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　　Aarhus是北歐國家丹麥的第二大城市，人口規模約30萬，距丹麥首都哥本哈根有三個多小時的車程。這里有一座叫Marselisborg 的污水廠，很多當地居民估計也從未聽過。不過在2016年國際能源署(IEA)發布了《世界能源展望2016》之后，這座污水廠吸引了世界各地專家團的拜訪。原因是由于這座污水廠的改造，Aarhus成為全球首個用污水處理回收的能量來滿足本地自來水供給服務能耗需求的城市。

　　圖. Marselisborg污水廠 | 圖源：Aarhus Vand
　　污水廠實現100%的能量自給，也不算新聞了。在污水廠內蓋太陽能板，安裝風力發電機，以及添加外源餐廚垃圾和污泥協同消化都可以算是污水廠的產能途徑。
　　但在水務同行看來，這幾種實現能量自給的方式都有“作弊”嫌疑。Marselisborg污水廠的特別之處在于，它僅從進水中蘊含的能量就能實現能量盈余。它是怎么做到的呢？
　　長期規劃
　　為山九仞,豈一日之功。Aarhus水務早在2006年就開始積極籌劃水務運營的節能減耗大計。首先，他們將當地14座污水處理廠精簡為4座，未來將進一步縮減為2座，包括最大的Marselisborg污水廠和十多公里外的Egaa污水廠。Marselisborg污水廠日平均處理量為27,500m3，約20多萬的人口當量。通過10年的優化，該污水廠在沒有添加外來有機廢物的情況下，從污水中回收沼氣，選擇中溫厭氧消化工藝(38°C)，再將沼氣通過熱電聯產回收能量。該污水廠在2016年的污水產電量就能滿足自身的能耗，而且還有約50%（2014年為40%）的電力盈余。除此以外，還有2.5GW的熱能可輸送給當地的供暖系統。經過對污水處理廠系統的不斷優化，Aarhus水務的水圈已經實現完全的能量中和。
　　多管齊下
　　顯然，僅僅使用傳統的厭氧消化是不足以幫助Marselisborg污水廠實現能量盈余的，它的運行優化是全方位的。
　　SCADA系統是其中的基礎。SCADA是數據采集與監視控制系統的英文縮寫，總投入40萬歐元。Aarhus水務的總工程師Per Overgaard Pedersen說：“SCADA的優化包括了對氨氮、磷水平的監控，以及一些設備上的變頻器控制，這些優化是電耗可以降低的最大貢獻來源。這部分投資的回報期只需2-3年。” Pedersen先生說的變頻器(VFD)幾乎安裝在了污水廠的所有旋轉設備中，包括鼓風機、提升泵、攪拌設備和脫水泵。變頻器幫助工廠以最大的靈活性來適應每日污水進水負荷的變化。他們使用的是Danfoss的VLT?變頻器。

　　圖. Marselisborg污水廠70%的節能歸功于先進的SCADA控制系統 | 圖源:IWA
　　2014年，Marselisborg污水廠對污泥處理線進行了升級，引進了先進的側流厭氧氨氧化DEMON?工藝，投資成本約40萬歐。“這套系統的一個好處是它每年能讓我們節省約8萬歐的污水稅，因為它能使污水廠的出水總氮值減少2mg/L。” Pedersen評論道。此外，厭氧氨氧化工藝也為污水廠每年節省5萬kWh的電耗。
　　之后，他們新增購了一臺污泥脫水離心機，對消化反應器的剩余污泥進行脫水。這些污泥最終還會成為農用肥料。能效更高的離心機能為廠區每年節省5萬KWh電耗。
　　除了節流，Aarhus污水廠也很重視開源的工作。污水廠有三個厭氧消化反應器。為了提高產電效率，他們新購了兩臺250kW和一臺355kW的熱電聯產單元，總投資約170萬歐。
　　Marselisborg污水廠能耗優化措施一覽：
　　實施SCADA系統，在線控制曝氣、氨氮、硝態氮和磷的水平，以及對硝化/反硝化工藝的控制
　　用ABS HST渦輪壓縮機取代高真空渦輪鼓風機(HV Turbo Blower)，提高曝氣的效率
　　用能效更優的丹麥Alfa Laval G3替代老的離心機 Alfa Laval 550
　　用三個熱電聯產的沼氣燃機(CHP) 取代舊款燃氣發電機
　　測流厭氧氨氧化工藝DEMON?的應用，主流線也有厭氧氨氧化工藝(Nitrite Shunt)

　　圖. 更高效的渦輪壓縮機、熱電聯產內燃機、熱交換器和變頻器 | 圖源:Aarhus Vand
　　改進成果
　　正如上述所說，SCADA的引入對污水工藝的許多細節進行了優化，加上其他設備的升級，污水廠的年電耗一共節省了約1GWh，污水廠電耗從2005年的4.2GWh降至2016年的3.15GWh,減幅約25%，相當于節省了8.7萬歐元的電費，處理一噸水的能耗降至0.25kWh/m3。
　　2016年，Marselisborg污水廠的總產電量4.8GWh，這意味著廠區的發電量比電耗多出53%，這些多余的電能會賣給國家電網，此外還有大約2.5GWh的多余的熱能直接用于地區供熱，創收約5.5萬歐元。這些成效是在沒有添加外來的餐廚垃圾等有機廢棄物或碳源的情況下取得的。通過這些能源交易，污水廠的產能能夠抵消水務公司其他業務的能耗，包括地下水開采、飲用水處理、飲用水和污水運輸以及污水廠自身的運行。

　　據Pedersen介紹，整個項目花費約300萬歐元。其中90%由水務公司自己投資，10%由政府資助。但掐指一算，因為余電和余熱的銷售每年可收入約32.6萬歐元，節能設備能每年減少約20.6萬歐元，加上每年8萬歐元排污稅的節省，污水廠每年一共可節省超過60萬的費用，也就是說這筆投資不用5年就能回收成本。因為維護成本的降低和并網電量的增加，這項目也得到了市民的支持，因為他們是最終的受益者——水價降低了！

　　下一個十年?
　　Marselisborg污水廠在2006-2016年間的升級改造顯然已經相當成功。但Aarhus水務并不滿足以此。他們已經為未來做好了準備——“在未來10年，我們會進一步將目前的4個污水廠減至2個，我們還打算打造一個全新的、處理能力更大的Marselisborg污水廠，為50萬人服務”， Aarhus水務的總工程師Pedersen先生說。“這里確實沒有多余的擴建空間，但新的污水廠會給我們一個機會，將目前我們知道的最好的技術方案與實踐融入其中，而且不僅是污水處理本身，還包括資源回收等等方面。”

　　圖.Marselisborg 污水廠已經改名為Aarhus Rewater
　　Pedersen先生指的最好的技術方案包括了更好的碳捕捉、主流厭氧氨氧化、ORC廢氣能量回收等工藝技術和更先進的控制系統，涉及的公司包括了Salsnes、EssDe? 和 DEMON ? 等。為了更好地對外宣傳Marselisborg 污水廠，Aarhus水務也賦予了它一個新的名字--Aarhus Rewater。
　　Marselisborg污水廠的升級工作早在2010年就開始了，經過多年的努力終于打造成了全球水務行業的新標桿。“Aarhus模式”顯然吸引到了世界各地的效仿：過去幾年里，除了北歐鄰國，Pederson先生也已經接待過來自法國、塞爾維亞、以及更遠的阿根廷、南非、印度、美國的代表團。
　　中國的污水廠是否也為下個十年做好準備了呢？相信中國不少地方也想復制這個“丹麥童話”。2021年5月的IWA世界水大會將在丹麥首都哥本哈根舉辦，屆時大家將有機會通過技術參觀對Aarhus水務的Marselisborg污水廠有更多的了解。

　　視頻：2020IWA 世界水大會（丹麥哥本哈根）宣傳片