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水与能源相互关联,密不可分。水处理需要能源,能源生产也离不开水。
水需要的能源
最低标准(或可接受水平)的水传输和水处理技术所需的能源为0.05至5千瓦时/立方米,数值的大小取决于水源种类(淡水、海水还是污水)和特定的地域参数,如气候、供水状况、用水量和人口密度。图2显示了城市水循环与处理过程中,各主要因素在不同地区的单位能耗。水和污水处理设施所消耗的能量大致在0.2千瓦时/立方米到1.4至1.5千瓦时/立方米的范围内波动,其具体值取决于取水扬程、水处理工艺流程和处理规模。输水设施所消耗的能量可达1.1千瓦时/立方米,并且在一些特殊情形下,如长距离运输,可能消耗更多的能量,“加州水资源项目”就是一个典型范例,耗能达2.5千瓦时/立方米。
采用先进的营养物去除法的污水处理和再利用需消耗更多能量。然而,相对于海水淡化和水资源长距离运输,污水再利用仍是更为节省成本和能源的方法之一。节省能源的高级水资源再利用工厂,如加州奥兰治县实施的“地下水补给系统”(GWRS)工程,用相对较低的能耗即0.53千瓦时/立方米来生产符合饮用水质标准的循环水。与以色列阿什克伦的一家同是节约能源的海水淡化厂相比,两家工厂的日处理能力类似(分别是265000立方米/天和330000立方米/天),但先进的再生水厂耗能量比海水淡化厂低5.5倍,后者的耗能量为2.9千瓦时/立方米。
采用厌氧工艺去除营养物的能源优化型污水处理厂不仅可以将能量消耗降至0.35千瓦时/立方米,同时还可以发电,实现能源自给自足,例如拥有22万的人口当量的奥地利Strass污水处理厂。
海水淡化的能耗仍高于其他供水方式,但是高效反渗透膜和能源回收装置的使用已使大型海水淡化厂的单位能耗降至2.5至3.5千瓦时/立方米,并且降低了年度特定成本。
随着人们的建筑需求对气候变化更具适应性,加之人口增长,雨水收集技术在世界上日益流行。但需要强调的是,多数雨水收集系统都采用以高能耗为特征的抽水设备和雨水收集方案,耗能量通常在0.3至1.2千瓦时/立方米之间,并且伴随着明显的碳足迹。不过,大部分雨水收集系统规模较小,一般为个人或高层建筑使用,不宜与大型设施的能耗直接比较。新型重力驱动型雨水收集系统可以利用水流或太阳能来回收动能,这一创新可减少能源消耗,促进雨水收集技术的可持续性发展。
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