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。

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。

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。

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。

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。