2017年4月13-15日，由中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)建設(shè)行業(yè)分會(huì)主辦，《水工業(yè)市場(chǎng)》雜志承辦的“2017(第12屆)水處理行業(yè)熱點(diǎn)技術(shù)論壇”在京召開(詳情：“2017(第12屆)水處理行業(yè)熱點(diǎn)技術(shù)論壇” 在京隆重揭幕)，天津市市政工程設(shè)計(jì)研究總院副總工程師趙樂軍在會(huì)上做了主題報(bào)告，報(bào)告主要圍繞污泥厭氧消化背景、典型案例、存在的問題和改進(jìn)措施等內(nèi)容展開。
趙樂軍，目前擔(dān)任天津市市政工程設(shè)計(jì)研究總院副總工程師兼企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任，正高級(jí)工程師、注冊(cè)公用設(shè)備工程師，注冊(cè)咨詢工程師。從事給水排水工程設(shè)計(jì)和研究工作20余年，主編《城市污水再生利用規(guī)劃設(shè)計(jì)》專著一冊(cè)、發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇、獲得專利授權(quán)10余項(xiàng)。任住建部市政給水排水標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員、中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)水工業(yè)分會(huì)第五屆理事會(huì)理事、中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)水工業(yè)分會(huì)機(jī)械設(shè)備專業(yè)委員會(huì)秘書長(zhǎng)。
天津市市政工程設(shè)計(jì)研究總院副總工程師趙樂軍
污泥厭氧消化背景
2015年12月12日，全球195個(gè)締約方國(guó)家通過了《巴黎協(xié)定》——?dú)v史上首個(gè)關(guān)于氣候變化的全球性協(xié)定。2016年3月31日，國(guó)家主席習(xí)近平在華盛頓會(huì)議中心會(huì)見美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬，宣布中美兩國(guó)將簽署《巴黎協(xié)定》?！栋屠鑵f(xié)定》確定：“把全球平均氣溫升幅控制在工業(yè)化前水平以上低于2℃之內(nèi)，并努力將氣溫升幅限制在工業(yè)化前水平以上1.5℃之內(nèi)”。
中國(guó)在巴黎大會(huì)召開前提交的國(guó)家自主貢獻(xiàn)文件中，提出將于2030年左右使二氧化碳排放達(dá)到峰值，并爭(zhēng)取盡早實(shí)現(xiàn)，2030年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%-65%，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到20%左右，森林蓄積量比2005年增加45億立方米左右。荷蘭、新加坡、美國(guó)、日本等國(guó)家近年來先后提出面向2030年達(dá)到碳中和或者能量自給的目標(biāo)。
我國(guó)以曲久輝院士為代表的六位專家也提出“中國(guó)污水處理概念廠”的理念。目標(biāo)是：建設(shè)一座(批)面向2030-2040年、具備一定規(guī)模的城市污水處理廠、引領(lǐng)國(guó)際污水處理行業(yè)的技術(shù)方向，帶動(dòng)這個(gè)行業(yè)的跨越式發(fā)展。中國(guó)污水處理概念廠至少需要以下四個(gè)方向的追求：使出水水質(zhì)滿足水環(huán)境變化和水資源可持續(xù)循環(huán)利用的需要;大幅提高污水處理廠能源自給率，在有適度外源有機(jī)廢物協(xié)同處理的情況下，做到零能耗 ;追求物質(zhì)合理循環(huán)，減少對(duì)外部化學(xué)品的依賴與消耗 ;建設(shè)感官舒適、建筑和諧、環(huán)境互通、社區(qū)友好的污水處理廠。具體措施和階段目標(biāo)是：在提標(biāo)改造的基礎(chǔ)上，以高效厭氧消化等成熟技術(shù)進(jìn)行能量回收，污水處理能源自給率就可達(dá)到60%以上，甚至實(shí)現(xiàn)了完全能源自給。
2014年底，我國(guó)污水處理總量476億立米，總耗電約128.5億，約占全國(guó)全社會(huì)用電量55233億千瓦時(shí)的0.2%。污水處理耗電量較大，降低污水處理的能耗，提高能量自給率十分必要。
典型案例
美國(guó)東灣市政公用管區(qū)污水廠實(shí)例
美國(guó)東灣市政公用管區(qū)污水廠是目前世界范圍內(nèi)比較好的污水處理廠，污水處理量22.7萬噸/日，與我國(guó)污水處理廠不同，該廠用了1700噸來自食品廠的高有機(jī)質(zhì)含量廢水，配合厭氧消化，實(shí)現(xiàn)了電力完全自給，并達(dá)到自給量的120%。
希博伊根污水處理廠工藝流程圖
美國(guó)希博伊根污水處理廠采用了初沉池和水解酸化池配合厭氧消化，還有一部分外援的高濃度食品有機(jī)廢水，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)電量與耗電量比值達(dá)90% ~ 115%，基本上實(shí)現(xiàn)能量自給。
奧地利斯特拉斯(Strass)污水處理廠
該廠污水處理量為17000～38000m3/d，采用的工藝是傳統(tǒng)的AB法。2005年，該廠實(shí)現(xiàn)了碳中和的運(yùn)行目標(biāo)，剩余污泥通過厭氧消化和熱電聯(lián)產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了108%的能源自給率，同時(shí)，該廠將剩余污泥與廚余垃圾協(xié)同消化，能源自給率達(dá)到200%，可以向廠外輸出一半所產(chǎn)生的能量。
青島麥島污水處理廠工藝流程
青島麥島污水處理廠工是天津市市政工程設(shè)計(jì)研究總院和上海市政院聯(lián)合設(shè)計(jì)的。目前日處理污水 10.7 萬噸，日產(chǎn)濕污泥 600 立方米。經(jīng)中溫消化，日產(chǎn)沼氣 1 萬到 1.5 萬立方米。通過兩臺(tái)油氣兩用鍋爐和四臺(tái)500千瓦發(fā)電機(jī)組，每日穩(wěn)定發(fā)電量可達(dá)到16800千瓦時(shí)，可滿足廠區(qū)運(yùn)營(yíng)用電的50% - 70%。
縱觀國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)超過50%以上能量自給率的污水處理廠，幾個(gè)關(guān)機(jī)環(huán)節(jié)不可或缺：厭氧消化、熱電聯(lián)產(chǎn)以及一些外援有機(jī)物。
我國(guó)污泥厭氧消化問題
1.采用厭氧消化工藝的污水處理廠少。
我國(guó)開始建設(shè)污水處理廠迄今已有30年，第一個(gè)十年里，超過10%的污水處理廠建設(shè)了厭氧消化系統(tǒng);第二個(gè)十年有3%左右的污水處理廠建設(shè)了厭氧消化系統(tǒng);第三個(gè)十年里，建設(shè)厭氧消化系統(tǒng)處理廠已不足3%。
厭氧消化系統(tǒng)建設(shè)不多的原因：國(guó)家的技術(shù)政策導(dǎo)向;建設(shè)單位認(rèn)為管理復(fù)雜;設(shè)計(jì)院認(rèn)識(shí)不夠，在工藝比選階段，沒有認(rèn)真推薦;《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中雖然明確提出了污泥中有機(jī)物降解率>40%的要求，但在實(shí)際監(jiān)管中并未完全執(zhí)行。
2.有機(jī)質(zhì)含量低，厭氧消化效率低。
我國(guó)污泥有機(jī)物含量偏低，全國(guó)平均僅為45%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)外75% - 85%的平均有機(jī)物含量。而保守估計(jì)，厭氧消化進(jìn)泥有機(jī)質(zhì)含量不應(yīng)低于60%，否則很難實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。這也是我國(guó)部分厭氧消化池停運(yùn)的主要原因之一。
而我國(guó)污泥有機(jī)物含量偏低的原因有以下幾點(diǎn)：飲食習(xí)慣和生活水平(非主要因素);污水未進(jìn)處理廠之前，化糞池會(huì)去除20%-50%的有機(jī)物;污水利用管道進(jìn)行輸送的過程中，地下水滲入問題嚴(yán)重，導(dǎo)致有機(jī)污水被稀釋;多數(shù)污水處理廠不設(shè)初沉池，進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)的大部分是剩余污泥，采用延時(shí)曝氣的工藝后，大量的有機(jī)質(zhì)在耗氧階段被消耗掉。
因此我國(guó)普遍污泥厭氧消化效率低，我國(guó)某污水處理廠污泥厭氧消化池進(jìn)泥泥質(zhì)較為穩(wěn)定，消化池運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)氣量高，單位污泥產(chǎn)氣量高，但污泥有機(jī)質(zhì)去除率較低，普遍低于40%。
3.怕麻煩停止方案推薦;怕麻煩停止建設(shè);怕有安全風(fēng)險(xiǎn)停止運(yùn)營(yíng)。
“三?！币彩俏覈?guó)污泥厭氧消化存在的重要問題：怕麻煩停止方案推薦;怕麻煩停止建設(shè);怕有安全風(fēng)險(xiǎn)停止運(yùn)營(yíng)。
改進(jìn)措施
對(duì)于以上問題，我們應(yīng)當(dāng)采取的措施：爭(zhēng)取外援支持，提供像餐廚垃圾、糞便等沼氣以外的有機(jī)物質(zhì);污水廠方面要減少污水處理和污泥處理處置過程中的能量自身消耗;目前，無論我國(guó)還是國(guó)外，使污水處理廠實(shí)現(xiàn)能量自給率都還沒有革命性的工藝，在使用的都是一些改進(jìn)性的工藝，但是能將這些改進(jìn)工藝做好，實(shí)現(xiàn)60%以上的能量自給率還是很有希望的。
此外，推進(jìn)雨污分流;討論化糞池存在的必要，在污水收集處理設(shè)施完善的地區(qū)取消化糞池;提高管網(wǎng)系統(tǒng)保障能力，降低地下水滲入量;繼續(xù)改進(jìn)技術(shù)政策，鼓勵(lì)實(shí)現(xiàn)能量中和也是非常重要的。
(本文為《水工業(yè)市場(chǎng)》根據(jù)趙樂軍在“2017(第12屆)水處理行業(yè)熱點(diǎn)技術(shù)論壇”講話整理。)
來源:水工業(yè)市場(chǎng)雜志
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