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碳中和污水處理廠是怎么運(yùn)行的

    污水實(shí)際上是一種資源與能源的載體，污水中含有大量的有機(jī)物，有機(jī)物是一種含能物質(zhì)，且污水中還含有大量的植物營養(yǎng)素(氮、磷、鉀)。

    污水處理實(shí)質(zhì)是通過人工各種復(fù)雜技術(shù)手段，不惜消耗資源與能量，來分離、降解、轉(zhuǎn)化污水中污染物(絕大多數(shù)為有機(jī)污染物)的復(fù)雜過程。換言之，污水處理是一種消耗能源的碳排放過程，或者是一種從水污染向大氣污染的逐漸演變過程。

    傳統(tǒng)的污水處理手段是利用細(xì)菌代謝污水中的有機(jī)物，為了使工作效率提高，還需大量的動(dòng)力來曝氣增加水中的DO(溶解氧)，在此過程中，細(xì)菌代謝會(huì)產(chǎn)生大量的CO2為提供曝氣所用的動(dòng)力也會(huì)產(chǎn)生大量的CO21。

    除此之外，污泥可以作為一種潛在的綠色能源，中國主要的污泥處理方式有填埋處理，海洋處理，和焚燒處理。

    污泥填埋是目前國內(nèi)最為廣泛的處理方式但是污泥本身含水量高，處理后仍然達(dá)到80%左右，易造成地下水污染,填埋土層不穩(wěn)定，塌陷幾率大，且我國土地利益緊張,開辟新的填埋場成本太高。

    海洋處理雖然簡單易行，但卻未對污泥進(jìn)行任何預(yù)處理，這樣易造成海洋污染，對海洋生態(tài)系統(tǒng)和人類食物鏈造成威脅。

    污泥焚燒前期投資較大，后期運(yùn)營管理要求高且存在尾氣污染產(chǎn)生有毒氣體的問題。

    以上傳統(tǒng)的污泥處置方式都沒有利用到剩余污泥中的能量，且污泥中的病原微生物,且重金屬離子等造成較大的環(huán)境危害，故此新的污泥處置工藝便應(yīng)運(yùn)而生。

一、污水處理過程中的碳中和技術(shù)基礎(chǔ)--反硝化除磷

    一種具有兼性的厭氧反硝化除磷細(xì)菌，能夠在厭氧的條件下對磷進(jìn)行吸收。

    反硝化除磷菌以硝酸鹽作為電子受體，在反硝化的同時(shí)完成吸磷的作用，反硝化除磷工藝就是運(yùn)用這一原理來實(shí)現(xiàn)的，將反硝化與除磷合二為一，同時(shí)實(shí)現(xiàn)脫氮除磷的目的。

    從除磷的過程來看，是將反硝化與除磷這兩個(gè)不同的生物過程利用一個(gè)細(xì)菌在同一過程中完成。其中聚羥基脂肪酸酯不僅是反硝化除磷菌的碳源，也是能量儲(chǔ)存物質(zhì)具有雙重的效果，可以說該種除磷原理既可以達(dá)到除磷的目的，還能夠節(jié)省碳源，屬于一種可持續(xù)的生活污水除磷技術(shù)。

二、污水處理過程中的碳中和技術(shù)基礎(chǔ)--厭氧氨氧化

    厭氧氨氧化(Anammox)是厭氧氨氧化菌(AnAOB)在缺氧或厭氧環(huán)境下，以 HCO;(IC)為碳源，以NH4+-N為電子供體，以NO2-N為電子受體生成N2，從而完成脫氮過程。為保證Anammox反應(yīng)的順利進(jìn)行，往往將Anammox工藝與短程硝化工藝組合為短程硝化-厭氧氨氧化(Sharon-Anammox)工藝。

    與傳統(tǒng)脫氮工藝相比，該工藝僅需將部分NH4t-N氧化為NO2-N，節(jié)省了剩余 NH4t-N的進(jìn)一步氧化需氧量以及NO-N轉(zhuǎn)化為NO3-N的深度氧化需氧量，從而可節(jié)約大量曝氣電耗;其以IC為碳源，無需額外投加有機(jī)碳源，可以大幅度降低脫氮成本;此外，脫氮反應(yīng)不涉及異養(yǎng)反硝化菌，可以顯著降低污泥產(chǎn)量。

三、未來污水處理技術(shù)核心

    未來污水處理方向?qū)⑹且粋€(gè)中心(可持續(xù))兩個(gè)基本點(diǎn)(碳回收與磷回收)

    (1)碳回收:污水處理碳中和狹義目標(biāo)就是能源使用要實(shí)現(xiàn)自給自足廣義目標(biāo)還包括因資源回收利用所引的廠外其他耗能下降導(dǎo)致的CO減少。要實(shí)現(xiàn)污水處理的碳中和目標(biāo)，最容易獲得的資源是污泥厭氧消化產(chǎn)CH4但并不一定能滿足碳中和的需要，所以就需要考慮利用污水余溫中隱藏的熱量。

    (2)磷回收:對污水實(shí)施磷回收意味著將水體富營養(yǎng)化防治與磷的可持續(xù)利用有機(jī)結(jié)合，具有一石二鳥之作用。磷回收的目標(biāo)產(chǎn)物目前主要為鳥糞石，但從污水中以純鳥糞石形式回收磷在技術(shù)上十分困難、回收成本很高，所以，磷回收產(chǎn)物更多去向應(yīng)為磷肥工業(yè)。

（一）、奧地利斯特拉斯(Strass)污水處理廠案例-工藝流程

    1預(yù)處理:污水流至污水處理廠經(jīng)格柵攔截漂浮物后,用離心泵提升至沉砂池，沉砂池可去除30%砂粒形式的懸浮物。

    2生物處理:兩段式AB工藝，A段是充分吸附轉(zhuǎn)化原污水中的有機(jī)物，氮和磷也會(huì)因細(xì)菌合成或化學(xué)沉淀而明顯減少;B段通過曝氣池生物降解去除污水中的有機(jī)物，NH4*通過硝化作用被氧化成 NO，部分NO;通過同步反硝化作用生成N被去除。

    3污泥濃縮:在將AB段產(chǎn)生的剩余污泥在厭氧消化前，首先要濃縮污泥，減少剩余污泥的體積。

    4厭氧消化:濃縮后的剩余污泥經(jīng)厭氧消化產(chǎn)生生物氣體(沼氣)，其中CH4含量58%~62%，厭氧消化產(chǎn)生可再生能源-CH4是污水處理廠能量回收的核心內(nèi)容。

    5熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP):厭氧消化產(chǎn)生的生物氣體以熱電聯(lián)產(chǎn)方式產(chǎn)電、產(chǎn)熱、電能轉(zhuǎn)化效率40%左右，余熱分別用于消化池加熱和建筑采暖。

    6污泥脫水:經(jīng)機(jī)械脫水后形成的高NH4消化液被送往DEMON工藝進(jìn)行自養(yǎng)脫氮處理，脫水污泥最終被用于堆肥或焚燒。

    7消化液測流自養(yǎng)脫氮(DEMON)工藝:消化液中高濃度NH4*在生物膜外層實(shí)現(xiàn)中溫亞硝化，并在其內(nèi)部完成厭氧氨氧化，脫氮效率可達(dá)85%以上，處理后的NH4同樣與處理水被回流至A段吸附池,繼續(xù)循環(huán)處理。

（二）、奧地利斯特拉斯(Strass) 污水處理廠案例-工藝及技術(shù)措施分析
1、AB法產(chǎn)生的剩余污泥量大,工藝能耗低

    經(jīng)AB段74.3%的進(jìn)水有機(jī)物最終以剩余污泥形式后續(xù)處理，這一產(chǎn)量較常規(guī)處理工藝要高出許多，且因大部分有機(jī)物在A段已經(jīng)被去除使得進(jìn)入B段的有機(jī)物含量大為降低,因此B段曝氣耗能明顯減少。

2、改革脫氯工藝降低碳源使用量

    該廠運(yùn)用自養(yǎng)脫氮工藝后，剩余污泥不再用于脫氮，而是被全部用于厭氧消化產(chǎn)CH4，改造后CH4發(fā)電量已超過耗電量(108%)。

3、曝氣、濃縮、脫水設(shè)備的改進(jìn)

    更新原有曝氣設(shè)備相應(yīng)降低了曝氣能耗，污泥濃縮設(shè)備和脫水設(shè)備的改進(jìn)也導(dǎo)致能耗減少。

4、通過外加有機(jī)物促進(jìn)CH4增產(chǎn)

    該廠通過添加外來有機(jī)廢物(廚余垃圾)來增加厭氧消化過程中所需的有機(jī)底物，進(jìn)而增加CH的產(chǎn)量。在2005年斯特拉斯污水處理廠便實(shí)現(xiàn)了“碳中和”運(yùn)行目標(biāo)成為污水處理碳中和運(yùn)行的國際先驅(qū)，該廠剩余污泥與廚余垃圾共消化使能源自給率高達(dá)200%可以向廠外輸出一半所產(chǎn)生的能量，已成為名副其實(shí)的“能源工廠”。