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应用案例 | 看污水处理厂如何变身能源工厂

北极星水处理网  来源:水业碳中和资讯  作者:赵梓丞 郝晓地  2021/4/21 9:32:36  我要投稿  
所属频道: 水处理  关键词:污水处理厂 能源回收 碳中和

北极星水处理网讯:2020年,Kakolanmäki污水处理厂借助余温热能等能源回收,实现综合体气候影响为-24 931 t 二氧化碳(CO2),综合碳足迹为负数;不仅自身完成碳中和运行,而且出现大量碳汇。

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Kakolanmäki污水处理厂地处芬兰最古老城市图尔库(Turku),为改造利用了地下约471 000 m³的岩石场,由图尔库地区污水处理有限公司(Turun seudun puhdistamo Oy)于2009年1月1日建成运行。该厂目前主要处理净化图尔库地区近30万居民生活污水以及当地工业废水,取代了原先五个老旧污水处理厂,处理规模为90 000 m³/d。

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工艺流程

该污水处理厂主要包括机械、化学和生物处理过程的4条平行污水处理线,主要流程如下图所示。

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进水通过格栅后投加硫酸铁化学药剂,在初沉池磷污泥与悬浮物(SS)共沉淀,混合污泥排入储泥罐。

生物处理采用传统生化曝气池,二沉池出水通过升流慢速砂滤池深度处理。滤层由0.5 m石英砂和1.0 m Filtralite Clean MC 2,5-4过滤材料(主要为烧焦粘土和浅砾石)组成,保证出水稳定达标。

该厂还引入了两组旁路处理单元,洪峰流量(超负荷)进水由旁路通过双线Actiflo®(高速沉淀池,主要为微砂辅助化学絮凝过程),可提高污水处理厂稳定性和抗冲击能力。

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进出水数据显示,该厂有机物、磷与SS去除率为99%(水质标准要求95%),总氮去除率为80%(水质标准要求75%),出水指标符合环境排放要求(ESAVI No 167/2014/2)。

能源回收

热能回收

位于厂内隧道的热泵交换站由图尔库能源有限公司(Turku Energia Oy)运营,主要用于污水处理出水余温热能回收,回收热能就近并入当地热力管道系统,为近15 000户家庭集中供暖 (每年约200 GWh,占图尔库地区14%供热量);夏季用于区域制冷(每年约30 GWh,占90%该区域制冷量)(数据来源:https://energia.fi/)。

据测算,该热泵站所替代的化石能源每年为图尔库地区减少约8万t碳排放量。与此同时,污水出水平均温度降低约5~10 ℃,非常接近排放水体环境温度,可保护附近海域生态环境。

污泥厌氧消化

该污水处理厂每年产生约50 000 t干污泥。干污泥经油轮被运送至附近Gasum沼气处理厂(Gasum Oy:n Topinojan biokaasulaitokselle),经过消毒、消化和堆肥处理、处置。消化产生的沼气经热电联产(CHP)也用作该地区供暖和电力。堆肥处理后的污泥用作农/林业肥料或土壤改良剂。沼气站采用中温消化工艺,每年可以生产4 600 000 m³生物沼气,相当于30 GWh能源。

其它能源

除此之外,该厂还利用太阳能电池板产电,亦从通风管道、空气压缩机、泵站冷却水中回收热能,以实现碳中和运行目的。

碳中和能力评价

以上数据可以看到,污水处理厂年均耗能总量为21 042 MWh,而通过各种形式能源回收总量高达211 415 MWh,产能几乎是运行能耗的10倍之多。其中,以余温热能回收供热/制冷能量回收占比总回收能量最大,达95%,是主要产能来源;而污泥厌氧消化产能仅占3.7%,且只能满足36.8%运行能耗需要(况且在进水平均COD=2 100 mg/L下获得),若仅靠污泥厌氧发酵距离碳中和目标甚远(能量赤字73.2%)。可见,污水余温热能是一种潜能巨大的新能源,合理利用热能让该厂成为名副其实的“能源工厂”。

碳足迹衡算

2020年,该污水处理厂总碳排量为10 712 t 二氧化碳(CO2),主要排放源为氮氧化物(NxO)和甲烷(CH4)(HSYViikinmäki 处理厂碳排测算模型)。

碳足迹核算除考虑污水处理厂运行外,还必须考虑到Gasum Oy沼气厂以及TSE厂供热与制冷量。下图描述了该厂综合体碳足迹减少情况。

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原标题:应用案例 | 污水处理厂变身能源工厂:芬兰Kakolanmäki

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