污泥是能夠通過厭氧消化回收甲烷的底物。然而,剩余污泥量很大程度上取決于進水中有機物(碳源:COD)的濃度。很多情況下進水碳源不足,勉強滿足生物處理的需要,甚至不足以進行生物脫氮除磷。因此,在許多情況下,污泥轉(zhuǎn)化為甲烷的過程中很難實現(xiàn)能量中和。換句話說,能量中和和傳統(tǒng)的營養(yǎng)去除很難實現(xiàn)。實踐中,厭氧消化能力普遍偏高(德國約為20%),因此可采用外源有機物與剩余污泥共同消化(實際上是假中和)。
在奧地利的一個工程案例中,在現(xiàn)有污泥厭氧消化池中加入有機垃圾(有機城市垃圾),改善污水處理廠的能量平衡,實現(xiàn)沼氣產(chǎn)量“1+”,固體減少1>2”效果(Aichinger 等人)。結果表明,在共消化中添加25%的有機廢物使有機負荷增加94%,而沼氣產(chǎn)量可提高2倍。該案例研究充分表明,使用有機物共消化可以幫助廢水處理實現(xiàn)能源中和。另一方面,污水中的余熱能通過水源熱泵轉(zhuǎn)化為熱量,平衡能量赤字,甚至實現(xiàn)碳中和。 對污水處理廠的能量平衡評估(一般 COD = 200 ~ 400 mg/L)表明,中國剩余污泥厭氧消化產(chǎn)生的甲烷僅能覆蓋運行能耗的 50% 左右(Hao 等人)。進一步研究表明,水源熱泵可以有效地將污水熱能轉(zhuǎn)化為污水處理廠及其周邊建筑供暖,可提供約0.20 kWh·m-3·°C-1凈電當量??傮w而言,中國的有機物和熱能可以有效地提供足夠的電當量,以實現(xiàn)碳中和運行目標。
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