【莱温坦伯】芬兰、丹麦污水厂如何挖掘污水的潜能

污水处理需要消耗大量能源，约占全球总能源需求的1-3%。市政公用事业的电能消耗中有超过20％用于城市污水厂的运行。如何能够提高能效？这是每个污水厂都想找到答案的问题。

在循环型经济理念的引领下，我们看到越来越多的污水厂正从传统的能耗单元向产能单元转型。本期是来自芬兰和丹麦的两个污水厂能量回收案例。

芬兰地下污水厂

Kakolanm?ki 污水厂位于芬兰最古老的城市图尔库（Turku）。这是一座地下污水厂，就位于城市中心，于2009年开始投产，处理人口当量为30万，接收市政污水和部分工业废水，日平均流量为90000m3。该污水厂为图尔库市下面14个市政厅所有，并由图尔库地方污水公司运营。

图.Kakolanm?ki位于城市中心地底下 | 图源: YouTube@Turun seudun puhdistamo Oy

Turku地方污水公司的代表Jarkko Laanti先生给我们介绍了污水厂的工艺情况。Kakolanm?ki 污水厂有四条平行处理线，包括了传统活性污泥法的预处理、初沉池、生物曝气池、二沉池和砂滤。有机物去除率为99%，除磷率达99%，脱氮率为85%(当地标准只需75%)。2017年的数据显示一吨水的污水处理费用为0.53欧。

Kakolanm?ki 污水厂在能效管理上有多个亮点：

建造热泵站将处理后的污水中的热能加以利用。当地的能源公司TURKU ENERGIA用污水来制热和 制冷，制热功率为40MW，制冷为26MW。这个热泵站每年的制热输出量为200GWh，制冷为20GWh，满足Turku市14%的供暖需求和100%的制冷需求。每年为图尔库市减少80000吨的碳排放量。

图.热泵设备外观 | 图源：Turun seudun puhdistamo Oy

污泥厌氧产生物沼气后提纯制作液化天然气。 污水厂将污泥的厌氧消化处理外包给Gasum 公司，后者是芬兰一家（天然及生物质）气体专业供应商。 生物沼气站Topinoja Turku归Gasum公司所有，并由Gasum运营。 处理规模为每年75000吨，其中有40000-50000吨来自Kakolanm?ki污水厂。 沼气站采用中温消化工艺，每年可以生产460万立方米的生物沼气，相当于30GWh的能源量。 沼气提纯后生成的液化天然气作为公交燃料。

从压缩机和新风系统中回收余热，满足300个家庭的能耗需求。污水厂2020年的统计显示，污水厂的总能耗为21042MWh，而回收的能量却多达211415MWh。回收的能量比率已经达到1000%。可以看到，主要贡献来自热泵站的热能回收。看来除了我们熟知的协同消化，热泵也是帮助污水厂实现能量盈余的强力武器。

除了通过热电联产回收能源，他们通过蒸发-气提回收废液中的氨氮，还会回收剩余沼渣的营养物堆肥农用。同时他们还在进行生物炭生产的中试测试。

丹麦污水厂

BIOFOS是丹麦哥本哈根的污水处理公司，负责Lynetten、Aved?re和Damhus?en三座污水厂，处理污水规模约200万人口当量。

图.Lynetten是丹麦最大的污水厂 | 图源：State of Green

三座污水厂的污水处理情况如下：

三个污水厂都有污泥消化系统，总厌氧消化能力为60000立方米。其中Lynetten和Aved?re有污泥焚烧设备，其中Lynetten的规模最大，为14492吨/年(2017年数据)。

BIOFOS选择污泥焚烧是处于多个原因的考虑：历史层面，当地的污水有许多来自道路、屋顶和管道的锌、铅和铜等金属；运输层面，避免了污泥的长距离运输；环境方面，焚烧可以去除微塑料和其他微污染物。

图.污泥焚烧厂的工艺流程图 | 图源：BIOFOS

污泥经过消化和焚烧后，可以生成天然气、地区供暖和电力等再生能源。

图.BIOFOS的污泥能量回收形式 | 图源：UrbanDanish

BIOFOS从2014年起就实现能量盈余。最新统计显示，BIOFOS每年污水处理量为1.2亿立方米。处理的能耗为59.5MWh，但售出的能量多达103MWh，能量回收率达173%，

除了通过污泥产能，污水厂本身也有其他提高能效的措施，例如升级曝气系统，使用微孔曝气，使曝气能耗减少约57%。

在Damhus?en污水厂，他们厂区内安装光伏太阳能板，能覆盖厂区9%的电耗。

除了改善能耗，BIOFOS在资源回收上也有不少尝试，据他们的代表Dines Thornberg先生介绍，Aved?re污水厂参加了欧洲的一个POWER-TO-GAS项目BioCat。在该污水厂，他们进行将二氧化碳变成甲烷的测试，进一步提高生物沼气的利用率。此外，他们正尝试从灰渣中回收磷，因为这些灰渣含有8-10%的磷。今年春天会有一个中试测试。他们还尝试通过高温高压的热裂解技术从污泥中回收生物燃料。

视频.BIOFOS污水介绍视频

小结

丹麦和芬兰的两个案例都给我们展示了污水能量回收的潜力——通过合适的技术和设备，污水厂在不需要外源有机物的情况下就能实现能量盈余，而且是高达两倍以上的盈余。两个案例都是因地制宜的典范，根据各地地区的具体情况制定合适的方案，这给了世界其他地区的水务公司很好的参照。

图.丹麦污水厂向资源回收工厂转变的愿景 | 图源：urban Danish