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圖源/生態(tài)環(huán)境部

毫無(wú)疑問(wèn)，《甲烷排放控制行動(dòng)方案》的出臺(tái)印發(fā)，是及時(shí)之舉，也是必要之舉。

01

11部門聯(lián)合發(fā)布《甲烷排放控制行動(dòng)方案》
污水廠要注意哪些重點(diǎn)？做好哪些準(zhǔn)備？

污水處理單位不僅是全球甲烷（以下簡(jiǎn)稱CH4）的重要排放源，也是全球CH4排放增長(zhǎng)最 快的排放源之一，同時(shí)也具有很大的減排潛力。


因而，在此次《甲烷排放控制行動(dòng)方案》中，生態(tài)環(huán)境部、國(guó)家發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、自然資源部等11部門對(duì)污水處理廠提出重要要求：


1、加強(qiáng)污水處理領(lǐng)域甲烷的控制與利用


全面提升城鎮(zhèn)生活污水收集處理效能，穩(wěn)步提高污泥無(wú)害化、資源化利用水平。鼓勵(lì)有條件的污水處理項(xiàng)目，采用污泥厭氧消化等方式產(chǎn)生沼氣并加強(qiáng)回收利用。到2025年，城市污泥無(wú)害化處置率達(dá)到90%以上。


2、強(qiáng)化污水廠甲烷排放控制監(jiān)管


全面落實(shí)城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)甲烷排放數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)管，探索利用衛(wèi)星遙感等技術(shù)開(kāi)展甲烷異常排放監(jiān)管。保障甲烷排放監(jiān)管工作經(jīng)費(fèi)，持續(xù)提升專業(yè)化監(jiān)管能力。

3、建立污水廠甲烷排放核算、報(bào)告和核查制度


研究推進(jìn)建立重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)甲烷排放核算和報(bào)告制度，推動(dòng)污水處理廠定期報(bào)告甲烷排放數(shù)據(jù)。結(jié)合國(guó)家和省級(jí)溫室氣體清單編制工作，逐步實(shí)現(xiàn)甲烷排放常態(tài)化核算。組織開(kāi)展數(shù)據(jù)核查、抽查和現(xiàn)場(chǎng)檢查工作，穩(wěn)步提升甲烷排放數(shù)據(jù)質(zhì)量。


4、強(qiáng)化污染物與甲烷協(xié)同控制措施


鼓勵(lì)對(duì)廢水有機(jī)物含量高、可生化性較好的行業(yè)依法依規(guī)與城鎮(zhèn)污水處理廠協(xié)商水污染物納管濃度，減少甲烷產(chǎn)生。

02

如何核算/控制污水廠甲烷排放？
污水廠甲烷釋放的計(jì)算與影響因素

1、甲烷釋放的影響因素


實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，影響甲烷釋放量的因素有化學(xué)需氧量濃度、溶解氧、水溫、pH等?！虼吝@里，深度掌握污水處理常見(jiàn)參數(shù)解析，成為高 級(jí)水處理工程師


1）溶解氧（DO）的影響


甲烷的釋放量隨著溶解氧濃度的升高而增大，線性相關(guān)系數(shù)為0. 70。因?yàn)樗腥芙庑约淄闀?huì)隨著曝氣溢出，溶解氧越高曝氣強(qiáng)度越大，溢出的溶解性甲烷越多。

好氧區(qū)甲烷釋放速率與DO的關(guān)系

2）溫度（水溫）的影響


甲烷的釋放量隨水溫的升高而增加，出現(xiàn)夏季的釋放量明顯大于冬季的情況，因此有必要探討溫度對(duì)污水處理過(guò)程中溫室氣體釋放量的影響。


由下圖可知，甲烷釋放速率和污水溫度有較顯著的相關(guān)性（R2=0.85）。甲烷釋放量隨溫度升高而升高，是因?yàn)楫a(chǎn)甲烷菌的活性隨著基質(zhì)溫度的升高而增加。

甲烷釋放速率與水溫的關(guān)系

3）化學(xué)需氧量（COD）的影響


COD是影響甲烷釋放的重要因素。通過(guò)對(duì)生活污水處理廠進(jìn)行采樣分析，甲烷的釋放通量和 COD的比較顯著相關(guān)（R2=0.69）。


研究發(fā)現(xiàn)，甲烷的產(chǎn)生需要嚴(yán)格的厭氧環(huán)境，厭氧區(qū)的COD在100～400mg /L的范圍內(nèi)，COD越高越有利于釋放出大量的甲烷。

2、甲烷直接排放量的計(jì)算


污水處理過(guò)程中，甲烷直接排放主要發(fā)生在初沉池以及生物處理段存在的厭氧過(guò)程中，和污水處理量、COD去除情況、污泥產(chǎn)生情況以及甲烷回收情況有關(guān)，可根據(jù)以下公式計(jì)算，以CO2當(dāng)量表示。

式中，

m(CH4)為CH4直接排放量，kgCH4；

Q2為污水處理廠進(jìn)水水量，m3；

COD(進(jìn))為污水處理廠平均進(jìn)水CODCr濃度，mg·L-1；

COD(出)為污水處理廠平均出水CODCr濃度，mg·L-1；

SG為污水處理廠產(chǎn)生的干污泥量，kg；

Pv為污水處理廠干污泥的有機(jī)分，%；

ρS為污泥中的有機(jī)物與CODCr的轉(zhuǎn)化系數(shù)，取值為1.42kgCODCr·kg-1DS；

B0為CH4的產(chǎn)率系數(shù)，取值為0.25kgCH4·kg-1CODCr；

MCF為污水處理過(guò)程CH4修正因子，取值0.003；

Ｒ(CH4)為CH4回收體積，m3；

f(CH4)為CH4溫室效應(yīng)指數(shù)，取值為28kgCO2·kg-1CH4；

E(CH4)為CH4直接碳排放量，kgCO2。


需要特別說(shuō)明的是，目前污水廠碳排放核算研究大多采用排放因子法，參考的是IPCC指南提供的參數(shù)因子。但由于該方法的相關(guān)計(jì)算參數(shù)取值大多都源于國(guó)外，在我國(guó)污水處理行業(yè)碳排放方面可能會(huì)出現(xiàn)“水土不服”。


因此，在對(duì)污水處理廠的甲烷排放核算方法進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)先明確核算層級(jí)，是對(duì)污水廠整廠的溫室氣體排放量進(jìn)行核算還是對(duì)某個(gè)處理單元的溫室氣體排放量進(jìn)行核算，然后再根據(jù)需要核算的內(nèi)容以及已有的數(shù)據(jù)類型對(duì)核算方法進(jìn)行選擇。

甲烷等溫室氣體核算方法選擇流程

從廢水厭氧處理階段直接回收的沼氣可用于廠內(nèi)供電、生產(chǎn)過(guò)程燃料消耗等，不僅完成了污水處理、實(shí)現(xiàn)了能源回收利用，同時(shí)還削減了處理運(yùn)行管理費(fèi)用，降低了后續(xù)的好氧投入，縮短了工程投資回收年限。


3）加強(qiáng)污水處理水的回用


加強(qiáng)經(jīng)城市污水處理廠處理后排放的污水的回收再生利用，降低其以處理水的形式進(jìn)入到海洋、河流或湖泊等自然水體中所產(chǎn)生的甲烷及其它溫室氣體排放量，削減其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。


4）降低污水廠運(yùn)行能耗


采用高效能的總體設(shè)計(jì)、新工藝、新設(shè)備的選用、優(yōu)化總體工藝設(shè)計(jì)，選擇高效的設(shè)備和裝置，有效降低污水處理廠運(yùn)行能耗，直接減少城市污水處理廠的溫室氣體的排放。

03

污水廠甲烷綜合利用途徑

3種常見(jiàn)沼氣利用優(yōu)劣對(duì)比

事實(shí)上，在《甲烷排放控制行動(dòng)方案》之前，《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》等一系列基于“雙碳”目標(biāo)出臺(tái)的政策文件都在支持或強(qiáng)調(diào)對(duì)甲烷（沼氣）這一可再生能源開(kāi)展綜合利用。


在實(shí)踐過(guò)程中，每降低1t甲烷排放就等同于降低了25t二氧化碳排放，通過(guò)沼氣的回收利用，可以降低污水處理廠的碳排放量，從而實(shí)現(xiàn)污水處理的低碳運(yùn)行?！虼链肆私狻段蹚U水處理設(shè)計(jì)師精英培訓(xùn)班》，獲取污水廠的低碳提標(biāo)設(shè)計(jì)方案


甲烷作為能源時(shí)一般被叫做沼氣，污水處理現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的沼氣流量大，沼氣中甲烷濃度較高、熱值較高，因此要想發(fā)揮好甲烷作為可再生能源的優(yōu)勢(shì)，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的沼氣做好回收后進(jìn)行綜合利用。


傳統(tǒng)情況下，污水處理產(chǎn)生的沼氣一般采用直接對(duì)空燃燒的方式處理，這種方式雖然實(shí)現(xiàn)了沼氣的安全處置，并未考慮沼氣的可利用價(jià)值，造成沼氣的浪費(fèi)，不能滿足綠色低碳的節(jié)能要求。


目前，合理綠色的沼氣利用方法比較多，常見(jiàn)的有：沼氣摻燒（沼氣送鍋爐摻燒）、沼氣提純、沼氣發(fā)電以及沼氣制氫等。


1、沼氣摻燒


沼氣摻燒是將沼氣摻混至其它燃料中燃燒，常見(jiàn)的是將沼氣輸送至電廠鍋爐內(nèi)與燃煤混合燃燒。這種方式適用于適用于沼氣產(chǎn)量較大，附近配套有鍋爐發(fā)電。


優(yōu)勢(shì)：無(wú)需復(fù)雜的前處理設(shè)備和貴重的提純、發(fā)電設(shè)備，流程簡(jiǎn)單，設(shè)備配置少，操作維護(hù)方便，運(yùn)行可靠；投資及維護(hù)費(fèi)用較低，收益較大，系統(tǒng)運(yùn)行安全有保障。


劣勢(shì)：沼氣前端未脫硫，硫化氫對(duì)鍋爐設(shè)備、管道有腐蝕，影響使用壽命。沼氣直接燃燒熱值低，能源利用價(jià)值不高。


2、沼氣提純


沼氣提純是指將沼氣中除甲烷之外的其他氣體去除，經(jīng)過(guò)提純后達(dá)到滿足《天然氣》二類燃?xì)赓|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。適用于周圍配套有天然氣管網(wǎng)，或者自身用氣量較大，提純后的天然氣能得到及時(shí)消耗。


某污水廠處理采用膜分離的方式對(duì)沼氣進(jìn)行提純，在膜分離工藝中，不同氣體在膜材料中滲透速率不同，當(dāng)沼氣加壓進(jìn)入中空纖維膜，二氧化碳?xì)怏w會(huì)優(yōu)先滲透出來(lái)，甲烷氣體則會(huì)保留，產(chǎn)品氣中甲烷濃度大幅提高，從而實(shí)現(xiàn)沼氣提純的目的。


優(yōu)勢(shì)：增加了燃燒的熱值，能量利用率高，能源輸出更多；提純后得到的可利用能源多，可作為燃?xì)饣蜍囉萌剂蠈?shí)現(xiàn)沼氣的高效利用，拓寬了沼氣的用途，可以緩解天然氣市場(chǎng)緊缺的情況。


劣勢(shì)：沼氣提純流程較長(zhǎng)，設(shè)備配置多，系統(tǒng)復(fù)雜，故障率較高。投入大，運(yùn)行維護(hù)成本高；提純后進(jìn)燃?xì)夤芫W(wǎng)困難；設(shè)備要求可靠性高，現(xiàn)場(chǎng)人員需要有較高的運(yùn)行維護(hù)管理水平。天然氣為易燃易爆，現(xiàn)場(chǎng)不宜存儲(chǔ)過(guò)多，需考慮好供需平衡。


3、沼氣發(fā)電

沼氣發(fā)電是將沼氣用于燃?xì)獍l(fā)電機(jī)上，配套余熱利用裝置，將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能。沼氣發(fā)電技術(shù)是實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢物、廢水等各類生物質(zhì)資源能源化的有效途徑之一。沼氣發(fā)電后可上網(wǎng)售電、并網(wǎng)抵消自用電或獨(dú)立驅(qū)動(dòng)負(fù)荷，并可能享受再生能源發(fā)電補(bǔ)貼。


值得一提的是，利用沼氣發(fā)電需要符合下列要求，才可以將沼氣作為發(fā)電機(jī)組的燃料：1）甲烷含量不低于40%的體積百分比；2）沼氣溫度不高于50 ℃；3）沼氣中甲烷體積含量≥60%，且硫化氫≤300mg/Nm3、氯氟化物≤150mg/Nm3、氨≤30mg/Nm3，粉塵粒度≤5μm、含量≤30mg/Nm3，且無(wú)液體成分、濕度低于80%。


優(yōu)勢(shì)：可采用“發(fā)電+余熱回收”綜合利用方案，通過(guò)利用沼氣可供電、供汽，熱電利用效率高。能量利用率最高，能源輸出更多。使用場(chǎng)合靈活，適合長(zhǎng)距離輸送。


劣勢(shì)：沼氣發(fā)電流程較長(zhǎng)，設(shè)備配置多，系統(tǒng)復(fù)雜，故障率較高。投資費(fèi)用高，運(yùn)行維護(hù)成本高；并網(wǎng)流程復(fù)雜；預(yù)處理要求脫硫效果好，設(shè)備要求可靠性高，現(xiàn)場(chǎng)人員需要有較高的運(yùn)行維護(hù)管理水平。




來(lái)源：環(huán)保水圈

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