如果你是某水务公司的工程师，某天你的大老板把你和你的团队叫到办公室，说要给你20亿人民币，建一个全世界资源回收率最高的污水处理厂。你一开始可能觉得老板在开玩笑，但当他说他是认真的时候，你会不会觉得这是你梦想成真的时刻呢？
此时此刻，世界各地的污水处理工程师可能都很羡慕丹麦Aarhus水务的同行们，因为他们就遇上了这样的大好事。从2017年开始，他们就计划要在其管辖的Marselisborg污水厂附近打造一座更大更先进的污水厂。目标很简单，但也很明确——就是要成为世界上资源利用效率最高的污水处理厂。
中国人很少听说过的Aarhus小城，为何有底气建造世界标杆级的大工程呢？他们又将如何实现这一大计呢？在本期微信推送里将带大家一探究竟。
视频：Aarhus ReWater
未雨绸缪的规划
Aarhus是北欧国家丹麦的第二大城市，人口数约30万，距丹麦首都哥本哈根有三个多小时的车程。这里有一座叫Marselisborg 的污水厂，当地很多居民估计也从未听过。不过，在2016年国际能源署(IEA)发布《世界能源展望2016》之后，这座污水厂吸引了来自世界各地专家团的拜访。到访的原因是：Aarhus如何通过改造污水厂，成为全球首个用污水处理回收的能量来满足本地自来水供给服务的城市。
图：Marselisborg污水厂 | 图源：Aarhus Vand
Aarhus水务早在2005年就开始了积极筹划水务运营节能减耗的大计。首先，他们将当地14座污水处理厂精简为4座，其中最大的是Marselisborg污水厂。Marselisborg污水厂日平均处理量为27500m³。通过10年的优化，该污水厂在2016年的污水产电量就能满足自身的能耗，而且还有约50%（2014年为40%）的电力盈余。除此以外，还有2.5GW的热能可输送给当地的供暖系统。通过对污水处理厂系统的不断优化，Aarhus水务已经完全实现能量的中和。
仅仅通过传统的厌氧消化是不可能帮助Marselisborg污水厂实现能量盈余的，它的运行优化是全方位的，下边是Aarhus水务对Marselisborg污水厂实施的一系列能耗优化措施：
SCADA系统运行，在线控制曝气、氨氮、硝态氮和磷的水平，以及对硝化/反硝化工艺的控制；
用ABS HST涡轮压缩机取代高真空涡轮鼓风机(HV Turbo Blower)，提高曝气的效率；
用能效更优的丹麦Alfa Laval G3离心机替代之前的Alfa Laval 550；
用三个热电联产的沼气燃机(CHP) 取代旧款燃气发电机
污泥处理改用厌氧氨氧化工艺，主流线也有厌氧氨氧化工艺(Nitrite Shunt)
图：更高效的涡轮压缩机、热电联产内燃机、热交换器和变频器 | 图源:Aarhus Vand
事实上，在2006-2016年间，Marselisborg污水厂的升级改造已经相当成功。但Aarhus水务并不满足于此。他们已经做好了未来的规划和准备——在未来10年，Aarhus的污水厂会进一步缩减，将从目前的4个减至2个，其中一座的规模将高达50万人口当量，它将取代现有的Marselisborg污水厂。名字也已经取好了，就是Aarhus Rewater。
图：Aarhus Rewater水厂的资源回收理念
没有确切计划的计划
为什么要建一个新的污水厂？这是因为Aarhus的统计数据显示，该市的人口以每年6000人的速度增长。这个增长速度会使Marselisborg污水厂很快超负荷运行，而现在的厂址Tangkrogen位于Marselisborg森林和港口之间，那里的空间没有办法进行原位扩建。为了要满足预期的人口增长，他们需要新建ReWater污水厂来取代旧厂，而且要将运营成本降低40%。
有趣的是，他们至今还没有确定具体的工艺技术，只列出了15个创新挑战。他们将通过探索一系列的问题，来确定最终的技术选择。
图：Marselisborg污水厂的鸟瞰图
灵活设计
其实，Aarhus水务公司现在的“迟疑不决”是有道理的，因为污水处理界的社会需求似乎发生着新的变化。以污水中的新兴污染物为例，这是过去的污水处理设计中从未考虑的问题，未来污水厂要为此寻找答案。Aarhus水务认为他们需要更灵活的设计架构来应对这些持续变化的挑战。
对此他们制定了六大创新原则：
原则一，360°全方位分析
对与新水厂建设相关的潜在创新进行全方位分析，并以此作为策略制定的基础。根据这全方位分析，他们将15个挑战问题分成了四大类别，如下图所示：
原则二，创新和基础设施的分离
在施工前完成创新测试，因为规划和施工再创新的成本和难度都很大。
原则三，持续学习型的污水厂
Aarhus水务的目标不是建造一座未来百年一成不变的工厂。相反，他们要打造一个不断扩展知识、不断改进的污水厂，既解决已知的需求，也为未知的探索留出空间。
原则四，做好对意外的准备
Aarhus水务认为要指望水圈内的人来创新太难了，因此需要从圈外人那里获得灵感和启发，特别是那些兼具学术深度和跨界思考能力的圈外专家。
原则五，做好知识之间的沟通
ReWater水厂要促进外来新知识和建厂人员的内行专业知识之间的有效交流，确保两者之间的互动和协作，为可行的新想法留出空间。
原则六，全方位激活
ReWater水厂是一个在多维度同时进行的项目，因此要在水厂、城市和丹麦水资源集群之间建立连贯性，以确保最终独一无二的结果。
图：ReWater水厂的概念图 | 图源：Aarhus Vand
基于这六大原则，Aarhus邀请企业、供应商、研究机构等在早期就参与到项目中来，以求尽快解决上述的15大挑战。因为他们的目标不仅仅是要建一个新的污水处理厂，更是一个资源回收工厂。
他们已经在考察一系列先进的技术方案，例如更好的碳捕捉、主流厌氧氨氧化、ORC废气能量回收等工艺技术和更先进的控制系统，涉及的主要技术包括了Salsnes、EssDe™ 和 DEMON ™ 等。他们要将污水变成一种资源，并借此出售能源、提取有价值的金属、回收氮磷等肥料，将污水处理变成正收益的生意。
以数字化为核心
Aarhus水务已经对水务系统完成了初步的仪表化部署，有各种传感器收集数据，在此基础上，他们正在实践“数字孪生”(Digital Twins)的理念，对整个系统进行基于模型的控制和优化。
图：Aarhus水务的代表在Aquatech研讨会上的分享报告截图 | 图源：Aquatech
例如，他们正在积极优化对降雨事件的预测，以便更好地管理污水收集工作。
他们有雨水的贮存空间，这些缓冲容量能够减少雨污溢流的发生，同时能更精准地计算在雨天进入污水处理厂的流量。这些工作的最终目的都是实现能耗最小化。
Aarhus水务的首席数字信息官 Jesper Kjelds 表示：“我们正在以此为基础构建我们的数字化蓝图。届时，所有的一切都实现数字化。那些通过物联网设备收集的数据将成为未来 ReWater资源工厂的关键部分。数字化已经写进了ReWater水厂的DNA中。”
2009年，哥本哈根市政府通过了《哥本哈根气候计划书》，定立了两步走的目标：到2015年，CO2排放量要同比2011年减排20%，并在2025年实现碳中和。Aarhus水务即将打造的这座污水资源回收工厂，是他们对丹麦碳中和的响应。据介绍，这座污水厂有望在2028年投产运行。届时，丹麦将有很多世界知名的建筑设计公司，新水厂的模样值得我们期待。
想了解Aarhus ReWater最新消息的读者，可以点击阅读原文浏览项目英文官网获得最新资讯：
https://www.aarhusvand.dk/en/international/our-solutions/wastewater/aarhus-rewater/
参考资料
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/