啤酒廢液成優(yōu)質(zhì)碳源

走進青島水務團島污水處理廠，一派綠意盎然，聞不到一絲臭氣，顛覆了人們對污水處理廠的刻板印象。

“其實，這里不僅環(huán)境美，內(nèi)核也美。”青島水務集團環(huán)境能源有限公司總經(jīng)理劉浩風趣地說。多年來，為了擰緊污水處理行業(yè)的減碳“閥門”，青島通過不斷創(chuàng)新，逐漸摸索出了一套“青島方案”。

技術創(chuàng)新化解難題

(資料圖)

“老魏，今天的啤酒廢液到了！”話音剛落，青島水務首創(chuàng)瑞海水務有限公司運行車間值班長魏昆熟練地幫對方將管道接到滿載啤酒生產(chǎn)廢水的罐車上。

啤酒生產(chǎn)廢水為啥不入管網(wǎng)，還得用車輛拉到廢水廠？說起這事兒，魏昆就樂，“這可是好東西，是我們專門找來給微生物‘加餐’的”。

原來，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程中，需要攝入的含碳有機物被統(tǒng)稱為“碳源”。如果進水有機物濃度太低，微生物就會吃不“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工業(yè)乙酸鈉等有機物作為碳源，保障脫氮除磷效果。

“過去我們都是外購碳源，費用比較高，而啤酒生產(chǎn)的廢水富含有機物，對微生物來講就是食品級的優(yōu)質(zhì)碳源。”青島水務首創(chuàng)瑞海水務有限公司副總經(jīng)理黃青打了個生動的比方，“微生物吃工業(yè)乙酸類傳統(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)酵無毒的食品級有機質(zhì)，就像大蛋糕。這伙食一改善，微生物干起活來自然更賣力，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’還是免費的。”

雖然“蛋糕”免費，但怎么讓微生物吃上，還頗費了一番功夫。“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，為解決這個問題，他們專門研發(fā)了耐高溫防沉淀啤酒熱凝固物高效分離收集專利技術及裝備、反硝化生物碳源投加量的計算模型和自動投加裝備。“有了技術和裝備，不僅解決了難題，還使污水處理脫氮成本下降了73.26%。”

按照《啤酒工業(yè)污染物排放標準》，啤酒生產(chǎn)廢水必須通過預處理才能排入城市污水處理廠，而酒廠生產(chǎn)廢水每年進行預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，便可將剩余污水直排污水管網(wǎng)。這樣一來，不僅省了人工費、電費、藥劑費、設備維護費，連污水處理的場地也省了。

目前，青島這套啤酒廢液變“碳源”的做法已在全國27家啤酒廠和市政污水處理廠進行了推廣。從2020年至2022年，共計節(jié)約成本6236.3萬元，減排二氧化碳4.2萬噸。

“與‘換糧’不同，我們是給微生物‘斷糧’。”青島水務雙元水務有限公司安生部部長曲勇說，2019年他們在進行工藝調(diào)整時偶然發(fā)現(xiàn)在少碳源、微碳源投加狀態(tài)下，也能保證出水氮、磷含量達標。這一發(fā)現(xiàn)讓他們興奮的同時也陷入了沉思，“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測試。為了不影響污水處理，曲勇和同事們凌晨3點就對水樣數(shù)據(jù)進行化驗。在實驗中，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與反硝化反應同步進行的狀態(tài)，但條件是必須維持外部環(huán)境。

對此，雙元水務聯(lián)合青島大學對工藝參數(shù)進行了百余次調(diào)整，對比了近4000個水樣，分析近9000個工藝數(shù)據(jù)，最后將初沉系統(tǒng)設計成發(fā)酵系統(tǒng)，才使微生物有了相對穩(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，徹底實現(xiàn)了不外加碳源也能使出水水質(zhì)達標。”曲勇自豪地說，自2022年起，他們將5個生物池全部使用無碳源投加水質(zhì)達標技術后，每年可節(jié)約碳源費用1000余萬元，減排二氧化碳5076噸，平均每噸水的處理成本達到了全國同類型污水廠領先水平。

智慧減碳效果明顯

要想使污水里微生物和有機物達到最高程度接觸，就需要不斷向污水中供氧，其中曝氣供氧過程中，鼓風機的能耗占比很大，約占整個污水處理廠能耗的一半。“傳統(tǒng)的曝氣方式主要是工人憑經(jīng)驗手動控制，如果曝氣量不足，就會導致工藝運行惡化，出水水質(zhì)排放超標；若曝氣量過多，則會導致高能耗，造成運行成本增加，進而增加碳排放量。”青島水務集團環(huán)境能源有限公司運維管理中心劉珍明說。

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

為解決這一問題，青島水務決定為污水處理廠安上“智慧大腦”。2021年青島水務集團張村河水質(zhì)凈化廠率先通過自主改造，建立起一套信號反饋控制模型，優(yōu)化了鼓風機的控制，在滿足硝化反應完成和剩余碳有機物去除的情況下，實現(xiàn)了按需供氣。

“鼓風機是大型設備，風量忽高忽低會影響使用壽命。實現(xiàn)智慧化后，它可以在安全區(qū)內(nèi)智能調(diào)整風量，在使用電量達到最小的同時保障微生物的需氧量。”青島水務集團環(huán)境能源有限公司安生部部長荊玉姝說，2021年僅在曝氣鼓風機電量一項上，張村河廠的用電量就降低了49.1萬千瓦時，碳排放減少了462噸。

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

李村河污水處理廠運行值班長韓永良主要負責污水處理運行調(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。“以前每巡檢到一個工藝段，我都需要拿紙記錄，現(xiàn)在只要將巡檢手機在巡視牌那‘貼一貼’，就可以完成重要數(shù)據(jù)、設備故障的上傳，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)，通過算法建立了一套自動決策系統(tǒng)，實現(xiàn)了‘智慧’加藥，不僅降低了人工干預度，減輕了工作量，還提高了工藝調(diào)控保障率和準確性。”劉珍明說，自從李村河污水處理廠實現(xiàn)“智慧”加藥后，節(jié)約藥劑達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)能降耗閥門外，還要從回收再利用下手，通過產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整和技術創(chuàng)新激活節(jié)能降碳內(nèi)生動力。

“這4個是消化池，那個像啤酒桶一樣的是沼氣罐。”青島水務團島污水處理廠副廠長吳濤指著眼前幾個敦實高聳的大罐子介紹道，團島污水大部分是生活污水，里面有機物含量在60%-65%左右，非常適合沼氣發(fā)電，而這幾個大罐子正是負責將初沉污泥和剩余污泥濃縮后進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)定減量的同時獲取高熱值沼氣技術。”吳濤說，現(xiàn)在他們廠的沼氣產(chǎn)量已經(jīng)達到了173.37萬立方米，碳減排量達到了19515噸/年。

另外，團島污水處理廠在2012年還啟動了沼氣發(fā)電項目。通過技改，在獲取沼氣的同時，將發(fā)電余熱通過余熱鍋爐引入污泥熱交換系統(tǒng)，為消化污泥加熱，減少了沼氣鍋爐運行時間。每年5月至11月，沼氣發(fā)電的余熱基本可以滿足污泥消化需要。截至2022年，該項目年均發(fā)電275.84萬千瓦時，相當于節(jié)約標煤388噸，節(jié)約電費180余萬元，減少碳排放170噸。

采訪中，見記者好奇于消化池一端連接著的粗管子，吳濤連忙解釋，“這是個‘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)量比年度預算提高了11.69%，碳排放量減少了11960噸”。

青島還通過技術創(chuàng)新和實踐應用，推動了污水再生利用。從2002年起，陸續(xù)將再生水應用于河道補水、工業(yè)冷卻、道路沖洗等城市非飲用水領域，截至2022年年底，中水回用量累計超過5億噸。

受益于再生水生態(tài)補水舉措，昔日臭氣熏天的李村河完成了華麗逆轉，水質(zhì)由原來的劣V類水提高到了地表Ⅲ類水標準。

為拓展再生水的使用范圍，進一步挖掘再生水潛能，青島水務又將目光投向了水源熱泵領域。青島水務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，為水源熱泵用戶累計供水1.05億噸，供熱面積達到了156萬平方米，與燃煤供暖相比，利用中水回用的水源熱泵供暖可節(jié)省標煤5.3萬噸，節(jié)約電量約4.31億千瓦時，減少碳排放14.1萬噸。

炎炎夏日，走進金茂灣購物中心，一抹抹清涼讓人倍感舒爽。“這里就是利用了從水源熱泵提取的再生水中的潛在能量實現(xiàn)制冷的。”青島藍海恒元新能源有限公司項目經(jīng)理閆瑞超介紹，在夏天時，他們采用風機盤管方式，將室內(nèi)的熱量“提取”出來，釋放到污水當中，從而降低室溫，達到制冷的效果；在冬天時，又把存于中水中的低位熱能“榨取”出來，為用戶供熱。

“相比燃氣、電，采用中水回用的水源熱泵來制冷制熱要便宜很多。”劉莉說，下一步，他們將不再單純?yōu)樗礋岜糜脩艄┧且越⒛茉凑镜姆绞剑苯訛槠涔┠埽⒅饾u實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

對于未來的規(guī)劃，劉浩則表示，他們制定了3年達標行動，以3年后下降電耗8%-10%、下降藥單耗10%-15%等低碳運行的方式，來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變。 （經(jīng)濟日報記者 劉 成）