污水處理需要消耗大量能源，約占全球總能源需求的1-3%。市政公用事業(yè)的電能消耗中有超過20％用于城市污水廠的運(yùn)行。如何能夠提高能效？這是每個(gè)污水廠都想找到答案的問題。
　　在循環(huán)型經(jīng)濟(jì)理念的引領(lǐng)下，我們看到越來越多的污水廠正從傳統(tǒng)的能耗單元向產(chǎn)能單元轉(zhuǎn)型。2021年2月23日，國際水協(xié)會(huì)(IWA)的資源回收工作組（IWA Cluster for Resource Recovery in Water）舉辦了主題為Tapping power of wastewater的全球網(wǎng)絡(luò)研討會(huì), 圍繞污水處理的能源回收進(jìn)行探討。本期微信我們一起來回顧一下來自芬蘭和丹麥的兩個(gè)污水廠能量回收案例。
　　芬蘭地下污水廠
　　Kakolanm?ki 污水廠位于芬蘭最古老的城市圖爾庫（Turku）。這是一座地下污水廠，就位于城市中心，于2009年開始投產(chǎn)，處理人口當(dāng)量為30萬，接收市政污水和部分工業(yè)廢水，日平均流量為90000m3。該污水廠為圖爾庫市下面14個(gè)市政廳所有，并由圖爾庫地方污水公司運(yùn)營。

　　圖. Kakolanm?ki位于城市中心地底下 | 圖源: YouTube@Turun seudun puhdistamo Oy
　　Turku地方污水公司的代表Jarkko Laanti先生給我們介紹了污水廠的工藝情況。Kakolanm?ki 污水廠有四條平行處理線，包括了傳統(tǒng)活性污泥法的預(yù)處理、初沉池、生物曝氣池、二沉池和砂濾。有機(jī)物去除率為99%，除磷率達(dá)99%，脫氮率為85%(當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)只需75%)。2017年的數(shù)據(jù)顯示一噸水的污水處理費(fèi)用為0.53歐。
　　
　　Kakolanm?ki 污水廠在能效管理上有多個(gè)亮點(diǎn)：
　　建造熱泵站將處理后的污水中的熱能加以利用。當(dāng)?shù)氐哪茉垂綯URKU ENERGIA用污水來制熱和制冷，制熱功率為40MW，制冷為26MW。這個(gè)熱泵站每年的制熱輸出量為200GWh，制冷為20GWh，滿足Turku市14%的供暖需求和100%的制冷需求。每年為圖爾庫市減少80000噸的碳排放量。
　　
　　圖. 熱泵設(shè)備外觀 | 圖源：Turun seudun puhdistamo Oy
　　污泥厭氧產(chǎn)生物沼氣后提純制作液化天然氣。污水廠將污泥的厭氧消化處理外包給Gasum 公司，后者是芬蘭一家（天然及生物質(zhì)）氣體專業(yè)供應(yīng)商。生物沼氣站Topinoja Turku歸Gasum公司所有，并由Gasum運(yùn)營。處理規(guī)模為每年75000噸，其中有40000-50000噸來自Kakolanm?ki污水廠。沼氣站采用中溫消化工藝，每年可以生產(chǎn)460萬立方米的生物沼氣，相當(dāng)于30GWh的能源量。沼氣提純后生成的液化天然氣作為公交燃料。
　　
　　從壓縮機(jī)和新風(fēng)系統(tǒng)中回收余熱，滿足300個(gè)家庭的能耗需求。污水廠2020年的統(tǒng)計(jì)顯示，污水廠的總能耗為21042MWh，而回收的能量卻多達(dá)211415MWh?；厥盏哪芰勘嚷室呀?jīng)達(dá)到1000%?？梢钥吹?，主要貢獻(xiàn)來自熱泵站的熱能回收?？磥沓宋覀兪熘膮f(xié)同消化，熱泵也是幫助污水廠實(shí)現(xiàn)能量盈余的強(qiáng)力武器。
　　除了通過熱電聯(lián)產(chǎn)回收能源，他們通過蒸發(fā)-氣提回收廢液中的氨氮，還會(huì)回收剩余沼渣的營養(yǎng)物堆肥農(nóng)用。同時(shí)他們還在進(jìn)行生物炭生產(chǎn)的中試測試。
　　
　　丹麥污水廠
　　BIOFOS是丹麥哥本哈根的污水處理公司，負(fù)責(zé)Lynetten、Aved?re和Damhus?en三座污水廠，處理污水規(guī)模約200萬人口當(dāng)量。

　　圖. Lynetten是丹麥最大的污水廠 | 圖源：State of Green
　　三座污水廠的污水處理情況如下：
　　
　　三個(gè)污水廠都有污泥消化系統(tǒng)，總厭氧消化能力為60000立方米。其中Lynetten和Aved?re有污泥焚燒設(shè)備，其中Lynetten的規(guī)模最大，為14492噸/年(2017年數(shù)據(jù))。
　　
　　BIOFOS選擇污泥焚燒是處于多個(gè)原因的考慮：歷史層面，當(dāng)?shù)氐奈鬯性S多來自道路、屋頂和管道的鋅、鉛和銅等金屬；運(yùn)輸層面，避免了污泥的長距離運(yùn)輸；環(huán)境方面，焚燒可以去除微塑料和其他微污染物。
　　
　　圖. 污泥焚燒廠的工藝流程圖 | 圖源：BIOFOS
　　污泥經(jīng)過消化和焚燒后，可以生成天然氣、地區(qū)供暖和電力等再生能源。
　　
　　圖. BIOFOS的污泥能量回收形式 | 圖源：UrbanDanish
　　BIOFOS從2014年起就實(shí)現(xiàn)能量盈余。最新統(tǒng)計(jì)顯示，BIOFOS每年污水處理量為1.2億立方米。處理的能耗為59.5MWh，但售出的能量多達(dá)103MWh，能量回收率達(dá)173%，
　　
　　除了通過污泥產(chǎn)能，污水廠本身也有其他提高能效的措施，例如升級(jí)曝氣系統(tǒng)，使用微孔曝氣，使曝氣能耗減少約57%。
　　
　　在Damhus?en污水廠，他們廠區(qū)內(nèi)安裝光伏太陽能板，能覆蓋廠區(qū)9%的電耗。
　　
　　除了改善能耗，BIOFOS在資源回收上也有不少嘗試，據(jù)他們的代表Dines Thornberg先生介紹，Aved?re污水廠參加了歐洲的一個(gè)POWER-TO-GAS項(xiàng)目BioCat。在該污水廠，他們進(jìn)行將二氧化碳變成甲烷的測試，進(jìn)一步提高生物沼氣的利用率。此外，他們正嘗試從灰渣中回收磷，因?yàn)檫@些灰渣含有8-10%的磷。今年春天會(huì)有一個(gè)中試測試。他們還嘗試通過高溫高壓的熱裂解技術(shù)從污泥中回收生物燃料。

　　視頻. BIOFOS污水介紹視頻
　　小結(jié)
　　丹麥和芬蘭的兩個(gè)案例都給我們展示了污水能量回收的潛力——通過合適的技術(shù)和設(shè)備，污水廠在不需要外源有機(jī)物的情況下就能實(shí)現(xiàn)能量盈余，而且是高達(dá)兩倍以上的盈余。兩個(gè)案例都是因地制宜的典范，根據(jù)各地地區(qū)的具體情況制定合適的方案，這給了世界其他地區(qū)的水務(wù)公司很好的參照。
　　
　　圖. 丹麥污水廠向資源回收工廠轉(zhuǎn)變的愿景 | 圖源：urban Danish