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节能减排,缩减成本丨污水处理如何实现绿色低碳发展?

作者:福建泽信智联科技有限公司 浏览: 发表时间:2022-05-17 10:58:33

在高质量发展及推进“双碳”目标实现的背景下,作为重要的公共事业,中国污水处理率还没达到100%,减少水污染仍然是生态环境保护工作的重中之重。同时,绿色低碳发展是提升企业核心竞争力必走之路,企业若能提早开启低碳变革,必将赢得更大的主动权和更广阔的发展空间。污水处理行业碳排放量占全社会碳排放总量的1%~2%。污水处理行业实现碳中和是一项长期的系统性工程。那么污水处理怎么实现绿色低碳呢?

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01
污水处理行业是耗能大户

      相比而言,污水处理行业能耗虽然没有发电、钢铁、化工等行业那么高,但总能耗占比并不小,也属于能耗大户。

联合国数据显示,全球污水处理等水处理行业碳排放量大约占全球碳排放量2%左右。美国2017年能源消耗量中约2% 用于饮用水和污水处理系统,产生约4100万吨温室气体。
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02如何实现绿色低碳发展?

那么,污水处理行业如何实现绿色低碳发展呢?总的来说可以从开源和节流两个方面考量。梳理国内外先进经验,具体可以从以下几个方面入手。
1.优化工艺回收有机物能量
首先,通过开源实现能量自给,是从根本上解决绿色低碳发展问题。据测算,污水中所含能量达污水处理本身所消耗能量的9-10倍之多。通过优化污水处理工艺,回收有机物能量,利用沼气热联发电,可实现碳中和。
奥地利Strass污水处理厂持续优化改进工艺,早在2005年即实现产能大于能耗(108%能源自给率),现已达到200%能源自给率,超标准实现碳中和。
美国希博伊根污水处理厂利用高浓度食品废物与污泥厌氧共消化产生的甲烷进行热电联产,同时采取节能措施,实现电量与耗电量比值达90%~115%,已逼近碳中和目标。
在污泥处置领域,国内小红门、高碑店污泥处理中心成功运行,污泥产气率超出预期目标,除满足热水解能量平衡的需要外,还有余量。
这充分表明,污泥高级厌氧消化技术已经比较可靠、稳定,既为国内污泥处理探索出新思路,同时也为实现碳中和提供有力支撑。
当然,污水处理工艺优化是一个长期的过程。奥地利strass污水处理厂曾经用十多年时间持续优化处理工艺,才达到当前的处理水平。
此外,我国城市污水处理厂进水COD浓度偏低,只有欧美***的40%-70%,造成碳源不足。这就要求必须因地制宜研发适合中国国情的污水处理工艺。
2. 中国的污水处理概念厂实践
在深入研究了解国外先进污水处理厂理念、工艺、技术和工程实践的同时,中国学术界和产业界也在积极探索新的污水处理模式。
2014年,中国工程院院士曲久辉等6位专家提出“建设面向未来的中国污水处理概念厂”的构想。2018年,河南水利投资集团和中持水务公司以概念厂早期版本为蓝本,建设了河南商丘睢县第三污水处理厂。
睢县项目综合运用秸秆、畜禽粪便、水草及污泥等多种物料进行协同高干厌氧消化,采用DANAS干式厌氧发酵技术,显著提高有机质处理效率,实现物质的良性循环和资源化运营。产生的沼气用于发电,可满足厂区20-30%的能耗。
同时,降低污泥处理难度,污泥处理后产生的有机肥已用于厂区农作物实验性种植。
该项目得到广泛认可,也让当地居民和政府切身感受到创新发展、绿色发展的魅力。
如果说睢县项目是1.0版的概念厂,那么2020年4月动工的江苏宜兴城市水资源概念厂则是2.0版。
该项目是***个完整遵循概念厂理念的污水处理厂,除了污染物削减基本功能,还具有城市能源工厂、水源工厂、肥料工厂等新功能,进一步将发展成为城市与乡村***融合和互利共生的新型环境基础设施。
该项目于2021  年中建成,如能持续稳定运营,将为中国污水处理行业绿色低碳发展和产业升级带来深远影响。
3. 改造升级曝气系统
其次,因地制宜积极采取各种措施实现能量节流,也是绿色低碳发展的重要组成部分。
有数据表明,我国污水处理厂处理单位体积污水的电耗在0.15~0.28kW·h/m3左右。
其中,曝气鼓风机电耗所占比例为56.2%。虽然不同处理工艺能耗不同,但曝气系统总体能耗占比***是事实。因此,污水处理厂节能降耗关键点在升级改造曝气系统。
曝气系统节能的核心是在保证出水达标的前提下,按需提供微生物所需的溶解氧,达到供需平衡,避免曝气能耗的浪费。
这就需要精准掌控微生物的活动过程,同时精准控制鼓风机的运行过程。既要防止过度曝气,也要防止曝气不足。这对硬件设备和控制系统的稳定性、可靠性和精准度等提出很高要求。
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据国内一家多年从事曝气系统节能降耗技术研究的企业介绍,要想实现曝气系统精准控制,不仅对技术有要求,而且对设备的选型和品牌也有要求,甚至对流量计、液位计等计量设备的安装位置也有严格要求。
总的来说,改造升级曝气系统需要系统角度综合考量各个要素,是一项复杂的系统性工程。
国内有案例表明,通过对鼓风机进行节能改造,日均耗电量从32990降低到29835,降低3155,降幅达11.4%。粗略估算,每年可减少二氧化碳排放1148吨。
对于中小型污水处理厂来说,每年至少能节省几十万甚至上百万的电费。同时削减单位总氮达10.8%,削减单位氨氮达13.1%。
4. 优化原料投入环节
污水处理工艺多样,但本质是通过生化反应来去除水中污染物。
因此,在处理环节需要投加碳源和多种化学药剂。这些原材料在生产和运输过程中消耗能源,在投加过程中也消耗一定能源。
因此,优化投料环节,有助于节能降耗减少碳排放。
如何优化原料投入环节呢?目前,市场上主要有两种方式。
***种,对加药系统进行配置升级,由常用的变频计量泵升级为数字泵,加药量有不同程度减少。
第二种,运用AI技术对污水水量、水质等参数和加药系统运行数据等进行大数据分析,形成***算法模型,从而实现加药系统精细化控制,也能有效降低药品消耗以及设备运行能耗。
5. 优化排水管网输水性能
在城市污水处理系统中,污水的收集和输送涉及大规模的管网铺设和较长距离的输送,需要大量的能耗用以支持日常的运行和维护。为了***可能降低这部分能耗,必须采取多种措施优化管网输水性能。
其中,***基础的是改造升级管网运营管理模式,重点工作包括漏损点勘测、定位、维修和潜在漏损风险的预防。
实现排水管网运行状态实时监测,并能迅速分析是否发生漏损、堵塞,及严重程度、具体地点等,为管理人员快速维修提供精准支撑。
提高排水管网输水性能,***根本性的解决措施是提高排水管网覆盖率,实现污水100%收集,同时进行雨污分流改造,大幅提高污水处理厂进水碳氮比。
如此就能解决碳源不足问题,有效提高污水处理厂有机质-甲烷转化率,把污水处理厂变成发电厂,从根本上解决能耗问题,实现碳中和。
6. 排水泵站节能降耗
排水泵站也是耗能大户。有数据表明,排水泵站占城市水务总能耗的35%。因此,对排水泵站进行升级改造,或采用智能化运营模式,能有效降低能耗。
目前主要有两种方法,其一是采用变频技术改造老旧排水泵站,或者新建项目直接采用数字泵等新型设备设施,以此降低泵站能耗。
其二,站在系统角度,从更高层面优化排水泵站运营模式。在此基础上运用物联网和移动互联网技术,打造智能管理平台,实现排水泵站远程控制、集中管理和数字化运营,达到节能降耗的目的。

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04
总结

总的来说,污水处理行业实现碳中和是一项长期的系统性工程。
仅仅站在污水处理厂行业角度,需要从“用户控制-源头分离-管网收纳-净化处理”全流程进行系统性规划。
在这个过程中,需要政府相关部门和企业***升级管理运营模式,从管理驱动升级为数据驱动,构建全新的数字化管理新模式,实现整个运营模式的智慧化升级。
从根本上解决这一问题,需要我们跳出污水处理行业,站在生态文明建设、城乡融合发展、污水资源化、能量自给、环境友好等更多层面综合考量,需要从“点-线-面-体”不同层次进行顶层规划、系统设计和统筹安排。
这不单是整个行业技术和理念的更新,而且是整个社会思想和认知的革命。
这将是一个漫长和曲折的过程。让人欣喜的是,污水处理概念厂的提出和实践已迈出关键性***步,我们有理由相信,中国污水处理行业将很快为碳中和战略做出积极贡献。

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      泽信智联作为环保装备制造商,将持续加大低碳***创新技术的攻关力度和科研成果的转化力度,着力实现减污降碳协同增效,为实现我国碳达峰碳中和与水环境治理目标提供强有力的科技支持。

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