一年节省电费70万！三招搞定污水处理厂高耗能问题
导读：降低电耗，就是降低碳排放。针对高能耗的问题，许多污水厂也进行了各种升级改造，改造升级路子通常有3条，提升污水厂运营管理水平、提高污水处理过程中的能源回收率及寻找能源替代。
污水处理这个事，听起来似乎是个环保的事，但实际上并不完全是这么回事。大家也知道，污水处理行业是个高能耗行业，尤其是在环保督察和排放标准越来越严格的形势下，污水厂不惜过量投入电耗，以高能耗换取高水质。长久以来，污水处理厂至少有50%的成本来源于电费。据统计，污水处理电耗大约占全社会总电耗的1%。
污水厂“节能降耗”的口号喊了几十年，以前是为了降成本，而现在，在碳中和的大背景下，碳减排又成了一个重要目标。据统计，污水处理行业的碳排放量约占全社会总排放量的1%，而污水厂因为耗电所形成的碳排放，大概占全社会总排放的0.5%。
所以说，降低电耗，就是降低碳排放。针对高能耗的问题，许多污水厂也进行了各种升级改造，笔者总结了一下，通常有3条路径。
1提升污水厂运营管理水平
首先我们要明白，污水厂的高能耗是什么原因导致的？一是落后的工艺设备，二是粗放的运营管理。先说工艺设备。落后的设备能耗高，这是毋庸置疑的，只要淘汰换新就行，但是工艺的话就稍微有点复杂。要想从工艺环节降低能耗，首先就要知道污水厂的电到底耗在哪里了，这就需要进行能耗审计工作，对污水处理各环节的能耗进行统计分析。这样做的好处，一个是大概能确定自己有多大的节能潜力，好制定节能目标；第二是通过与行业的能耗基准作对比，可以找出能耗较高的工艺环节，进而制定具体的节能计划。
一个典型案例是德国的Bochum-Ölbachtal污水处理厂。这个污水厂的进水COD=380 mg/L，接近我国市政污水COD高值，比较具有借鉴意义。这家污水厂是在2013年进行升级改造的，先说结论，这家污水厂改造之前全年总耗电量为12.77 GW·h，改造之后，全年总耗电量为5.1 GW·h，降耗率高达30%。
那么这家污水厂是如何通过调整工艺流程降低能耗的呢？
该厂采用三段进水前置反硝化工艺，改造手段包括2部分：
1、进行工艺流程的优化。
将原来的单点进水改为3点进水，并且去掉了第2、3段的内回流，只保留第一段的内回流，且根据第一段末端硝酸盐(NO3-)浓度高低选择性开启，以提高反硝化程度，这样做的好处是可以减少内回流泵的能耗。(改造后工艺流程如下图)
二是对设备进行优化，选用更加先进节能的曝气器以及搅拌器。
改造后，内回流的降耗率高达95.7%，整体的降耗率达到了30.3%。
工艺设计有问题，往往就伴随着高能耗的问题，尤其是我国市政设计单位为保障污水处理厂出水稳定达标，在设计时取值比较保守，但污水处理厂在实际运行中，平均污水进水浓度及进水量远达不到设计水平，负荷率偏低，许多污水处理厂设备存在“大马拉小车”情况，使得吨水电耗偏高。
再来说运营管理。这个大家应该都深有体会，目前大多数污水厂为了出水达标，会过度使用化学药剂，而粗放的加药方式以及曝气方式都会增加污水厂的电耗，现在凡事都讲究数字化、智能化，要解决的就是这个问题。
2提高污水处理过程中的能源回收率
污水处理中有两个途径可以回收能量，一个是剩余污泥的利用，另一个是污水厂尾水中余温热的利用。
剩余污泥可以通过厌氧消化产生沼气，再进行热电联产，可供污水厂使用。不过这里存在一个问题，那就是沼气的产生量取决于剩余污泥量，而剩余污泥量又跟进水有机物浓度(COD)有关，而我国进水碳源又是普遍不足的，搞定水中的污染物已经是心有余而力不足，到了剩余污泥这一步，剩下的碳源就更少了，所以通过剩余污泥回收的能量，相比于污水厂自身消耗的能量，还是小巫见大巫。
不过，这也有解决的办法，有些污水厂会同时收集厂外生物废弃物与污泥共消化，这样既增加了沼气产量，又减少了废弃固体量，产生了1+1>2的效果。在奥地利的一个工程案例中，共消化中添加有机废弃物至25%，有机负荷增加了94%，而沼气产量可以增加2倍。
另外一个解决办法是碳源分离技术。这种技术可以使污水中大部分COD进入到污泥中，提高污泥厌氧消化的产能效率。目前，国际上先进的碳源分离技术主要为一级化学强化法、高负荷活性污泥法以及厌氧膜生物反应器法。
另外一种能源回收方法是利用污水中的热能。这个热能可以通过水源热泵进行回收，由于污水中的余温热不太受重视，应用的比较少，大家可能对此没啥概念。
我们拿上面的COD化学能来做比较，根据研究显示，城市污水中化学能约占总潜能值的10%，而污水的余温热能占了90%，如果把污水余温热能利用起来，污水处理厂就能实现从“耗能大户”到“能源工厂”的华丽转身。
这种热能的应用场景也比较广泛，可以用于污水处理厂自身和周边(3——5 km)建筑供热或者制冷、温室供暖，甚至还可直接用于厌氧消化器加热、污水冬季加热、污泥干化等。比如，在冬天的时候，生物处理系统效果下降，就可以利用污水余温热给生物系统供热，既不会增加耗电成本，又能为碳中和出一份力。
如果说污水厂要做到碳中和，那么光靠污水化学能是不够的，研究表明，污水化学能仅能弥补53%污水处理运行能耗，而剩余47%能量赤字怎么弥补呢，目前来看最可靠的就是利用污水热能了。
但是污水热能之所以还没有被利用起来，也是因为它有很大的局限性：一个是，污水热能属于低品位热能(50-60℃)，不能用于发电，只能直接利用，而且热量有效输送半径才有3-5公里。远距离输送会导致热量损失，而且会增加成本。
另一个是，作为一种清洁回收能源，想要发展起来，政府部门的支持是必不可少的。不光是政策、立法，更要有经济上的支持，目前我国这方面做的还比较欠缺。
3寻找能源替代
这几年最热的新能源就是太阳能了，我国光伏产业在政策的扶植之下，发展迅猛，国家也曾鼓励污水处理企业多多利用自身的场地空间，自己发电自己用，以弥补自己能量上的缺口。
很多污水厂也响应号召，和光伏组起了CP。水处理+光伏的好处很明白，首先是发的电可以供污水厂自己使用，从而降低电耗成本，做的好的甚至还能向电网供电，或许还能有额外的收益；其次是，对于污水厂的转型具有重大意义。
最典型的就是王小郢污水处理厂。通过在污水处理厂的氧化沟和沉淀池上方空间布排光伏组件，有效地实现了土地及空间资源的二次开发利用。每年可提供约1200万度绿色清洁电能，相当于每年节约标准煤3936吨，减排二氧化碳11965吨，降低碳粉尘排放3264吨，节省电费支出70万元以上。
不过我们也能发现，污水厂+光伏的模式并没有大规模落地，其中很重要的一点就是成本问题。光伏发电有个很大的特点，就是发电量很不稳定，需要增加储能设备，发电多的时候储存起来，少的时候就可以用存起来的电量。但是加上储能设备，又是一笔非常大的成本，这对于搞光伏发电站的国企来说，都是不小的压力，更何况是污水厂。
如果污水厂都加上光伏，就还要配置相应的储能设备，相当于是多了一笔重资产，对于企业来讲，是一笔很大的负担，所以水处理+光伏的模式，不是每个污水厂都能搞的。
4写在最后
在碳中和的大背景下，未来的污水厂势必会向精细化、低碳化的方向发展，而现在的每座污水厂，都要不断积累转型的经验，不断进行优化升级，才能不被时代所淘汰。
