作品來源：環保圈

作者：繆繆

污水處理這個事，聽起來似乎是個環保的事，但實際上并不完全是這么回事。

大家也知道，污水處理行業是個高能耗行業，尤其是在環保督察和排放標準越來越嚴格的形勢下，污水廠不惜過量投入電耗，以高能耗換取高水質。

長久以來，污水處理廠至少有50%的成本來源于電費。據統計，污水處理電耗大約占全社會總電耗的1%。

污水廠“節能降耗”的口號喊了幾十年，以前是為了降成本，而現在，在碳中和的大背景下，碳減排又成了一個重要目標。據統計，污水處理行業的碳排放量約占全社會總排放量的1%，而污水廠因為耗電所形成的碳排放，大概占全社會總排放的0.5%。

所以說，降低電耗，就是降低碳排放。

針對高能耗的問題，許多污水廠也進行了各種升級改造，筆者總結了一下，通常有3條路徑。

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提升污水廠運營管理水平

首先我們要明白，污水廠的高能耗是什么原因導致的？一是落后的工藝設備，二是粗放的運營管理。

先說工藝設備。落后的設備能耗高，這是毋庸置疑的，只要淘汰換新就行，但是工藝的話就稍微有點復雜。要想從工藝環節降低能耗，首先就要知道污水廠的電到底耗在哪里了，這就需要進行能耗審計工作，對污水處理各環節的能耗進行統計分析。

這樣做的好處，一個是大概能確定自己有多大的節能潛力，好制定節能目標；第二是通過與行業的能耗基準作對比，可以找出能耗較高的工藝環節，進而制定具體的節能計劃。

一個典型案例是德國的Bochum-Ölbachtal污水處理廠。

這個污水廠的進水COD=380 mg/L，接近我國市政污水COD高值，比較具有借鑒意義。

這家污水廠是在2013年進行升級改造的，先說結論，這家污水廠改造之前全年總耗電量為12.77 GW·h，改造之后，全年總耗電量為5.1 GW·h，降耗率高達30%。

那么這家污水廠是如何通過調整工藝流程降低能耗的呢？

該廠采用三段進水前置反硝化工藝，改造手段包括2部分：

1、進行工藝流程的優化。

將原來的單點進水改為3點進水，并且去掉了第2、3段的內回流，只保留第一段的內回流，且根據第一段末端硝酸鹽（NO3-）濃度高低選擇性開啟，以提高反硝化程度，這樣做的好處是可以減少內回流泵的能耗。（改造后工藝流程如下圖）

二是對設備進行優化，選用更加先進節能的曝氣器以及攪拌器。

改造后，內回流的降耗率高達95.7%，整體的降耗率達到了30.3%。

工藝設計有問題，往往就伴隨著高能耗的問題，尤其是我國市政設計單位為保障污水處理廠出水穩定達標，在設計時取值比較保守，但污水處理廠在實際運行中，平均污水進水濃度及進水量遠達不到設計水平，負荷率偏低，許多污水處理廠設備存在“大馬拉小車”情況，使得噸水電耗偏高。

再來說運營管理。這個大家應該都深有體會，目前大多數污水廠為了出水達標，會過度使用化學藥劑，而粗放的加藥方式以及曝氣方式都會增加污水廠的電耗，現在凡事都講究數字化、智能化，要解決的就是這個問題。

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提高污水處理過程中的能源回收率

污水處理中有兩個途徑可以回收能量，一個是剩余污泥的利用，另一個是污水廠尾水中余溫熱的利用。

剩余污泥可以通過厭氧消化產生沼氣，再進行熱電聯產，可供污水廠使用。不過這里存在一個問題，那就是沼氣的產生量取決于剩余污泥量，而剩余污泥量又跟進水有機物濃度（COD）有關，而我國進水碳源又是普遍不足的，搞定水中的污染物已經是心有余而力不足，到了剩余污泥這一步，剩下的碳源就更少了，所以通過剩余污泥回收的能量，相比于污水廠自身消耗的能量，還是小巫見大巫。

不過，這也有解決的辦法，有些污水廠會同時收集廠外生物廢棄物與污泥共消化，這樣既增加了沼氣產量，又減少了廢棄固體量，產生了1+1＞2的效果。在奧地利的一個工程案例中，共消化中添加有機廢棄物至25%，有機負荷增加了94%，而沼氣產量可以增加2倍。

另外一個解決辦法是碳源分離技術。這種技術可以使污水中大部分COD進入到污泥中，提高污泥厭氧消化的產能效率。目前，國際上先進的碳源分離技術主要為一級化學強化法、高負荷活性污泥法以及厭氧膜生物反應器法。

另外一種能源回收方法是利用污水中的熱能。這個熱能可以通過水源熱泵進行回收，由于污水中的余溫熱不太受重視，應用的比較少，大家可能對此沒啥概念。

我們拿上面的COD化學能來做比較，根據研究顯示，城市污水中化學能約占總潛能值的10%，而污水的余溫熱能占了90%，如果把污水余溫熱能利用起來，污水處理廠就能實現從“耗能大戶”到“能源工廠”的華麗轉身。

這種熱能的應用場景也比較廣泛，可以用于污水處理廠自身和周邊（3~5 km）建筑供熱或者制冷、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。

比如，在冬天的時候，生物處理系統效果下降，就可以利用污水余溫熱給生物系統供熱，既不會增加耗電成本，又能為碳中和出一份力。

如果說污水廠要做到碳中和，那么光靠污水化學能是不夠的，研究表明，污水化學能僅能彌補53%污水處理運行能耗，而剩余47%能量赤字怎么彌補呢，目前來看最可靠的就是利用污水熱能了。

但是污水熱能之所以還沒有被利用起來，也是因為它有很大的局限性：一個是，污水熱能屬于低品位熱能（50-60℃），不能用于發電，只能直接利用，而且熱量有效輸送半徑才有3-5公里。遠距離輸送會導致熱量損失，而且會增加成本。

另一個是，作為一種清潔回收能源，想要發展起來，政府部門的支持是必不可少的。不光是政策、立法，更要有經濟上的支持，目前我國這方面做的還比較欠缺。

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尋找能源替代

這幾年最熱的新能源就是太陽能了，我國光伏產業在政策的扶植之下，發展迅猛，國家也曾鼓勵污水處理企業多多利用自身的場地空間，自己發電自己用，以彌補自己能量上的缺口。

很多污水廠也響應號召，和光伏組起了CP。

水處理+光伏的好處很明白，首先是發的電可以供污水廠自己使用，從而降低電耗成本，做的好的甚至還能向電網供電，或許還能有額外的收益；其次是，對于污水廠的轉型具有重大意義。

最典型的就是王小郢污水處理廠。通過在污水處理廠的氧化溝和沉淀池上方空間布排光伏組件，有效地實現了土地及空間資源的二次開發利用。每年可提供約1200萬度綠色清潔電能，相當于每年節約標準煤3936噸，減排二氧化碳11965噸，降低碳粉塵排放3264噸，節省電費支出70萬元以上。

不過我們也能發現，污水廠+光伏的模式并沒有大規模落地，其中很重要的一點就是成本問題。光伏發電有個很大的特點，就是發電量很不穩定，需要增加儲能設備，發電多的時候儲存起來，少的時候就可以用存起來的電量。但是加上儲能設備，又是一筆非常大的成本，這對于搞光伏發電站的國企來說，都是不小的壓力，更何況是污水廠。

如果污水廠都加上光伏，就還要配置相應的儲能設備，相當于是多了一筆重資產，對于企業來講，是一筆很大的負擔，所以水處理+光伏的模式，不是每個污水廠都能搞的。

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寫在最后

在碳中和的大背景下，未來的污水廠勢必會向精細化、低碳化的方向發展，而現在的每座污水廠，都要不斷積累轉型的經驗，不斷進行優化升級，才能不被時代所淘汰。