技術(shù)創(chuàng)新摸索出“青島方案”，啤酒廢液成優(yōu)質(zhì)碳源

走進(jìn)青島水務(wù)團(tuán)島污水處理廠，一派綠意盎然，聞不到一絲臭氣，顛覆了人們對(duì)污水處理廠的刻板印象。

“其實(shí)，這里不僅環(huán)境美，內(nèi)核也美?！鼻鄭u水務(wù)集團(tuán)環(huán)境能源有限公司總經(jīng)理劉浩風(fēng)趣地說(shuō)。多年來(lái)，為了擰緊污水處理行業(yè)的減碳“閥門(mén)”，青島通過(guò)不斷創(chuàng)新，逐漸摸索出了一套“青島方案”。

技術(shù)創(chuàng)新化解難題

“老魏，今天的啤酒廢液到了！”話音剛落，青島水務(wù)首創(chuàng)瑞海水務(wù)有限公司運(yùn)行車(chē)間值班長(zhǎng)魏昆熟練地幫對(duì)方將管道接到滿(mǎn)載啤酒生產(chǎn)廢水的罐車(chē)上。

啤酒生產(chǎn)廢水為啥不入管網(wǎng)，還得用車(chē)輛拉到廢水廠？說(shuō)起這事兒，魏昆就樂(lè)，“這可是好東西，是我們專(zhuān)門(mén)找來(lái)給微生物‘加餐’的”。

原來(lái)，污水處理廠的核心工藝，就是利用微生物“吃掉”污染物。在微生物去除污染物過(guò)程中，需要攝入的含碳有機(jī)物被統(tǒng)稱(chēng)為“碳源”。如果進(jìn)水有機(jī)物濃度太低，微生物就會(huì)吃不“飽”，連帶影響氮、磷的去除效果。為了維持微生物的活性，污水處理廠需要外購(gòu)工業(yè)乙酸鈉等有機(jī)物作為碳源，保障脫氮除磷效果。

“過(guò)去我們都是外購(gòu)碳源，費(fèi)用比較高，而啤酒生產(chǎn)的廢水富含有機(jī)物，對(duì)微生物來(lái)講就是食品級(jí)的優(yōu)質(zhì)碳源。”青島水務(wù)首創(chuàng)瑞海水務(wù)有限公司副總經(jīng)理黃青打了個(gè)生動(dòng)的比方，“微生物吃工業(yè)乙酸類(lèi)傳統(tǒng)碳源，就像生吃面粉，而啤酒熱凝固物里含有豐富的易發(fā)酵無(wú)毒的食品級(jí)有機(jī)質(zhì)，就像大蛋糕。這伙食一改善，微生物干起活來(lái)自然更賣(mài)力，脫氮速率相比傳統(tǒng)碳源提高了30％以上。重要的是，這‘大蛋糕’還是免費(fèi)的。”

雖然“蛋糕”免費(fèi)，但怎么讓微生物吃上，還頗費(fèi)了一番功夫。“啤酒熱凝固物溫度高、雜質(zhì)多、黏稠、易沉降，特別容易堵泵。”黃青說(shuō)，為解決這個(gè)問(wèn)題，他們專(zhuān)門(mén)研發(fā)了耐高溫防沉淀啤酒熱凝固物高效分離收集專(zhuān)利技術(shù)及裝備、反硝化生物碳源投加量的計(jì)算模型和自動(dòng)投加裝備?！坝辛思夹g(shù)和裝備，不僅解決了難題，還使污水處理脫氮成本下降了73.26％?！?/p>

按照《啤酒工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，啤酒生產(chǎn)廢水必須通過(guò)預(yù)處理才能排入城市污水處理廠，而酒廠生產(chǎn)廢水每年進(jìn)行預(yù)處理需要投入大量資金。在和污水處理廠簽訂協(xié)議后，他們只需將啤酒廢液的熱凝固物分離出來(lái)，便可將剩余污水直排污水管網(wǎng)。這樣一來(lái)，不僅省了人工費(fèi)、電費(fèi)、藥劑費(fèi)、設(shè)備維護(hù)費(fèi)，連污水處理的場(chǎng)地也省了。

目前，青島這套啤酒廢液變“碳源”的做法已在全國(guó)27家啤酒廠和市政污水處理廠進(jìn)行了推廣。從2020年至2022年，共計(jì)節(jié)約成本6236.3萬(wàn)元，減排二氧化碳4.2萬(wàn)噸。

“與‘換糧’不同，我們是給微生物‘?dāng)嗉Z’?！鼻鄭u水務(wù)雙元水務(wù)有限公司安生部部長(zhǎng)曲勇說(shuō)，2019年他們?cè)谶M(jìn)行工藝調(diào)整時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)在少碳源、微碳源投加狀態(tài)下，也能保證出水氮、磷含量達(dá)標(biāo)。這一發(fā)現(xiàn)讓他們興奮的同時(shí)也陷入了沉思，“怎么才能讓偶然性變常規(guī)性呢”？

為了能夠人為“斷糧”，他們把污泥濃度、溶解氧、活性發(fā)酵初沉系統(tǒng)、外回流、剩余污泥回流集中起來(lái)測(cè)試。為了不影響污水處理，曲勇和同事們凌晨3點(diǎn)就對(duì)水樣數(shù)據(jù)進(jìn)行化驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，他們發(fā)現(xiàn)在低溶氧高污泥濃度的情況下，存在微生物硝化反應(yīng)與反硝化反應(yīng)同步進(jìn)行的狀態(tài)，但條件是必須維持外部環(huán)境。

對(duì)此，雙元水務(wù)聯(lián)合青島大學(xué)對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了百余次調(diào)整，對(duì)比了近4000個(gè)水樣，分析近9000個(gè)工藝數(shù)據(jù)，最后將初沉系統(tǒng)設(shè)計(jì)成發(fā)酵系統(tǒng)，才使微生物有了相對(duì)穩(wěn)定的局部微氧環(huán)境。

“這一改變直接提高了微生物菌群的豐度與活性，徹底實(shí)現(xiàn)了不外加碳源也能使出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)?！鼻伦院赖卣f(shuō)，自2022年起，他們將5個(gè)生物池全部使用無(wú)碳源投加水質(zhì)達(dá)標(biāo)技術(shù)后，每年可節(jié)約碳源費(fèi)用1000余萬(wàn)元，減排二氧化碳5076噸，平均每噸水的處理成本達(dá)到了全國(guó)同類(lèi)型污水廠領(lǐng)先水平。

智慧減碳效果明顯

要想使污水里微生物和有機(jī)物達(dá)到最高程度接觸，就需要不斷向污水中供氧，其中曝氣供氧過(guò)程中，鼓風(fēng)機(jī)的能耗占比很大，約占整個(gè)污水處理廠能耗的一半?！皞鹘y(tǒng)的曝氣方式主要是工人憑經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)控制，如果曝氣量不足，就會(huì)導(dǎo)致工藝運(yùn)行惡化，出水水質(zhì)排放超標(biāo)；若曝氣量過(guò)多，則會(huì)導(dǎo)致高能耗，造成運(yùn)行成本增加，進(jìn)而增加碳排放量?！鼻鄭u水務(wù)集團(tuán)環(huán)境能源有限公司運(yùn)維管理中心劉珍明說(shuō)。

如何才能在滿(mǎn)足微生物增長(zhǎng)及分解有機(jī)污染物所必需氧氣的前提下，最大程度降低曝氣量呢？

為解決這一問(wèn)題，青島水務(wù)決定為污水處理廠安上“智慧大腦”。2021年青島水務(wù)集團(tuán)張村河水質(zhì)凈化廠率先通過(guò)自主改造，建立起一套信號(hào)反饋控制模型，優(yōu)化了鼓風(fēng)機(jī)的控制，在滿(mǎn)足硝化反應(yīng)完成和剩余碳有機(jī)物去除的情況下，實(shí)現(xiàn)了按需供氣。

“鼓風(fēng)機(jī)是大型設(shè)備，風(fēng)量忽高忽低會(huì)影響使用壽命。實(shí)現(xiàn)智慧化后，它可以在安全區(qū)內(nèi)智能調(diào)整風(fēng)量，在使用電量達(dá)到最小的同時(shí)保障微生物的需氧量?！鼻鄭u水務(wù)集團(tuán)環(huán)境能源有限公司安生部部長(zhǎng)荊玉姝說(shuō)，2021年僅在曝氣鼓風(fēng)機(jī)電量一項(xiàng)上，張村河廠的用電量就降低了49.1萬(wàn)千瓦時(shí)，碳排放減少了462噸。

除了“智慧”曝氣，“智慧大腦”還讓污水處理廠實(shí)現(xiàn)了“智慧”加藥、“智慧”巡檢、“智慧”消防。

李村河污水處理廠運(yùn)行值班長(zhǎng)韓永良主要負(fù)責(zé)污水處理運(yùn)行調(diào)試工作。自從廠里安裝上“智慧大腦”后，他的工作一下子變得輕松起來(lái)?！耙郧懊垦矙z到一個(gè)工藝段，我都需要拿紙記錄，現(xiàn)在只要將巡檢手機(jī)在巡視牌那‘貼一貼’，就可以完成重要數(shù)據(jù)、設(shè)備故障的上傳，巡檢系統(tǒng)覆蓋面和信息量比之前提高了30％。”

“現(xiàn)在，我們根據(jù)生物池里的總氮、總磷、水量、水質(zhì)等數(shù)據(jù)，通過(guò)算法建立了一套自動(dòng)決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了‘智慧’加藥，不僅降低了人工干預(yù)度，減輕了工作量，還提高了工藝調(diào)控保障率和準(zhǔn)確性?！眲⒄涿髡f(shuō)，自從李村河污水處理廠實(shí)現(xiàn)“智慧”加藥后，節(jié)約藥劑達(dá)3933噸，碳排放減少了3753噸。

再生水發(fā)揮新潛能

減少碳排放，除了從源頭擰緊節(jié)能降耗閥門(mén)外，還要從回收再利用下手，通過(guò)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)創(chuàng)新激活節(jié)能降碳內(nèi)生動(dòng)力。

“這4個(gè)是消化池，那個(gè)像啤酒桶一樣的是沼氣罐?！鼻鄭u水務(wù)團(tuán)島污水處理廠副廠長(zhǎng)吳濤指著眼前幾個(gè)敦實(shí)高聳的大罐子介紹道，團(tuán)島污水大部分是生活污水，里面有機(jī)物含量在60％-65％左右，非常適合沼氣發(fā)電，而這幾個(gè)大罐子正是負(fù)責(zé)將初沉污泥和剩余污泥濃縮后進(jìn)行中溫厭氧消化獲取沼氣的有力工具。

“從1996年建廠起，我們就采用了污泥穩(wěn)定減量的同時(shí)獲取高熱值沼氣技術(shù)。”吳濤說(shuō)，現(xiàn)在他們廠的沼氣產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了173.37萬(wàn)立方米，碳減排量達(dá)到了19515噸／年。

另外，團(tuán)島污水處理廠在2012年還啟動(dòng)了沼氣發(fā)電項(xiàng)目。通過(guò)技改，在獲取沼氣的同時(shí)，將發(fā)電余熱通過(guò)余熱鍋爐引入污泥熱交換系統(tǒng)，為消化污泥加熱，減少了沼氣鍋爐運(yùn)行時(shí)間。每年5月至11月，沼氣發(fā)電的余熱基本可以滿(mǎn)足污泥消化需要。截至2022年，該項(xiàng)目年均發(fā)電275.84萬(wàn)千瓦時(shí)，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤388噸，節(jié)約電費(fèi)180余萬(wàn)元，減少碳排放170噸。

采訪中，見(jiàn)記者好奇于消化池一端連接著的粗管子，吳濤連忙解釋?zhuān)斑@是個(gè)‘哈酒口’。啤酒熱凝固物不僅能做碳源，還能增加沼氣量，自從污泥‘哈’上了啤酒廢液，沼氣產(chǎn)量比年度預(yù)算提高了11.69％，碳排放量減少了11960噸”。

青島還通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)踐應(yīng)用，推動(dòng)了污水再生利用。從2002年起，陸續(xù)將再生水應(yīng)用于河道補(bǔ)水、工業(yè)冷卻、道路沖洗等城市非飲用水領(lǐng)域，截至2022年年底，中水回用量累計(jì)超過(guò)5億噸。

受益于再生水生態(tài)補(bǔ)水舉措，昔日臭氣熏天的李村河完成了華麗逆轉(zhuǎn)，水質(zhì)由原來(lái)的劣V類(lèi)水提高到了地表Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。

為拓展再生水的使用范圍，進(jìn)一步挖掘再生水潛能，青島水務(wù)又將目光投向了水源熱泵領(lǐng)域。青島水務(wù)海灣中水有限公司副總經(jīng)理劉莉告訴記者，目前中水公司管理使用85.5公里中水管道，為水源熱泵用戶(hù)累計(jì)供水1.05億噸，供熱面積達(dá)到了156萬(wàn)平方米，與燃煤供暖相比，利用中水回用的水源熱泵供暖可節(jié)省標(biāo)煤5.3萬(wàn)噸，節(jié)約電量約4.31億千瓦時(shí)，減少碳排放14.1萬(wàn)噸。

炎炎夏日，走進(jìn)金茂灣購(gòu)物中心，一抹抹清涼讓人倍感舒爽?！斑@里就是利用了從水源熱泵提取的再生水中的潛在能量實(shí)現(xiàn)制冷的?！鼻鄭u藍(lán)海恒元新能源有限公司項(xiàng)目經(jīng)理閆瑞超介紹，在夏天時(shí)，他們采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管方式，將室內(nèi)的熱量“提取”出來(lái)，釋放到污水當(dāng)中，從而降低室溫，達(dá)到制冷的效果；在冬天時(shí)，又把存于中水中的低位熱能“榨取”出來(lái)，為用戶(hù)供熱。

“相比燃?xì)狻㈦?，采用中水回用的水源熱泵?lái)制冷制熱要便宜很多。”劉莉說(shuō)，下一步，他們將不再單純?yōu)樗礋岜糜脩?hù)供水，而是以建立能源站的方式，直接為其供能，并逐漸實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

對(duì)于未來(lái)的規(guī)劃，劉浩則表示，他們制定了3年達(dá)標(biāo)行動(dòng)，以3年后下降電耗8％-10％、下降藥單耗10％-15％等低碳運(yùn)行的方式，來(lái)提高污水處理廠的能量自持比例，逐步從資源消耗型向資源供給型轉(zhuǎn)變。