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污水处理过程中能耗成本占比很高 污水处理厂可以成为“发电厂”

       “未来中国城市‘水—能源—气候变化’体系的趋势包括技术智能化、气候适应化和资源再生化、质效精细化、价值体系化等趋势。”这是日前在“中丹可持续水技术峰会”(以下简称“峰会”)上正式发布的《水美中国:共谱水与能源同美共生的可持续新未来白皮书》(以下简称《白皮书》)上提出的。

       《白皮书》由格兰富与国际水务智库(GWI)共同撰写,以“水—能源—气候变化”体系为基础,探讨中国在供水保障、水质改善,以及应对气候变化方面的挑战,旨在为城市水系统管理和可持续发展提供一定的借鉴和参考。峰会由丹麦出口协会与格兰富共同举办。据介绍,今年是丹麦出口协会为期3年的“中丹U-SE水项目”启动的第一年。

水处理行业要关注能源消耗问题

       “水处理行业也要关注能耗问题。”中规院(北京)规划设计公司生态市政院院长、GWI中国水业特邀顾问王家卓给出一系列数据表明,水与能源消耗、气候变化等问题密不可分。

       联合国统计数据显示,目前全球用于能源的生产用水共计占全球水资源消耗总量的15%左右,而水的相关生产和运输也是能源的主要消耗单元。美国2017年能源消耗量中约2% 用于饮用水和污水处理系统,共产生约4100万吨温室气体。而全球污水处理等水处理行业的碳排放量目前大约占全球碳排放量2%左右。

       “水和废水的处理流程消耗了25%~40%的市政电力。”丹麦南部水研究中心、丹麦水厂首席执行官Mads Leth介绍说,一直以来,人们更关心水处理行业的效果、水质如何,而对水处理行业的能源消耗问题并未过多关注。但实际上,水处理行业的能源消耗问题一直存在。

       大连首创水务有限公司总经理康弘曾告诉记者,污水处理过程中的能耗在污水处理成本中占比很高。

       《白皮书》显示,由于不同的污水处理厂所用的处理技术级别、设备类型和总厂规划不同,每个厂的能耗也差别较大。据《2015年城镇排水统计年鉴数据》显示,全国城镇污水处理厂的能耗范围约在0.01~2.014千瓦时/立方米。据丹麦的国际水泵制造商格兰富集团发布的数据显示,水泵消耗的能源占所有与水相关的设施能耗的10%左右。

       王家卓认为,污水处理厂中曝气的精确控制很关键,很多能耗消耗在污水处理厂曝气系统中,在这方面做一些工作,都能减少二氧化碳排放。

新兴技术促进节水即节能

       《白皮书》指出,协调并平衡“水—能源—气候变化”共联共存的关系,在气候变化的大背景下对城市水环境和能源进行全过程的统筹管理。水和能源在生产处理过程中相互依存而又相互制约,“节水即节能”。

       《白皮书》显示,在2007年至2017年间,中国的污水处理量从176.5亿吨增加至569.8亿吨,实现了逾3倍的惊人增长。未来还将继续增长。在这种背景下,“厂网一体化”项目、智能化排水系统将越来越普遍。智能化的管理系统不仅可以提高污水处理厂的运行效率,还可以有效降低能耗控制成本。目前,国际上已有许多污水处理厂自动化运行的案例,有的已实现节能高达40%、降低能源成本高达50%、降低化学品消耗高达35%的显著成果。

       《白皮书》中介绍说,2017年,威尔士自来水公司(Welsh Water)公司在拉内利市的整个合流排水系统和泵站中部署了传感器,以优化网络运行,并使用算法泵站控制来优化流量,使得每年的合流制溢流污染次数从414次减少到140次,溢流污染流量成功削减95%。由于这些优化措施,为拉内利市节省了一座5万立方米的污水蓄水池的投资。

《白皮书》指出,全球范围内涌现出节能水泵、智能管网监测系统和自动化污水厂等新兴技术,在节水和节能方面成效显著。专家指出,通过对水泵的节能改造,最高可以帮助部分系统节省近40%的能耗。而通过使用具有数字化智能监控、计量和数据分析等功能的水泵,则可帮助商用建筑的供水系统节能20~50%。

       格兰富中国区建筑事业部总经理方勇介绍说,南京钢铁集团把原来的52台冷却水循环水泵换成格兰富的高效节能泵,能耗较改造之前平均下降27.5%,每年节省用电约1446万千瓦,相当于每年减少14417吨二氧化碳的排放。

将污水处理厂变成能源回收工厂

       “未来可以将污水处理等行业的能源进行回收利用。”王家卓介绍说,丹麦的一些污水处理厂在这方面做得非常好,比如丹麦VCS供水与污水处理公司甚至可以向外输出能源。“现在,欧洲一些城市提出将污水处理厂变成能源回收工厂,变成水回收的工厂,这些都是新趋势。中国现在也提出了自己的概念水厂。”

       《白皮书》指出,除了废水的回用之外,污水处理厂中各处理环节所产生的废热、沼气等能量也可以通过有效的措施进行回收,从而实现更好的节能和能源补偿。例如,可以增加污水厌氧消化处理阶段的能量回收、或通过改进收集、预处理、消化来提高污泥处理质量、加强污水处理的沼气回收、以及增加可再生能源在污水处理厂中与常规能源的协同使用等,对污水处理厂整厂的能源使用效率进行优化。

       在全球的污水处理领域,许多先进的技术、工艺正在被应用到污水处理领域,以增加可利用能源的回收。比如,泰晤士水务公司位于英国伦敦的贝辛斯托克污水处理厂在2017到2018年的时候对其污泥处理设施进行了升级改造,通过引入先进的热水解技术以及厌氧消化技术,大大增加了沼气的回收,每天收集的沼气可以产生高达62兆瓦时的电力,可以为整个污水厂供电,并将50%的额外剩余电力输出到社区,不仅降低了运营成本,更减少了碳足迹。

       《白皮书》指出,传统的水与能源的相互制约的竞争关系将向互相辅助的合作关系进行转变——可再生能源的开发利用将使耗能较大的非常规水资源的开发得以普及。可再生能源的快速发展将带来可再生水资源的快速发展。

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