污水處理需要消耗大量能源，約占全球總能源需求的1-3%。市政公用事業(yè)的電能消耗中有超過20％用于城市污水廠的運(yùn)行。如何能夠提高能效？這是每個污水廠都想找到答案的問題。
在循環(huán)型經(jīng)濟(jì)理念的引領(lǐng)下，我們看到越來越多的污水廠正從傳統(tǒng)的能耗單元向產(chǎn)能單元轉(zhuǎn)型。2021年2月23日，國際水協(xié)會(IWA)的資源回收工作組（IWA Cluster for Resource Recovery in Water）舉辦了主題為Tapping power of wastewater的全球網(wǎng)絡(luò)研討會, 圍繞污水處理的能源回收進(jìn)行探討。本期微信我們一起來回顧一下來自芬蘭和丹麥的兩個污水廠能量回收案例。Kakolanmäki 污水廠位于芬蘭最古老的城市圖爾庫（Turku）。這是一座地下污水廠，就位于城市中心，于2009年開始投產(chǎn)，處理人口當(dāng)量為30萬，接收市政污水和部分工業(yè)廢水，日平均流量為90000m³。該污水廠為圖爾庫市下面14個市政廳所有，并由圖爾庫地方污水公司運(yùn)營。
圖. Kakolanmäki位于城市中心地底下 | 圖源: YouTube@Turun seudun puhdistamo Oy
Turku地方污水公司的代表Jarkko Laanti先生給我們介紹了污水廠的工藝情況。Kakolanmäki 污水廠有四條平行處理線，包括了傳統(tǒng)活性污泥法的預(yù)處理、初沉池、生物曝氣池、二沉池和砂濾。有機(jī)物去除率為99%，除磷率達(dá)99%，脫氮率為85%(當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)只需75%)。2017年的數(shù)據(jù)顯示一噸水的污水處理費(fèi)用為0.53歐。
Kakolanmäki 污水廠在能效管理上有多個亮點(diǎn)：建造熱泵站將處理后的污水中的熱能加以利用。當(dāng)?shù)氐哪茉垂綯URKU ENERGIA用污水來制熱和制冷，制熱功率為40MW，制冷為26MW。這個熱泵站每年的制熱輸出量為200GWh，制冷為20GWh，滿足Turku市14%的供暖需求和100%的制冷需求。每年為圖爾庫市減少80000噸的碳排放量。
圖. 熱泵設(shè)備外觀 | 圖源：Turun seudun puhdistamo Oy污泥厭氧產(chǎn)生物沼氣后提純制作液化天然氣。污水廠將污泥的厭氧消化處理外包給Gasum 公司，后者是芬蘭一家（天然及生物質(zhì)）氣體專業(yè)供應(yīng)商。生物沼氣站Topinoja Turku歸Gasum公司所有，并由Gasum運(yùn)營。處理規(guī)模為每年75000噸，其中有40000-50000噸來自Kakolanmäki污水廠。沼氣站采用中溫消化工藝，每年可以生產(chǎn)460萬立方米的生物沼氣，相當(dāng)于30GWh的能源量。沼氣提純后生成的液化天然氣作為公交燃料。
從壓縮機(jī)和新風(fēng)系統(tǒng)中回收余熱，滿足300個家庭的能耗需求。污水廠2020年的統(tǒng)計(jì)顯示，污水廠的總能耗為21042MWh，而回收的能量卻多達(dá)211415MWh。回收的能量比率已經(jīng)達(dá)到1000%�？梢钥吹剑饕暙I(xiàn)來自熱泵站的熱能回收。看來除了我們熟知的協(xié)同消化，熱泵也是幫助污水廠實(shí)現(xiàn)能量盈余的強(qiáng)力武器。
除了通過熱電聯(lián)產(chǎn)回收能源，他們通過蒸發(fā)-氣提回收廢液中的氨氮，還會回收剩余沼渣的營養(yǎng)物堆肥農(nóng)用。同時他們還在進(jìn)行生物炭生產(chǎn)的中試測試。BIOFOS是丹麥哥本哈根的污水處理公司，負(fù)責(zé)Lynetten、Avedøre和Damhusåen三座污水廠，處理污水規(guī)模約200萬人口當(dāng)量。' fill='%23FFFFFF'%3E%3Crect x='249' y='126' width='1' height='1'%3E%3C/rect%3E%3C/g%3E%3C/g%3E%3C/svg%3E)
圖. Lynetten是丹麥最大的污水廠 | 圖源：State of Green
三個污水廠都有污泥消化系統(tǒng)，總厭氧消化能力為60000立方米。其中Lynetten和Avedøre有污泥焚燒設(shè)備，其中Lynetten的規(guī)模最大，為14492噸/年(2017年數(shù)據(jù))。BIOFOS選擇污泥焚燒是處于多個原因的考慮：歷史層面，當(dāng)?shù)氐奈鬯性S多來自道路、屋頂和管道的鋅、鉛和銅等金屬；運(yùn)輸層面，避免了污泥的長距離運(yùn)輸；環(huán)境方面，焚燒可以去除微塑料和其他微污染物。圖. 污泥焚燒廠的工藝流程圖 | 圖源：BIOFOS污泥經(jīng)過消化和焚燒后，可以生成天然氣、地區(qū)供暖和電力等再生能源。
圖. BIOFOS的污泥能量回收形式 | 圖源：UrbanDanish
BIOFOS從2014年起就實(shí)現(xiàn)能量盈余。最新統(tǒng)計(jì)顯示，BIOFOS每年污水處理量為1.2億立方米。處理的能耗為59.5MWh，但售出的能量多達(dá)103MWh，能量回收率達(dá)173%，
除了通過污泥產(chǎn)能，污水廠本身也有其他提高能效的措施，例如升級曝氣系統(tǒng)，使用微孔曝氣，使曝氣能耗減少約57%。
在Damhusåen污水廠，他們廠區(qū)內(nèi)安裝光伏太陽能板，能覆蓋廠區(qū)9%的電耗。
除了改善能耗，BIOFOS在資源回收上也有不少嘗試，據(jù)他們的代表Dines Thornberg先生介紹，Avedøre污水廠參加了歐洲的一個POWER-TO-GAS項(xiàng)目BioCat。在該污水廠，他們進(jìn)行將二氧化碳變成甲烷的測試，進(jìn)一步提高生物沼氣的利用率。此外，他們正嘗試從灰渣中回收磷，因?yàn)檫@些灰渣含有8-10%的磷。今年春天會有一個中試測試。他們還嘗試通過高溫高壓的熱裂解技術(shù)從污泥中回收生物燃料。
丹麥和芬蘭的兩個案例都給我們展示了污水能量回收的潛力——通過合適的技術(shù)和設(shè)備，污水廠在不需要外源有機(jī)物的情況下就能實(shí)現(xiàn)能量盈余，而且是高達(dá)兩倍以上的盈余。兩個案例都是因地制宜的典范，根據(jù)各地地區(qū)的具體情況制定合適的方案，這給了世界其他地區(qū)的水務(wù)公司很好的參照。圖. 丹麥污水廠向資源回收工廠轉(zhuǎn)變的愿景 | 圖源：urban Danish
由于疫情帶來的諸多限制，原定于今年在丹麥?zhǔn)锥几绫竟e辦的IWA世界水大會(IWA World Water Congress)已決定延期至2022年9月。屆時，IWA世界水大會會安排對丹麥污水廠的技術(shù)參觀，帶大家近距離了解丹麥在污水能量回收方面的經(jīng)驗(yàn)，歡迎大家關(guān)注和參與。
更多關(guān)于IWA世界水大會的更新，可訪問大會官網(wǎng) https://worldwatercongress.org/
▌IWA中國合作伙伴-新加坡•南京生態(tài)科技島
新加坡•南京生態(tài)科技島項(xiàng)目是由江蘇省與新加坡共同推動，新加坡與南京共同開發(fā)建設(shè)的一個整體合作項(xiàng)目，是新蘇合作理事會框架下重要的區(qū)域性對外經(jīng)濟(jì)合作項(xiàng)目。全島聚焦搭建“人工智能+水科學(xué)”雙核驅(qū)動的產(chǎn)業(yè)體系，打造具有全球影響力的人工智能研發(fā)設(shè)計(jì)和應(yīng)用示范區(qū)，以及世界級水科學(xué)技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范區(qū)。
借鑒新加坡花園城市的成功經(jīng)驗(yàn)，匯集中新兩國智慧，合力打造一座集產(chǎn)業(yè)發(fā)展、低碳生活、旅游休閑等綜合功能為一體的“生態(tài)科技城，低碳智慧島”，面向未來的第四代城市典范。網(wǎng)站：http://www.sneco.comIWA微信已開通了原創(chuàng)保護(hù)功能，其他公眾號轉(zhuǎn)載不得修改其中的任何文字、圖片和排版，未經(jīng)授權(quán)不得擅自摘抄復(fù)制微信內(nèi)容
國際水協(xié)會（IWA）官網(wǎng) www.iwa-network.org
了解更多水行業(yè)前沿信息，敬請搜索關(guān)注國際水協(xié)會微信公眾號“IWA國際水協(xié)會”
也可長按下方二維碼，在彈出對話框中選擇“識別圖中二維碼”來關(guān)注我們。
▼ IWA公眾號二維碼
Together, towards a water wise worldIWA微信已開通了原創(chuàng)保護(hù)功能，其他公眾號轉(zhuǎn)載不得修改其中的任何文字、圖片和排版，未經(jīng)授權(quán)不得擅自摘抄復(fù)制微信內(nèi)容
國際水協(xié)會（IWA）官網(wǎng) www.iwa-network.org
了解更多水行業(yè)前沿信息，敬請搜索關(guān)注國際水協(xié)會微信公眾號“IWA國際水協(xié)會”
也可長按下方二維碼，在彈出對話框中選擇“識別圖中二維碼”來關(guān)注我們。
▼ IWA公眾號二維碼
Together, towards a water wise world
