小紅門污水處理廠污泥厭氧消化系統碳減排量計算分析

張志淵 孫冀壚

摘 要：本文以北京城市排水集團小紅門污水處理廠厭氧消化系統2013年運行數據為基礎，計算消化系統運行當年碳減排量，并提出優化建議。小紅門廠厭氧消化系統2013年累計進泥量551437t，沼氣產量6304530m3，根據IPCC計算方法進行計算，最終得出2013年小紅門厭氧消化系統碳減排量為6991tCO2，消化系統處理單位干泥碳減排量為0.409tCO2/tDS。

關鍵詞：污泥；厭氧；消化；碳減排

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.033

0 引言

隨著世界經濟的發展，人口的不斷增加，人類正在消耗巨大的能源，同時，人們也發現如果繼續無節制的向大氣排放二氧化碳等溫室氣體，將會對整個生態環境產生不可挽回的影響。因此，溫室氣體減排工作也是各行各業都要面臨的一個重大問題。

近年來，我國污水處理行業正在飛速發展，與此同時，污水處理過程中會產生大量污泥。截至2014年3月，我國共建設污水處理廠3600余座，污水處理能力約1.53億立方米/日，年產污泥量也達到3500多萬噸（含水率80%）。但是這些污泥中有80%左右沒有得到妥善處理，其中絕大部分都是經過簡單脫水后直接進行填埋，這個過程中污泥厭氧分解出的CH4，CO2氣體均直接排放至大氣，導致溫室氣體排放加劇。如果我們采用厭氧消化、好氧發酵、焚燒、干化等方法處置污泥，可以有效減少污泥處理過程中的碳排放量。

本文主要參考IPCC[1]計算方法和CDM[2]（清潔發展機制）方法學，對小紅門污水處理廠厭氧消化系統進行碳減排計算，并對影響消化系統碳減排量的關鍵因素進行分析。

1 小紅門污水處理廠厭氧消化系統簡介

北京城市排水集團有限責任公司小紅門污水處理廠設計日處理污水60萬噸，主要承擔北京市區西部、西南部、南部大部分地區污水處理任務，污水處理采用A2/O除磷脫氮工藝，污泥處理采用一級中溫厭氧消化工藝，消化后污泥經脫水形成泥餅外運進行后續處置。

小紅門污水處理廠污泥消化系統，共有5座卵形消化池 （單池容積12300 立方米）。采用一級中溫厭氧消化工藝，控制溫度35攝氏度，消化池進泥為初沉污泥（含水率97%左右，有機份60%左右），單池滿負荷進泥量為600立方米/日，24小時連續進泥，排泥方式為底部排泥，攪拌采用沼氣攪拌方式，熱交換器采用套管形式[3]。

消化系統產生的沼氣經過脫硫后，進入氣柜存儲，用于鍋爐燃燒和沼氣拖動鼓風機運行，多余沼氣通過廢氣燃燒器進行燃燒。小紅門污水處理廠消化系統工藝流程圖見圖1。

2 計算方法概述

根據小紅門廠污泥厭氧消化系統工藝流程及CDM方法學，可以總結出小紅門廠厭氧消化系統碳減排量計算方法為：消化系統運行過程碳減排量=沼氣利用產生的碳減排量+消化過程污泥有機質減少產生的碳減排量-消化系統運行耗能的碳排放量[4]，計算范圍可歸納為圖2。

小紅門污水處理廠污泥厭氧消化系統碳減排計算條件為[5]：計算內容包括污泥厭氧消化過程中電能和其他能源的消耗產生的碳排放量，沼氣利用帶來的碳減排量，消化過程污泥有機質減少產生的碳減排量，污泥外運及處置過程中產生的能耗不計，厭氧消化系統運行參數采用2013年小紅門污水處理廠污泥厭氧消化系統運行數據。

3 小紅門厭氧消化系統碳減排計算

3.1 小紅門污水處理廠厭氧消化系統設計參數

小紅門廠消化系統設計數據見表1：

小紅門廠消化系統產生的沼氣主要用于三個方面，第一，部分沼氣作為燃料拖動鼓風機，代替原有電拖動鼓風機對曝氣池進行曝氣，沼氣拖動鼓風機運行過程中產生的熱能通過冷卻循環水為消化系統加熱；第二，部分沼氣代替天然氣用于鍋爐燃燒，產生的熱能可用于消化池加熱和廠區供暖；最后，剩余的沼氣會通過廢氣燃燒器直接進行燃燒[6]。我們在計算中直接使用小紅門廠2013年運行數據。

2013年小紅門廠消化系統累積進泥量551437m?，進泥含水率96.9%，累積沼氣產量為6304530m3，其中601815m3用于鍋爐燃燒，5342941 m3用于沼氣拖動鼓風機，其余沼氣用于廢氣燃燒器燃燒。沼氣甲烷平均含量為66.17%。