| 标题 | 污水厂碳中和运行潜力及能源利用技术 |
| 范文 | 苏书宇 郭靖东 摘要：污水厂作为高能耗、高碳排放产业的同时，也是潜在的能源工厂，其节能减排、资源回收的潜力逐渐受到了世界各国学者的关注。文章對污水处理流程的产物如何变废为宝，分别从污泥、污水、自然能源的利用三个方面进行介绍。 关键词：污水厂；碳中和；污泥；污水；自然能源 人们通常将目光集中于建筑业、运输业和发电站的碳排放，然而，污水处理厂也是一种高碳排放的产业，但同时它也是潜在的能源工厂，如污水的余热、污泥厌氧消化产生的沼气、可回用的中水、污水厂出水的水力等等，这些可观的可回收资源成为了污水厂实现碳中和运行的客观条件，也为各国学者提供了明确的研究方向。根据能量来源的不同，可以将污水厂能源利用技术大体分为3种，即污泥的利用、污水的利用以及自然能源的利用。 1 污泥的资源化利用 在我国，活性污泥法是常见的污水处理方式，随之而来的则是大量污泥的产生，据估计，到2020年我国的污泥产量将突破6000万t。[1]污泥中含有机物的含量较高，可以产生沼气、生物燃料（氢气、合成气、生物柴油等）。沼气是污泥厌氧消化的必然产物，也是一种燃烧热较高的清洁能源，其热值为8.4×104kJ/kg，在燃烧时可以同时提供电能和热能。奥地利的Strass污水厂，早在2005年就实现了碳中和的运行目标，污水厂采用的AB工艺，74.3%的进水COD以剩余污泥的形式进入污泥处理单元，有良好的产气潜力，产出的甲烷气体用于热电联产。2008年起，该厂又通过厨余垃圾与污泥的共消化进一步提升产气量，能量补偿率达到了123%，2009年又提升至144%，直至2014年已接近200%，不仅可以满足自身的电能需求，还能对外输出以获得一定的经济效益。[2] 污泥焚烧也是一种常见的污泥处置方式，而污泥的直接焚烧能耗较大，并伴随有害气体的产生，因此当前的研究多集中于污泥协同焚烧并从中回收电能和热能。 从污泥消化上清液或污泥焚烧灰分中回收磷元素也是常用的能源回收方法，其中化学沉淀法中的鸟粪石沉淀法，工艺过程简单，工程应用案例较多，将沉淀下来的鸟粪石经洗涤分离、脱水干化后可获得优质的磷肥。 2 污水的资源化利用 污水的资源化利用可以分为污水的余热利用、污水的水力利用和污水再生回用。 污水中蕴含着相当可观的热量，这部分热量可以通过污水源热泵技术对其进行收集和传输，为厂区甚至水厂周边生活区进行供暖或者制冷，有着非常大的碳补偿潜力。污水源热泵的合理应用将带来可观的CO2排放消减量，周志平通过对长沙市污水中可利用的能量的计算分析，发现若按照利用 60%的城市污水来计算，在制冷情况下CO2的削减量达到 111463.8 kg/d；在供热情况下，削减量达到 287 846 kg/d。[3] 污水厂出水的水力，可以通过在管道内设置涡轮机进行发电，在获得电能的同时又可以增加水中的溶解氧，但是这种方法需要污水厂出水具有较大的动能以带动涡轮机，否则会大大提升投资成本。 污水再生回用是通过将处理后的污水进行再生，并在农田及景观灌溉、工业生产、冲厕以及地表水补充等领域进行循环利用。 3 自然能源的利用 由于污水厂处理构筑物占地面积较大，厂区内地势大多平坦开阔，因此一些水厂也尝试利用自然能源进行发电如风力发电和太阳能发电，来弥补自身的能源消耗。如北京良乡卫星城污水厂的光伏建筑太阳能一体化电站，峰值容量为674kW，运行两个月来的日均发电量为1450kW·h左右，折合处理每1万m3的污水可发电362.5kW·h左右。[4] 自然能源在污水厂利用由于种种限制条件，碳补偿能力与污泥、污水相比显得有些微不足道，因此大多数污水厂还是在污泥、污水上寻求碳中和运行道路。郝晓地等[5]计算了北京某污水厂三种能源回收方法（沼气热电联产、污水源热泵、光伏发电）的能源补给潜力，分别为53%、51%（制冷）/83%（制热）、10.4%，可见仅靠污泥和污水中可回收利用的能量即可实现至少106%的能源补给率，完全可以实现碳中和的运行目标。 4 结语 随着人们对碳减排必要性的认识，碳中和运行已经成为了污水厂未来发展趋势。污水厂利用自然能源受到种种限制，大多数污水厂在污泥、污水上寻找碳中和运行道路。能源回收手段的研究还应继续深化、发展。 参考文献： [1]戴晓虎.我国城镇污泥处理处置现状及思考[J].给水排水，2012（02）：15. [2]郝晓地，程慧芹，胡沅胜.碳中和运行的国际先驱奥地利Strass污水厂案例剖析[J].中国给水排水，2014（22）：15. [3]周志平，李念平.污水源热泵系统应用的节能减排分析[J].建筑节能，2012，40（6）：4649. [4]孙波，郭大力，刘运北北京良乡卫星城污水处理厂光电建筑示范[J].建设科技，2012，（05）：6668. [5]郝晓地，黄鑫，刘高杰，等.污水处理“碳中和”运行能耗赤字来源及潜能测算[J].中国给水排水，2014（20）：16. 作者简介：苏书宇（1992），女，蒙古族，辽宁人， 硕士，研究方向：污水处理。 |
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