碳中和污水处理厂是怎么运行的

    污水实际上是一种资源与能源的载体，污水中含有大量的有机物，有机物是一种含能物质，且污水中还含有大量的植物营养素(氮、磷、钾)。

    污水处理实质是通过人工各种复杂技术手段，不惜消耗资源与能量，来分离、降解、转化污水中污染物(绝大多数为有机污染物)的复杂过程。换言之，污水处理是一种消耗能源的碳排放过程，或者是一种从水污染向大气污染的逐渐演变过程。

    传统的污水处理手段是利用细菌代谢污水中的有机物，为了使工作效率提高，还需大量的动力来曝气增加水中的DO(溶解氧)，在此过程中，细菌代谢会产生大量的CO2为提供曝气所用的动力也会产生大量的CO21。

    除此之外，污泥可以作为一种潜在的绿色能源，中国主要的污泥处理方式有填埋处理，海洋处理，和焚烧处理。

    污泥填埋是目前国内最为广泛的处理方式但是污泥本身含水量高，处理后仍然达到80%左右，易造成地下水污染,填埋土层不稳定，塌陷几率大，且我国土地利益紧张,开辟新的填埋场成本太高。

    海洋处理虽然简单易行，但却未对污泥进行任何预处理，这样易造成海洋污染，对海洋生态系统和人类食物链造成威胁。

    污泥焚烧前期投资较大，后期运营管理要求高且存在尾气污染产生有毒气体的问题。

    以上传统的污泥处置方式都没有利用到剩余污泥中的能量，且污泥中的病原微生物,且重金属离子等造成较大的环境危害，故此新的污泥处置工艺便应运而生。

一、污水处理过程中的碳中和技术基础--反硝化除磷

    一种具有兼性的厌氧反硝化除磷细菌，能够在厌氧的条件下对磷进行吸收。

    反硝化除磷菌以硝酸盐作为电子受体，在反硝化的同时完成吸磷的作用，反硝化除磷工艺就是运用这一原理来实现的，将反硝化与除磷合二为一，同时实现脱氮除磷的目的。

    从除磷的过程来看，是将反硝化与除磷这两个不同的生物过程利用一个细菌在同一过程中完成。其中聚羟基脂肪酸酯不仅是反硝化除磷菌的碳源，也是能量储存物质具有双重的效果，可以说该种除磷原理既可以达到除磷的目的，还能够节省碳源，属于一种可持续的生活污水除磷技术。

二、污水处理过程中的碳中和技术基础--厌氧氨氧化

    厌氧氨氧化(Anammox)是厌氧氨氧化菌(AnAOB)在缺氧或厌氧环境下，以 HCO;(IC)为碳源，以NH4+-N为电子供体，以NO2-N为电子受体生成N2，从而完成脱氮过程。为保证Anammox反应的顺利进行，往往将Anammox工艺与短程硝化工艺组合为短程硝化-厌氧氨氧化(Sharon-Anammox)工艺。

    与传统脱氮工艺相比，该工艺仅需将部分NH4t-N氧化为NO2-N，节省了剩余 NH4t-N的进一步氧化需氧量以及NO-N转化为NO3-N的深度氧化需氧量，从而可节约大量曝气电耗;其以IC为碳源，无需额外投加有机碳源，可以大幅度降低脱氮成本;此外，脱氮反应不涉及异养反硝化菌，可以显著降低污泥产量。

三、未来污水处理技术核心

    未来污水处理方向将是一个中心(可持续)两个基本点(碳回收与磷回收)

    (1)碳回收:污水处理碳中和狭义目标就是能源使用要实现自给自足广义目标还包括因资源回收利用所引的厂外其他耗能下降导致的CO减少。要实现污水处理的碳中和目标，最容易获得的资源是污泥厌氧消化产CH4但并不一定能满足碳中和的需要，所以就需要考虑利用污水余温中隐藏的热量。

    (2)磷回收:对污水实施磷回收意味着将水体富营养化防治与磷的可持续利用有机结合，具有一石二鸟之作用。磷回收的目标产物目前主要为鸟粪石，但从污水中以纯鸟粪石形式回收磷在技术上十分困难、回收成本很高，所以，磷回收产物更多去向应为磷肥工业。

（一）、奥地利斯特拉斯(Strass)污水处理厂案例-工艺流程

    1预处理:污水流至污水处理厂经格栅拦截漂浮物后,用离心泵提升至沉砂池，沉砂池可去除30%砂粒形式的悬浮物。

    2生物处理:两段式AB工艺，A段是充分吸附转化原污水中的有机物，氮和磷也会因细菌合成或化学沉淀而明显减少;B段通过曝气池生物降解去除污水中的有机物，NH4*通过硝化作用被氧化成 NO，部分NO;通过同步反硝化作用生成N被去除。

    3污泥浓缩:在将AB段产生的剩余污泥在厌氧消化前，首先要浓缩污泥，减少剩余污泥的体积。

    4厌氧消化:浓缩后的剩余污泥经厌氧消化产生生物气体(沼气)，其中CH4含量58%~62%，厌氧消化产生可再生能源-CH4是污水处理厂能量回收的核心内容。

    5热电联产(CHP):厌氧消化产生的生物气体以热电联产方式产电、产热、电能转化效率40%左右，余热分别用于消化池加热和建筑采暖。

    6污泥脱水:经机械脱水后形成的高NH4消化液被送往DEMON工艺进行自养脱氮处理，脱水污泥最终被用于堆肥或焚烧。

    7消化液测流自养脱氮(DEMON)工艺:消化液中高浓度NH4*在生物膜外层实现中温亚硝化，并在其内部完成厌氧氨氧化，脱氮效率可达85%以上，处理后的NH4同样与处理水被回流至A段吸附池,继续循环处理。

（二）、奥地利斯特拉斯(Strass) 污水处理厂案例-工艺及技术措施分析
1、AB法产生的剩余污泥量大,工艺能耗低

    经AB段74.3%的进水有机物最终以剩余污泥形式后续处理，这一产量较常规处理工艺要高出许多，且因大部分有机物在A段已经被去除使得进入B段的有机物含量大为降低,因此B段曝气耗能明显减少。

2、改革脱氯工艺降低碳源使用量

    该厂运用自养脱氮工艺后，剩余污泥不再用于脱氮，而是被全部用于厌氧消化产CH4，改造后CH4发电量已超过耗电量(108%)。

3、曝气、浓缩、脱水设备的改进

    更新原有曝气设备相应降低了曝气能耗，污泥浓缩设备和脱水设备的改进也导致能耗减少。

4、通过外加有机物促进CH4增产

    该厂通过添加外来有机废物(厨余垃圾)来增加厌氧消化过程中所需的有机底物，进而增加CH的产量。在2005年斯特拉斯污水处理厂便实现了“碳中和”运行目标成为污水处理碳中和运行的国际先驱，该厂剩余污泥与厨余垃圾共消化使能源自给率高达200%可以向厂外输出一半所产生的能量，已成为名副其实的“能源工厂”。