再议碳中和时代污水厂如何转变? | 丹麦案例分享

　　说完荷兰污水处理厂的碳中和转型案例，我想介绍另一个欧洲国家的污水碳中和近况。

　　它就是丹麦。

　　在小编看来，丹麦人似乎做的比荷兰人还要好。

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　　2009年哥本哈根市政府通过了《哥本哈根气候计划书》，定立了两步走的目标：到2015年，CO2排放量要同比2011年减排20%，并在2025年实现碳中和。

　　2019年11月，丹麦政府与13个商界代表签订了“气候伙伴关系”( Danish climate partnership)，基本涵盖了丹麦所有行业的温室气体排放量。气候伙伴关系的成员需要提供各自领域的减排建议，以帮助丹麦政府实现其2030的承诺——即2030年丹麦的温室气体排放量比1990年代减少70％。废弃物、水和循环经济是其中的代表成员之一。

　　数据显示，2017年丹麦的水务部门的CO2排放当量为218000吨。他们的计划是通过一系列措施，在2030年实现碳盈余。

　　这个计划包括了减少直接排放和间接排放。直接排放方面主要是减少N2O和甲烷的排放、提高工艺过程的能效，以及提高生物沼气的产量。改善间接排放的措施主要指提高出水余热的利用率和植树造林等。

　　丹麦各地污水厂如何相应的呢？我们来看看其三大水务公司近年的进展成果。

　　丹麦书写碳中和童话

　　2019年，在Aarhus水务的倡议下，一名叫丹麦水产业集群(Danish Water Cluster)的组织诞生了。他们声称这是个汇聚丹麦先进水技术的组织，向全球出口他们的创水新方案。但在小编看来，这个组织更重要的一个作用是促进了成员之间的良性竞争——丹麦三大水务公司都纷纷打造了自己的能量回收污水厂示范工程。

　　Aarhus水务

　　Aarhus是丹麦的第二大城市，而Marselisborg是当地最大的污水厂。2016年国际能源署(IEA)发布完《世界能源展望2016》后，该污水厂名声大噪，原因是它宣布无需协同消化，仅用污水自身蕴含的能量就实现了能量盈余。

　　为了这一天，Aarhus水务准备了十年：2006年他们决定将当地14座污水处理厂合并缩减为4座，并最终减为两座，即Marselisborg污水厂和十几公里外的Egaa污水厂。

　　Marselisborg污水厂平均处理量为27500m³/天。经过多年优化，2014年污水厂在没有添加外来有机废物的情况下，已经能够通过沼气热电联产的电能满足厂区能耗，甚至还有约40%的电力盈余。2015年这个数值还升至50%。也就是说，Aarhus水务的水厂已经实现真正意义上的能量中和。

　　显然，单靠传统的厌氧消化是不可能实现能量盈余的，我们来看看他们全方位的优化工作：

　　污水厂先是花了40万欧元装上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。

　　污泥处理方面，污水厂于2014年引进了侧流厌氧氨氧化工艺，投资费用约40万欧。据Aarhus水务的总工程师Per Overgaard Pedersen介绍，因为这套系统能使污水厂的出水总氮减少2mg/L，因此每年能节省约8万欧的污水税。此外，本身就很节能的厌氧氨氧化工艺也为污水厂每年节省50000kWh的电耗。此后，新购的污泥脱水离心机能效更高，为厂区每年节省50000kWh的电耗，污泥经处理后可作肥料农用。

　　除了节流，Aarhus水务也懂开源：为了提高沼气发电，他们花了170万欧，新购了两台250kW和一台355kW的热电联产电机。

　　经过这一系列优化措施，污水厂的年电耗共节省约100万kWh (1GWh)，在2005-2016年间，污水厂电耗从4.2GWh降至3.15GWh，减幅达四分之一，吨水的能耗降至0.25kWh/m³。

　　另一方面，2016年该污水厂的总产电量达4.8GWh，这意味着厂区的发电量比电耗多出53%，这些多余的电能会卖给国家电网，此外还有多大2.5GW的多余的热能直接用于地区供热。

　　整个项目花了他们约300万欧的钱，其中90%还得从自己腰包出，市政府只资助了10%。但Aarhus水务的总工Pedersen先生给我们算了笔账，说这投资不用5年就能回本了：因为余热和余电一年能卖32.6万欧，节能投资每年能同比省20.6万，排污税每年又能省8万，这么一算，和改造前相比，一年确实能省下60多万欧。而最让Aarhus水务公司自豪的是，这个升级项目最终的受惠者是当地市民，因为水务公司运营成本降了 ，意味着水价也可以下调了！

　　Marselisborg污水厂能耗改善措施一览

　　1 SCADA在线控制曝气、氨氮、硝态氮和磷，对硝化/反硝化工艺的控制

　　2 用涡轮压缩机取代高真空涡轮鼓风机提高曝气效率

　　3 使用能效更好的污泥脱水离心机(AlfaLaval G3)

　　4 新购沼气燃机热电联产((CHP))

　　5 污泥线引入anammox工艺，主流线也以进行厌氧氨氧化工艺测试

　　更令小编惊叹的是，Aarhus水务的野心还不止于此：他们已经给Marselisborg污水厂起了一个新的名字，叫Aarhus Rewater，并考虑重建新厂的可能性。另一边Egaa污水厂也计划实现能量盈余，他们在那里测试碳捕捉、主流厌氧氨氧化、ORC废气能量回收等工艺，调研在未来污水厂用上这些技术的可行性。

　　VCS水务

　　奥登塞(Odense)是丹麦第三大城市，也是著名童话作家安徒生的出身地。该城最大的Ejby Mølle污水厂也有些童话色彩——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？

　　Ejby Mølle污水厂由当地的水务公司VCS负责运营。像Marselisborg污水厂那样，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。

编辑：王媛媛