污水处理厂碳中和运行潜力待挖掘

我国污水处理规模体量巨大、消耗能量多，碳中和（污水处理低碳运行与能源消耗自给自足）在未来污水厂中的运行中将成为一大趋势，其对推动行业的绿色发展具有重大意义。然而，受限于污水行业技术水平低等诸多因素限制，我国目前尚未建成真正意义上的“碳中和”污水厂。
 
         研究人员以北京某污水厂为实例，分析了当前主流工艺条件下污泥厌氧、水源热泵以及太阳能利用对碳中和运行的贡献潜力，认为当前污泥厌氧能量自给率仅达53%。
 
        污水碳中和运行已被国际推行
 
        展望污水处理的未来前景，多个国家已经陆续发布了污水厂碳中和技术路线图。目前，一方面污水处理属于高耗能行业，势必会导致较高的碳排放足迹；另一方面，污水中本身蕴含较多的能量（有机物、热能等），为实现污水处理过程能源自给以及碳中和运行提供了客观基础。
 
        美国水环境研究基金(WaterEnvironmentResearchFoundation)提出了2030年美国所有污水处理厂均要实现碳中和运行的目标。欧洲一些国家也相继发布了污水厂能源管理手册。在世界范围内，部分污水厂已经通过技术升级实现了能量自给及碳中和运行。
 
         回收有机物能量贡献率仅53%，理想状态可达270%
 
         研究人员以北京一座处理规模为60万吨的污水厂为实例(AAO工艺)，对污水厂碳中和运行进行了潜力分析。
 
        当前，污水厂实现碳中和途径主要有以下3个途径：回收污水中有机物的能量；利用水源热泵技术回收污水中热能；基于目前污水厂一般占地面积较大，沉淀池和曝气池的表面可以用于铺设太阳能光伏发电板，利用太阳能发电。
 
        污水中有机物能量回收，主要依靠污泥的厌氧过程实现。在污水处理过程中，会产生初沉污泥和二沉污泥，污泥经过厌氧处理产生沼气，沼气经过热电联产产生电能和热能。
 
        在“污泥厌氧产沼气+热电联产”过程中，产生的电能可以用于补偿污水厂的一部分能耗在理想状态下，甚至可以实现碳中和运行。
 
        模型针对北京几个污水厂的实际污水水质，模拟计算了“污泥厌氧产沼气+热电联产”过程对水厂总体能源自给的影响，其贡献值仅为53%。需要强调的是，如果改进工艺，在不考虑设备引起的能量损失情况下，碳中和率可以达到270%。
 
         理论值和实际值产生巨大差异说明，污水厂碳中和运行的潜力有待挖掘，如果提高设备（提升泵、曝气泵）效率、优化工艺过程（污泥厌氧产甲烷过程），回收污水有机质所蕴含的能量很大，碳中和率可以达到非常理想的状态。
 
       水源热泵产生的热能高，太阳能利用亦可直接提供电能回收污水有机质所蕴含的能量外，还可以考虑污水热能