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碳中和污水處理廠是怎么運行的

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

    污水處理實質是通過人工各種復雜技術手段，不惜消耗資源與能量，來分離、降解、轉化污水中污染物(絕大多數為有機污染物)的復雜過程。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。

    傳統的污水處理手段是利用細菌代謝污水中的有機物，為了使工作效率提高，還需大量的動力來曝氣增加水中的DO(溶解氧)，在此過程中，細菌代謝會產生大量的CO2為提供曝氣所用的動力也會產生大量的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，處理后仍然達到80%左右，易造成地下水污染,填埋土層不穩定，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，但卻未對污泥進行任何預處理，這樣易造成海洋污染，對海洋生態系統和人類食物鏈造成威脅。

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

    以上傳統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境危害，故此新的污泥處置工藝便應運而生。

一、污水處理過程中的碳中和技術基礎--反硝化除磷

    一種具有兼性的厭氧反硝化除磷細菌，能夠在厭氧的條件下對磷進行吸收。

    反硝化除磷菌以硝酸鹽作為電子受體，在反硝化的同時完成吸磷的作用，反硝化除磷工藝就是運用這一原理來實現的，將反硝化與除磷合二為一，同時實現脫氮除磷的目的。

    從除磷的過程來看，是將反硝化與除磷這兩個不同的生物過程利用一個細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，也是能量儲存物質具有雙重的效果，可以說該種除磷原理既可以達到除磷的目的，還能夠節省碳源，屬于一種可持續的生活污水除磷技術。

二、污水處理過程中的碳中和技術基礎--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反應的順利進行，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。

    與傳統脫氮工藝相比，該工藝僅需將部分NH4t-N氧化為NO2-N，節省了剩余 NH4t-N的進一步氧化需氧量以及NO-N轉化為NO3-N的深度氧化需氧量，從而可節約大量曝氣電耗;其以IC為碳源，無需額外投加有機碳源，可以大幅度降低脫氮成本;此外，脫氮反應不涉及異養反硝化菌，可以顯著降低污泥產量。

三、未來污水處理技術核心

    未來污水處理方向將是一個中心(可持續)兩個基本點(碳回收與磷回收)

    (1)碳回收:污水處理碳中和狹義目標就是能源使用要實現自給自足廣義目標還包括因資源回收利用所引的廠外其他耗能下降導致的CO減少。要實現污水處理的碳中和目標，最容易獲得的資源是污泥厭氧消化產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:對污水實施磷回收意味著將水體富營養化防治與磷的可持續利用有機結合，具有一石二鳥之作用。磷回收的目標產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上十分困難、回收成本很高，所以，磷回收產物更多去向應為磷肥工業。

（一）、奧地利斯特拉斯(Strass)污水處理廠案例-工藝流程

    1預處理:污水流至污水處理廠經格柵攔截漂浮物后,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段是充分吸附轉化原污水中的有機物，氮和磷也會因細菌合成或化學沉淀而明顯減少;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厭氧消化產生生物氣體(沼氣)，其中CH4含量58%~62%，厭氧消化產生可再生能源-CH4是污水處理廠能量回收的核心內容。

    5熱電聯產(CHP):厭氧消化產生的生物氣體以熱電聯產方式產電、產熱、電能轉化效率40%左右，余熱分別用于消化池加熱和建筑采暖。

    6污泥脫水:經機械脫水后形成的高NH4消化液被送往DEMON工藝進行自養脫氮處理，脫水污泥最終被用于堆肥或焚燒。

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

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

    經AB段74.3%的進水有機物最終以剩余污泥形式后續處理，這一產量較常規處理工藝要高出許多，且因大部分有機物在A段已經被去除使得進入B段的有機物含量大為降低,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

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

3、曝氣、濃縮、脫水設備的改進

    更新原有曝氣設備相應降低了曝氣能耗，污泥濃縮設備和脫水設備的改進也導致能耗減少。

4、通過外加有機物促進CH4增產

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