德國城市污泥處理中沼氣回收利用的現(xiàn)代技術(shù)水平

姚剛（德國亞琛工業(yè)大學(xué)環(huán)境工程研究所）

近年來世界范圍內(nèi)，針對能源問題的討論成為政治和社會的重要議題。原因如下：

由于有限的化石能源，導(dǎo)致能源價格日益劇漲，而且化石能源的利用加速了氣候變化；核能利用的安全隱患問題；努力提高可再生能源的開發(fā)利用；致力于提高能源利用效率。

污水與能源的關(guān)系

來自德國的經(jīng)驗表明，在工業(yè)化國家城鎮(zhèn)污水處理廠的電能消耗占總電能消耗的0.6%-1%（德國0.7%），是城鎮(zhèn)的最大能耗單位。另一方面，污水中含有能量，以熱能和有機化學(xué)能的形式存在于污水中。其中潛在的能量可提供污水處理所需要的能量。其中的化學(xué)能，可在污水處理過程中，通過厭氧處理工藝回收利用。

生物處理工藝質(zhì)量/能量平衡簡化示意圖如下：

好氧污泥穩(wěn)定的活性污泥法工藝 (I)

同步好氧污泥穩(wěn)定的活性污泥法工藝 (II)

厭氧污泥穩(wěn)定的活性污泥法工藝 (III)

經(jīng)過厭氧消化后污泥的變化

污泥穩(wěn)定工藝的選擇

污泥穩(wěn)定工藝的選擇并不取決于法規(guī)的要求而主要是取決于其經(jīng)濟性，以及污泥穩(wěn)定工藝的經(jīng)濟性與可供采用的污泥處置途徑的要求相關(guān)。

為了能進行經(jīng)濟性比較，必須考察各種污泥處理工藝流程對整個污水處理廠產(chǎn)生的影響。

污泥穩(wěn)定的目的

污泥處理的幾個目標是什么呢？第一是減少有機物質(zhì)，也就是臭味。第二是產(chǎn)能，也可以減量化，好氧也可以減量化。次要目的決定他的經(jīng)濟可行性。我們都有達到相同的穩(wěn)定水平，這是我們要注意的幾個問題。這是德國的經(jīng)驗總結(jié)，怎么樣達到污水處理平衡的問題。我們做了70～80年代的一個調(diào)查，這次調(diào)查奠定了德國厭氧處理的一個基礎(chǔ)，把它推向一個主流的、主導(dǎo)的處理工藝。從下圖可以看到，2萬服務(wù)人口相當于4000立方米。我們中國單位人均比較低，我們?nèi)匀挥?000立方米。

厭氧是一個系統(tǒng)內(nèi)，包括了很多涂料系統(tǒng)，進料系統(tǒng)，安全攪拌，攪拌是厭氧代謝的一個很重要的項目。下面重點談?wù)剠捬跸�化技術(shù)。

厭氧消化技術(shù)工藝：投放和排泥

① 含固率：> 4% 但是< 7 %。含固率大于7%時，消化池內(nèi)的污泥的混合攪拌有困難。

② 連續(xù)的投放和排泥。我們投放的時候要求是連續(xù)投放，一下子放進去的話會很多，會帶來一些影響，這個消化過程是一個很明顯的過程。溫度的變化可以大于1度，對它的代謝會產(chǎn)生影響。

厭氧消化技術(shù)工藝：攪拌

它的攪拌有幾種方式：加壓氣體攪拌、攪拌機機械攪拌、混合器（螺璇提升器）機械攪拌、外部泵水力攪拌。外部水力泵的攪拌由于污泥效率很低，它要排出泵體，所以僅僅是作為一種輔助的手段。而且攪拌和污泥消化是直行的，有著密切的關(guān)系。消化池的常用池型：鵝卵形、頂部和底部為錐形的圓柱形、理想的圓柱形。

沼氣的攪拌存在問題：經(jīng)驗表明，在運行中標準的氣管很難拆卸，它是固定的，另外一個是泡沫問題，最后一個需要購買氣體，作為構(gòu)成設(shè)計的時候，你要考慮，你怎么去攪拌。你要考慮購買沼氣，否則會給運營帶來很大的問題。

機械攪拌機技術(shù)，它現(xiàn)在是雙葉雙儲層，它有一個什么問題呢？有一個機械強度問題，有斷裂的危險，它這個技術(shù)發(fā)展帶來了很大的好處。以前圓柱型的攪拌很難做大，建造成本就會上去。機械攪拌還有一個問題是纏繞，通常它是采用回轉(zhuǎn)的方式來解決這個問題。還有一個是茶杯效應(yīng)，如果你老是這樣轉(zhuǎn)，如果你用勺子這樣轉(zhuǎn)它中間沒有混合，可以加上一個擋板，防止它纏繞。

重點要介紹螺旋提升器的攪拌方式，這個對卵型的消化池是非常有影響的。先看一下厭氧技術(shù)的幾點經(jīng)濟評價：

第一從投資上面來看，攪拌機和圓柱形是占有絕對優(yōu)勢的。所有東西綜合考慮起來以后，混合器和卵型這種池具有優(yōu)勢。然后把這兩種東西都結(jié)合在一起，那就會發(fā)展更好。我們怎么樣改善攪拌的性能。現(xiàn)在也有一定的實踐。

第二部分想談一談?wù)託獾膽?yīng)用基礎(chǔ)。沼氣在德國一公斤有機氣體可以產(chǎn)生4501克OTS。如果是代謝有機物它可以翻倍你說它是900，也可以是1000。一定要有一個比較的基礎(chǔ)。每天產(chǎn)生23升沼氣的話，可以含能。這樣算出來每人每天可以產(chǎn)生35%的電。沼氣的儲備和儲存是非常必要的。

沼氣利用有這么幾個途徑：一個是直接利用，第二是去除其中的天然氣，也就是二氧化碳。第二是比較新的去除二氧化碳后的重整。

目前用燃氣發(fā)動機－污泥氣－沼氣馬達：熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機（BHKW）綜合利用電能和熱能是各種污泥氣利用方法中能效最高、最經(jīng)濟的。因為全年產(chǎn)生的電能和熱能可以在污水處理和厭氧消化工藝中得到利用。

沼氣馬達 - 熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機- 設(shè)計

沼氣馬達 - 熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機 (BHKW)應(yīng)用舉例

總結(jié)了很多經(jīng)驗之后，德國也考慮進一步的評估。德國組織研究所和我們單位進行的一些調(diào)查，參考值是基本上50%以上單位都能夠?qū)崿F(xiàn)的。而理想值通過一定的優(yōu)化條件，都能夠?qū)崿F(xiàn)，所以這是理想值。這是99年的能量檢測數(shù)值。經(jīng)過十幾年的進一步發(fā)展，德國頒布了一個污水處理設(shè)施能量處理規(guī)范，現(xiàn)在還在征求意見，有所偏離。比如說在人口的PUD單位能耗有所改進。明年有一個實施。

現(xiàn)代沼氣馬達 - 熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機的熱、電效率 (BHKW)

（根據(jù)中國給水排水雜志2014年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級研討會報告速記內(nèi)容刪減，未經(jīng)報告人審核。）

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