ReWater -- 丹麥將打造世界最高效的污水資源回收廠
如果你是某水務公司的工程師，某天你的大老板把你和你的團隊叫到辦公室，說要給你20億人民幣，建一個全世界資源回收率最高的污水處理廠。你一開始可能覺得老板在開玩笑，但當他說他是認真的時候，你會不會覺得這是你夢想成真的時刻呢？
此時此刻，世界各地的污水處理工程師可能都很羨慕丹麥Aarhus水務的同行們，因為他們就遇上了這樣的大好事。從2017年開始，他們就計劃要在其管轄的Marselisborg污水廠附近打造一座更大更先進的污水廠。目標很簡單，但也很明確——就是要成為世界上資源利用效率最高的污水處理廠。
中國人很少聽說過的Aarhus小城，為何有底氣建造世界標桿級的大工程呢？他們又將如何實現這一大計呢？在本期微信推送里將帶大家一探究竟。
視頻：Aarhus ReWater
未雨綢繆的規劃
Aarhus是北歐國家丹麥的第二大城市，人口數約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，當地很多居民估計也從未聽過。不過，在2016年國際能源署(IEA)發布《世界能源展望2016》之后，這座污水廠吸引了來自世界各地專家團的拜訪。到訪的原因是：Aarhus如何通過改造污水廠，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的城市。
圖：Marselisborg污水廠 | 圖源：Aarhus Vand
Aarhus水務早在2005年就開始了積極籌劃水務運營節能減耗的大計。首先，他們將當地14座污水處理廠精簡為4座，其中最大的是Marselisborg污水廠。Marselisborg污水廠日平均處理量為27500m³。通過10年的優化，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。通過對污水處理廠系統的不斷優化，Aarhus水務已經完全實現能量的中和。
僅僅通過傳統的厭氧消化是不可能幫助Marselisborg污水廠實現能量盈余的，它的運行優化是全方位的，下邊是Aarhus水務對Marselisborg污水廠實施的一系列能耗優化措施：
SCADA系統運行，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離心機替代之前的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
污泥處理改用厭氧氨氧化工藝，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
事實上，在2006-2016年間，Marselisborg污水廠的升級改造已經相當成功。但Aarhus水務并不滿足于此。他們已經做好了未來的規劃和準備——在未來10年，Aarhus的污水廠會進一步縮減，將從目前的4個減至2個，其中一座的規模將高達50萬人口當量，它將取代現有的Marselisborg污水廠。名字也已經取好了，就是Aarhus Rewater。
圖：Aarhus Rewater水廠的資源回收理念
沒有確切計劃的計劃
為什么要建一個新的污水廠？這是因為Aarhus的統計數據顯示，該市的人口以每年6000人的速度增長。這個增長速度會使Marselisborg污水廠很快超負荷運行，而現在的廠址Tangkrogen位于Marselisborg森林和港口之間，那里的空間沒有辦法進行原位擴建。為了要滿足預期的人口增長，他們需要新建ReWater污水廠來取代舊廠，而且要將運營成本降低40%。
有趣的是，他們至今還沒有確定具體的工藝技術，只列出了15個創新挑戰。他們將通過探索一系列的問題，來確定最終的技術選擇。
圖：Marselisborg污水廠的鳥瞰圖
靈活設計
其實，Aarhus水務公司現在的“遲疑不決”是有道理的，因為污水處理界的社會需求似乎發生著新的變化。以污水中的新興污染物為例，這是過去的污水處理設計中從未考慮的問題，未來污水廠要為此尋找答案。Aarhus水務認為他們需要更靈活的設計架構來應對這些持續變化的挑戰。
對此他們制定了六大創新原則：
原則一，360°全方位分析
對與新水廠建設相關的潛在創新進行全方位分析，并以此作為策略制定的基礎。根據這全方位分析，他們將15個挑戰問題分成了四大類別，如下圖所示：
原則二，創新和基礎設施的分離
在施工前完成創新測試，因為規劃和施工再創新的成本和難度都很大。
原則三，持續學習型的污水廠
Aarhus水務的目標不是建造一座未來百年一成不變的工廠。相反，他們要打造一個不斷擴展知識、不斷改進的污水廠，既解決已知的需求，也為未知的探索留出空間。
原則四，做好對意外的準備
Aarhus水務認為要指望水圈內的人來創新太難了，因此需要從圈外人那里獲得靈感和啟發，特別是那些兼具學術深度和跨界思考能力的圈外專家。
原則五，做好知識之間的溝通
ReWater水廠要促進外來新知識和建廠人員的內行專業知識之間的有效交流，確保兩者之間的互動和協作，為可行的新想法留出空間。
原則六，全方位激活
ReWater水廠是一個在多維度同時進行的項目，因此要在水廠、城市和丹麥水資源集群之間建立連貫性，以確保最終獨一無二的結果。
圖：ReWater水廠的概念圖 | 圖源：Aarhus Vand
基于這六大原則，Aarhus邀請企業、供應商、研究機構等在早期就參與到項目中來，以求盡快解決上述的15大挑戰。因為他們的目標不僅僅是要建一個新的污水處理廠，更是一個資源回收工廠。
他們已經在考察一系列先進的技術方案，例如更好的碳捕捉、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，涉及的主要技術包括了Salsnes、EssDe™ 和 DEMON ™ 等。他們要將污水變成一種資源，并借此出售能源、提取有價值的金屬、回收氮磷等肥料，將污水處理變成正收益的生意。
以數字化為核心
Aarhus水務已經對水務系統完成了初步的儀表化部署，有各種傳感器收集數據，在此基礎上，他們正在實踐“數字孿生”(Digital Twins)的理念，對整個系統進行基于模型的控制和優化。
圖：Aarhus水務的代表在Aquatech研討會上的分享報告截圖 | 圖源：Aquatech
例如，他們正在積極優化對降雨事件的預測，以便更好地管理污水收集工作。
他們有雨水的貯存空間，這些緩沖容量能夠減少雨污溢流的發生，同時能更精準地計算在雨天進入污水處理廠的流量。這些工作的最終目的都是實現能耗最小化。
Aarhus水務的首席數字信息官 Jesper Kjelds 表示：“我們正在以此為基礎構建我們的數字化藍圖。屆時，所有的一切都實現數字化。那些通過物聯網設備收集的數據將成為未來 ReWater資源工廠的關鍵部分。數字化已經寫進了ReWater水廠的DNA中。”
2009年，哥本哈根市政府通過了《哥本哈根氣候計劃書》，定立了兩步走的目標：到2015年，CO2排放量要同比2011年減排20%，并在2025年實現碳中和。Aarhus水務即將打造的這座污水資源回收工廠，是他們對丹麥碳中和的響應。據介紹，這座污水廠有望在2028年投產運行。屆時，丹麥將有很多世界知名的建筑設計公司，新水廠的模樣值得我們期待。
想了解Aarhus ReWater最新消息的讀者，可以點擊閱讀原文瀏覽項目英文官網獲得最新資訊：
https://www.aarhusvand.dk/en/international/our-solutions/wastewater/aarhus-rewater/
參考資料
https://www.youtube.com/watch?v=7KZTST_I7sI
https://www.aarhusvand.dk/en/international/our-solutions/wastewater/aarhus-rewater/status-right-now/
https://www.aquatechtrade.com/news/wastewater/digital-blueprint-for-water-innovation/
https://deltag.aarhus.dk/hoering/debatoplaeg-helhedsplan-tangkrogen
https://www.idrica.com/blog/digital-twins-aquatech-breakouts/
https://www.aquatechtrade.com/news/utilities/digital-twins-drive-better-utility-collaboration/
https://v.qq.com/x/page/b3276o7u6y7.html
