太阳能在污水处理厂中的运行模式

2.1太阳能温室干化

对于日照时间长、太阳辐射强的地区，可直接采用纯太阳能干化。然而对于地理条件不理想的地区，直接利用会导致占地面积过大且存在处理时间过长的问题。因此，一般需要增加额外的能源，比如利用污水热泵从污水厂的出水中抽提热能，并通过热水向干化装置提供能源。

太阳能干化是借助太阳暖房实现的，其核心部件是污泥翻滚机。经过机械脱水后的污泥放料于储存仓中，由翻泥机平铺于暖房内的网孔地板上，通过太阳能加热暖房内的空气和污泥，并由鼓风机将干燥空气吹射到污泥层上，带走污泥中的水分[13]。

在冬季，为防止出现污泥堆积以及干化效果降低的问题，可安装高效加热地板，利用污水厂出水的热量，通过热泵技术加热地板，使得干化的效率大大提高。工程案例(HuberSRT)证实机械脱水之后的污泥(含水率为75%)，经过该干化系统(SHP系统)后，含水率下降至约40%甚至更低。因此，在干化效果上，与普通的热干化设备是相同的。

相对于传统的热干化法，污泥单纯利用太阳能干燥无辅助热源时，干燥速率不超过0.63kg/m2˙h[14]，而污泥在小型桨叶式污泥干化机内的干化速率最高达到0.6kg/(m2˙min)[15]，速率约为太阳能干化的60倍。目前为了解决太阳能无辅助热源干化速率较低的问题，通常增加热泵作为辅助热源、提高太阳能集热系统、主被动结合干化等方式来提高干化速率。并增加风力及光伏发电来满足干化风机等用电，进一步降低成本。

2.2厌氧消化

城镇污泥的厌氧处置技术发展已经十分成熟，而且应用越来越广泛。该项技术尤其适用于温暖地区。相比传统的好氧处置，该技术具有投资与运营成本较低、产泥量少等优点。但由于厌氧处置的去除率受温度影响较大，如果将该技术运用到温度较低的寒冷地区，为保证其使用效果，需加大能源的消耗，并增加相应的管理成本。因此，为了降低能耗和管理成本，将太阳能应用于厌氧消化就具有可观的发展前景。

国外相关学者设计了用于污水生物处理的太阳能保温厌氧反应器，该反应器主要是利用平板集热器加热储热罐中的循环水，通过热交换器维持双层隔离厌氧生物池的内部温度。该反应器在一年中绝大部分时间都能够维持35℃的理想温度，COD去除率达到80%以上[16]。近年来，国内研究人员也对厌氧消化过程中的太阳能应用技术进行了探索，并取得了较大的成果。因该项技术受气候、地域和时间的影响较大，如何提高太阳能利用率成了亟待研究的问题。

3能耗与经济效益

3.1污水厂能耗分析

在国内，各区域城镇污水处理单位能耗总体上随规模的增加而减少，污水处理的深度不同，能耗差异较大，国内不同规模的污水处理厂能耗的比较结果如表4所示[16]。中国污水处理发展位于初步阶段，大部分仍为中小型水厂，处理率较低。因此，随着污水处理厂提标改造工程的落实及排放标准的严格执行，污水厂的电能消耗将进一步增大。将太阳能运用于城镇污水处理厂中，对降低能耗有着重要的意义。比如光伏发电可满足大型污水厂用电量的30%~40%，中小型可达70%以上。对于城镇污水处理厂中能耗占比较大的污泥来说，太阳能干化可节约相当大一部分电能。具体电能消耗情况详见表5。

相比于传统的热干化设备来说，利用太阳能干化污泥消耗的电能仅为其四十分之一，即使是在天气情况较差或者冬季时，增加热泵作为辅助热源，其电耗也是较低的。

3.2经济效益

与国外相比，污水处理厂基建费与人工费大于能源费用，但随着自动化程度的增加，能源的比重将增加，将太阳能应用于污水处理项目中，不仅可以使其电耗降低，满足污水厂大部分用电量，通过余电上网更能获得一定的经济效益。由国家发改委价格司和国家能源局审核，确定2016年光伏发电上网标杆电价如表6所示。

根据相关补助政策，国家实行按照发电量进行电价补贴的政策，电价贴标准为0.42元/kW˙h。对于污水处理厂项目而言，其特点是投资大、回收期长。国家补贴以及上网电价回报可有效降低投资回收期，获得较佳的经济收益。

4结论

本文通过对实际污水厂光伏发电进行模拟分析，并且参照正在运行中相关示范项目的发电量与用电量均衡详情，阐明了太阳能应用于城镇污水处理厂是一种值得尝试的新方法，且已逐渐获得较大的经济与生态效益。此外，光伏发电在自来水厂中的应用可基本实现能源供给与消耗的平衡，为未来自来水厂建设能源供给方面提供宝贵的案例经验。与此同时，对于污水处理厂中其它环节如污泥处置和杀菌消毒等方面，太阳能技术的引进能大大降低污水处理的能源消耗及污泥处置的成本。在未来的发展中，建议将光伏发电项目并入污水处理厂建设项目一起统筹规划，避免污水厂后期改造存在的结构设计问题。总而言之，太阳能在污水处理厂中的运行模式是一种可同步实现清洁生产、低碳排放与经济收益的有效模式。

延伸阅读：

工业污水处理一级A达标排放的关键因素分析与运行控制

某污水处理厂提标改造概述与管理建议

污水处理各种工艺大全及优缺点对比

污水处理五种生化池曝气量经验公式计算对比