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蘇伊士在法國30座大型污水廠的統計分析:運行成本、能效和污泥處置

時間:2019-04-03 10:47

來源: IWA國際水協會

作者: IWA

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在2018年7月的新加坡水周以及9月的IWA世界水大會上,水務巨頭蘇伊士公司的技術代表為出席者準備了題為《Benchmarking the 30 largest WWTP operated by Suez on the French Market: emphasizing OPEX, energy efficiency and sludge disposal》的綜述報告,分享了其在法國境內運營的污水廠的技術概況、數據統計和基準設定,尤其是30座大型污水廠的數據。今天的IWA微信公眾號將帶大家回顧報告中的精彩內容。

背景介紹

法國35,000多個城鎮行政區分布著20,000多個水委會,擁有超過21,000座污水處理廠,處理能力達1億人口當量(PE),處理覆蓋率約為80%。其中處理能力超過2,000PE的有3,683座。蘇伊士在法國境內運營的污水廠有1,600多座,而當中的30座規模最大的污水廠(PE>100000)占了總處理能力、總能耗和總污泥產量的50%。對此他們表示,要想改善運行成本,大型污水處理廠是關鍵。

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圖1. 法國污水處理關鍵數字概覽

法國根據污水廠的規模將處理要求分為三類:

人口當量>2000PE:一般地區-除碳(BOD, COD, TSS)

人口當量>2000PE:敏感地區-去除營養物(氮磷)

人口當量>2000PE: 除碳(BOD,COD, TSS)

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表1. PE>2000的污水廠的處理標準

盡管在這份報告里僅分享了蘇伊士在過去20年運行法國大型污水廠的基準情況和各種經驗教訓,但是蘇伊士的技術代表表示,盡管大型污水廠的處理能力和能耗占有率都很高,是優化升級的首要目標,但這不等于可以忽略小型污水廠的運行表現,因為這些污水廠對未來分散式系統的管理業十分重要。他們希望技術和經濟的關鍵指標將為污水廠進一步創新和發展方向提供新的思考角度。

大型污水廠的成本解析

統計結果顯示,這30座污水廠里有約一半的規模在100,000-200,000 PE范圍內。能耗、污泥處置和化學藥劑是除了人工之外最大的成本組成,其中能耗又是三者中最大的一個,而曝氣則占了總能耗的40-60%。這些污水廠產生的污泥里,45%用于堆肥,18%送至焚燒廠,33%作土地利用。

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表2. 蘇伊士在法運營的30個大型污水廠的規模分布

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圖3. 法國污水廠的運行成本解析

對于能耗的優化,他們總結了三個方面的措施,第一是通過控制MLSS濃度對F/M進行有效管理,其次是高級曝氣控制(SMART系統),第三是配置新的濃縮單元和工藝升級。

工藝技術概況

這30座污水廠的處理工藝和技術概況如下表所示:

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表3. 30座大型污水廠的技術概況

結果顯示,CAS依然是最主要的處理工藝。在上世紀90年代的十年里很多新建的污水廠采用了BAF工藝,而在2005年之后,MBR的業績開始增長。厭氧消化工藝的覆蓋率只有約50%。其中熱電聯產的電能只能覆蓋這些污水廠2%的電耗。作者表示要進一步推進CHP和沼氣加工設備的普及。

假設和實際運行成本之間的差異

設計階段對進水數據進行評估是十分重要的。法國污水廠的平均有機負荷率為50%,而蘇伊士全球范圍的有機負荷率在89%;而在水力負荷方面,法國污水廠的負荷率(66%)則遠高于蘇伊士大型污水廠的44%。這說明在法國地區,水力負荷是更重要的一個設計變量,而有機負荷則是運行成本的關鍵績效因子。對于法國污水廠有機負荷率偏低的現象,報告作者給出了四個主要原因:

人口分布的演變與預期相比有所下降

住房/工業區與污水管網連接的時間間隔較長

與經濟活動相關的季節性變化(例如旅游業)

工藝單元設計冗余過大(預處理等)

確認基準點

在過去15-20年的運營中,蘇伊士都得到了什么經驗教訓呢?報告中他們主要分享了能耗和污泥產量兩大方面的內容。

首先他們談到能耗的情況。蘇伊士將其運營的法國污水廠的統計結果做成了下面這個有機負荷率和能耗的函數曲線(圖4),并定了兩個關鍵代表點A和B,前者表示的是投標單位使用的滿負荷情況的理想能耗值,而B點是一般污水廠實際平均負荷下的能耗情況(50%)。

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圖4. 蘇伊士在法國運行的污水廠的能耗表現

對于未來新型污水廠的能耗評估,我們應該采用哪個點作為參考基準呢?蘇伊士的技術人員認為B點是實際的能耗情況,但目前污水廠的設計又全都是按A點來計算,這也就是假設運行成本與實際運行成本(OPEX)之間差值的來源。

根據法國污水廠的運營經驗,他們認為投標或設計單位在對污水廠的全生命周期成本(WLCC)進行核算的時候,應該要將A、B兩點的情況作綜合考慮,目的是使污水廠在低負荷運行時的成本最小化,這樣也能更好地選擇合適的工藝技術,因為大部分的新建污水廠在很長一段時間內都是在非滿負荷或者低負荷情況下運行的。而且這樣反過來也能降低投資成本(CAPEX)。

編輯:王媛媛

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