德国城市污泥处理中沼气回收利用的现代技术水平 姚刚 （德国亚琛工业大学环境工程研究所）

德国城市污泥处理中沼气回收利用的现代技术水平

姚刚（德国亚琛工业大学环境工程研究所）

近年来世界范围内，针对能源问题的讨论成为政治和社会的重要议题。原因如下：

由于有限的化石能源，导致能源价格日益剧涨，而且化石能源的利用加速了气候变化；核能利用的安全隐患问题；努力提高可再生能源的开发利用；致力于提高能源利用效率。

污水与能源的关系

来自德国的经验表明，在工业化国家城镇污水处理厂的电能消耗占总电能消耗的0.6%-1%（德国0.7%），是城镇的最大能耗单位。另一方面，污水中含有能量，以热能和有机化学能的形式存在于污水中。其中潜在的能量可提供污水处理所需要的能量。其中的化学能，可在污水处理过程中，通过厌氧处理工艺回收利用。

生物处理工艺质量/能量平衡简化示意图如下：

好氧污泥稳定的活性污泥法工艺 (I)

同步好氧污泥稳定的活性污泥法工艺 (II)

厌氧污泥稳定的活性污泥法工艺 (III)

经过厌氧消化后污泥的变化

污泥稳定工艺的选择

污泥稳定工艺的选择并不取决于法规的要求而主要是取决于其经济性，以及污泥稳定工艺的经济性与可供采用的污泥处置途径的要求相关。

为了能进行经济性比较，必须考察各种污泥处理工艺流程对整个污水处理厂产生的影响。

污泥稳定的目的

污泥处理的几个目标是什么呢？第一是减少有机物质，也就是臭味。第二是产能，也可以减量化，好氧也可以减量化。次要目的决定他的经济可行性。我们都有达到相同的稳定水平，这是我们要注意的几个问题。这是德国的经验总结，怎么样达到污水处理平衡的问题。我们做了70～80年代的一个调查，这次调查奠定了德国厌氧处理的一个基础，把它推向一个主流的、主导的处理工艺。从下图可以看到，2万服务人口相当于4000立方米。我们中国单位人均比较低，我们仍然有8000立方米。

厌氧是一个系统内，包括了很多涂料系统，进料系统，安全搅拌，搅拌是厌氧代谢的一个很重要的项目。下面重点谈谈厌氧消化技术。

厌氧消化技术工艺：投放和排泥

① 含固率：> 4% 但是< 7 %。含固率大于7%时，消化池内的污泥的混合搅拌有困难。

② 连续的投放和排泥。我们投放的时候要求是连续投放，一下子放进去的话会很多，会带来一些影响，这个消化过程是一个很明显的过程。温度的变化可以大于1度，对它的代谢会产生影响。

厌氧消化技术工艺：搅拌

它的搅拌有几种方式：加压气体搅拌、搅拌机机械搅拌、混合器（螺璇提升器）机械搅拌、外部泵水力搅拌。外部水力泵的搅拌由于污泥效率很低，它要排出泵体，所以仅仅是作为一种辅助的手段。而且搅拌和污泥消化是直行的，有着密切的关系。消化池的常用池型：鹅卵形、顶部和底部为锥形的圆柱形、理想的圆柱形。

沼气的搅拌存在问题：经验表明，在运行中标准的气管很难拆卸，它是固定的，另外一个是泡沫问题，最后一个需要购买气体，作为构成设计的时候，你要考虑，你怎么去搅拌。你要考虑购买沼气，否则会给运营带来很大的问题。

机械搅拌机技术，它现在是双叶双储层，它有一个什么问题呢？有一个机械强度问题，有断裂的危险，它这个技术发展带来了很大的好处。以前圆柱型的搅拌很难做大，建造成本就会上去。机械搅拌还有一个问题是缠绕，通常它是采用回转的方式来解决这个问题。还有一个是茶杯效应，如果你老是这样转，如果你用勺子这样转它中间没有混合，可以加上一个挡板，防止它缠绕。

重点要介绍螺旋提升器的搅拌方式，这个对卵型的消化池是非常有影响的。先看一下厌氧技术的几点经济评价：

第一从投资上面来看，搅拌机和圆柱形是占有绝对优势的。所有东西综合考虑起来以后，混合器和卵型这种池具有优势。然后把这两种东西都结合在一起，那就会发展更好。我们怎么样改善搅拌的性能。现在也有一定的实践。

第二部分想谈一谈沼气的应用基础。沼气在德国一公斤有机气体可以产生4501克OTS。如果是代谢有机物它可以翻倍你说它是900，也可以是1000。一定要有一个比较的基础。每天产生23升沼气的话，可以含能。这样算出来每人每天可以产生35%的电。沼气的储备和储存是非常必要的。

沼气利用有这么几个途径：一个是直接利用，第二是去除其中的天然气，也就是二氧化碳。第二是比较新的去除二氧化碳后的重整。

目前用燃气发动机－污泥气－沼气马达：热电联产发电机（BHKW）综合利用电能和热能是各种污泥气利用方法中能效最高、最经济的。因为全年产生的电能和热能可以在污水处理和厌氧消化工艺中得到利用。

沼气马达 - 热电联产发电机- 设计

沼气马达 - 热电联产发电机 (BHKW)应用举例

总结了很多经验之后，德国也考虑进一步的评估。德国组织研究所和我们单位进行的一些调查，参考值是基本上50%以上单位都能够实现的。而理想值通过一定的优化条件，都能够实现，所以这是理想值。这是99年的能量检测数值。经过十几年的进一步发展，德国颁布了一个污水处理设施能量处理规范，现在还在征求意见，有所偏离。比如说在人口的PUD单位能耗有所改进。明年有一个实施。

现代沼气马达 - 热电联产发电机的热、电效率 (BHKW)

（根据中国给水排水杂志2014年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会报告速记内容删减，未经报告人审核。）

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