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污水热能利用技术详解

发布日期:2021-07-09

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 污水处理厂出水比原污水具有更高的潜热值,通过水源热泵系统提取热能也相对容易,可避免热交换器(热泵)防污、防堵、防腐构造等问题。为科学合理开展农村生活污水治理,促进农村生态环境持续改善,按照实事求是、因地制宜的原则,对部分农户产生的生活污水实施管控治理。

 污水中含有有机物(COD)化学能和余温热能,但这种潜能一直不被重视。若把污水中的热能加以合理利用,污水处理厂也会从原先的耗能工厂转变为“能源工厂”,不仅可以能量输出方式间接实现“碳中和”运行,而且还会产生大量碳交易额。丹麦还有很多污水厂的案例值得分享,例如它的第二大污水厂——Fredericia污水厂,早在2002年他们就启用了污泥热水解工艺来提高厌氧消化的效率。Fredericia啤酒厂建于1979年。2019年,在啤酒厂40周年庆典之际,管理层宣布要自建污水回用厂,目标是将Fredericia的用水减半——从目前的2.9L水产1L酒减至1.4L产1升酒的水平。只有30%的进水为生活污水,剩下的70%来自当地的工业企业,其中包括了大名鼎鼎的嘉士伯集团。2021年5月,这个水回用工厂正式投产,成为嘉士伯集团首个水回用工厂,也使Fredericia成为可能目前世界上最节水的啤酒厂。从2015年起就开始采用绿色电力,2020年就回收了9500 MWh,大规模采用热泵技术回收热能。进一步提高热回收效率,当于550户居民的全年供暖需求,覆盖了啤酒厂26%的热能耗。他们下一步是将参照瑞士啤酒厂的经验,在芬兰打造一个污水热能回收系统。

 城市污水中所蕴含的潜能(化学能+热能)值可达污水处理耗能的9~10倍。城市污水中化学能约占总潜能值的10%,而90%的污水潜能由热量产生。巴伐利亚历史博物馆通过安装HUBERThermWin®系统,从而利用了附近主要污水管的巨大而稳定的能源潜力。为了保护泵和废水热交换器,安装了6毫米网孔板的HUBER雨水格栅RoK4,以截留原污水中较粗的固体。在一个封闭的“固体”循环中,它们通过一个滑板排回至下水道。在主污水管中流动的高达70升/分钟的废水中的部分流量通过由浮渣板和溢流堰组成的特殊结构排入泵轴。

 英国学者分析了英格兰南部污水处理厂利用出水热能方式的经济性,得出集中利用热能用于维持55 ℃厌氧消化进行热电联产应该具有更高的经济回报率。欧洲有人提出,出水热能可用于农业、林业产品脱水和满足水产养殖业的更大热量需求。荷兰Utrecht污水处理厂改造规划,该厂出水余温热能利用也将一并纳入改造计划。日本札幌市直接利用污水处理厂出水余温在调节池内融化运输而来的积雪,解决冬季街道、居住区积雪处理问题。芬兰图尔库市Kakolanmäki污水处理厂以该厂二级出水为热源回收余温热能,为厂区和周边地区供热和制冷。泰晤士水务公司与英国东南部泰晤士河畔金斯顿地方委员会准备协作推进“粑粑能源”(Poo power)计划,从Hogsmill污水处理厂1/3的出水中回收余热,预计30年服务期内每年可回收高达7 GWh热能,相当于30年中可减少约10.5万t CO2排放当量。采用热泵技术,建成后热泵出水温度可达到75~83 °C,每年总共可从出水中交换约400 000 000 MJ热量,约占Utrecht市总供热量的10~15%,可持续供应当地10 000户居民冬季取暖供热需求,从而大大减少天然气使用量。污水处理厂二级出水的平均温度为14 ℃,提取后平均温度降低约5~10 ℃。该厂产能是运行能耗的10倍之多,其中,余温热能供热/制冷能量回收近90%。

 污水余温热能藉日臻完善的水源热泵技术,工程应用在技术上已不存在太多问题,关键取决于政府对这一可再生清洁能源的认识、态度以及相应的政策、法律和经济补贴。因此,有必要了解上述发达国家在这一方面的做法与经验。

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