污水处理(lǐ)碳中和主力乃热能(néng)而非化學(xué)能(néng)

文(wén)章亮点

·详细计算污水化學(xué)能(néng)与热能(néng)理(lǐ)论潜质及其实际转化

·污水蕴含大量低品位可(kě)交换、直接利用(yòng)的热能(néng)，其量大大高于化學(xué)能(néng)

·污水处理(lǐ)碳中和运行难以依靠化學(xué)能(néng)实现，而热能(néng)利用(yòng)则可(kě)轻松间接实现

·污水有(yǒu)机物(wù)资源回收应转向高附加值化合物(wù)，而非强调污泥厌氧消化

文(wén)章简介

污水资源与能(néng)源化越来越受到人们的广泛关注。《巴黎气候协定》签署并实施后，污水处理(lǐ)碳中和运行显得尤其必要。传统利用(yòng)剩余污泥厌氧消化转化有(yǒu)机能(néng)（COD）的作法因实际转化率不高而难以帮助污水处理(lǐ)厂碳中和运行。相形之下，污水余温热能(néng)储量非常丰富，还没有(yǒu)引起人们的足够忽视。

污水中COD虽然為(wèi)一种可(kě)以有(yǒu)效利用(yòng)的化學(xué)能(néng)量物(wù)质，可(kě)以通过剩余污泥厌氧消化方式转化為(wèi)能(néng)源物(wù)质——甲烷（CH4）而加以利用(yòng)。但是，面对污水处理(lǐ)厂碳中和运行目标，这种化學(xué)能(néng)显得捉襟见肘。大部分(fēn)學(xué)者/研究将回收污水中蕴含的化學(xué)能(néng)作為(wèi)实现污水处理(lǐ)碳中和的唯1一手段。能(néng)量核算表明，污水中蕴含的化學(xué)能(néng)并不能(néng)全部（一百%）通过厌氧消化与热電(diàn)联产（CHP）方式转化為(wèi)電(diàn)能(néng)和热能(néng)，仅有(yǒu)10~14%的理(lǐ)论化學(xué)能(néng)可(kě)转化為(wèi)实际回收/利用(yòng)能(néng)量，距碳中和运行目标相差甚遠(yuǎn)；进水COD=400 mg/L污水在完成脱氮除磷目标后形成的剩余污泥多(duō)仅可(kě)满足53%（0.20 kW·h/m³；化學(xué)能(néng)理(lǐ)论值為(wèi)1.54 kW·h/m³，转化率仅為(wèi)13%）的运行能(néng)耗。

相反，市政污水余温蕴含量却大的“惊人”。作為(wèi)低品位能(néng)源（不能(néng)用(yòng)于发電(diàn)），可(kě)用(yòng)于污水处理(lǐ)厂自身和周边（3~5 km）建筑供热/制冷、温室供暖，甚至还可(kě)直接用(yòng)于厌氧消化器加热、污水冬季加热、污泥干化等目的。在污水处理(lǐ)末端利用(yòng)热能(néng)不仅可(kě)以避免冬季影响生物(wù)处理(lǐ)效果的问题，亦可(kě)避免热能(néng)污水管道原位利用(yòng)或污水处理(lǐ)厂前端利用(yòng)面临的堵塞、污染以及腐蚀现象。在出水水量和水质双双保障情况下，热能(néng)利用(yòng)可(kě)以通过水源热泵交换方式轻松实现。

热能(néng)核算显示，污水中蕴含的理(lǐ)论热能(néng)為(wèi)4.64 kW·h/m³（温差為(wèi)4oC）。通过水源热泵交换可(kě)实现38%热能(néng)转化（1.77 kW·h/m³，COP=3.5）和25%冷能(néng)转化（1.18 kW·h/m3，COP=4.8）。从数值上看，实际污水热能(néng)回收显然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化學(xué)能(néng)（0.20 kW·h/m³）。

实际污水处理(lǐ)厂（COD=400 mg/L）案例分(fēn)析表明，污水化學(xué)能(néng)仅可(kě)弥补53%污水处理(lǐ)运行能(néng)耗，剩余47%能(néng)量赤字仍需靠其它途径予以弥补。如果利用(yòng)热能(néng)，仅需要9.8%热能(néng)或14.7%冷能(néng)交换（碳交易）便可(kě)轻易弥补能(néng)量赤字，间接实现碳中和目标。剩余约90%热能(néng)或85%冷能(néng)则可(kě)用(yòng)于周边建筑物(wù)空调、温室供暖等目的，以减少外部化石能(néng)源（煤電(diàn)、油電(diàn)）的输入。可(kě)见，污水处理(lǐ)厂若考虑热量回收不仅自身可(kě)实现碳中和运行目标，亦可(kě)向厂外供热/冷，从而实现向能(néng)源工厂的华丽转变。这种认知彻1底颠覆了传统能(néng)量利用(yòng)观念；同时，也揭示了污水化學(xué)能(néng)利用(yòng)上的局限，意味着COD应向高附加值产品（如，藻酸盐、PHA等）资源化方向转变，无需再去强调污泥厌氧消化。

文(wén)章同样也指出，热能(néng)利用(yòng)技术上几乎没有(yǒu)任何障碍，关键问题是低品位热能(néng)（50~60oC）不能(néng)用(yòng)于发電(diàn)，只能(néng)直接利用(yòng)热量，这又(yòu)受有(yǒu)限输送距离（3~5 km）限制。再者，作為(wèi)一种清洁回收能(néng)源，需要政府部门予以立法，给予政策和税收上的支持。相信随着各國(guó)“碳税”逐渐开始增收，热能(néng)利用(yòng)带来的“碳税减免”或“碳交易”上市必将推动这一被冷落的“新(xīn)”能(néng)源。在此方面，國(guó)外受政策支持而发展热能(néng)利用(yòng)的案例屡见不鲜；在北欧、荷兰、日本等國(guó)1家，回收热能(néng)用(yòng)于建筑物(wù)供暖、温室保温已形成相当产业规模。

重要结论

1、污水中蕴含的热能(néng)遠(yuǎn)高于化學(xué)能(néng)，实际可(kě)回收热能(néng)為(wèi)化學(xué)能(néng)9倍之多(duō)

2、回收热能(néng)除可(kě)用(yòng)于污水处理(lǐ)厂自身和周边建筑供热/制冷、温室供暖，还可(kě)用(yòng)于厌氧消化器加热、污水冬季加热、污泥干化等目的；污水处理(lǐ)厂不仅可(kě)实现碳中和运行，而且成為(wèi)向外输能(néng)的能(néng)源工厂3、污水热能(néng)利用(yòng)关键不在于技术，而是应该立法“碳税”和/或“碳交易”，以政策或税收等方式推动污水热能(néng)利用(yòng)4、污水中的有(yǒu)机物(wù)（COD）应向具有(yǒu)高附加值的产品方向转化，而不再是一味强调厌氧消化转化至甲烷（CH4）