污水处理行业实现碳减排的几个方向

洒家是环境人 2019-08-22 PM 39℃ 0条
       目前我国污水处理厂在运行过程中,既有由于运行调控的不合理以及管理不当所导致的能源浪费,也有各处理单元设备效率低下造成的碳排放量过高。对于中国污水处理厂的低碳运行有两个方面需要重视:一是基于全生命周期的碳排放量低,主要面向污水处理过程中所用的构筑物、产品或服务;另一种是终端消耗的碳排放量低,需要关注处理电耗、药耗以及运营过程中的节能减排。 

1. 提高污水处理综合能效 

第一,采用高效机电设备,新建设施直接采购高效设备,已有设施逐步更新成高效设备。污水处理机电设备主要包括水力输送、混合搅拌和鼓风曝气三大类。采用高效电机通常可实现5-10%的效率提高。 
第二,加强负载管理,满足工艺要求的前提下要使负载降至最低,同时,设备配置要与实际荷载相匹配,避免“大马拉小车”。主要包括以下几个方面:① 污水提升以及污泥回流等单元的水力输送设备绝大部分时段在低效工况运行,应予以改造。②污泥混合搅拌设备的设计搅拌功率普遍偏大,处于过度搅拌状态,准确把握搅拌器与介质之间力和能量的传递关系,可以准确衡量实际工况所需搅拌器的大小,有效避免电耗浪费。③优化推进器和曝气系统的位置和距离,可以使系统的能量损失最小。④ 曝气系统的电耗约占污水处理总电耗的50-70%,是加强负载管理的重点。 
第三,建立需求响应机制,根据实际工况的需求及其变化,动态调整设备的运行状态。目前污水行业已经出现感应式调速和线性调速的水力输送和搅拌设备,此类设备可以有效优化水力输送和搅拌系统的整体运行情况,实现节能降耗。采用内置智能控制系统的水力输送设备和搅拌器,在特定工况条件下,与传统设备相比,甚至可以节省50%以上的能耗。 

2. 大力回收能源 

污水中蕴含着大量的能量,理论上是处理污水所需能量的很多倍。污水经处理后,其中的能量大部分转移到了污泥中,因此开发回收污泥中的能量具有极大的潜力。污泥能源化主要集中在厌氧方向,污泥厌氧能源化包括厌氧发酵产乙醇、厌氧发酵产氢和厌氧消化产甲烷三个技术路径。

传统厌氧消化技术能源转化率在30-40%,而高级厌氧消化技术可提高到50-60%。高级厌氧消化技术包括高温厌氧消化、温度分级厌氧消化(TPAD)、酸—气两相厌氧消化和延时厌氧消化。

采用传统厌氧消化技术可使污水处理厂实现20-30%的能源自给率,预处理、高级厌氧消化、涡轮发动机或燃料电池以及热电联产(CHP)等技术的耦合使用,有望使污水处理实现30-50%的能源自给率,及大大降低间接碳排放量,又降低甲烷产生并逸散导致的直接排放。 

3. 探索可持续新工艺 

 (1)针对有机物去除的工艺

基于有机污染物去除的可持续污水处理新工艺主要是厌氧处理技术,能耗低,且可回收能源。高浓度有机废水的厌氧技术已成熟,但城市污水有机物浓度低,厌氧处理存在投资大和占地大等障碍。目前,城镇污水厌氧处理方向研究的热点是厌氧膜生物反应器 AnMBR,与传统厌氧工艺相比,可大幅度减少占地,但技术成熟度离生产性应用尚存在差距。 

(2)针对脱氮的低能耗、低药耗工艺

低能耗、低碳源消耗的脱氮工艺主要包括基于短程反硝化原理的SHARON工艺和基于厌氧氨氧化的ANNAMOX/DEMON工艺。与传统的AAO工艺相比,SHARON可节约25%的能耗、40%的碳源消耗,而ANNAMOX工艺可节约60%的能耗、90%的碳源消耗。目前,SHARON和ANNAMOX在高浓度氨氮污水处理中已较成熟。ANNAMOX工艺在典型城镇污水处理上虽有进展,但离实际应用仍有差距。 

(3)碳氮两段法工艺

未来革命性的可持续污水处理工艺方向是碳氮两段法:首先对污水中的有机物进行分离,分离出的污泥通过厌氧消化产生CH4,或对污水直接进行厌氧处理产能,分离后含有氨氮的污水通过主流厌氧氨氧化进行脱氮。根据理论估算,采用上述碳氮两段法,处理1人口当量的污染物将产生24瓦时能量,使污水处理厂真正成为“能源工厂”,且污泥产量仅为活性污泥法的四分之一。


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