因为将pH调至7.0左右来为AOB生长创造优势。
小结
需要提醒的是,丹麦人这次主流厌氧氨氧化实验的结果并不能说明主流厌氧氨氧化行不通,毕竟它只解答了两个疑问,而且有很多限制条件。虽然这次研究本身显示的结果并不成功,但也为我们带来宝贵的数据,同时也说明如果只是简单地引入anammox菌,不对主流工艺进行重新设计和控制的话,是不能顺利实现主流厌氧氨氧化的。
Marselisborg污水厂低于主流厌氧氨氧化的探索仍在继续,大家可以持续关注丹麦在这方面的研究进展。想了解这次研究更多细节的读者,可以访问国际水协会期刊《Water Science & Technology》以下网址下载并查阅原文:
由于疫情带来的诸多限制,原定于明年在丹麦首都哥本哈根举办的IWA世界水大会现已决定延期至2022年9月。届时,世界水大会也会安排对丹麦污水厂的技术参观,带大家近距离了解丹麦在污水处理能耗自给和碳中和上的经验,欢迎大家关注和参与。
丹麦再造童话,打造真正的能量自给污水厂
视频:Danfoss公司关于Marselisborg污水厂介绍视频
Aarhus是北欧国家丹麦的第二大城市,人口规模约30万,距丹麦首都哥本哈根有三个多小时的车程。这里有一座叫Marselisborg 的污水厂,很多当地居民估计也从未听过。不过在2016年国际能源署(IEA)发布了《世界能源展望2016》之后,这座污水厂吸引了世界各地专家团的拜访。原因是由于这座污水厂的改造,Aarhus成为全球首个用污水处理回收的能量来满足本地自来水供给服务能耗需求的城市。
图. Marselisborg污水厂 | 图源:Aarhus Vand
污水厂实现100%的能量自给,也不算新闻了。在污水厂内盖太阳能板,安装风力发电机,以及添加外源餐厨垃圾和污泥协同消化都可以算是污水厂的产能途径。
但在水务同行看来,这几种实现能量自给的方式都有“作弊”嫌疑。Marselisborg污水厂的特别之处在于,它仅从进水中蕴含的能量就能实现能量盈余。它是怎么做到的呢?
长期规划
为山九仞,岂一日之功。Aarhus水务早在2006年就开始积极筹划水务运营的节能减耗大计。首先,他们将当地14座污水处理厂精简为4座,未来将进一步缩减为2座,包括最大的Marselisborg污水厂和十多公里外的Egaa污水厂。Marselisborg污水厂日平均处理量为27,500m³,约20多万的人口当量。通过10年的优化,该污水厂在没有添加外来有机废物的情况下,从污水中回收沼气,选择中温厌氧消化工艺(38°C),再将沼气通过热电联产回收能量。该污水厂在2016年的污水产电量就能满足自身的能耗,而且还有约50%(2014年为40%)的电力盈余。除此以外,还有2.5GW的热能可输送给当地的供暖系统。经过对污水处理厂系统的不断优化,Aarhus水务的水圈已经实现完全的能量中和。
多管齐下
显然,仅仅使用传统的厌氧消化是不足以帮助Marselisborg污水厂实现能量盈余的,它的运行优化是全方位的。
SCADA系统是其中的基础。SCADA是数据采集与监视控制系统的英文缩写,总投入40万欧元。Aarhus水务的总工程师Per Overgaard Pedersen说:“SCADA的优化包括了对氨氮、磷水平的监控,以及一些设备上的变频器控制,这些优化是电耗可以降低的最大贡献来源。这部分投资的回报期只需2-3年。” Pedersen先生说的变频器(VFD)几乎安装在了污水厂的所有旋转设备中,包括鼓风机、提升泵、搅拌设备和脱水泵。变频器帮助工厂以最大的灵活性来适应每日污水进水负荷的变化。他们使用的是Danfoss的VLT®变频器。
图. Marselisborg污水厂70%的节能归功于先进的SCADA控制系统 | 图源:IWA
2014年,Marselisborg污水厂对污泥处理线进行了升级,引进了先进的侧流厌氧氨氧化DEMON®工艺,投资成本约40万欧。“这套系统的一个好处是它每年能让我们节省约8万欧的污水税,因为它能使污水厂的出水总氮值减少2mg/L。” Pedersen评论道。此外,厌氧氨氧化工艺也为污水厂每年节省5万kWh的电耗。
之后,他们新增购了一台污泥脱水离心机,对消化反应器的剩余污泥进行脱水。这些污泥最终还会成为农用肥料。能效更高的离心机能为厂区每年节省5万KWh电耗。
除了节流,Aarhus污水厂也很重视开源的工作。污水厂有三个厌氧消化反应器。为了提高产电效率,他们新购了两台250kW和一台355kW的热电联产单元,总投资约170万欧。
Marselisborg污水厂能耗优化措施一览:
图.更高效的涡轮压缩机、热电联产内燃机、热交换器和变频器 | 图源:Aarhus Vand
改进成果
正如上述所说,SCADA的引入对污水工艺的许多细节进行了优化,加上其他设备的升级,污水厂的年电耗一共节省了约1GWh,污水厂电耗从2005年的4.2GWh降至2016年的3.15GWh,减幅约25%,相当于节省了8.7万欧元的电费,处理一吨水的能耗降至0.25kWh/m³。
2016年,Marselisborg污水厂的总产电量4.8GWh,这意味着厂区的发电量比电耗多出53%,这些多余的电能会卖给国家电网,此外还有大约2.5GWh的多余的热能直接用于地区供热,创收约5.5万欧元。这些成效是在没有添加外来的餐厨垃圾等有机废弃物或碳源的情况下取得的。通过这些能源交易,污水厂的产能能够抵消水务公司其他业务的能耗,包括地下水开采、饮用水处理、饮用水和污水运输以及污水厂自身的运行。
据Pedersen介绍,整个项目花费约300万欧元。其中90%由水务公司自己投资,10%由政府资助。但掐指一算,因为余电和余热的销售每年可收入约32.6万欧元,节能设备能每年减少约20.6万欧元,加上每年8万欧元排污税的节省,污水厂每年一共可节省超过60万的费用,也就是说这笔投资不用5年就能回收成本。因为维护成本的降低和并网电量的增加,这项目也得到了市民的支持,因为他们是最终的受益者——水价降低了!
下一个十年?
Marselisborg污水厂在2006-2016年间的升级改造显然已经相当成功。但Aarhus水务并不满足以此。他们已经为未来做好了准备——“在未来10年,我们会进一步将目前的4个污水厂减至2个,我们还打算打造一个全新的、处理能力更大的Marselisborg污水厂,为50万人服务”, Aarhus水务的总工程师Pedersen先生说。“这里确实没有多余的扩建空间,但新的污水厂会给我们一个机会,将目前我们知道的最好的技术方案与实践融入其中,而且不仅是污水处理本身,还包括资源回收等等方面。”
图.Marselisborg 污水厂已经改名为Aarhus Rewater
Pedersen先生指的最好的技术方案包括了更好的碳捕捉、主流厌氧氨氧化、ORC废气能量回收等工艺技术和更先进的控制系统,涉及的公司包括了Salsnes、EssDe™ 和 DEMON ™ 等。为了更好地对外宣传Marselisborg 污水厂,Aarhus水务也赋予了它一个新的名字--Aarhus Rewater。
Marselisborg污水厂的升级工作早在2010年就开始了,经过多年的努力终于打造成了全球水务行业的新标杆。“Aarhus模式”显然吸引到了世界各地的效仿:过去几年里,除了北欧邻国,Pederson先生也已经接待过来自法国、塞尔维亚、以及更远的阿根廷、南非、印度、美国的代表团。
中国的污水厂是否也为下个十年做好准备了呢?相信中国不少地方也想复制这个“丹麦童话”。2021年5月的IWA世界水大会将在丹麦首都哥本哈根举办,届时大家将有机会通过技术参观对Aarhus水务的Marselisborg污水厂有更多的了解。
来源: 本文来自IWA国际水协会