一年節省電費70萬(wàn)！三招搞定污水處理廠(chǎng)高耗能問(wèn)題
2022-09-19 15:39:47
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, 污水廠(chǎng)“節能降耗”的口號喊了幾十年，以前是為了降成本，而現在，在碳中和的大背景下，碳減排又成了一個(gè)重要目標。據統計，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(chǎng)因為耗電所形成的碳排放，大概占全社會(huì )總排放的0.5%。
, 所以說(shuō)，降低電耗，就是降低碳排放。針對高能耗的問(wèn)題，許多污水廠(chǎng)也進(jìn)行了各種升級改造，筆者總結了一下，通常有3條路徑。
, 1提升污水廠(chǎng)運營(yíng)管理水平
, 首先我們要明白，污水廠(chǎng)的高能耗是什么原因導致的？一是落后的工藝設備，二是粗放的運營(yíng)管理。
, 先說(shuō)工藝設備。落后的設備能耗高，這是毋庸置疑的，只要淘汰換新就行，但是工藝的話(huà)就稍微有點(diǎn)復雜。要想從工藝環(huán)節降低能耗，首先就要知道污水廠(chǎng)的電到底耗在哪里了，這就需要進(jìn)行能耗審計工作，對污水處理各環(huán)節的能耗進(jìn)行統計分析。這樣做的好處，一個(gè)是大概能確定自己有多大的節能潛力，好制定節能目標；第二是通過(guò)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，進(jìn)而制定具體的節能計劃。
, 一個(gè)典型案例是德國的Bochum-?lbachtal污水處理廠(chǎng)。這個(gè)污水廠(chǎng)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(chǎng)是在2013年進(jìn)行升級改造的，先說(shuō)結論，這家污水廠(chǎng)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30%。
, 那么這家污水廠(chǎng)是如何通過(guò)調整工藝流程降低能耗的呢？
, 該廠(chǎng)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(lái)的單點(diǎn)進(jìn)水改為3點(diǎn)進(jìn)水，并且去掉了第2、3段的內回流，只保留第一段的內回流，且根據第一段末端硝酸鹽(NO3-)濃度高低選擇性開(kāi)啟，以提高反硝化程度，這樣做的好處是可以減少內回流泵的能耗。(改造后工藝流程如下圖)
, 二是對設備進(jìn)行優(yōu)化，選用更加先進(jìn)節能的曝氣器以及攪拌器。
, 改造后，內回流的降耗率高達95.7%，整體的降耗率達到了30.3%。
, 工藝設計有問(wèn)題，往往就伴隨著(zhù)高能耗的問(wèn)題，尤其是我國市政設計單位為保障污水處理廠(chǎng)出水穩定達標，在設計時(shí)取值比較保守，但污水處理廠(chǎng)在實(shí)際運行中，平均污水進(jìn)水濃度及進(jìn)水量遠達不到設計水平，負荷率偏低，許多污水處理廠(chǎng)設備存在“大馬拉小車(chē)”情況，使得噸水電耗偏高。
, 再來(lái)說(shuō)運營(yíng)管理。這個(gè)大家應該都深有體會(huì )，目前大多數污水廠(chǎng)為了出水達標，會(huì )過(guò)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(chǎng)的電耗，現在凡事都講究數字化、智能化，要解決的就是這個(gè)問(wèn)題。
, 2提高污水處理過(guò)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(chǎng)尾水中余溫熱的利用。
, 剩余污泥可以通過(guò)厭氧消化產(chǎn)生沼氣，再進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)，可供污水廠(chǎng)使用。不過(guò)這里存在一個(gè)問(wèn)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(guò)剩余污泥回收的能量，相比于污水廠(chǎng)自身消耗的能量，還是小巫見(jiàn)大巫。
, 不過(guò)，這也有解決的辦法，有些污水廠(chǎng)會(huì )同時(shí)收集廠(chǎng)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(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)主要為一級化學(xué)強化法、高負荷活性污泥法以及厭氧膜生物反應器法。
, 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(guò)水源熱泵進(jìn)行回收，由于污水中的余溫熱不太受重視，應用的比較少，大家可能對此沒(méi)啥概念。
, 我們拿上面的COD化學(xué)能來(lái)做比較，根據研究顯示，城市污水中化學(xué)能約占總潛能值的10%，而污水的余溫熱能占了90%，如果把污水余溫熱能利用起來(lái)，污水處理廠(chǎng)就能實(shí)現從“耗能大戶(hù)”到“能源工廠(chǎng)”的華麗轉身。
, 這種熱能的應用場(chǎng)景也比較廣泛，可以用于污水處理廠(chǎng)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，生物處理系統效果下降，就可以利用污水余溫熱給生物系統供熱，既不會(huì )增加耗電成本，又能為碳中和出一份力。
, 如果說(shuō)污水廠(chǎng)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53%污水處理運行能耗，而剩余47%能量赤字怎么彌補呢，目前來(lái)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(méi)有被利用起來(lái)，也是因為它有很大的局限性：一個(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。遠距離輸送會(huì )導致熱量損失，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(lái)，政府部門(mén)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(yáng)能了，我國光伏產(chǎn)業(yè)在政策的扶植之下，發(fā)展迅猛，國家也曾鼓勵污水處理企業(yè)多多利用自身的場(chǎng)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(chǎng)也響應號召，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(chǎng)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(chǎng)的轉型具有重大意義。
, 最典型的就是王小郢污水處理廠(chǎng)。通過(guò)在污水處理廠(chǎng)的氧化溝和沉淀池上方空間布排光伏組件，有效地實(shí)現了土地及空間資源的二次開(kāi)發(fā)利用。每年可提供約1200萬(wàn)度綠色清潔電能，相當于每年節約標準煤3936噸，減排二氧化碳11965噸，降低碳粉塵排放3264噸，節省電費支出70萬(wàn)元以上。
, 不過(guò)我們也能發(fā)現，污水廠(chǎng)+光伏的模式并沒(méi)有大規模落地，其中很重要的一點(diǎn)就是成本問(wèn)題。光伏發(fā)電有個(gè)很大的特點(diǎn)，就是發(fā)電量很不穩定，需要增加儲能設備，發(fā)電多的時(shí)候儲存起來(lái)，少的時(shí)候就可以用存起來(lái)的電量。但是加上儲能設備，又是一筆非常大的成本，這對于搞光伏發(fā)電站的國企來(lái)說(shuō)，都是不小的壓力，更何況是污水廠(chǎng)。
, 如果污水廠(chǎng)都加上光伏，就還要配置相應的儲能設備，相當于是多了一筆重資產(chǎn)，對于企業(yè)來(lái)講，是一筆很大的負擔，所以水處理+光伏的模式，不是每個(gè)污水廠(chǎng)都能搞的。
, 4寫(xiě)在最后
, 在碳中和的大背景下，未來(lái)的污水廠(chǎng)勢必會(huì )向精細化、低碳化的方向發(fā)展，而現在的每座污水廠(chǎng)，都要不斷積累轉型的經(jīng)驗，不斷進(jìn)行優(yōu)化升級，才能不被時(shí)代所淘汰。
, 原標題：一年節省電費70萬(wàn)！三招搞定污水處理廠(chǎng)高耗能問(wèn)題
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