德国污水处理面临的新挑战及应对措施——降耗增产篇-第2页-北极星环保网

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图9 传统活性污泥工艺与厌氧氨氧化工艺中污泥和沼气的产量分布比对

如果用厌氧氨氧化工艺替代传统的硝化/反硝化工艺来脱氮，就不存在反硝化过程对有机物的最低需求，那么初沉污泥中有机物含量将会更多，也就会产生更多的沼气。如果初沉阶段加以絮凝工艺并适当延长停留时间，基本上所有的悬浮固体在此阶段都将被去除，储存在初沉污泥中。这个过程在图9中用绿色路线表示。工艺替代之后，将会有60g的VSS产生(其中40g来自初沉污泥，20g来自二沉污泥)并送往消化罐。在相同的消化率下，将会有30L沼气产生，这些沼气将产生180Wh的热值。活性污泥阶段需要被降解的有机物将从70g降至50g，也就意味着可以节省降解20%有机物所需要的曝气耗电量。然而，消化污泥总量将从25g升至30g，意味着污泥处理的费用将会增加，当然从能量回收利用的角度分析，如果可以将污泥回用至农田利用，那么污泥处理费增加的问题也不再是什么缺陷。

2、增加消化池的沼气产量：

一般情况下，消化池的消化率是50%左右。在污泥进入消化罐以前，可以通过对污泥进行破碎，来提高污泥消化率。

破碎污泥有以下四种方法：——热处理;

——利用超声波、碾磨以及均质器进行机械粉碎;

——利用酸、臭氧以及过氧化氢进行化学处理;

——用生物酶进行生物分解;

以上这些方法都是生物降解之前的预处理方法，预处理的目的是通过对污泥固体进行破碎而将污泥及有机物中的细胞成分释放出来，这样会使得消化速度和消化率都有所提高。热处理和机械粉碎都会耗能，所以能量平衡将会是负值。化学处理和利用生物酶的生物处理相对要好一些，研究发现只需要使用很少剂量的生物酶就可以将污泥降解率提高10~15%。

3、增加电能产率：

内燃机、蒸汽涡轮机、微型燃气轮机以及燃料电池都可以利用沼气进行发电。在大多数工程实例中，改良后的柴油机使用效率大概是30%左右，而新型发动机的使用效率可以达到40%，并且该发电机可以适用于不同处理规模的水厂。对于人口当量大于1000000的大水厂而言，效率可达40%的蒸汽涡轮机是一个比较合适的选择。微型燃气轮机的产能相对低一点，最大产能为300KW，并且效率也略低，只有30%，但是它的优点是可以使用未经处理的沼气以及甲烷含量较低的沼气作为原料。燃料电池的产能效率高达50%以上，但是其费用也是最高的。

产电和耗电的平衡：

一台效率为30%的新型内燃机以每天25L沼气为原料，可以产能50 Wh/PE×d。如之前所述，一个污水厂每天的电能消耗是100Wh，所以沼气利用将可以节省50%的电能。

如果对传统硝化/反硝化工艺进行优化，水厂的单日耗电量可以降低至60 Wh/PE×d(方法如前所述)，同时，通过对污泥消化过程的优化以及高效发电机或者涡轮机的使用，可以使水厂的单日产电量达到60 Wh/PE×d，这就意味着水厂的产能与耗能可以达到平衡状态，即实现100%能量自给。

如果可以用其他工艺替代传统硝化/反硝化工艺，那么将会有更多的污泥用来产生沼气，其产能甚至可以达到80 Wh/PE×d，也就是说污水厂将彻底由耗能大户转换为产能大户。

延伸阅读：

德国污水处理面临的新挑战及应对措施——现状篇

德国污水处理面临的新挑战及应对措施——概述篇

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