一年節(jié)省電費(fèi)70萬(wàn)！三招搞定污水處理廠(chǎng)高耗能問(wèn)題
作品來(lái)源：環(huán)保圈
作者：繆繆
污水處理這個(gè)事，聽(tīng)起來(lái)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(lái)越嚴(yán)格的形勢(shì)下，污水廠(chǎng)不惜過(guò)量投入電耗，以高能耗換取高水質(zhì)。
長(zhǎng)久以來(lái)，污水處理廠(chǎng)至少有50%的成本來(lái)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(chǎng)“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(chǎng)因?yàn)楹碾娝纬傻奶寂欧�，大概占全社�?huì)總排放的0.5%。
所以說(shuō)，降低電耗，就是降低碳排放。
針對(duì)高能耗的問(wèn)題，許多污水廠(chǎng)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。
1
提升污水廠(chǎng)運(yùn)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?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(yíng)管理。
先說(shuō)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(huà)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(chǎng)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(guò)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(guó)的Bochum-Ölbachtal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(guó)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(jí)改造的，先說(shuō)結(jié)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(dá)30%。
那么這家污水廠(chǎng)是如何通過(guò)調(diào)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(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(kāi)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(wèn)題，往往就伴隨著高能耗的問(wèn)題，尤其是我國(guó)市政設(shè)計(jì)單位為保障污水處理廠(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)設(shè)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(yùn)營(yíng)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(chǎng)為了出水達(dá)標(biāo)，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(xiàn)在凡事都講究數(shù)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?zé)岬睦谩?/span>
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(jī)物濃度（COD）有關(guān)，而我國(guó)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(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(guó)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(guò)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(méi)啥概念。
我們拿上面的COD化學(xué)能來(lái)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?lái)，污水處理廠(chǎng)就能實(shí)現(xiàn)從“耗能大戶(hù)”到“能源工廠(chǎng)”的華麗轉(zhuǎn)身。
這種熱能的應(yīng)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(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(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(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(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?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(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(jì)上的支持，目前我國(guó)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(guó)光伏產(chǎn)業(yè)在政策的扶植之下，發(fā)展迅猛，國(guó)家也曾鼓勵(lì)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(bǔ)自己能量上的缺口。
很多污水廠(chǎng)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(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(duì)于污水廠(chǎng)的轉(zhuǎn)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(xiàn)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(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(wàn)元以上。
不過(guò)我們也能發(fā)現(xiàn)，污水廠(chǎng)+光伏的模式并沒(méi)有大規(guī)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(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(lái)，少的時(shí)候就可以用存起來(lái)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(guó)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(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(lái)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(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(shì)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(chǎng)，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。
