污水处理厂的“零碳”之路

2021-04-27 21:45 绿创碳和
130

点击蓝字,关注我们




01

污水处理厂“为建而建”


建好了但没有运行好水厂大多数是政府投资建设,政府自己运营,大多数污水厂脱胎于政府部门下属企业,管理思路仍是政府部门的管理模式,遗留下来的大锅饭和关系户问题,管理者不敢不愿得罪人,管理无法有效实施,往往使污水厂的管理思路和方式,无法和现代企业的管理同步。因此,需要尽快扭转原有的管理陋习,提升自身的管理水平,建立高效的管理系统,结合污水处理的技术水平的综合提升,来降低污水厂出水异常的发生与运营效率的整体提升。


02

污水处理厂运营现状


通常情况下,每消耗1立方米的水,就会产生0.7立方米的污水,且需要约28立方米的清水才能降解。反过来说,每节约1立方米的水,就可减少28立方米的水被污染。因此,保护干净的水不受污染也是节水的重要手段。


污水厂是保持水体水质的“压舱石”“稳压器”,不容任何人为破坏,对于影响污水厂正常运行的违法行为,生态环境部门采取“零容忍”。


污水处理厂经常反映进水异常或者收纳不了水,要么运营不饱和,要么导致生化系统菌种中毒死亡,严重影响污水处理厂正常运行。


对此,生态环境部门与水务部门应该高度重视,联合第三方公司,挂图作战,全面排查,全力追溯污染源头。首先对照湖管网图,对建成区内每一个主干管与次支管衔接点取样检测全覆盖,摸清每个地块、企业的排放是否存在问题。分析各地块、企业汇入主干管的污水主要污染物浓度是否符合《污水排入城镇下水道水质标准》。


污水处理向来被认为是耗能大户。现在国家喊要搞“碳中和”,污水处理界是否成为拖后腿的后进生呢?其实过去五年,国外已经有不少城市污水处理厂实现能量盈余的报道。这说明污水处理不仅不会拖后腿,还可以成为碳中和大计的标兵行业。荷兰早在2010就开始施行他们的污水厂2030碳中和计划。


03

污水处理的高耗能行业如何转型?


污水处理在控制水污染中发挥着决定性作用,但同时又是重要的碳排放源。挖掘所有潜力降低能耗物耗、**程度地减少碳排放,实现低碳污水处理,是污水处理行业可持续发展的必然方向。


污水处理属于高耗能行业,势必会导致较高的碳排放足迹;另一方面,污水中本身蕴含较多的能量(有机物、热能等),为实现污水处理过程能源自给及碳中和运行提供了客观基础。展望污水处理的未来前景,多个国家已经陆续发布了污水厂碳中和技术路线图。


粗略估计,2030年中国整个污水处理行业的温室气体将达到全国温室气体排放量的2.95%,因此污水处理行业转变方向,实现低碳甚至零碳污水处理已经迫在眉睫。


04

污水处理厂的“零碳”之路


污水处理厂年均耗能总量为21042 MWh,而通过各种形式能源回收总量高达211415 MWh,产能几乎是运行能耗的10倍之多。


位于芬兰最古老城市图尔库(Turku)的污水处理厂,为改造利用了地下约471000 m³的岩石场,由图尔库地区污水处理有限公司于2009年1月1日建成运行,该厂目前主要处理净化图尔库地区近30万居民生活污水以及当地工业废水,取代了原先五个老旧污水处理厂,处理规模为90000 m³/d。2020年,污水处理厂开始全面改造,借助余温热能等能源回收,实现综合体气候影响为-24931 t 二氧化碳(CO2),综合碳足迹为负数,自身完成碳中和运行,而且出现大量“碳汇”。


奥登塞(Odense)是丹麦第三大城市,也是**童话作家安徒生的出身地。该城**的污水厂早在2013年它就声称实现能量100%自给。2018年,他们甚至宣布:污水厂的能耗盈余率高达88%!他们是怎么做到的?

基于厌氧消化的热电联产当然是其基础,但他们成功的秘密都在于细节,例如他们使用了延时消化的方法(Torpey工艺),将出泥固液分离后再回流到消化池,以此减少消化池中的水量,进而提高生物质浓度,SRT延长约10%,提高消化池高性能。不满足于能量盈余,他们仍在寻找可以提升产能的空间。例如,他们进水口进行翻修,给沉砂池配置能效更高的风机,同时也设计了新的控制策略,这使仅仅沉砂池这一工序每年就将节省了31000kWh的电耗(2021年预测)。另外,他们也更换了栅渣冲洗压榨机(screening washing press),以便更好地将格栅截留的碳源导流进入消化池。


2020年尽管受到疫情影响,污水厂还是做了不少工作:例如在夏天他们对氯化铁添加至污泥脱水工艺的效果进行测试,目的是减少残留污泥量和鸟粪石的沉淀。此外,他们也在初沉池对新的聚合物进行测试。总之,他们在想方设法将进水的碳送入消化池,这才有了188%如此惊人的能量回收率!这座已经有百年历史的污水厂,却一直在不断地升级,当时他们已经用上污泥热水解技术,同时也在实践DEMON的侧流厌氧氨氧化。而最近,他们还给生物反应池装上了N2O的传感器,来实时检测温室气体的浓度。


过程控制是污水厂现阶段高标准的监管环境下的必然之路,而数据化成为过程控制的重要的驱动力,更为全面的数据体系,使污水处理的过程控制更为精准和高效,也使技术人员从滞后的反馈型管理转向前置性管理,数据在未来污水厂的运行的过程控制中,是重要的驱动力。


深蓝环保围绕污水厂改造首先为污水处理厂装上SCADA系统(数据采集与监视控制系统),对氨氮、磷浓度进行监控,并对鼓风机、提升泵、搅拌设备和脱水泵安装变频器控制,大大降低了电耗,灵活适应每日变化的进水负荷。


然后集成分布式太阳能,针对基于目前污水厂一般占地面积较大,沉淀池和曝气池的表面可以用于铺设太阳能光伏发电板,利用太阳能发电。


05

污泥的厌氧消化


污泥的厌氧消化是利用厌氧微生物经过水解、酸化、产甲烷等过程,将污泥中的大部分固体有机物水解、液化后并最终分解掉的过程。产甲烷菌最终将污泥有机物中的碳转变成甲烷并从污泥中释放出来,实现污泥的稳定化。污泥的厌氧消化与高浓度废水的厌氧处理有所不同。废水中的有机物主要以溶解状态存在,而污泥中的有机物则主要以固体状态存在。按操作温度不同,污泥厌氧消化分为中温消化(30~37℃)和高温消化(45~55℃)两种。由于高温消化的能耗较高,大型污水处理厂一般不会采用,因此常见的污泥厌氧消化实际都是中温消化。以污水处理厂每年产生约50000 t干污泥为例,干污泥经油轮被运送至附近Gasum沼气处理厂(Gasum Oy:n Topinojan biokaasulaitokselle),经过消毒、消化和堆肥处理、处置。消化产生的沼气经热电联产(CHP)也用作该地区供暖和电力。堆肥处理后的污泥用作农/林业肥料或土壤改良剂。沼气站采用中温消化工艺,每年可以生产4600 000 m³生物沼气,相当于30 GWh能源。


污水余温热能以水源热泵交换,是一种潜能巨大的新能源。污水处理厂余温热能回收供热/制冷能量回收占比总回收能量**,达95%,是主要产能来源;而污泥厌氧消化产能仅占3.7%,且只能满足36.8%运行能耗需要(况且在进水平均COD=2100 mg/L下获得),若仅靠污泥厌氧发酵距离碳中和目标甚远(能量赤字73.2%)。


市政污水余温蕴含量大的“惊人”。作为低品位能源(不能用于发电),可用于污水处理厂自身和周边(3~5 km)建筑供热/制冷、温室供暖,甚至还可直接用于厌氧消化器加热、污水冬季加热、污泥干化等目的。在污水处理末端利用热能不仅可以避免冬季影响生物处理效果的问题,亦可避免热能污水管道原位利用或污水处理厂前端利用面临的堵塞、污染以及腐蚀现象。在出水水量和水质双双保障情况下,热能利用可以通过水源热泵交换方式轻松实现。


除此之外,亦从通风管道、空气压缩机、泵站冷却水中回收热能,以实现碳中和运行目的。这样还觉得2030年要让所有污水厂实现能量自给困难吗?



点击阅读往期文章

绿创碳和
深蓝科创
关于我们

构建绿色发展的创新合力
电话: 18014480916
邮箱:shenlan_hb@yeah.net
邮编:224001