其他相关 探析:我国污水厂碳中和运行的潜力 [复制链接]

2445 0
京东
现阶段我国污水处理规模体量巨大,碳中和在未来污水厂中的运行中必将成为一大趋势,其对推动行业乃至社会的绿色发展具有重大意义。然而,受限于污水行业技术水平低等诸多因素限制,我国目前尚未建成真正意义上的“碳中和”污水厂。" D. i9 r, i6 R. z6 M: t/ X

7 N" X- u# B* h, e; |本次推荐的参考文献是以北京某污水厂为实例,从理论上分析了当前AAO工艺条件下污泥厌氧、水源热泵以及太阳能利用对碳中和运行的贡献潜力,并得出污泥厌氧能量自给率仅达53%的结论。, {& p# j2 ]9 m

+ m9 S4 |0 x" F8 O- {- B$ A3 m7 x' p5 S在我国污水有机物含量低不利于能量回收的情况下,如何制定碳中和发展之路?值得深思。摒弃AAO工艺,利用碳源浓缩技术、主流Anammox技术以及高效厌氧技术,组建低能耗、高能源回收的新型污水处理工艺或许是未来的解决途径之一。
" J. b7 M& y7 Z' [/ J
4 h- `$ T. O$ o1 w在全球温室效应及气候变化背景下,污水厂污水处理碳中和将会是未来污水处理行业的发展趋势。
# d2 g- m( l# k
& O) D2 D/ R# [2 h$ _; h. O" h# M目前,一方面污水处理属于高耗能行业,势必会导致较高的碳排放足迹;另一方面,污水中本身蕴含较多的能量(有机物、热能等),为实现污水处理过程能源自给及碳中和运行提供了客观基础。展望污水处理的未来前景,多个国家已经陆续发布了污水厂碳中和技术路线图。
1 N# a$ B$ u2 H0 Y) c
  U) C9 g  `9 X6 z/ g6 i* n: h9 d美国水环境研究基金(Water Environment Research Foundation)提出了2030年美国所有污水处理厂均要实现碳中和运行的目标。欧洲一些国家也相继发布了污水厂能源管理手册。在世界范围内,部分污水厂已经通过技术升级实现了能量自给及碳中和运行(表1)
- ]/ L3 p2 [! ^; a  ^( ]4 Z
6 A0 V4 ^1 {1 H/ j2 E9 Q表1  目前国际上实现能量自给/碳中和的污水厂案例
* \  Y8 }$ L( ~5 O# u* e 环保之家.JPG
- J# s9 `: i# A% m: j% D- z! }- h$ }7 o
1 Q1 q" a: j7 \' C
研究人员以北京一座处理规模为60万吨的污水厂为实例(AAO工艺),对污水厂碳中和运行进行了潜力分析。研究人员主要从以下三个角度,考虑了污水厂实现碳中和的途径。
9 L9 T4 T  ?" f2 w; k/ x1 W; `$ p/ y% L$ k
回收污水中有机物的能量。
) Y4 J3 w0 U5 z' x" y) @, D# w( k
利用水源热泵技术回收污水中热能。+ D8 ]0 J- e( u: L  s6 i! Q

4 G8 S) f" V' M0 I2 R1 O+ V7 v8 k. L基于目前污水厂一般占地面积较大,沉淀池和曝气池的表面可以用于铺设太阳能光伏发电板,利用太阳能发电。  m2 O1 x* k2 ]! {
0 H' e) o4 Y8 t9 G/ v2 _% V* l
污水中有机物能量回收主要依靠针对污泥的厌氧过程实现。污水处理过程中会产生初沉污泥和二沉污泥,污泥经过厌氧处理(Anaerobic digestion, AD)产生沼气,沼气经过热电联产(CombinedHeat and Power, CHP)产生电能和热能。
& x! J, u8 n+ r  Y' z* k, l
& ]  u' K! }' q$ S) T* J" d“污泥厌氧产沼气+热电联产”AD-CHP过程中产生的电能可以用于补偿污水厂的能耗,从而降低污水厂的碳足迹排放,甚至实现碳中和运行。" ?& P; Q7 o/ G0 m3 o
6 {7 ?/ R4 p0 B4 N1 T& {2 h+ R
研究人员基于一定系统边界和理想假设,建立了一套模拟计算污水厂物质流平衡和能量消耗的模型。  x. x0 L* t5 O: ~5 A7 [

/ h! x5 j5 j; n通过对污水厂几个主要耗能工艺流程(曝气能耗、污水提升泵耗和厌氧加热能耗)的分析,验证该模型计算结果与实际能耗基本吻合。其中厌氧产能部分的实际值比理论值低,主要原因是厌氧污泥量仅为设计值的38%,这从侧面反映出目前污水厂污泥厌氧处理负荷不足的现状。8 b! {4 g' u$ q& C

. h* Z2 U$ X  r& D+ _5 d' X; H该模型针对北京污水厂的实际污水水质,模拟计算了“污泥厌氧产沼气+热电联产”过程对水厂总体能源自给的影响,其贡献值仅为53%。需要注意的是,在不考虑设备引起的能量损失情况下,碳中和率可以达到270%。
3 E* H" L* m) X4 |, Y* ]
, F7 Y( ]. }( A* j, U0 T3 ?; C/ q# w# ]理论值和实际值产生巨大差异的重要因素是设备效率低(提升泵、曝气泵)和工艺过程有待优化(污泥厌氧产甲烷过程)。
. n/ w9 x, U; w1 _) ~8 F' l  w/ O
环保之家1.JPG
1 i& `: @( n3 R" y! ]8 a5 Q8 Z: |. H9 B3 G
           图1    能量消耗与回收、碳排放与补偿+ G6 q  b& Q$ ~" s' m5 w

( z" M/ G' p0 o1 L5 }除回收污水有机质所蕴含的能量外,还可以考虑污水热能和太阳能。水源热泵技术已经在建筑物室内温度控制上得到成功应用。
7 O1 ~( t0 G1 R
, v8 z( `% f# ^; M! Q% }基于北京地区污水厂案例研究,污水厂出水水温夏季平均温度低于环境温度4-5℃(6-9月),冬季平均温度高于环境温度10-20℃(10-3月)。大部分月份的温度差能够满足水源热泵技术的应用条件,为利用水源热泵回收污水热能提供了基础。; L) ], L" C8 O
; f* @$ p7 w3 v3 |) i1 a- N; z% z% M
根据模拟计算结果,1吨出水温度降低1℃时,水源热泵回收的热量若由燃煤锅炉产生,等效于产生0.26kwh煤电时的燃煤消耗。仅利用出水量的1/5所回收的能量足以弥补有机质能回收不足带来的能耗缺口。' Z* V  x0 o* q0 Y
. Y3 c: B% x% k+ R& `; }
然而,水源热泵并不能直接产生电能,富裕热能供给周边地区也存在经济半径(6.5公里以内)。热能的输出利用的同时依托与市政供热网络的互动,以及碳交易市场的发展。& q( _* e. T: [6 ^/ \7 ~
: R; P$ `" L; Z: C- k

# w! q/ l+ |% ], B+ B7 ?$ J1 H8 B太阳能的利用可以直接提供电能。根据北京几座大型污水厂的情况,每万吨污水处理规模可供太阳能铺设的反应池表面积在1147-1576m²之间。8 N8 f6 S" T- {% y
3 o. o4 m7 M/ E# R9 t
基于商业化光伏太阳能板的产电效率(覆盖4.65m²时产电能力1.09kwh/d),污水厂太阳能利用可以补偿10%的能耗损失。其对碳中和运行的贡献有限,且投资费用较高。原标题:污水厂碳中和运行的潜力分析——以我国为例,作者:宫徽* y. x/ ?6 d; ?3 v& F% Z8 B7 v4 ?
- n  Y6 j. J+ R. N5 h0 B3 _

© 声明:本文仅表作者或发布者个人观点,与环保之家[2TECH.CN]无关。其原创性及陈述文字、内容、数据及图片均未经证实,对本文及其全部或部分内容、图片、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,仅做参考并自行核实。如有侵权,请联系我们处理,在此深表歉意。

举报 使用道具 回复

您需要登录后才可以回帖 登录 | 中文注册

本版积分规则

更多

客服中心

2121-416-824 周一至周五10:30-16:30
快速回复 返回顶部 返回列表
现在加入我们,拥有环保之家一站式通行证!马上 中文注册 账号登陆