水看世界 | 能量盈余污水厂基本指南：让污水成为有价值的能源

【声明】《净水技术》所有原创文章及整合加工过的文章欢迎您的转发（ 转发请注明来源 ），如果您有更好的观点欢迎后台留言告诉我们。

导语

以水看科技进步，以水观世界发展。“水看世界”带您在云端游历世界水务，博览众长，以为攻玉。（素材来自上海《净水技术》杂志社情报咨询服务板块成果）

本期摘要

污水通常被是作为一种废弃物，但是污水中所蕴藏的能源确实非常有价值的资源。当前，建设能源盈余污水厂实现资源的再生利用是污水处理行业努力的方向，本文通过指南的方式，介绍了污水厂通常可利用的几种能源回收方式：厌氧消化、微生物燃料电池、热水解、热电联产等。通过利用污水流中的可再生能源潜力，水务公司可以在推动向更可持续能源未来的转变中发挥关键作用。

如果您对国外新鲜的水行业和技术资讯有猎奇的兴致，欢迎扫描二维码，免费订阅由Aquatech China和《净水技术》联名推出的《Aquatech水技术》。

污水处理通常被视为一种挑战，但实际上污水具有作为可再生能源的巨大潜力。在这份指南中，我们探讨了污水的益处和价值，这超越了传统认知中将其视为废弃物的范畴。

将污水视为超越废弃物的资源

污水常被误解为纯粹的废弃物，但实际上却是含有有价值的有机物质、必需营养物质和富含能量的化合物。尽管它被负面看待，但全球每天产生数百万立方米的污水，构成了一个庞大的未开发资源库，可用于可再生能源生产和资源回收。将污水视为有价值的资源而非负担沉重的副产品，不仅促进了环境可持续性，还带来了有前景的经济机遇。

“从线性模式的污水管理转向循环经济方法有望在污水处理中实现革命性转变。”

作为城市基础设施的核心，污水处理在维护公共健康和保护环境完整性方面发挥着不可或缺的作用。然而，传统的污水处理方法往往采用狭隘的视角，优先考虑污染物和病原体的去除，而忽视了污水流中蕴含的资源潜力。通过重新调整这种从废弃物管理到资源价值化的视角，可以获得可观的环境和经济收益。

从线性模式的污水管理转向循环经济方法，其中将污水视为有价值的输入而非一次性输出，有望在污水处理实践中实现革命性转变。

通过实施创新技术和战略管理策略，水务公司可以利用污水中固有的能量、营养物质和有机物质，推动可持续解决方案，并促进资源利用的再生性方法。

利用污水产生能源的过程：厌氧消化

利用多种过程从污水中获取能源，每种过程利用不同的机制将有机物质转化为可用能源。

厌氧消化是一种生物过程，发生在缺氧环境中，其中多种微生物共同协作分解污水中存在的有机物质。

细菌和古菌等微生物在这一系列复杂的生化反应中发挥着作用，将复杂的有机化合物转化为更简单的分子。这一过程的基础在于有机物质的微生物降解产生了大量副产品，其中最显著的是沼气。

沼气是厌氧消化的主要产品，主要是甲烷和二氧化碳组成的气体混合物以及微量的硫化氢和氮气等其他气体。这种多功能能源具有巨大的应用潜力，是传统化石燃料的可持续替代品。其中，沼气中的甲烷含量尤为突出，使其成为用于供暖、工业过程或发电的燃料的绝佳选择。

通过利用有机物质中储存的能量，厌氧消化有助于减少污水中固体物质的体积，并为实现能源自给自足提供了切实可行的途径。

这一变革性过程不仅有助于缓解与传统污水处理相关的环境影响，还提供了一种通过沼气形式生成可再生能源的可行方法。

微生物燃料电池（MFCs）

MFCs正在改变污水处理和能源生产的格局。利用微生物群体的力量，这些创新设备能够以出色的效率将污水中的有机化合物转化为电能。

MFCs的核心是微生物和电极之间的共生关系。当微生物分解污水中的有机物质时，它们释放出电子可作为代谢过程的自然副产品。这些电子随后通过外部电路传导到电极，从而产生电流。

“多余的能量足以满足整个水循环的能源需求。”

通过专门的介质或导电材料促进的电子流是MFCs发电的基础。结果是什么？这种清洁且可再生的能源可用于从为小型电子设备供电到补充电网电力等各种应用。

但MFCs的影响不仅限于传统的污水处理厂。这些多功能设备为分散式污水处理系统和脱网能源生产提供了有前途的解决方案。在缺乏中心化基础设施的偏远或资源受限地区，MFCs为污水管理和能源生产提供了一种可持续的方法。

通过利用污水中固有的能源潜力，MFCs使社区能够在生产清洁电力的同时满足卫生需求。

热水解

热水解有助于从污水中的有机物质中进行前所未有的能量回收。

污水中的有机化合物受到高温和高压的影响，引发水解反应，将复杂的分子分解为简单形式。热分解使有机物质预处理，有助于在后续处理阶段中高效微生物降解。

通过启动有机物质的降解，热水解加速了像厌氧消化这样的下游过程。结果是什么？提高了污泥的生物可利用性，从而提高沼气产量，最大限度地从污水中提取能源。

热水解还具有减少污泥体积，并提高整体处理效率的潜力。通过降解顽固化合物，它减轻了操作挑战，并增强了污水处理系统的可持续性。

能量盈余水处理厂的运作方式

能量盈余水处理厂通过利用自产能源和可再生能源（如太阳能、风力发电机或水力发电）结合发电来运作。

它们在处理过程中采用先进且节能的技术，包括高效泵、电机和过滤系统。此外，一些工厂使用厌氧消化来降解如污泥等有机物质，产生可捕获并用作可再生能源的沼气。

“这些举措共同使每年的电力消耗减少了约1千兆瓦时。”

热电联产（CHP）系统经常被整合，以同时从单一燃料源产生电力和热量，最大限度地提高能源效率。这些水厂还可能整合从污水本身中回收能源的技术，比如利用管道中的污水流动来进行发电的微水力发电机。

精密的监控和控制系统被用于持续监测能源消耗和生产，使操作人员能够识别需要改进的领域并最大化提高能源效率。

一项耗资1.65亿欧元的升级项目将使法国南部的一座污水处理厂能够产生两倍于其消耗的能量，同时为农业和工业提供水资源。

领先的公用事业公司：Aarhus Vand水务

许多国家和公用事业公司已经接受了从污水中发电的概念，并实施创新技术和策略以最大化资源回收。

丹麦Aarhus Vand公司经营着一个能量正盈的污水处理厂。通过先进的厌氧消化和热电联产（CHP）系统，水务公司不仅实现了自给自足，还产生了过剩能源。

在过去的十年里，在马塞利斯堡污水处理厂，该公用事业公司已经实现了25%的电力消耗减少量。同时，能源生产也增加了，导致该工厂现在产生的电力比消耗的多50%。

过剩能源足以满足整个水循环的能源需求，包括饮用水生产、分配以及污水的收集和处理。

Aarhus Vand水务已经实施了各种节能技术，以实现这些成果。这些技术包括先进的SCADA控制系统、新型涡轮压缩机、基于厌氧氨氧化工艺的污泥液处理以及优化的微气泡曝气系统。

这些举措共同使每年的电力消耗减少了约1千兆瓦时。此外，该公用事业公司通过实施高效的沼气发动机通过热电联产显著提高了能源生产。它还安装了一个热交换器，旨在将余热供应给区域供热网，每年约为2千兆瓦时。

Aarhus Vand水务的做法突显了大型污水处理设施的有效性和成本效益。通过将运营整合到数量更少但规模更大的工厂，该组织不仅降低了运营和维护成本，还简化了管理流程。

此外，采用节能技术被证明是一个明智的投资，既能节省资金，又能减少环境足迹。

领先的公用事业公司：Hamburg Wasser水务

与此同时，德国公用事业公司Hamburg Wasser水务在污水能源利用方面取得了显著进展。通过采用先进的厌氧消化技术和实施高效的污泥处理工艺，该公用事业公司最大限度地减少了能源消耗，同时最大程度地实现了能源回收。通过整合如沼气和太阳能等可再生能源，进一步增强了污水处理运营的可持续性。

Hamburg Wasser水务采用的创新方法通过分离三种不同的污水流：厕所的黑水、淋浴和洗涤的灰水以及雨水。这些污水分别进行收集和处理，其中重点是黑水处理作为主要元素。

“过剩能源足以满足整个水循环的能源需求。”

利用一条长3.7公里的真空管网，厕所的黑水被输送到位于延费尔德奥工业园区的仓库。在这里，它与共同底物一起在发酵罐中发酵，产生沼气。沼气随后通过热电联产工厂转化为电能和热能。

该过程每年产生约45万千瓦时的电能和69万千瓦时的热能，相当于Hamburg市平均消费水平下225户家庭的电能需求和70户家庭的热能需求。

“这种方法不仅减少了二氧化碳排放，还实现了其所在社区自给自足的能源供应，”Hamburg Wasser水务董事总经理娜塔莉·勒罗伊表示。

新加坡和美国

新加坡国家水务局（PUB）已经实施了创新技术，以最大化从污水中回收资源。定于2025年完工的Tuas Nexus项目将污水处理与能源和食品生产整合在一起。

通过将污水处理厂与水再生设施和可再生能源发电系统相结合，PUB旨在实现更大的能源自给自足和资源优化。

“通过利用污水流中的可再生能源潜力，水务公司可以在推动转型中发挥关键作用。”

与此同时，美国环境保护局（EPA）也支持旨在推进污水能源发电的研究和发展倡议。

通过诸如水基础设施融资和创新法案（WIFIA）和清洁水州循环基金（CWSRF）等项目，EPA为寻求实施能源回收技术的水务公司提供资金和技术援助。这些举措促进了水务部门的创新和可持续发展，同时也促进了可再生能源解决方案的采用。

污水能源的未来

一场范式转变正在进行中，即将污水视为一种有价值的资源，用于可再生能源发电。这一转变标志着环境管理的关键时刻，展示了污水处理厂内未开发的可持续能源生产潜力。

通过实施厌氧消化、微生物燃料电池和热水解等创新技术，全球水务公司正在将其设施转变为能源正向中心。这些进步不仅满足了他们自身的能源需求，还向电网提供了多余的能源，为更具弹性和低碳的未来铺平了道路。

受到丹麦的Aarhus Vand水务和德国的Hamburg Wasser水务等公用事业公司成功案例的启发，污水能源发电的可行性和实际利益正变得日益明显。这些做法突显了在污水管理中采用循环经济原则的转变影响，即可将负债转化为可持续发展的资产。

在迫切需要应对气候变化的情况下，污水是一个有前途的解决方案，可在全球范围内提供环境和经济效益。通过利用污水流中的可再生能源潜力，水务公司可以在推动向更可持续能源未来的转变中发挥关键作用。

原文：ESSENTIAL GUIDE: ENERGY FROM WASTEWATER

出处：Auqatech水技术

翻译：《净水技术》实习编辑 杨洁

排版：西贝

校对：《净水技术》经营部主任 孙丽华

校对：《净水技术》社长/执行主编 阮辰旼

《净水技术》2024年活动计划

《净水技术》刊务理事会欢迎广大水务企业加盟合作

详情可咨询市场部：孙编辑 15900878214