可持續(xù)污水處理之目標(biāo)以回收污水中資源與能源為己任，特別強(qiáng)調(diào)工藝運(yùn)行逼近碳中和目標(biāo)，以減少CO2等溫室氣體的排放。德國(guó)布倫瑞克(Braunschweig)市運(yùn)行已半個(gè)多世紀(jì)的老廠——斯泰因霍夫(Steinhof)的工藝實(shí)踐演示，從剩余污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷(CH4)中回收的能量不僅可滿足其自身供熱需要，而且還能提供全廠包括深度處理、營(yíng)養(yǎng)物利用、出水灌溉在內(nèi)全部耗電量的79%，相應(yīng)減少79%的外源CO2。
將出水及污泥輸送至農(nóng)業(yè)灌溉與施肥后，可節(jié)省因灌溉抽取地下/地表水及化肥生產(chǎn)造成的能量消耗，間接減少35%的CO2排放量。這實(shí)際上使得該廠總外源CO2減少高達(dá)114%，已超額完成碳中和運(yùn)行目標(biāo)。強(qiáng)化能量(CH4)生產(chǎn)與轉(zhuǎn)化技術(shù)的改進(jìn)措施顯示，向厭氧消化池內(nèi)投加青草等共消化基質(zhì)、對(duì)剩余污泥采取熱水解預(yù)處理措施、余熱發(fā)電采用郎肯循環(huán)等可有效提高生物氣體的產(chǎn)量與能源轉(zhuǎn)化率，使該廠CO2減排量進(jìn)一步提高。該廠在營(yíng)養(yǎng)物及水資源利用方面的做法表明，土地利用是污水中所含資源的理性歸宿。
德國(guó)早在20世紀(jì)末便開始關(guān)注污水廠的耗能及能量平衡問題，并于1999年編制了污水廠能源使用手冊(cè)，對(duì)污水廠每個(gè)處理階段能耗與各種可利用能源進(jìn)行了詳細(xì)分析。德國(guó)2006年對(duì)344座污水廠進(jìn)行能耗分析發(fā)現(xiàn)，污水廠平均能耗經(jīng)運(yùn)行優(yōu)化后均降低了50%，每年可節(jié)約能耗費(fèi)用約為3~4億歐元。
斯泰因霍夫污水廠自1954年投入運(yùn)行以來，因其在可持續(xù)發(fā)展方面的成功示范，目前已被看作一個(gè)能量與資源回收的成功案例。剩余污泥是該廠能源回收注意力的焦點(diǎn)，通過厭氧消化產(chǎn)甲烷方式實(shí)現(xiàn)污水中蘊(yùn)含能量的回收。為提高污泥厭氧消化CH4生成量，該廠對(duì)污泥首先進(jìn)行了熱解預(yù)處理，并在厭氧消化過程中通過投加額外有機(jī)質(zhì)來強(qiáng)化CH4生成。此外，該廠還充分利用污水中的氮、磷資源與水資源，將處理出水和污泥通過泵站與管道系統(tǒng)輸送至農(nóng)田，為約3000hm2農(nóng)作物提供養(yǎng)分及灌溉用水，可大大節(jié)省因灌溉抽取地下/地表水和生產(chǎn)化肥所導(dǎo)致的能耗并相應(yīng)減少CO2排放。
斯泰因霍夫污水處理廠工藝流程如下：
提升泵站
格柵
污泥污水混合池
生物反應(yīng)池
二沉池
斯泰因霍夫污水處理廠工藝實(shí)踐表明，通過對(duì)剩余污泥進(jìn)行傳統(tǒng)厭氧消化獲得的生物氣體(甲烷)CHP熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電、產(chǎn)熱，被回收的能量不僅可以滿足厭氧消化中溫加熱(38 ℃)的全部熱量，而且還能滿足污水處理、污泥處理、出水輸送土壤下滲、農(nóng)業(yè)灌溉等各個(gè)環(huán)節(jié)用電量的79%，相應(yīng)減少79%的外源CO2。
將出水及污泥輸送至農(nóng)業(yè)灌溉與施肥后，可節(jié)省因灌溉抽取地下/地表水及化肥生產(chǎn)造成的能量消耗，間接減少35%的CO2排放量。這實(shí)際上使得該廠總外源CO2減少高達(dá)114%，已超額完成碳中和運(yùn)行目標(biāo)。其實(shí)，在不考慮出水進(jìn)行土壤下滲處理和農(nóng)業(yè)灌溉耗能(出水直排河流)情況下，該廠回收的能量已完全可以滿足污水、污泥處理的耗電量(103%)，即單就污水、污泥處理能量需求而言，該廠自產(chǎn)能量完全可以自給自足，且略有盈余(3%)。
強(qiáng)化能量產(chǎn)生與轉(zhuǎn)化的技術(shù)改進(jìn)措施顯示，向消化池外加青草等共基質(zhì)、對(duì)剩余污泥采取熱水解預(yù)處理措施、余熱發(fā)電中采用郎肯循環(huán)等可有效提高生物氣體的產(chǎn)量與能源轉(zhuǎn)化效率，有望彌補(bǔ)綜合能耗21%的缺口。
誠(chéng)然，斯泰因霍夫污水處理廠能源消耗基本上可以接近碳中和運(yùn)行目標(biāo)的原因是進(jìn)水中COD濃度過高而導(dǎo)致的剩余污泥量較多所致。但它畢竟向世人展示，傳統(tǒng)厭氧消化即可方便地轉(zhuǎn)化剩余污泥中所含能量。針對(duì)我國(guó)多屬低碳源污水處理的現(xiàn)實(shí)，在考慮污泥厭氧消化的同時(shí)再實(shí)踐污水源熱泵轉(zhuǎn)化熱量技術(shù)，碳中和運(yùn)行也將不再是夢(mèng)。
原標(biāo)題:德國(guó)可持續(xù)污水處理工程典范——Steinhof廠
