一年節(jié)省電費(fèi)70萬!三招搞定污水處理廠高耗能問題
作品來源:環(huán)保圈
作者:繆繆
污水處理這個(gè)事,聽起來似乎是個(gè)環(huán)保的事,但實(shí)際上并不完全是這么回事。
大家也知道,污水處理行業(yè)是個(gè)高能耗行業(yè),尤其是在環(huán)保督察和排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格的形勢下,污水廠不惜過量投入電耗,以高能耗換取高水質(zhì)。
長久以來,污水處理廠至少有50%的成本來源于電費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì),污水處理電耗大約占全社會(huì)總電耗的1%。
污水廠“節(jié)能降耗”的口號(hào)喊了幾十年,以前是為了降成本,而現(xiàn)在,在碳中和的大背景下,碳減排又成了一個(gè)重要目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì),污水處理行業(yè)的碳排放量約占全社會(huì)總排放量的1%,而污水廠因?yàn)楹碾娝纬傻奶寂欧牛蟾耪既鐣?huì)總排放的0.5%。
所以說,降低電耗,就是降低碳排放。
針對(duì)高能耗的問題,許多污水廠也進(jìn)行了各種升級(jí)改造,筆者總結(jié)了一下,通常有3條路徑。
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提升污水廠運(yùn)營管理水平
首先我們要明白,污水廠的高能耗是什么原因?qū)е碌模?span style="font-weight: bolder;">一是落后的工藝設(shè)備,二是粗放的運(yùn)營管理。
先說工藝設(shè)備。落后的設(shè)備能耗高,這是毋庸置疑的,只要淘汰換新就行,但是工藝的話就稍微有點(diǎn)復(fù)雜。要想從工藝環(huán)節(jié)降低能耗,首先就要知道污水廠的電到底耗在哪里了,這就需要進(jìn)行能耗審計(jì)工作,對(duì)污水處理各環(huán)節(jié)的能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
這樣做的好處,一個(gè)是大概能確定自己有多大的節(jié)能潛力,好制定節(jié)能目標(biāo);第二是通過與行業(yè)的能耗基準(zhǔn)作對(duì)比,可以找出能耗較高的工藝環(huán)節(jié),進(jìn)而制定具體的節(jié)能計(jì)劃。
一個(gè)典型案例是德國的Bochum-Ölbachtal污水處理廠。
這個(gè)污水廠的進(jìn)水COD=380 mg/L,接近我國市政污水COD高值,比較具有借鑒意義。
這家污水廠是在2013年進(jìn)行升級(jí)改造的,先說結(jié)論,這家污水廠改造之前全年總耗電量為12.77 GW·h,改造之后,全年總耗電量為5.1 GW·h,降耗率高達(dá)30%。
那么這家污水廠是如何通過調(diào)整工藝流程降低能耗的呢?
該廠采用三段進(jìn)水前置反硝化工藝,改造手段包括2部分:
1、進(jìn)行工藝流程的優(yōu)化。
將原來的單點(diǎn)進(jìn)水改為3點(diǎn)進(jìn)水,并且去掉了第2、3段的內(nèi)回流,只保留第一段的內(nèi)回流,且根據(jù)第一段末端硝酸鹽(NO3-)濃度高低選擇性開啟,以提高反硝化程度,這樣做的好處是可以減少內(nèi)回流泵的能耗。(改造后工藝流程如下圖)
二是對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化,選用更加先進(jìn)節(jié)能的曝氣器以及攪拌器。
改造后,內(nèi)回流的降耗率高達(dá)95.7%,整體的降耗率達(dá)到了30.3%。
工藝設(shè)計(jì)有問題,往往就伴隨著高能耗的問題,尤其是我國市政設(shè)計(jì)單位為保障污水處理廠出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo),在設(shè)計(jì)時(shí)取值比較保守,但污水處理廠在實(shí)際運(yùn)行中,平均污水進(jìn)水濃度及進(jìn)水量遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)水平,負(fù)荷率偏低,許多污水處理廠設(shè)備存在“大馬拉小車”情況,使得噸水電耗偏高。
再來說運(yùn)營管理。這個(gè)大家應(yīng)該都深有體會(huì),目前大多數(shù)污水廠為了出水達(dá)標(biāo),會(huì)過度使用化學(xué)藥劑,而粗放的加藥方式以及曝氣方式都會(huì)增加污水廠的電耗,現(xiàn)在凡事都講究數(shù)字化、智能化,要解決的就是這個(gè)問題。
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提高污水處理過程中的能源回收率
污水處理中有兩個(gè)途徑可以回收能量,一個(gè)是剩余污泥的利用,另一個(gè)是污水廠尾水中余溫?zé)岬睦谩?/span>
剩余污泥可以通過厭氧消化產(chǎn)生沼氣,再進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn),可供污水廠使用。不過這里存在一個(gè)問題,那就是沼氣的產(chǎn)生量取決于剩余污泥量,而剩余污泥量又跟進(jìn)水有機(jī)物濃度(COD)有關(guān),而我國進(jìn)水碳源又是普遍不足的,搞定水中的污染物已經(jīng)是心有余而力不足,到了剩余污泥這一步,剩下的碳源就更少了,所以通過剩余污泥回收的能量,相比于污水廠自身消耗的能量,還是小巫見大巫。
不過,這也有解決的辦法,有些污水廠會(huì)同時(shí)收集廠外生物廢棄物與污泥共消化,這樣既增加了沼氣產(chǎn)量,又減少了廢棄固體量,產(chǎn)生了1+1>2的效果。在奧地利的一個(gè)工程案例中,共消化中添加有機(jī)廢棄物至25%,有機(jī)負(fù)荷增加了94%,而沼氣產(chǎn)量可以增加2倍。
另外一個(gè)解決辦法是碳源分離技術(shù)。這種技術(shù)可以使污水中大部分COD進(jìn)入到污泥中,提高污泥厭氧消化的產(chǎn)能效率。目前,國際上先進(jìn)的碳源分離技術(shù)主要為一級(jí)化學(xué)強(qiáng)化法、高負(fù)荷活性污泥法以及厭氧膜生物反應(yīng)器法。
另外一種能源回收方法是利用污水中的熱能。這個(gè)熱能可以通過水源熱泵進(jìn)行回收,由于污水中的余溫?zé)岵惶苤匾,?yīng)用的比較少,大家可能對(duì)此沒啥概念。
我們拿上面的COD化學(xué)能來做比較,根據(jù)研究顯示,城市污水中化學(xué)能約占總潛能值的10%,而污水的余溫?zé)崮苷剂?0%,如果把污水余溫?zé)崮芾闷饋,污水處理廠就能實(shí)現(xiàn)從“耗能大戶”到“能源工廠”的華麗轉(zhuǎn)身。
這種熱能的應(yīng)用場景也比較廣泛,可以用于污水處理廠自身和周邊(3~5 km)建筑供熱或者制冷、溫室供暖,甚至還可直接用于厭氧消化器加熱、污水冬季加熱、污泥干化等。
比如,在冬天的時(shí)候,生物處理系統(tǒng)效果下降,就可以利用污水余溫?zé)峤o生物系統(tǒng)供熱,既不會(huì)增加耗電成本,又能為碳中和出一份力。
如果說污水廠要做到碳中和,那么光靠污水化學(xué)能是不夠的,研究表明,污水化學(xué)能僅能彌補(bǔ)53%污水處理運(yùn)行能耗,而剩余47%能量赤字怎么彌補(bǔ)呢,目前來看最可靠的就是利用污水熱能了。
但是污水熱能之所以還沒有被利用起來,也是因?yàn)樗泻艽蟮木窒扌裕阂粋(gè)是,污水熱能屬于低品位熱能(50-60℃),不能用于發(fā)電,只能直接利用,而且熱量有效輸送半徑才有3-5公里。遠(yuǎn)距離輸送會(huì)導(dǎo)致熱量損失,而且會(huì)增加成本。
另一個(gè)是,作為一種清潔回收能源,想要發(fā)展起來,政府部門的支持是必不可少的。不光是政策、立法,更要有經(jīng)濟(jì)上的支持,目前我國這方面做的還比較欠缺。
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尋找能源替代
這幾年最熱的新能源就是太陽能了,我國光伏產(chǎn)業(yè)在政策的扶植之下,發(fā)展迅猛,國家也曾鼓勵(lì)污水處理企業(yè)多多利用自身的場地空間,自己發(fā)電自己用,以彌補(bǔ)自己能量上的缺口。
很多污水廠也響應(yīng)號(hào)召,和光伏組起了CP。
水處理+光伏的好處很明白,首先是發(fā)的電可以供污水廠自己使用,從而降低電耗成本,做的好的甚至還能向電網(wǎng)供電,或許還能有額外的收益;其次是,對(duì)于污水廠的轉(zhuǎn)型具有重大意義。
最典型的就是王小郢污水處理廠。通過在污水處理廠的氧化溝和沉淀池上方空間布排光伏組件,有效地實(shí)現(xiàn)了土地及空間資源的二次開發(fā)利用。每年可提供約1200萬度綠色清潔電能,相當(dāng)于每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤3936噸,減排二氧化碳11965噸,降低碳粉塵排放3264噸,節(jié)省電費(fèi)支出70萬元以上。
不過我們也能發(fā)現(xiàn),污水廠+光伏的模式并沒有大規(guī)模落地,其中很重要的一點(diǎn)就是成本問題。光伏發(fā)電有個(gè)很大的特點(diǎn),就是發(fā)電量很不穩(wěn)定,需要增加儲(chǔ)能設(shè)備,發(fā)電多的時(shí)候儲(chǔ)存起來,少的時(shí)候就可以用存起來的電量。但是加上儲(chǔ)能設(shè)備,又是一筆非常大的成本,這對(duì)于搞光伏發(fā)電站的國企來說,都是不小的壓力,更何況是污水廠。
如果污水廠都加上光伏,就還要配置相應(yīng)的儲(chǔ)能設(shè)備,相當(dāng)于是多了一筆重資產(chǎn),對(duì)于企業(yè)來講,是一筆很大的負(fù)擔(dān),所以水處理+光伏的模式,不是每個(gè)污水廠都能搞的。
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寫在最后
在碳中和的大背景下,未來的污水廠勢必會(huì)向精細(xì)化、低碳化的方向發(fā)展,而現(xiàn)在的每座污水廠,都要不斷積累轉(zhuǎn)型的經(jīng)驗(yàn),不斷進(jìn)行優(yōu)化升級(jí),才能不被時(shí)代所淘汰。