文章亮點(diǎn)

 

·詳細(xì)計(jì)算污水化學(xué)能與熱能理論潛質(zhì)及其實(shí)際轉(zhuǎn)化

 

·污水蘊(yùn)含大量低品位可交換、直接利用的熱能，其量大大高于化學(xué)能

 

·污水處理碳中和運(yùn)行難以依靠化學(xué)能實(shí)現(xiàn)，而熱能利用則可輕松間接實(shí)現(xiàn)

 

·污水有機(jī)物資源回收應(yīng)轉(zhuǎn)向高附加值化合物，而非強(qiáng)調(diào)污泥厭氧消化

 

文章簡(jiǎn)介

 

污水資源與能源化越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注?！栋屠铓夂騾f(xié)定》簽署并實(shí)施后，污水處理碳中和運(yùn)行顯得尤其必要。傳統(tǒng)利用剩余污泥厭氧消化轉(zhuǎn)化有機(jī)能（cod）的作法因?qū)嶋H轉(zhuǎn)化率不高而難以幫助污水處理廠(chǎng)碳中和運(yùn)行。相形之下，污水余溫?zé)崮軆?chǔ)量非常豐富，還沒(méi)有引起人們的足夠忽視。

 

污水中cod雖然為一種可以有效利用的化學(xué)能量物質(zhì)，可以通過(guò)剩余污泥厭氧消化方式轉(zhuǎn)化為能源物質(zhì)——甲烷（ch4）而加以利用。但是，面對(duì)污水處理廠(chǎng)碳中和運(yùn)行目標(biāo)，這種化學(xué)能顯得捉襟見(jiàn)肘。大部分學(xué)者/研究將回收污水中蘊(yùn)含的化學(xué)能作為實(shí)現(xiàn)污水處理碳中和的唯一手段。能量核算表明，污水中蘊(yùn)含的化學(xué)能并不能全部（100%）通過(guò)厭氧消化與熱電聯(lián)產(chǎn)（chp）方式轉(zhuǎn)化為電能和熱能，僅有10~14%的理論化學(xué)能可轉(zhuǎn)化為實(shí)際回收/利用能量，距碳中和運(yùn)行目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)；進(jìn)水cod=400 mg/l污水在完成脫氮除磷目標(biāo)后形成的剩余污泥最多僅可滿(mǎn)足53%（0.20 kw·h/m3；化學(xué)能理論值為1.54 kw·h/m3，轉(zhuǎn)化率僅為13%）的運(yùn)行能耗。

 

相反，市政污水余溫蘊(yùn)含量卻大的“驚人”。作為低品位能源（不能用于發(fā)電），可用于污水處理廠(chǎng)自身和周邊（3~5 km）建筑供熱/制冷、溫室供暖，甚至還可直接用于厭氧消化器加熱、污水冬季加熱、污泥干化等目的。在污水處理末端利用熱能不僅可以避免冬季影響生物處理效果的問(wèn)題，亦可避免熱能污水管道原位利用或污水處理廠(chǎng)前端利用面臨的堵塞、污染以及腐蝕現(xiàn)象。在出水水量和水質(zhì)雙雙保障情況下，熱能利用可以通過(guò)水源熱泵交換方式輕松實(shí)現(xiàn)。

 

熱能核算顯示，污水中蘊(yùn)含的理論熱能為4.64 kw·h/m3（溫差為4oc）。通過(guò)水源熱泵交換可實(shí)現(xiàn)38%熱能轉(zhuǎn)化（1.77 kw·h/m3，cop=3.5）和25%冷能轉(zhuǎn)化（1.18 kw·h/m3，cop=4.8）。從數(shù)值上看，實(shí)際污水熱能回收顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化學(xué)能（0.20 kw·h/m3）。

 

實(shí)際污水處理廠(chǎng)（cod=400 mg/l）案例分析表明，污水化學(xué)能僅可彌補(bǔ)53%污水處理運(yùn)行能耗，剩余47%能量赤字仍需靠其它途徑予以彌補(bǔ)。如果利用熱能，僅需要9.8%熱能或14.7%冷能交換（碳交易）便可輕易彌補(bǔ)能量赤字，間接實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。剩余約90%熱能或85%冷能則可用于周邊建筑物空調(diào)、溫室供暖等目的，以減少外部化石能源（煤電、油電）的輸入?？梢?jiàn)，污水處理廠(chǎng)若考慮熱量回收不僅自身可實(shí)現(xiàn)碳中和運(yùn)行目標(biāo)，亦可向廠(chǎng)外供熱/冷，從而實(shí)現(xiàn)向能源工廠(chǎng)的華麗轉(zhuǎn)變。這種認(rèn)知徹底顛覆了傳統(tǒng)能量利用觀念；同時(shí)，也揭示了污水化學(xué)能利用上的局限，意味著cod應(yīng)向高附加值產(chǎn)品（如，藻酸鹽、pha等）資源化方向轉(zhuǎn)變，無(wú)需再去強(qiáng)調(diào)污泥厭氧消化。

 

 

文章同樣也指出，熱能利用技術(shù)上幾乎沒(méi)有任何障礙，關(guān)鍵問(wèn)題是低品位熱能（50~60oc）不能用于發(fā)電，只能直接利用熱量，這又受有限輸送距離（3~5 km）限制。再者，作為一種清潔回收能源，需要政府部門(mén)予以立法，給予政策和稅收上的支持。相信隨著各國(guó)“碳稅”逐漸開(kāi)始增收，熱能利用帶來(lái)的“碳稅減免”或“碳交易”上市必將推動(dòng)這一被冷落的“新”能源。在此方面，國(guó)外受政策支持而發(fā)展熱能利用的案例屢見(jiàn)不鮮；在北歐、荷蘭、日本等國(guó)家，回收熱能用于建筑物供暖、溫室保溫已形成相當(dāng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

 

 

重要結(jié)論

 

1、污水中蘊(yùn)含的熱能遠(yuǎn)高于化學(xué)能，實(shí)際可回收熱能為化學(xué)能9倍之多

 

2、回收熱能除可用于污水處理廠(chǎng)自身和周邊建筑供熱/制冷、溫室供暖，還可用于厭氧消化器加熱、污水冬季加熱、污泥干化等目的；污水處理廠(chǎng)不僅可實(shí)現(xiàn)碳中和運(yùn)行，而且成為向外輸能的能源工廠(chǎng)3、污水熱能利用關(guān)鍵不在于技術(shù)，而是應(yīng)該立法“碳稅”和/或“碳交易”，以政策或稅收等方式推動(dòng)污水熱能利用4、污水中的有機(jī)物（cod）應(yīng)向具有高附加值的產(chǎn)品方向轉(zhuǎn)化，而不再是一味強(qiáng)調(diào)厭氧消化轉(zhuǎn)化至甲烷（ch4）

 

文章來(lái)源：waterresearch