再議碳中和時代污水廠如何轉(zhuǎn)變? | 丹麥案例分享

　　說完荷蘭污水處理廠的碳中和轉(zhuǎn)型案例，我想介紹另一個歐洲國家的污水碳中和近況。

　　它就是丹麥。

　　在小編看來，丹麥人似乎做的比荷蘭人還要好。

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　　2009年哥本哈根市政府通過了《哥本哈根氣候計劃書》，定立了兩步走的目標(biāo)：到2015年，CO2排放量要同比2011年減排20%，并在2025年實(shí)現(xiàn)碳中和。

　　2019年11月，丹麥政府與13個商界代表簽訂了“氣候伙伴關(guān)系”( Danish climate partnership)，基本涵蓋了丹麥所有行業(yè)的溫室氣體排放量。氣候伙伴關(guān)系的成員需要提供各自領(lǐng)域的減排建議，以幫助丹麥政府實(shí)現(xiàn)其2030的承諾——即2030年丹麥的溫室氣體排放量比1990年代減少70％。廢棄物、水和循環(huán)經(jīng)濟(jì)是其中的代表成員之一。

　　數(shù)據(jù)顯示，2017年丹麥的水務(wù)部門的CO2排放當(dāng)量為218000噸。他們的計劃是通過一系列措施，在2030年實(shí)現(xiàn)碳盈余。

　　這個計劃包括了減少直接排放和間接排放。直接排放方面主要是減少N2O和甲烷的排放、提高工藝過程的能效，以及提高生物沼氣的產(chǎn)量。改善間接排放的措施主要指提高出水余熱的利用率和植樹造林等。

　　丹麥各地污水廠如何相應(yīng)的呢？我們來看看其三大水務(wù)公司近年的進(jìn)展成果。

　　丹麥書寫碳中和童話

　　2019年，在Aarhus水務(wù)的倡議下，一名叫丹麥水產(chǎn)業(yè)集群(Danish Water Cluster)的組織誕生了。他們聲稱這是個匯聚丹麥先進(jìn)水技術(shù)的組織，向全球出口他們的創(chuàng)水新方案。但在小編看來，這個組織更重要的一個作用是促進(jìn)了成員之間的良性競爭——丹麥三大水務(wù)公司都紛紛打造了自己的能量回收污水廠示范工程。

　　Aarhus水務(wù)

　　Aarhus是丹麥的第二大城市，而Marselisborg是當(dāng)?shù)刈畲蟮奈鬯畯S。2016年國際能源署(IEA)發(fā)布完《世界能源展望2016》后，該污水廠名聲大噪，原因是它宣布無需協(xié)同消化，僅用污水自身蘊(yùn)含的能量就實(shí)現(xiàn)了能量盈余。

　　為了這一天，Aarhus水務(wù)準(zhǔn)備了十年：2006年他們決定將當(dāng)?shù)?4座污水處理廠合并縮減為4座，并最終減為兩座，即Marselisborg污水廠和十幾公里外的Egaa污水廠。

　　Marselisborg污水廠平均處理量為27500m3/天。經(jīng)過多年優(yōu)化，2014年污水廠在沒有添加外來有機(jī)廢物的情況下，已經(jīng)能夠通過沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)的電能滿足廠區(qū)能耗，甚至還有約40%的電力盈余。2015年這個數(shù)值還升至50%。也就是說，Aarhus水務(wù)的水廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)真正意義上的能量中和。

　　顯然，單靠傳統(tǒng)的厭氧消化是不可能實(shí)現(xiàn)能量盈余的，我們來看看他們?nèi)轿坏膬?yōu)化工作：

　　污水廠先是花了40萬歐元裝上SCADA系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))，對氨氮、磷濃度進(jìn)行監(jiān)控，并對鼓風(fēng)機(jī)、提升泵、攪拌設(shè)備和脫水泵安裝變頻器控制，大大降低了電耗，靈活適應(yīng)每日變化的進(jìn)水負(fù)荷。

　　污泥處理方面，污水廠于2014年引進(jìn)了側(cè)流厭氧氨氧化工藝，投資費(fèi)用約40萬歐。據(jù)Aarhus水務(wù)的總工程師Per Overgaard Pedersen介紹，因?yàn)檫@套系統(tǒng)能使污水廠的出水總氮減少2mg/L，因此每年能節(jié)省約8萬歐的污水稅。此外，本身就很節(jié)能的厭氧氨氧化工藝也為污水廠每年節(jié)省50000kWh的電耗。此后，新購的污泥脫水離心機(jī)能效更高，為廠區(qū)每年節(jié)省50000kWh的電耗，污泥經(jīng)處理后可作肥料農(nóng)用。

　　除了節(jié)流，Aarhus水務(wù)也懂開源：為了提高沼氣發(fā)電，他們花了170萬歐，新購了兩臺250kW和一臺355kW的熱電聯(lián)產(chǎn)電機(jī)。

　　經(jīng)過這一系列優(yōu)化措施，污水廠的年電耗共節(jié)省約100萬kWh (1GWh)，在2005-2016年間，污水廠電耗從4.2GWh降至3.15GWh，減幅達(dá)四分之一，噸水的能耗降至0.25kWh/m3。

　　另一方面，2016年該污水廠的總產(chǎn)電量達(dá)4.8GWh，這意味著廠區(qū)的發(fā)電量比電耗多出53%，這些多余的電能會賣給國家電網(wǎng)，此外還有多大2.5GW的多余的熱能直接用于地區(qū)供熱。

　　整個項(xiàng)目花了他們約300萬歐的錢，其中90%還得從自己腰包出，市政府只資助了10%。但Aarhus水務(wù)的總工Pedersen先生給我們算了筆賬，說這投資不用5年就能回本了：因?yàn)橛酂岷陀嚯娨荒昴苜u32.6萬歐，節(jié)能投資每年能同比省20.6萬，排污稅每年又能省8萬，這么一算，和改造前相比，一年確實(shí)能省下60多萬歐。而最讓Aarhus水務(wù)公司自豪的是，這個升級項(xiàng)目最終的受惠者是當(dāng)?shù)厥忻瘢驗(yàn)樗畡?wù)公司運(yùn)營成本降了 ，意味著水價也可以下調(diào)了！

　　Marselisborg污水廠能耗改善措施一覽

　　1 SCADA在線控制曝氣、氨氮、硝態(tài)氮和磷，對硝化/反硝化工藝的控制

　　2 用渦輪壓縮機(jī)取代高真空渦輪鼓風(fēng)機(jī)提高曝氣效率

　　3 使用能效更好的污泥脫水離心機(jī)(AlfaLaval G3)

　　4 新購沼氣燃機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)((CHP))

　　5 污泥線引入anammox工藝，主流線也以進(jìn)行厭氧氨氧化工藝測試

　　更令小編驚嘆的是，Aarhus水務(wù)的野心還不止于此：他們已經(jīng)給Marselisborg污水廠起了一個新的名字，叫Aarhus Rewater，并考慮重建新廠的可能性。另一邊Egaa污水廠也計劃實(shí)現(xiàn)能量盈余，他們在那里測試碳捕捉、主流厭氧氨氧化、ORC廢氣能量回收等工藝，調(diào)研在未來污水廠用上這些技術(shù)的可行性。

　　VCS水務(wù)

　　奧登塞(Odense)是丹麥第三大城市，也是著名童話作家安徒生的出身地。該城最大的Ejby M?lle污水廠也有些童話色彩——早在2013年它就聲稱實(shí)現(xiàn)能量100%自給。2018年，他們甚至宣布：污水廠的能耗盈余率高達(dá)88%！他們是怎么做到的？

　　Ejby M?lle污水廠由當(dāng)?shù)氐乃畡?wù)公司VCS負(fù)責(zé)運(yùn)營。像Marselisborg污水廠那樣，基于厭氧消化的熱電聯(lián)產(chǎn)當(dāng)然是其基礎(chǔ)，但他們成功的秘密都在于細(xì)節(jié)，例如他們使用了延時消化的方法(Torpey工藝)，將出泥固液分離后再回流到消化池，以此減少消化池中的水量，進(jìn)而提高生物質(zhì)濃度，SRT延長約10%，提高消化池高性能。

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編輯：王媛媛