應(yīng)用案例 | 看污水處理廠如何變身能源工廠

水處理網(wǎng)訊:2020年，Kakolanmäki污水處理廠借助余溫?zé)崮艿饶茉椿厥眨瑢崿F(xiàn)綜合體氣候影響為-24 931 t 二氧化碳（CO2），綜合碳足跡為負數(shù)；不僅自身完成碳中和運行，而且出現(xiàn)大量碳匯。

Kakolanmäki污水處理廠地處芬蘭最古老城市圖爾庫（Turku），為改造利用了地下約471 000 m³的巖石場，由圖爾庫地區(qū)污水處理有限公司（Turun seudun puhdistamo Oy）于2009年1月1日建成運行。該廠目前主要處理凈化圖爾庫地區(qū)近30萬居民生活污水以及當?shù)毓I(yè)廢水，取代了原先五個老舊污水處理廠，處理規(guī)模為90 000 m³/d。

工藝流程

該污水處理廠主要包括機械、化學(xué)和生物處理過程的4條平行污水處理線，主要流程如下圖所示。

進水通過格柵后投加硫酸鐵化學(xué)藥劑，在初沉池磷污泥與懸浮物（SS）共沉淀，混合污泥排入儲泥罐。

生物處理采用傳統(tǒng)生化曝氣池，二沉池出水通過升流慢速砂濾池深度處理。濾層由0.5 m石英砂和1.0 m Filtralite Clean MC 2,5-4過濾材料（主要為燒焦粘土和淺礫石）組成，保證出水穩(wěn)定達標。

該廠還引入了兩組旁路處理單元，洪峰流量（超負荷）進水由旁路通過雙線Actiflo®（高速沉淀池，主要為微砂輔助化學(xué)絮凝過程），可提高污水處理廠穩(wěn)定性和抗沖擊能力。

進出水數(shù)據(jù)顯示，該廠有機物、磷與SS去除率為99%（水質(zhì)標準要求95%），總氮去除率為80%（水質(zhì)標準要求75%），出水指標符合環(huán)境排放要求（ESAVI No 167/2014/2）。

能源回收

熱能回收

位于廠內(nèi)隧道的熱泵交換站由圖爾庫能源有限公司（Turku Energia Oy）運營，主要用于污水處理出水余溫?zé)崮芑厥眨厥諢崮芫徒⑷氘數(shù)責(zé)崃艿老到y(tǒng)，為近15 000戶家庭集中供暖 (每年約200 GWh，占圖爾庫地區(qū)14%供熱量)；夏季用于區(qū)域制冷（每年約30 GWh，占90%該區(qū)域制冷量）（數(shù)據(jù)來源：https://energia.fi/）。

據(jù)測算，該熱泵站所替代的化石能源每年為圖爾庫地區(qū)減少約8萬t碳排放量。與此同時，污水出水平均溫度降低約5~10 ℃，非常接近排放水體環(huán)境溫度，可保護附近海域生態(tài)環(huán)境。

污泥厭氧消化

該污水處理廠每年產(chǎn)生約50 000 t干污泥。干污泥經(jīng)油輪被運送至附近Gasum沼氣處理廠（Gasum Oy:n Topinojan biokaasulaitokselle），經(jīng)過消毒、消化和堆肥處理、處置。消化產(chǎn)生的沼氣經(jīng)熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）也用作該地區(qū)供暖和電力。堆肥處理后的污泥用作農(nóng)/林業(yè)肥料或土壤改良劑。沼氣站采用中溫消化工藝，每年可以生產(chǎn)4 600 000 m³生物沼氣，相當于30 GWh能源。

其它能源

除此之外，該廠還利用太陽能電池板產(chǎn)電，亦從通風(fēng)管道、空氣壓縮機、泵站冷卻水中回收熱能，以實現(xiàn)碳中和運行目的。

碳中和能力評價

以上數(shù)據(jù)可以看到，污水處理廠年均耗能總量為21 042 MWh，而通過各種形式能源回收總量高達211 415 MWh，產(chǎn)能幾乎是運行能耗的10倍之多。其中，以余溫?zé)崮芑厥展?制冷能量回收占比總回收能量最大，達95%，是主要產(chǎn)能來源；而污泥厭氧消化產(chǎn)能僅占3.7%，且只能滿足36.8%運行能耗需要（況且在進水平均COD=2 100 mg/L下獲得），若僅靠污泥厭氧發(fā)酵距離碳中和目標甚遠（能量赤字73.2%）。可見，污水余溫?zé)崮苁且环N潛能巨大的新能源，合理利用熱能讓該廠成為名副其實的“能源工廠”。

碳足跡衡算

2020年，該污水處理廠總碳排量為10 712 t 二氧化碳（CO2），主要排放源為氮氧化物（NxO）和甲烷(CH4)（HSYViikinmäki 處理廠碳排測算模型）。

碳足跡核算除考慮污水處理廠運行外，還必須考慮到Gasum Oy沼氣廠以及TSE廠供熱與制冷量。下圖描述了該廠綜合體碳足跡減少情況。

原標題:應(yīng)用案例 | 污水處理廠變身能源工廠：芬蘭Kakolanmäki