应用案例污水处理厂变身能源工厂：芬兰Kakolanmki

2020 年，Kakolanm?ki 污水处理厂借助余温热能等能源回收，实现 综合体气候影响为 -24 931 t 二氧 化碳 （ CO ₂ ） ， 综合碳足迹为负数；不仅自身完成碳中和运行，而且出现大量碳汇。

Kakolanm?ki 污水处理厂地处芬兰最古老城市图尔库（ Turku ），为改造利用了地下约 471 000 m ³ 的岩石场，由图尔库地区污水处理有限公司（ Turun seudun puhdistamo Oy ）于 2009 年 1 月 1 日建成运行。该厂目前主要处理净化图尔库地区近 30 万居民生活污水以及当地工业废水，取代了原先五个老旧污水处理厂，处理规模为 90 000 m ³ /d 。

图片来源： https://turunseudunpuhdistamo.360tour.fi/

工艺流程

该污水处理厂主要包括机械、化学和生物处理过程的 4 条平行污水处理线，主要流程如下图所示。

图片来源： https://www.turunseudunpuhdistamo.fi/toiminta

进水通过格栅后投加硫酸铁化学药剂，在初沉池磷污泥与悬浮物（ SS ）共沉淀，混合污泥排入储泥罐。

生物处理采用传统生化曝气池，二沉池出水通过升流慢速砂滤池深度处理。滤层由 0.5 m 石英砂和 1.0 m Filtralite Clean MC 2,5-4 过滤材料（主要为烧焦粘土和浅砾石）组成，保证出水稳定达标。

该厂还引入了两组旁路处理单元，洪峰流量（超负荷）进水由旁路通过双线 Actiflo? （高速沉淀池，主要为微砂辅助化学絮凝过程），可提高污水处理厂稳定性和抗冲击能力。

污水处理厂平均进水水质

污水处理厂平均出水水质

数据来源 : KAKOLANM?EN J?TEVEDENPUHDISTAMONTARKKAILUTUTKIMUS VUONNA 2020( 《 2020 年对 KOKOLANM?KI 废水处理厂的监测调查》 )

进出水数据显示，该厂有机物、磷与 SS 去除率为 99% （水质标准要求 95% ），总氮去除率为 80% （水质标准要求 75% ），出水指标符合环境排放要求（ ESAVI No 167/2014/2 ）。

能源回收

热能回收

位于厂内隧道的热泵交换站由图尔库能源有限公司（ Turku Energia Oy ）运营，主要用于污水处理出水余温热能回收，回收热能就近并入当地热力管道系统，为近 15 000 户家庭集中供暖 ( 每年约 200 GWh ，占图尔库地区 14% 供热量 ) ；夏季用于区域制冷（每年约 30 GWh ，占 90% 该区域制冷量）（数据来源： https://energia.fi/ ）。

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图片来源： https://www.districtenergyaward.org/winners/2011-2/

据测算，该热泵站所替代的化石能源每年为图尔库地区减少约 8 万 t 碳排放量。与此同时，污水出水平均温度降低约 5~10 ℃，非常接近排放水体环境温度，可保护附近海域生态环境。

污泥厌氧消化

该污水处理厂每年产生约 50 000 t 干污泥。干污泥经油轮被运送至附近 Gasum 沼气处理厂（ Gasum Oy:n Topinojan biokaasulaitokselle ），经过消毒、消化和堆肥处理、处置。消化产生的沼气经热电联产（ CHP ）也用作该地区供暖和电力。堆肥处理后的污泥用作农 / 林业肥料或土壤改良剂。沼气站采用中温消化工艺，每年可以生产 4 600 000 m ³ 生物沼气，相当于 30 GWh 能源 。

其它能源

除此之外，该厂还利用太阳能电池板产电，亦从通风管道、空气压缩机、泵站冷却水中回收热能，以实现碳中和运行目的。

碳中和能力评价

图片来源： https://iwa-network.org/learn/circular-economy-tapping-the-power-of-wastewater/

数据来源 :  KAKOLANM?EN J?TEVEDENPUHDISTAMONTARKKAILUTUTKIMUS VUONNA 2020( 《 2020 年对 KOKOLANM?KI 废水处理厂的监测调查》 )

以上数据可以看到， 污水处理厂年均耗能总量为 21 042 MWh ，而通过各种形式能源回收总量高达 211 415 MWh ，产能几乎是运行能耗的 10 倍之多。 其中，以余温热能回收供热 / 制冷能量回收占比总回收能量最大，达 95% ，是主要产能来源；而污泥厌氧消化产能仅占 3.7% ，且只能满足 36.8% 运行能耗需要（况且在进水平均 COD=2 100 mg/L 下获得），若仅靠污泥厌氧发酵距离碳中和目标甚远（能量赤字 73.2% ） 。可见，污水余温热能是一种潜能巨大的新能源，合理利用热能让该厂成为名副其实的“能源工厂”。

碳足迹衡算

2020 年，该污水处理厂总碳排量为 10 712  t  二氧化碳 （ CO 2 ） ，主要排放源为氮氧化物（ NxO ）和甲烷 (CH ₄ ) （ HSYViikinm?ki 处理厂碳排测算模型）。

碳足迹核算除考虑污水处理厂运行外，还必须考虑到 Gasum Oy 沼气厂以及 TSE 厂供热与制冷量。下图描述了该厂综合体碳足迹减少情况。

图片来源： KAKOLANM?EN J?TEVEDENPUHDISTAMONTARKKAILUTUTKIMUS VUONNA 2020( 《 2020 年对 KOKOLANM?KI 废水处理厂的监测调查》 )

2020 年，该厂综合体气候影响为 -24 931 t 二氧化碳 （ CO ₂ ），即 ， 该厂综合碳足迹为负数，不仅自身完成碳中和运行，而且出现大量碳汇。

编译： 赵梓丞 ；李季；郝晓地