博冠德国污水处理面临的新挑战及应对措施——降耗增产篇

因为地球上燃料资源的日趋耗损殆尽和温室气体排放带来的影响，污水处置惩罚厂怎样降低能源耗损变患上愈来愈主要。德国已经经决议于将来十年内，封闭所有的核能工场，这也将象征着德国要面临能耗越发紧缺的场合排场。德国所有的污水处置惩罚厂每一年耗损4400GWh的电能，平均每一个污水厂每一年耗损电能35KWh/PE×y，即天天100Wh/PE×d。

于一个改善活性污泥工艺的污水处置惩罚厂内，电能耗损如表3所示：

为了降低能源耗损，污水处置惩罚厂内所有的耗能环节都需要举行改善优化。对于在耗能年夜户“曝气体系”而言，年夜部门污水厂接纳的都是鼓风曝气，空气间接压送至曝气池内的曝气头，是以鼓风机是整个水厂里最年夜的耗能装备。为了削减能源耗损，污水厂该当接纳高效能的鼓风机以及氧哄骗率高的曝气头。同时，还应采纳“智能化曝气历程节制”。针对于水泵、搅拌机这种相对于较小的耗能环节，经由过程装备革新与优化，可以使污水厂每一年削减20KWh/PE×y的电能耗损。

别的，厌氧氨氧化工艺可认为水厂节约更多的能源。1990年摆布，专门针对于处置惩罚高氨氮废水提出了厌氧氨氧化工艺，该工艺也被称为部门亚硝化工艺与厌氧氨氧化工艺的联合。该工艺包孕如下两个步调：

(1)部门亚硝化反映，约莫有50%的氨氮被氧化为亚硝酸盐。NH4+ + 1.5 O2 → NO2– + H2O + 2 H+

(2)厌氧氨氧化反映，于厌氧氨氧化菌的作用下，第一环节中未介入反映的50%的氨氮以及第一环节中孕育发生的亚硝酸盐间接被氧化天生N2。NH4+ + NO2– → N2 + 2 H2O

跟传统硝化/反硝化脱氮工艺比拟，厌氧氨氧化工艺中脱氮历程对于氧的需求量可以削减50%，总体工艺对于氧的需求量可以削减10%。今朝该工艺仅被用作处置惩罚几百ppm的高氨氮废水。

10年之前，于德国的Hattingen制作了第一座接纳厌氧氨氧化工艺的污水处置惩罚厂，该厂的消化污泥脱水液接纳厌氧氨氧化工艺举行处置惩罚，并乐成患上以运用。可是直到昨天，比拟处置惩罚消化污泥脱水液而言，因为污水自己的氨氮含量较低，以是厌氧氨氧化工艺始终没有获得间接处置惩罚污水的支流运用。假如支流运用可以实现，传统工艺中反硝化历程需要分外增补碳源的问题将被完全解决。同时，传统工艺中反硝化反映是异养反映，要想维持异养反映的一般运转，BOD/N不克不及低在4，正由于云云，预处置惩罚工艺中挥发性悬浮固体(VSS)的去除了率就遭到了必然限定，约莫只要50%的VSS可以被去除了。假如不是由于这个局限，预处置惩罚工艺可以就去除了更多的无机物，如许以来，消化污泥脱水液中的无机物含量就会越高，也象征着孕育发生的可哄骗沼气就越多。别的，另有一个要害问题依然处于研究阶段：部门亚硝化工艺需要于低氧浓度前提下举行，以免氧浓度较多发生全程硝化，全程硝化会孕育发生年夜量硝酸盐，可是于这类前提下，假如节制欠好，氧浓渡过低，又会孕育发生反硝化脱氮，间接致使N2O年夜量孕育发生，而N2O自己也是一种温室气体，以是怎样不变节制低氧浓度依然是个要害问题。

怎样增长产能

废水中含有两种能源：无机物以及氨氮。于厌氧前提下，无机物可以被降解造成沼气、二氧化碳以及氨等最终产品，此中沼气则可以用来发电、产热。污水处置惩罚历程去除了污染物的同时，也象征着将这两种能源去撤除，而且曝气以及硝化历程还需要耗损年夜量的能量，好比耗电。

比拟好氧反映而言，厌氧反映耗能更少而产能更多。可是迄今为止，仍旧没有支流厌氧工艺举行污水脱氮的技能实例。这就是为何好氧工艺于污水处置惩罚厂中依然处在主导位置，而今朝也只要预处置惩罚以及二沉池的污泥可以被用来孕育发生沼气以及发电。

如下增长电能产量的要领可以供参考：——增长污泥产量，尤为是无机污泥产量;

——增长消化池的沼气产量;

——增长电能的产率。

一、增长污泥产量

图9展示了传统硝化/反硝化活性污泥工艺中沼气的孕育发生历程。进水中总挥发固体TVS含量为90g/PE，此中40g是挥发性悬浮固体(VSS)，50g是挥发性消融固体(VDS)。为了包管反硝化历程有充足的无机物，预处置惩罚工艺中初沉池的逗留时间只要0.5~1小时，于这个工况下，约莫有20g的TVS将会被沉淀并作为初沉污泥排至消化池，而残剩的70gTVS将会送往活性污泥反映器。假定70gTVS中有50%将被矿化，而残剩50%将留于水中，被矿化的TVS中包孕30g的VSS以及5g的VDS。于二级生物反映器中，30g的VSS颠末3小时的沉淀将全数患上以去除了，并作为二沉污泥送往中温厌氧消化罐。如许一来，消化罐将吸收50gVSS，此中20g来自初沉污泥，30g来自二沉污泥。消化罐的反映时间设置为20~30天，消化率约莫为50%。25g无机物将孕育发生25L沼气，而此中甲烷含量是60%摆布，也就是说甲烷产量是15L。15L甲烷将孕育发生150Wh的热值。

图9 传统活性污泥工艺与厌氧氨氧化工艺中污泥以及沼气的产量漫衍比对于

假如用厌氧氨氧化工艺替换传统的硝化/反硝化工艺来脱氮，就不存于反硝化历程对于无机物的最低需求，那末初沉污泥中无机物含量将会更多，也就会孕育发生更多的沼气。假如初沉阶段加以絮凝工艺并适量延伸逗留时间，基本上所有的悬浮固体于此阶段都将被去除了，贮存于初沉污泥中。这个历程于图9顶用绿色线路暗示。工艺替换以后，将会有60g的VSS孕育发生(此中40g来自初沉污泥，20g来自二沉污泥)并送往消化罐。于不异的消化率下，将会有30L沼气孕育发生，这些沼气将孕育发生180Wh的热值。活性污泥阶段需要被降解的无机物将从70g降至50g，也就象征着可以节约降解20%无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，象征着污泥处置惩罚的用度将会增长，固然从能量收受接管哄骗的角度阐发，假如可以将污泥回用至农田哄骗，那末污泥处置惩罚费增长的问题也再也不是甚么缺陷。

二、增长消化池的沼气产量：

正常环境下，消化池的消化率是50%摆布。于污泥进入消化罐之前，可以经由过程对于污泥举行破碎，来提高污泥消化率。

破碎污泥有如下四种要领：——热处置惩罚;

——哄骗超声波、碾磨和均质器举行机械破坏;

——哄骗酸、臭氧和过氧化氢举行化学处置惩罚;

——用生物酶举行生物分化;

以上这些要领都是生物降解以前的预处置惩罚要领，预处置惩罚的目的是经由过程对于污泥固体举行破碎而将污泥及无机物中的细胞身分开释出来，如许会使患上消化速率以及消化率都有所提高。热处置惩罚以及机械破坏城市耗能，以是能量均衡将会是负值。化学处置惩罚以及哄骗生物酶的生物处置惩罚相对于要好一些，研究发明只需要使用很少剂量的生物酶就能够将污泥降解率提高10~15%。

三、增长电能产率：

内燃机、蒸汽涡轮机、微型燃气轮机和燃料电池均可以哄骗沼气举行发电。于年夜大都项目实例中，改善后的柴油机使用效率梗概是30%摆布，而新型策动机的使用效率可以到达40%，而且该发机电可以合用在差别处置惩罚范围的水厂。对于在人口当量年夜在1000000的洪流厂而言，效率可达40%的蒸汽涡轮机是一个比力适合的选择。微型燃气轮机的产能相对于低一点，最年夜产能为300KW，而且效率也略低，只要30%，可是它的长处是可使用未经处置惩罚的沼气和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，可是其用度也是最高的。

产电以及耗电的均衡：

一台效率为30%的新型内燃机以天天25L沼气为原料，可以产能50 Wh/PE×d。如以前所述，一个污水厂天天的电能耗损是100Wh，以是沼气哄骗将可以节约50%的电能。

假如对于传统硝化/反硝化工艺举行优化，水厂的单日耗电量可以降低至60 Wh/PE×d(要领如前所述)，同时，经由过程对于污泥消化历程的优化和高效发机电或者者涡轮机的使用，可使水厂的单日产电量到达60 Wh/PE×d，这就象征着水厂的产能与耗能可以到达均衡状况，即实现100%能量自给。

假如可以用其他工艺替换传统硝化/反硝化工艺，那末将会有更多的污泥用来孕育发生沼气，其产能以至可以到达80 Wh/PE×d，也就是说污水厂将完全由耗能年夜户转换为产能年夜户。