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提到污水中的能量，人們往往首先想到的即是污水中的有機物（COD），而回收這部分能量最簡單的方式就是對污泥實施厭氧消化，產(chǎn)生甲烷后用于熱電聯(lián)產(chǎn)，以此減少污水廠對外部能源的需求，繼而間接降低CO2的排放量。理論上講，生活污水中所含的有機物能量可達污水處理消耗能量的9~10倍，這一振奮人心的“家底”能否助力污水廠實現(xiàn)“碳中和”呢？除此之外，污水處理廠生物處理池及初沉池、二沉池等單元具有龐大的表面面積，這似乎為太陽能光伏發(fā)電創(chuàng)造了必要的場地條件。如果光伏組件能被巧妙地布置在這些處理單元上，不僅可以向樓宇屋面一樣實現(xiàn)太陽能發(fā)電，而且還能在冬季時利用光伏板來覆蓋這些處理單元，實現(xiàn)對生物處理的保溫作用和臭氣收集。那“太陽能”會成為污水廠實現(xiàn)“碳中和”的實力擔當么？另外，市政污水本身具有流量穩(wěn)定、水量充足、帶有余溫等特點。如果向污水處理廠引入水源熱泵技術(shù)進行熱能的提取回收，潛力會有多大呢？帶著這些思考和疑問，我們選取了北京某污水處理廠為例，對其廠內(nèi)這三種“家底”（圖1）的可用潛力進行了匡算分析。

進水有機物能量回收潛力

為匡算進水中有機物濃度與通過厭氧消化可回收的有機物能量，我們以物料平衡為基礎(chǔ)，將水質(zhì)與能量指標進行耦合，構(gòu)建了能量平衡模型和分析函數(shù)，以評價污水處理廠能量消耗與回收之間的平衡情況。模型的輸入變量如表1所示，包括進出水水量/水質(zhì)和污泥量/有機質(zhì)含量共計12個參數(shù)。能量相關(guān)的過程單元則包括了提升水泵、曝氣系統(tǒng)和厭氧消化池加熱系統(tǒng)導致的能量消耗，以及污泥厭氧消化/熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)生的能量補償。

模型構(gòu)建完畢后，我們對案例水廠實際運行的能量狀況進行了評價分析。圖2是案例污水廠的工藝流程和部分點的實測參數(shù)，模型匡算結(jié)果總結(jié)于表2中。由結(jié)果可知，經(jīng)過模型計算得到的提升泵和鼓風機能耗數(shù)值（147000 MJ/411429 MJ）與實測數(shù)值（142560 MJ/379209 MJ）相差不大，但通過污泥厭氧消化回收的有機物能量（425848 MJ）卻遠遠高于實測數(shù)值（107142 MJ），這是因為案例污水廠2010年消化池平均進泥量僅為340 m3/d，僅占設(shè)計進泥量的12%，如果按照2010年產(chǎn)氣效率計算，當進泥量達到設(shè)計值時，甲烷產(chǎn)量與模型計算結(jié)果也近乎一致。可見，本研究構(gòu)建的模型計算結(jié)果是可信的。

從最終的能量匡算結(jié)果來看，此案例污水廠從剩余污泥回收的能量可以提供能耗總量的53.2%，也就是說案例污水廠如果僅僅依賴污水中的有機物通過厭氧消化回收能量，距“能量平衡”目標尚且有一半的差距。