污水處理行業(yè)五大低碳化路徑逐漸明晰
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這兩項技術都聚焦減污降碳:
BEAOA是北控水務與中國工程院彭永臻院士合作研發(fā)的高效深度脫氮除磷新型處理工藝,成為污水處理過程中的減污降碳利器,目前已在國內(nèi)外率先成功開展百噸中試和萬噸級原位改造工程應用實踐;(點擊了解該技術詳情:北控水務攜手彭永臻院士團隊研發(fā)!AOA技術已在萬噸級工程成功應用)
北控速粒技術是北控水務根據(jù)中國的低碳氮比污水水質(zhì)特點,基于好氧顆粒污泥技術自主研發(fā)打造的新技術產(chǎn)品,具有緊湊性、低碳性和智能性的核心優(yōu)勢,主要適配2萬噸/日處理規(guī)模以內(nèi)的污水處理項目,可在分散式污水、中小規(guī)模城鎮(zhèn)污水、工業(yè)點源污水和重點區(qū)域村鎮(zhèn)污水等場景快速應用。
不單北控水務,在以減污降碳協(xié)同增效作為重點戰(zhàn)略方向的新時期,高碳排的水處理行業(yè)自然肩扛重擔,水務企業(yè)減碳的DNA自然也都隨之而動,并且逐漸在探索中找到了如污水熱能利用、污水處理廠精細化智能管控、污水處理廠與光伏系統(tǒng)結(jié)合、污水處理新技術研發(fā)、污泥的能源利用等實現(xiàn)低碳化的路徑??梢哉f,污水處理行業(yè)低碳化路徑已逐漸明晰。
路徑1 污水熱能利用
污水熱能利用,即污水源熱泵的應用。研究指出,地源熱泵與空氣源熱泵的能效比分別在3.3~3.8 和2.8~3.4,均低于污水源熱泵(3.5~4.6),這說明污水源熱泵(Wastewater source heat pumps,WSHP)比地源熱泵和空氣源熱泵都更省電,因此污水源熱泵技術在污水處理能量回收中得到了廣泛應用。
一些地方也明確出臺政策鼓勵污水源熱泵應用。如《北京市“十四五”時期城市管理發(fā)展規(guī)劃》中指出,充分利用余熱資源。推進東北、東南熱電中心余熱利用改造試點。逐步降低城市熱網(wǎng)回水溫度,提高電廠余熱利用效率。推進燃氣鍋爐房煙氣、數(shù)據(jù)中心等余熱回收利用,有條件的地區(qū)采用污水源熱泵供熱替代。
多家龍頭企業(yè)對污水源熱泵供熱替代深表認同并率先實踐。
北控水務執(zhí)行總裁李力曾表示,在污水處理廠配套水源熱泵,可在利用水資源的同時,進一步開發(fā)利用“水能源”,對于減碳有比較大的貢獻。
首創(chuàng)環(huán)保在山西太原城南污水處理廠,以處理后的污水作為冷熱源,利用水源熱泵機組進行廠區(qū)建筑物的制冷和制熱。
光大水務也在污水源熱泵項目方面有所實踐。
中環(huán)水務貴陽項目污水100%回用,經(jīng)深度處理后,20%作為高品質(zhì)回用水,80%排入河道作為生態(tài)補水;同時污水經(jīng)水泵提升至水源熱泵系統(tǒng)進行冷熱量利用,可為地面綜合體提供供暖、供冷,實現(xiàn)清潔功能和低碳排放。
但此技術并非完美無缺,其也存在短板,專家指出,污水所含余溫熱能只能通過水源熱泵轉(zhuǎn)換為約60 ℃的低品位熱源,不能直接用于發(fā)電,限制了該技術的應用和推廣。
路徑2 污水節(jié)能降耗
污水節(jié)能降耗,即污水處理廠精細化智能管控。據(jù)不完全統(tǒng)計,通過精細化智能管控污水處理廠的電耗可降低10%或者更高(主要為曝氣管系統(tǒng)),藥劑投配率降低30%以上甚至更高(主要為碳源投加)。
據(jù)統(tǒng)計,目前在我國已建立的城鎮(zhèn)污水處理廠中,電費和加藥費用約占污水處理成本的50%以上。因此在達標排放的前提下,污水處理廠亟需實施優(yōu)化運行以達到節(jié)能降耗的目標。
針對此,近日,京津冀國家技術創(chuàng)新中心環(huán)境工程研究所施漢昌教授團隊提出了污水處理工程STEM模型(Sewage Treatment Engineering Model)。該模型緊密結(jié)合污水處理廠的實際運行特點,可采用污水處理廠常規(guī)指標數(shù)據(jù)進行模型矯正分析。具體應用包括工藝模擬、精確曝氣、智能加藥和優(yōu)化運行專家系統(tǒng)等,可有效實現(xiàn)污水處理廠的優(yōu)化運行,達到節(jié)能降耗的目標。
再比如近日入圍“2022全球水獎(GWA 2022)”中Smart Water Project of the Year(年度智慧水務項目)的煙臺市套子灣污水處理有限公司智能化系統(tǒng)改造項目,該智能系統(tǒng)包含了在線預警預測、預案管理、智能加藥、設備管理、日志報表等主要功能;在水質(zhì)預警預報、預案管理的基礎上針對反硝化碳源投加進行優(yōu)化控制投加,在保證水質(zhì)達標的基礎上實現(xiàn)降低碳源投加成本的降低;實現(xiàn)了碳源投加量同比減少10%,碳排放減少231t(CO?當量);節(jié)省用電近100萬kwh,間接減少碳排放1000t(CO?當量),從而達到污水廠節(jié)能降耗的目標。
路徑3 污水廠與光伏系統(tǒng)結(jié)合
2020年4月,國家5部委出臺文件,鼓勵污水處理企業(yè)綜合利用場地空間,采用“自發(fā)自用、余量上網(wǎng)”模式建設光伏發(fā)電項目。
2021年11月,浙江省能源局正式印發(fā)了全國首個針對整縣推進分布式光伏開發(fā)試點工作的省級實施工作導則。文件明確,對現(xiàn)有污水廠和自來水廠的光伏安裝比例要求90%以上,成為分布式光伏開發(fā)重點工作之一。
雙碳目標下,污水處理廠節(jié)能降耗被提上日程,專業(yè)人士認為,如果全國4000多座污水處理廠按照每個污水廠平均可建設5兆瓦光伏電站預估,則這些污水廠可建設光伏電站的規(guī)模將超20吉瓦。為了提高污水處理效率及水質(zhì),越來越多的污水廠開始探索光伏發(fā)電的模式,污水處理廠+光伏電站這一CP也越來越多地出現(xiàn)在大眾的視野里,且大有爆發(fā)之勢。(“水光CP”不斷出現(xiàn):這些污水處理廠已披上光伏外衣)
光伏發(fā)電在白天負荷高峰時期采用“自發(fā)自用”的方式,光伏電站所有發(fā)電量直接被污水處理廠的用電負荷所消納,一方面減少對電網(wǎng)的電能質(zhì)量影響,減少并網(wǎng)發(fā)電向電網(wǎng)饋送電能時與電力運行公司發(fā)生的業(yè)務糾紛,另一方面可以充分利用國家對新能源分布式發(fā)電的政策補貼,降低電力成本。
許多行業(yè)龍頭也是在此方面大有作為。
如三峽集團主導的長江大保護項目就與光伏項目多次合體:蕪湖市朱家橋污水處理廠分布式光伏項目一期工程已于2020年9月并網(wǎng);蕪湖市城東污水處理廠分布式光伏項目于2021年9月開始發(fā)電;蕪湖市三山區(qū)的高安污水處理廠于2021年11月上旬正式并網(wǎng)發(fā)電,其余規(guī)劃中的4座污水廠分布式光伏項目將陸續(xù)投入運營。蕪湖市這7座污水廠分布式光伏項目規(guī)劃總裝機容量約2萬千瓦,預計建成后平均每年可為電網(wǎng)提供約2300萬千瓦時清潔電能,相較于火電每年可節(jié)約標煤0.72萬噸,減少排放二氧化硫約0.07萬噸,二氧化碳約1.97萬噸。
運營王小郢污水廠這個超級光伏電站的節(jié)能國禎此前也在投資者互動平臺表示,公司在安徽、華東、華南、華中、西北、華北等地區(qū)的污水處理項目大部分具備添加分布式光伏項目條件。
武漢控股打造了全國最大的污水處理廠分布式光伏發(fā)電項目——北湖污水處理廠分布式光伏項目。據(jù)測算,北湖光伏發(fā)電項目并網(wǎng)發(fā)電后,在25年運營期內(nèi),每年可提供約2200萬度的綠色清潔電能;節(jié)約發(fā)電燃煤約0.8萬噸,相當于減少二氧化碳(CO2)排放量約2萬噸,環(huán)保效益突出,節(jié)能減排效果顯著。
光大水務山東淄博的污水處理項目啟動了廠內(nèi)光伏項目試點;該光伏設施已于二零二一年八月并網(wǎng)發(fā)電,預計發(fā)電量可滿足項目廠區(qū)用電的9%,為未來推廣廠內(nèi)光伏試點積累良好經(jīng)驗。
而隨著對減污降碳要求的逐步提高,污水+光伏二合一已然不是最厲害的,三合一項目也多有出現(xiàn)。
日前,華東勘測設計研究院EPC總承包的仙居縣污水處理二期工程榮獲2020—2021年度國家優(yōu)質(zhì)工程獎。這座新概念式的污水處理廠集污水處理、濕地公園、光伏發(fā)電于一體,在服務污水處理需求的同時,為居民提供了一座科普教育、休閑游覽的親水公園,為高質(zhì)量綠色發(fā)展提供生動實踐。(污水處理+濕地公園+光伏發(fā)電三合一!這座污水處理廠獲國家優(yōu)質(zhì)工程獎)
近日,聊城市水務污水處理有限公司2.13MW分布式光伏發(fā)電項目開工,該項目擬利用水源熱泵技術回收污水中的熱能和有機物能量等,實現(xiàn)綜合能源利用,開創(chuàng)了全省污水處理廠+光伏+綜合能源應用的先河。
路徑4 污水處理新技術研發(fā)
污水處理新技術研發(fā),即通過新技術的替代與升級,降低能耗,減少碳排放,在這點上,以北控水務、粵海水務、首創(chuàng)環(huán)保、碧水源、節(jié)能國禎為首的行業(yè)龍頭已率先發(fā)力并實現(xiàn)成功應用。
北控水務新發(fā)布了BEAOA和北控速粒技術,其中BEAOA已成功開展百噸中試和萬噸級原位改造工程應用實踐。
粵海水務依托馬軍院士“重力流直接超濾凈水關鍵技術”成果,已經(jīng)開展了模塊化裝配凈水廠的應用探索。
首創(chuàng)環(huán)保集團自主研發(fā)的污水生物處理數(shù)學模擬技術、CREATE好氧顆粒污泥技術可實現(xiàn)碳源投加量降低50%-70%以上,節(jié)約電耗 25%,運行成本降低35%,節(jié)約建筑占地50%。
碧水源最新研發(fā)的振動MBR技術成功應用于竇店再生水廠,這項技術降低了污水處理過程的曝氣需求和能耗。對于日處理能力為1.5萬方的竇店再生水廠來說,一年能節(jié)省近40萬元的電費,同時出水總氮低于5mg/L,一年能產(chǎn)出500多萬方高品質(zhì)的再生水。目前,碧水源公司已在北京等多地投用或計劃投用這項技術,累計污水日處理能力50萬方,每年能節(jié)省電費在1300萬元左右。
近日,中國節(jié)能“AAO工藝高標準處理城鎮(zhèn)污水低碳集成技術”經(jīng)鑒定委員會專家評估,一致認定該技術達到國際先進水平?!?span>AAO工藝高標準處理城鎮(zhèn)污水低碳集成技術”為中國節(jié)能所屬中節(jié)能國禎自主研發(fā),經(jīng)第三方檢測,運用該技術后,出水主要污染物排放指標穩(wěn)定達到地表水類Ⅳ類標準,污水處理廠單位噸水能耗降低8%-16%,單位噸水藥劑(除磷、碳源)耗量降低15%-50%,直接運行成本降低10%-20%,CO?的排放量降低了10%以上。同步實現(xiàn)了節(jié)能降耗、減污降碳協(xié)同的污水處理運營管理效果。
路徑5 污泥的能源利用
污水處理副產(chǎn)物污泥的能源利用,即厭氧消化的沼氣利用和焚燒的熱能利用。
目前我國污泥處理處置工藝的選擇主要依據(jù)技術適用性和經(jīng)濟成本??紤]到未來碳達峰和碳中和目標,碳排放作為污泥處理處置工藝路線選擇的重要指標之一,是未來的發(fā)展趨勢。
據(jù)悉,污泥厭氧消化過程的碳排放量相對較低,且具備實現(xiàn)負碳排放的可能。污泥厭氧消化耦合沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)項目,可以實現(xiàn)熱、電兩種能源的回收利用,提高能源利用效率。目前我國污泥熱電聯(lián)產(chǎn)已應用在多個項目上,并取得了明顯的碳減排效果。
上海白龍港污水處理廠采用中溫厭氧消化系統(tǒng),處理規(guī)模為204噸總干污泥量/天,沼氣產(chǎn)量約為40 000立方米/天,沼氣轉(zhuǎn)化為熱能用于厭氧消化系統(tǒng)熱能供應,厭氧消化熱能自給率達100%。多余的沼氣還可用于部分污泥干化對熱能的需求。
北控水務的北戴河新區(qū)污泥處理廠項目的日處理規(guī)模為300噸(80%含水率),處理工藝采用分級/分相厭氧消化工藝,產(chǎn)生的沼氣經(jīng)提純后,一部分可用于預處理單元的原泥預熱,另一部分可用作車用燃氣。
戴曉虎曾在論文中指出:干化焚燒屬于中等碳排放水平,重點在于開發(fā)高效低耗深度脫水技術和環(huán)境友好型脫水藥劑,降低污泥干化的能耗,減輕對后續(xù)焚燒過程結(jié)焦和飛灰的影響,以及提升工藝設計合理性和整體智能化集成水平。從未來的發(fā)展來看,厭氧消化-干化焚燒工藝有望成為污泥處理處置的重要發(fā)展方向。
“十四五”時期,我國生態(tài)文明建設進入以降碳為重點戰(zhàn)略方向、推動減污降碳協(xié)同增效的關鍵時期,水處理行業(yè)低碳發(fā)展勢在必行,也希望越來越多的水處理企業(yè)能夠真正行動起來,助力水處理行業(yè)早日實現(xiàn)“碳中和”。蘇州皙全皙全純水設備公司可根據(jù)客戶要求制作各種流量的純水設備,實驗室純水設備,GMP醫(yī)用純化水設備,半導體超純水設備。
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