三招搞定污水處理廠高耗能問題
【合肥純水設(shè)備行業(yè)新聞】
降低電耗，就是降低碳排放。針對高能耗的問題，許多污水廠也進行了各種升級改造，改造升級路子通常有3條，提升污水廠運營管理水平、提高污水處置過程中的能源回收率及尋找能源替代。
污水處置這個事，聽起來似乎是個環(huán)保的事，但實際上并不完全是這么回事。大家也知道，污水處置行業(yè)是個高能耗行業(yè)，尤其是環(huán)保督察和排放規(guī)范越來越嚴格的形勢下，污水廠不惜過量投入電耗，以高能耗換取高水質(zhì)。耐久以來，污水處置廠至少有50%利息來源于電費。據(jù)統(tǒng)計，污水處置電耗大約占全社會總電耗的1%
污水廠“節(jié)能降耗”口號喊了幾十年，以前是為了降成本，而現(xiàn)在碳中和的大背景下，碳減排又成了一個重要目標。據(jù)統(tǒng)計，污水處置行業(yè)的碳排放量約占全社會總排放量的1%而污水廠因為耗電所形成的碳排放，大概占全社會總排放的0.5%
所以說，降低電耗，就是降低碳排放。針對高能耗的問題，許多污水廠也進行了各種升級改造，筆者總結(jié)了一下，通常有3條路徑。
1提升污水廠運營管理水平
首先我要明白，污水廠的高能耗是什么原因?qū)е碌囊皇锹浜蟮墓に囋O(shè)備，二是粗放的運營管理。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復雜。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行能耗審計工作，對污水處置各環(huán)節(jié)的能耗進行統(tǒng)計分析。這樣做的好處，一個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；第二是通過與行業(yè)的能耗基準作對比，可以找出能耗較高的工藝環(huán)節(jié)，進而制定具體的節(jié)能計劃。
一個典型案例是德國的Bochum-?lbacht污水處置廠。這個污水廠的進水COD=380mg/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2013年進行升級改造的先說結(jié)論，這家污水廠改造之前全年總耗電量為12.77GWh改造之后，全年總耗電量為5.1GWh降耗率高達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？
該廠采用三段進水前置反硝化工藝，改造手段包括2局部：
1進行工藝流程的優(yōu)化。
將原來的單點進水改為3點進水，并且去掉了第23段的內(nèi)回流，只保管第一段的內(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)
二是對設(shè)備進行優(yōu)化，選用更加先進節(jié)能的曝氣器以及攪拌器。
改造后，內(nèi)回流的降耗率高達95.7%整體的降耗率達到30.3%
工藝設(shè)計有問題，往往就隨同著高能耗的問題，尤其是國市政設(shè)計單位為保證污水處置廠出水穩(wěn)定達標，設(shè)計時取值比較保守，但污水處置廠在實際運行中，平均污水進水濃度及進水量遠達不到設(shè)計水平，負荷率偏低，許多污水處置廠設(shè)備存在大馬拉小車”情況，使得噸水電耗偏高。
再來說運營管理。這個大家應(yīng)該都深有體會，目前大多數(shù)污水廠為了出水達標，會過度使用化學藥劑，而粗放的加藥方式以及曝氣方式都會增加污水廠的電耗，現(xiàn)在凡事都講究數(shù)字化、智能化，要解決的就是這個問題。
2提高污水處置過程中的能源回收率
污水處置中有兩個途徑可以回收能量，一個是剩余污泥的利用，另一個是污水廠尾水中余溫熱的利用。
剩余污泥可以通過厭氧消化發(fā)生沼氣，再進行熱電聯(lián)產(chǎn)，可供污水廠使用。不過這里存在一個問題，那就是沼氣的發(fā)生量取決于剩余污泥量，而剩余污泥量又跟進水有機物濃度(COD有關(guān)，而我國進水碳源又是普遍缺乏的搞定水中的污染物已經(jīng)是心有余而力不足，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，這也有解決的方法，有些污水廠會同時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，發(fā)生了1+1>2效果。奧地利的一個工程案例中，共消化中添加有機廢棄物至25%有機負荷增加了94%而沼氣產(chǎn)量可以增加2倍。
另外一個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，國際上先進的碳源分離技術(shù)主要為一級化學強化法、高負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。這個熱能可以通過水源熱泵進行回收，由于污水中的余溫熱不太受重視，應(yīng)用的比較少，大家可能對此沒啥概念。
拿上面的COD化學能來做比較，根據(jù)研究顯示，鄉(xiāng)村污水中化學能約占總潛能值的10%而污水的余溫熱能占了90%如果把污水余溫熱能利用起來，污水處置廠就能實現(xiàn)從“耗能大戶”能源工廠”華麗轉(zhuǎn)身。
這種熱能的應(yīng)用場景也比較廣泛，可以用于污水處置廠自身和周邊(35km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。比方，冬天的時候，生物處置系統(tǒng)效果下降，就可以利用污水余溫熱給生物系統(tǒng)供熱，既不會增加耗電本錢，又能為碳中和出一份力。
如果說污水廠要做到碳中和，那么光靠污水化學能是不夠的研究標明，污水化學能僅能彌補53%污水處置運行能耗，而剩余47%能量赤字怎么彌補呢，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，也是因為它有很大的局限性：一個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。遠距離輸送會導致熱量損失，而且會增加成本。
另一個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)濟上的支持，目前我國這方面做的還比較欠缺。
3尋找能源替代
這幾年最熱的新能源就是太陽能了國光伏產(chǎn)業(yè)在政策的扶植之下，發(fā)展迅猛，國家也曾鼓勵污水處置企業(yè)多多利用自身的場地空間，自己發(fā)電自己用，以彌補自己能量上的缺口。
很多污水廠也響應(yīng)號召，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置廠。通過在污水處置廠的氧化溝和沉淀池上方空間布排光伏組件，有效地實現(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，相當于每年節(jié)約規(guī)范煤3936噸，減排二氧化碳11965噸，降低碳粉塵排放3264噸，節(jié)省電費支出70萬元以上。
不過我也能發(fā)現(xiàn)，污水廠+光伏的模式并沒有大規(guī)模落地，其中很重要的一點就是利息問題。光伏發(fā)電有個很大的特點，就是發(fā)電量很不穩(wěn)定，需要增加儲能設(shè)備，發(fā)電多的時候貯存起來，少的時候就可以用存起來的電量。但是加上儲能設(shè)備，又是一筆非常大的本錢，這對于搞光伏發(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)的儲能設(shè)備，相當于是多了一筆重資產(chǎn)，對于企業(yè)來講，一筆很大的負擔，所以水處理+光伏的模式，不是每個污水廠都能搞的
4寫在最后
碳中和的大背景下，未來的污水廠勢必會向精細化、低碳化的方向發(fā)展，而現(xiàn)在每座污水廠，都要不斷積累轉(zhuǎn)型的經(jīng)驗，不時進行優(yōu)化升級，才干不被時代所淘汰。
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