近日，生态环境部等11部门印发《甲烷排放控制行动方案》的通知。

研究显示，二氧化碳（CO2）在全球变暖中的作用正在逐渐降低，而甲烷（CH4）正在呈加速上升势态，它的全球增温潜势是二氧化碳的21倍，对温室效应的贡献约为26%。

值得广大水处理人特别关注的是，污水厂中污水经过无氧处理或直接排入自然环境中均会造成大量的甲烷气体排放。要知道，早在十几年前，国家温室气体清单中约8.6%的甲烷排放来源于城市废弃物处理，其中污水处理甲烷排放占42%，是第二大排放源。

图源/生态环境部

毫无疑问，《甲烷排放控制行动方案》的出台印发，是及时之举，也是必要之举。

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11部门联合发布《甲烷排放控制行动方案》
污水厂要注意哪些重点？做好哪些准备？

污水处理单位不仅是全球甲烷（以下简称CH4）的重要排放源，也是全球CH4排放增长最 快的排放源之一，同时也具有很大的减排潜力。


因而，在此次《甲烷排放控制行动方案》中，生态环境部、国家发展改革委、住房城乡建设部、自然资源部等11部门对污水处理厂提出重要要求：


1、加强污水处理领域甲烷的控制与利用


全面提升城镇生活污水收集处理效能，稳步提高污泥无害化、资源化利用水平。鼓励有条件的污水处理项目，采用污泥厌氧消化等方式产生沼气并加强回收利用。到2025年，城市污泥无害化处置率达到90%以上。


2、强化污水厂甲烷排放控制监管


全面落实城镇污水处理厂污染物排放标准，加强甲烷排放数据质量监管，探索利用卫星遥感等技术开展甲烷异常排放监管。保障甲烷排放监管工作经费，持续提升专业化监管能力。

3、建立污水厂甲烷排放核算、报告和核查制度


研究推进建立重点行业企业甲烷排放核算和报告制度，推动污水处理厂定期报告甲烷排放数据。结合国家和省级温室气体清单编制工作，逐步实现甲烷排放常态化核算。组织开展数据核查、抽查和现场检查工作，稳步提升甲烷排放数据质量。


4、强化污染物与甲烷协同控制措施


鼓励对废水有机物含量高、可生化性较好的行业依法依规与城镇污水处理厂协商水污染物纳管浓度，减少甲烷产生。

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如何核算/控制污水厂甲烷排放？
污水厂甲烷释放的计算与影响因素

1、甲烷释放的影响因素


实际工作中发现，影响甲烷释放量的因素有化学需氧量浓度、溶解氧、水温、pH等。◎戳这里，深度掌握污水处理常见参数解析，成为高 级水处理工程师


1）溶解氧（DO）的影响


甲烷的释放量随着溶解氧浓度的升高而增大，线性相关系数为0. 70。因为水中溶解性甲烷会随着曝气溢出，溶解氧越高曝气强度越大，溢出的溶解性甲烷越多。

好氧区甲烷释放速率与DO的关系

2）温度（水温）的影响


甲烷的释放量随水温的升高而增加，出现夏季的释放量明显大于冬季的情况，因此有必要探讨温度对污水处理过程中温室气体释放量的影响。


由下图可知，甲烷释放速率和污水温度有较显著的相关性（R2=0.85）。甲烷释放量随温度升高而升高，是因为产甲烷菌的活性随着基质温度的升高而增加。

甲烷释放速率与水温的关系

3）化学需氧量（COD）的影响


COD是影响甲烷释放的重要因素。通过对生活污水处理厂进行采样分析，甲烷的释放通量和 COD的比较显著相关（R2=0.69）。


研究发现，甲烷的产生需要严格的厌氧环境，厌氧区的COD在100～400mg /L的范围内，COD越高越有利于释放出大量的甲烷。

2、甲烷直接排放量的计算


污水处理过程中，甲烷直接排放主要发生在初沉池以及生物处理段存在的厌氧过程中，和污水处理量、COD去除情况、污泥产生情况以及甲烷回收情况有关，可根据以下公式计算，以CO2当量表示。

式中，

m(CH4)为CH4直接排放量，kgCH4；

Q2为污水处理厂进水水量，m3；

COD(进)为污水处理厂平均进水CODCr浓度，mg·L-1；

COD(出)为污水处理厂平均出水CODCr浓度，mg·L-1；

SG为污水处理厂产生的干污泥量，kg；

Pv为污水处理厂干污泥的有机分，%；

ρS为污泥中的有机物与CODCr的转化系数，取值为1.42kgCODCr·kg-1DS；

B0为CH4的产率系数，取值为0.25kgCH4·kg-1CODCr；

MCF为污水处理过程CH4修正因子，取值0.003；

Ｒ(CH4)为CH4回收体积，m3；

f(CH4)为CH4温室效应指数，取值为28kgCO2·kg-1CH4；

E(CH4)为CH4直接碳排放量，kgCO2。


需要特别说明的是，目前污水厂碳排放核算研究大多采用排放因子法，参考的是IPCC指南提供的参数因子。但由于该方法的相关计算参数取值大多都源于国外，在我国污水处理行业碳排放方面可能会出现“水土不服”。


因此，在对污水处理厂的甲烷排放核算方法进行选择时，应先明确核算层级，是对污水厂整厂的温室气体排放量进行核算还是对某个处理单元的温室气体排放量进行核算，然后再根据需要核算的内容以及已有的数据类型对核算方法进行选择。

甲烷等温室气体核算方法选择流程

3、污水处理甲烷排放的控制对策


1）准确选择低碳水处理技术


选择生物处理，减少药剂用量，较化学处理方法降低了药剂、药剂制备和运输过程产生的温室气体。生物处理选择节碳工艺，减少外加碳源。采用厌氧工艺处理高浓度污水，进水有机物浓度越高，所回收的沼气越多，经过收集利用后削减温室气体排放的贡献越大。◎戳这里，实战派高手教你如何做好工艺路线选择


2）采用合理厌氧发酵工艺和装置


采用合理厌氧发酵工艺和装置，全面提高厌氧消化设备的沼气产气率和去污率，增加沼气的产出。

从废水厌氧处理阶段直接回收的沼气可用于厂内供电、生产过程燃料消耗等，不仅完成了污水处理、实现了能源回收利用，同时还削减了处理运行管理费用，降低了后续的好氧投入，缩短了工程投资回收年限。


3）加强污水处理水的回用


加强经城市污水处理厂处理后排放的污水的回收再生利用，降低其以处理水的形式进入到海洋、河流或湖泊等自然水体中所产生的甲烷及其它温室气体排放量，削减其环境风险。


4）降低污水厂运行能耗


采用高效能的总体设计、新工艺、新设备的选用、优化总体工艺设计，选择高效的设备和装置，有效降低污水处理厂运行能耗，直接减少城市污水处理厂的温室气体的排放。

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污水厂甲烷综合利用途径

3种常见沼气利用优劣对比

事实上，在《甲烷排放控制行动方案》之前，《产业结构调整指导目录》等一系列基于“双碳”目标出台的政策文件都在支持或强调对甲烷（沼气）这一可再生能源开展综合利用。


在实践过程中，每降低1t甲烷排放就等同于降低了25t二氧化碳排放，通过沼气的回收利用，可以降低污水处理厂的碳排放量，从而实现污水处理的低碳运行。◎戳此了解《污废水处理设计师精英培训班》，获取污水厂的低碳提标设计方案


甲烷作为能源时一般被叫做沼气，污水处理现场产生的沼气流量大，沼气中甲烷浓度较高、热值较高，因此要想发挥好甲烷作为可再生能源的优势，需要对现场产生的沼气做好回收后进行综合利用。


传统情况下，污水处理产生的沼气一般采用直接对空燃烧的方式处理，这种方式虽然实现了沼气的安全处置，并未考虑沼气的可利用价值，造成沼气的浪费，不能满足绿色低碳的节能要求。


目前，合理绿色的沼气利用方法比较多，常见的有：沼气掺烧（沼气送锅炉掺烧）、沼气提纯、沼气发电以及沼气制氢等。


1、沼气掺烧


沼气掺烧是将沼气掺混至其它燃料中燃烧，常见的是将沼气输送至电厂锅炉内与燃煤混合燃烧。这种方式适用于适用于沼气产量较大，附近配套有锅炉发电。


优势：无需复杂的前处理设备和贵重的提纯、发电设备，流程简单，设备配置少，操作维护方便，运行可靠；投资及维护费用较低，收益较大，系统运行安全有保障。


劣势：沼气前端未脱硫，硫化氢对锅炉设备、管道有腐蚀，影响使用寿命。沼气直接燃烧热值低，能源利用价值不高。


2、沼气提纯


沼气提纯是指将沼气中除甲烷之外的其他气体去除，经过提纯后达到满足《天然气》二类燃气质量标准。适用于周围配套有天然气管网，或者自身用气量较大，提纯后的天然气能得到及时消耗。


某污水厂处理采用膜分离的方式对沼气进行提纯，在膜分离工艺中，不同气体在膜材料中渗透速率不同，当沼气加压进入中空纤维膜，二氧化碳气体会优先渗透出来，甲烷气体则会保留，产品气中甲烷浓度大幅提高，从而实现沼气提纯的目的。


优势：增加了燃烧的热值，能量利用率高，能源输出更多；提纯后得到的可利用能源多，可作为燃气或车用燃料实现沼气的高效利用，拓宽了沼气的用途，可以缓解天然气市场紧缺的情况。


劣势：沼气提纯流程较长，设备配置多，系统复杂，故障率较高。投入大，运行维护成本高；提纯后进燃气管网困难；设备要求可靠性高，现场人员需要有较高的运行维护管理水平。天然气为易燃易爆，现场不宜存储过多，需考虑好供需平衡。


3、沼气发电

沼气发电是将沼气用于燃气发电机上，配套余热利用装置，将生物质能转化为电能和热能。沼气发电技术是实现有机废物、废水等各类生物质资源能源化的有效途径之一。沼气发电后可上网售电、并网抵消自用电或独立驱动负荷，并可能享受再生能源发电补贴。


值得一提的是，利用沼气发电需要符合下列要求，才可以将沼气作为发电机组的燃料：1）甲烷含量不低于40%的体积百分比；2）沼气温度不高于50 ℃；3）沼气中甲烷体积含量≥60%，且硫化氢≤300mg/Nm3、氯氟化物≤150mg/Nm3、氨≤30mg/Nm3，粉尘粒度≤5μm、含量≤30mg/Nm3，且无液体成分、湿度低于80%。


优势：可采用“发电+余热回收”综合利用方案，通过利用沼气可供电、供汽，热电利用效率高。能量利用率最高，能源输出更多。使用场合灵活，适合长距离输送。


劣势：沼气发电流程较长，设备配置多，系统复杂，故障率较高。投资费用高，运行维护成本高；并网流程复杂；预处理要求脱硫效果好，设备要求可靠性高，现场人员需要有较高的运行维护管理水平。




来源：环保水圈

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