【引言】

　　污水處理是能耗密集型行業(yè)，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的輸送、凈水、配水以及污水的總能耗約占全社會(huì)總能耗的3~4%，其中污水處理能耗約1~2%。中國(guó)污水處理行業(yè)雖起步較晚，但近二三十年發(fā)展迅速，尤其是隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的愈加嚴(yán)格以及其他高耗能行業(yè)的逐步轉(zhuǎn)型，國(guó)內(nèi)污水處理行業(yè)能耗也會(huì)逐漸趨近于國(guó)際的同類水平。在氣候變化大背景下，全球污水處理的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題即是污水處理的能源自給，尤其是奧地利Strass污水廠完全能源自給的實(shí)現(xiàn)拉開(kāi)時(shí)了能源自給的序幕。

　　在江蘇宜興，由中持承擔(dān)建設(shè)并運(yùn)營(yíng)的宜興城市污水資源概念廠，自2021年10月正式運(yùn)行后積極開(kāi)展“水-肥-氣”綜合利用，通過(guò)在資源收儲(chǔ)、設(shè)備配置和工藝優(yōu)化方面的持續(xù)優(yōu)化，目前已實(shí)現(xiàn)了廠區(qū)內(nèi)總能源65%~85%的自給率，水質(zhì)凈化中心更是實(shí)現(xiàn)了100%能源自給。這樣的成效不僅大幅優(yōu)于國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)污水處理廠的能源回收現(xiàn)狀，更是已比肩歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家污水處理廠的平均能源回收效率，同時(shí)，它也標(biāo)志著概念廠在踐行“水質(zhì)永續(xù)、能源自給、資源循環(huán)、環(huán)境友好”四個(gè)追求的方向上取得又一實(shí)質(zhì)性成果，并將為我國(guó)其他地區(qū)的相關(guān)探索樹(shù)立起意義深遠(yuǎn)的實(shí)踐標(biāo)桿。

　　01

　　污水是資源，污水廠是資源工廠

　　污水處理廠“減排降碳”的核心是節(jié)能，而宜興城市污水資源概念廠有機(jī)質(zhì)中心，正是廠區(qū)資源處置和能源轉(zhuǎn)化的中樞。

　　有機(jī)質(zhì)中心工藝流程圖

　　宜興概念廠內(nèi)設(shè)置有機(jī)質(zhì)協(xié)同處理中心，可處理區(qū)域內(nèi)的污泥藍(lán)藻、餐廚垃圾、秸稈、畜禽糞便等有機(jī)廢物，在與廠區(qū)污水處理中產(chǎn)生的剩余污泥進(jìn)行簡(jiǎn)單混合后，通過(guò)柱塞泵接至高溫干式厭氧反應(yīng)器進(jìn)行厭氧發(fā)酵，發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣經(jīng)增壓脫硫后將用于發(fā)電，而發(fā)電產(chǎn)生的余熱則可用于高干厭氧供熱及廠區(qū)冬季采暖，實(shí)現(xiàn)“減有機(jī)廢棄物的污、降污水處理廠的碳”。

　　同時(shí)，經(jīng)厭氧消化的沼渣會(huì)由柱塞泵接至固液分離機(jī)，在除去較大雜質(zhì)后進(jìn)入緩沖池，并經(jīng)由螺桿泵進(jìn)入螺壓脫水系統(tǒng)進(jìn)行脫水；脫水后的濾液隨后將經(jīng)過(guò)磷回收系統(tǒng)和沼液處理系統(tǒng)處理，最終排放至廠區(qū)生物池前端；而經(jīng)螺壓脫水后的有機(jī)物料，則可通過(guò)螺旋輸送機(jī)送至好氧發(fā)酵系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)酵穩(wěn)定，并隨后加以篩分，最終產(chǎn)物可做土地利用，或經(jīng)過(guò)陳化、造粒后可作營(yíng)養(yǎng)土的能源商品，有效實(shí)城鄉(xiāng)物質(zhì)的良性循環(huán)。

　　第三代DANAS 干式厭氧處理技術(shù)及裝備

　　是中持在有機(jī)廢棄物綜合處置領(lǐng)域自主研發(fā)的核心技術(shù)裝備，已獲國(guó)家重大環(huán)保技術(shù)認(rèn)可。它可廣泛應(yīng)用于廚余垃圾、農(nóng)業(yè)種植、畜禽糞便等多場(chǎng)景下的有機(jī)質(zhì)協(xié)同處理，能顯著提升處理效率，降低污泥處理難度，具有極高產(chǎn)氣效率。

　　就這樣，借由技術(shù)和自然的雙重助力，有機(jī)質(zhì)得以以不同形態(tài)在廠區(qū)和城市中持續(xù)進(jìn)行交換和循環(huán)，并自洽地融入?yún)^(qū)域生態(tài)的構(gòu)建中，成為城市能源發(fā)展格局中的新支點(diǎn)。

　　02

　　能源自給：

　　多元有機(jī)廢物的協(xié)同厭氧消化

　　為極致提升“能源自給”效率，有效應(yīng)對(duì)污水處理剩余污泥有機(jī)質(zhì)含量較低、不利于高效厭氧產(chǎn)出沼氣的現(xiàn)實(shí)情況，概念廠有機(jī)質(zhì)中心根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛩�文特征和農(nóng)業(yè)活動(dòng)情況，將周邊外源有機(jī)質(zhì)的收儲(chǔ)納入到日常工作當(dāng)中，通過(guò)在不同月份調(diào)整各類有機(jī)質(zhì)的收儲(chǔ)配比，確保產(chǎn)氣量的穩(wěn)定、高質(zhì)量輸出。

　　在9月，太湖藍(lán)藻持續(xù)爆發(fā)，有機(jī)質(zhì)中心進(jìn)料以藍(lán)藻為主，畜禽糞便為輔；進(jìn)入10月，太湖藍(lán)藻處理量開(kāi)始下降，但仍為主體，畜禽糞便量開(kāi)始逐步增大；11月后，藍(lán)藻處置工作接近尾聲，有機(jī)質(zhì)總體進(jìn)料組成以畜禽糞便為主導(dǎo)，相較于9、10月份產(chǎn)氣量有較大提升。

　　做好有機(jī)質(zhì)日常“優(yōu)收優(yōu)儲(chǔ)”的同時(shí)，有機(jī)質(zhì)中心也對(duì)設(shè)備的處置協(xié)同能力進(jìn)行著動(dòng)態(tài)優(yōu)化。在2022年9月起的能源自給率提升階段中，運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)以發(fā)電產(chǎn)能極致化為目標(biāo)，對(duì)周邊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和湖區(qū)水質(zhì)進(jìn)行詳盡調(diào)研后，就所進(jìn)物料的配比及數(shù)量做了進(jìn)一步梳理和提前規(guī)劃，同時(shí)在以“DANAS高干厭氧反應(yīng)器—干式厭氧發(fā)酵技術(shù)”為導(dǎo)向的工藝支撐下，對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了嚴(yán)密地監(jiān)測(cè)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)氣量的總體向上和穩(wěn)步提升。

　　概念廠日發(fā)電量與水區(qū)能源自給率圖

　　在產(chǎn)出沼氣后，有機(jī)質(zhì)中心的沼氣發(fā)電工作也取得了可喜的進(jìn)展。自2022年9月份下旬至10月份中旬，廠區(qū)日均發(fā)電量為6000 kw·h/d，水質(zhì)凈化中心能源自給率達(dá)80%~90%，運(yùn)行趨于穩(wěn)定。后續(xù)至11月份，日均發(fā)電量再攀高峰，水質(zhì)凈化中心能源自給率更是達(dá)到100%，廠內(nèi)總能源自給率也達(dá)到了65%~85%。

　　如根據(jù)水量核算，概念廠目前日均發(fā)電量已達(dá)0.32~0.35 kw·h/m3，這是一個(gè)極具標(biāo)志意義的發(fā)電量數(shù)據(jù)。它不僅大幅超越了我國(guó)現(xiàn)有傳統(tǒng)污水處理廠的能源回收效率——目前在我國(guó)各類、不同處理規(guī)模的污水處理廠中，具備電力能源回收條件的水廠數(shù)量不足5%，能達(dá)到總能源自給50%的更是少之又少——甚至也達(dá)到了歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家污水處理廠的能源回收水平（日均發(fā)電量0.35kw·h/m3）。

　　03

　　展望

　　據(jù)中國(guó)沼氣學(xué)會(huì)《中國(guó)沼氣行業(yè)“雙碳”發(fā)展報(bào)告》預(yù)測(cè) 2030年我國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村、城市有機(jī)廢棄物資源量分別約為53.5億噸、5.1億噸，到2060年將分別達(dá)到48.0億噸、5.7億噸，沼氣生產(chǎn)潛力分別約為 1300 億立方米、3310億立方米。城鄉(xiāng)有機(jī)廢物處置潛力巨大。

　　作為行業(yè)內(nèi)新型污水處理廠的代表的宜興城市污水資源概念廠，下一階段仍將在減碳節(jié)能的道路上篤行探索，深挖資源、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、服務(wù)等維度的創(chuàng)新潛能，穩(wěn)定解決外源物料的收儲(chǔ)問(wèn)題，持續(xù)針對(duì)地區(qū)特性調(diào)適進(jìn)料方案，動(dòng)態(tài)優(yōu)化裝備設(shè)施的產(chǎn)出成效，以最終實(shí)現(xiàn)更高層級(jí)的能源自給目標(biāo)，全面融入城市“三生”命脈、助力城市可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。