库博,案例回溯德国碳中和：Steinhof污水处理厂实践 水业碳中和资讯 任冰倩, 郝晓地等
发表时间：2024-09-21 | 作者：开云
焦点提醒：案例回溯德国碳中和：Steinhof污水处置厂实践水业碳中和资讯 任冰倩, 郝晓地等 
案例回溯德国碳中和：Steinhof污水处置厂实践水业碳中和资讯任冰倩, 郝晓地等2021-11-05
编者案：德国早在20世纪末便最先存眷污水处置厂碳中和与能量中和问题。位在德国布伦瑞克市（Braunschweig）运转半个多世纪的老厂Steinhof（斯泰因霍夫）自1954年投入运转以来，重视耗能与产能的均衡，其在能量收受接管、碳减排方面颇具成效，是能量与资本收受接管的成功典型。该案例早在2014年便在《中国给水排水》予以引见，现再次以微信公家号体例回溯，以期为国内污水处置碳中和供给参考。
德国Steinhof污水处置厂已实现碳中和率达114%。该厂实现碳中和方针的首要缘由在在进水中COD浓度较高（约966 mg/L），远超污水脱氮除磷根基需要，进而致使其厌氧消化能源转化份额较高，其残剩污泥厌氧消化产甲烷（CH?）热电联产实现碳减排79%。进一步依托出水和污泥输送至农田浇灌施肥等方面配合碳减排35%，终究实现碳中和方针。
01
工艺流程与结果
Steinhof污水处置厂支流工艺为A2/O，平均处置水量为60 650 m3/d。工艺流程见下图。
Steinhof污水处置厂工艺流程（来自原文）
该厂首要进水目标示在表1，一级处置与生物处置前、后水质目标转变见表2、表3。
表1 部门进水水质目标（mg/L）
表2 一级处置水质目标转变
表3 生物处置水质目标转变和去除率
02
碳中和办法
污泥厌氧消化产CH?热电联产
Steinhof污水处置厂充实操纵残剩污泥包含的能源，年夜年夜削减对外部能源的耗损，从而削减间接碳排放量。该厂采取残剩污泥厌氧消化发生甲烷（CH?）+热电联产（CHP）体例收受接管电能和热能。
初沉污泥和经浓缩的残剩污泥(510 m3/d) 被夹杂后送入到消化池中。在38℃中温前提下，污泥经厌氧消化发生生物气体。消化池平均生物气产量为4.47 × 10? m3 /a，此中，甲烷含量为63%。
厌氧消化发生的生物气经活性炭净化后输送至CHP单位，生物气在此处被转化成电能和热能，产能效力别离为36.7%和40%。CHP 每一年产电量为10 300 000 kW·h/a，产热量为11 200 000 kW·h /a。若在不斟酌出水泥土下渗处置和农业浇灌输送耗能的环境下，则其发生电能完全能够知足全厂用电量（10 008 432 kW·h/a），并有3%的充裕电量。CHP产热不但可以或许全数知足中温厌氧消化加热所需的热能，还一半多的余热残剩(5 857 495 kW·h /a) 。
另外，为了提高CH?的产量，该厂还对污泥进行热解预处置，并引入厂外无机质来强化厌氧消化CH?生成。经由过程对污泥、青草热水解采取中试范围尝试，能够发觉甲烷产率较着提高。表4为中试范围尝试成果。另外经由过程引入牧草、洋姜叶等共基质，也可部门提高消化后生物气中的CH?含量。表5为引入共基质后厌氧消化尝试成果。
表4 污泥热解实验成果
表5 共基质消化实验成果
出水和污泥送至农田中浇灌和施肥
在春、夏日时，Steinhof污水处置厂将45%的出水经由过程公用场地泥土下渗，在泥土自然化学（过滤、吸附）感化和生物（硝化、反硝化）感化下进一步净化。出水经泥土深度处置后水量和水质目标的转变环境见表6。残剩55%的出水（12 175 488m3/a）和处置不变后污泥在厂内夹杂后输送至农业浇灌区，用作浇灌水和肥料。
表6 出水泥土渗滤前后水质目标转变
冬季时，所有出水均经由过程泥土渗入以后排入地表。而消化污泥因为农闲，不再用作农业施肥，而是零丁进行磷收受接管处置。在消化污泥脱水之前，起首添加MgCl?，并采取吹脱方式（吹脱CO?以提高pH 值）出产鸟粪石/磷酸盐化合物。收受接管时，磷酸盐化合物不需再从污泥平分离，而是间接将含有鸟粪石/磷酸盐化合物的污泥将间接脱水后在厂区贮存，待夏日农业出产期再输送至其他地盘（非出水浇灌区） 用作农用肥料。实验成果注解，污泥消化液中70% 的消融性磷酸盐都可在pH=7.8（无需投加化学药剂） 的前提下构成沉淀。
03
碳中和率计较
Steinhof污水处置厂碳排放量和碳减排量以下图所示。该厂因能耗而至碳排量合计为37.5 kg CO?当量/(生齿当量COD·a)。碳减排量别离由以下三部门组成：
（1）操纵厌氧消化发生的CH?发电、产热折算的碳减排量（79%）；
（2）出水/污泥中养分物资（N、P）回用农业出产致使的碳减排量（28%）；
（3）出水农业浇灌致使的削减地下/地表水抽取能耗折算碳减排量（7%）。
Steinhof污水处置厂碳排放量（来自原文）
由图可知，Steinhof污水处置厂净碳排量为-5.25 kg CO?当量/(生齿当量COD·a) ，致使碳中和率高达114%，这就是说，斯泰因霍夫污水处置厂不但可以或许完全实现碳中和运转方针，并且每一年还可额外削减14%的碳排放量。
04
成果与启迪
Steinhof污水处置厂终究实现了本身114%的碳减排率，不但可以或许完全实现碳中和运转方针，并且每一年还可额外削减14%的碳排放量。另外，假如去失落出水泥土渗入和农业操纵这两项电耗，则从生物气中自产电能完全能够知足全厂用电量，并有3%的充裕电量。
该厂能源耗损根基上能够接近碳中和运转方针的缘由是进水中COD 浓渡过高（966 mg/L）而致使的残剩污泥量较多。但即使如斯其残剩污泥厌氧消化碳中和率也仅79%，还必然缺口。针对我国低碳源进水的实际，斟酌污泥厌氧消化的同时局必须要追求真实的碳中和“杀手锏”办法，如收受接管污水余温热能，方能实现碳中和方针。
原文消息：
郝晓地,任冰倩,曹亚莉.德国可延续污水处置项目典型——Steinhof厂[J].中国给水排水,2014,30(22):6-11.
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焦点提醒：案例回溯德国碳中和：Steinhof污水处置厂实践水业碳中和资讯 任冰倩, 郝晓地等
案例回溯德国碳中和：Steinhof污水处置厂实践水业碳中和资讯任冰倩, 郝晓地等2021-11-05编者案：德国早在20世纪末便最先存眷污水处置厂碳中和与能量中和问题。位在德国布伦瑞克市（Braunschweig）运转半个多世纪的老厂Steinhof（斯泰因霍夫）自1954年投入运转以来，重视耗能与产能的均衡，其在能量收受接管、碳减排方面颇具成效，是能量与资本收受接管的成功典型。该案例早在2014年便在《中国给水排水》予以引见，现再次以微信公家号体例回溯，以期为国内污水处置碳中和供给参考。
德国Steinhof污水处置厂已实现碳中和率达114%。该厂实现碳中和方针的首要缘由在在进水中COD浓度较高（约966 mg/L），远超污水脱氮除磷根基需要，进而致使其厌氧消化能源转化份额较高，其残剩污泥厌氧消化产甲烷（CH?）热电联产实现碳减排79%。进一步依托出水和污泥输送至农田浇灌施肥等方面配合碳减排35%，终究实现碳中和方针。
01
工艺流程与结果
Steinhof污水处置厂支流工艺为A2/O，平均处置水量为60 650 m3/d。工艺流程见下图。
Steinhof污水处置厂工艺流程（来自原文）
该厂首要进水目标示在表1，一级处置与生物处置前、后水质目标转变见表2、表3。
表1 部门进水水质目标（mg/L）
表2 一级处置水质目标转变
表3 生物处置水质目标转变和去除率
02
碳中和办法
污泥厌氧消化产CH?热电联产
Steinhof污水处置厂充实操纵残剩污泥包含的能源，年夜年夜削减对外部能源的耗损，从而削减间接碳排放量。该厂采取残剩污泥厌氧消化发生甲烷（CH?）+热电联产（CHP）体例收受接管电能和热能。
初沉污泥和经浓缩的残剩污泥(510 m3/d) 被夹杂后送入到消化池中。在38℃中温前提下，污泥经厌氧消化发生生物气体。消化池平均生物气产量为4.47 × 10? m3 /a，此中，甲烷含量为63%。
厌氧消化发生的生物气经活性炭净化后输送至CHP单位，生物气在此处被转化成电能和热能，产能效力别离为36.7%和40%。CHP 每一年产电量为10 300 000 kW·h/a，产热量为11 200 000 kW·h /a。若在不斟酌出水泥土下渗处置和农业浇灌输送耗能的环境下，则其发生电能完全能够知足全厂用电量（10 008 432 kW·h/a），并有3%的充裕电量。CHP产热不但可以或许全数知足中温厌氧消化加热所需的热能，还一半多的余热残剩(5 857 495 kW·h /a) 。
另外，为了提高CH?的产量，该厂还对污泥进行热解预处置，并引入厂外无机质来强化厌氧消化CH?生成。经由过程对污泥、青草热水解采取中试范围尝试，能够发觉甲烷产率较着提高。表4为中试范围尝试成果。另外经由过程引入牧草、洋姜叶等共基质，也可部门提高消化后生物气中的CH?含量。表5为引入共基质后厌氧消化尝试成果。
表4 污泥热解实验成果
表5 共基质消化实验成果
出水和污泥送至农田中浇灌和施肥
在春、夏日时，Steinhof污水处置厂将45%的出水经由过程公用场地泥土下渗，在泥土自然化学（过滤、吸附）感化和生物（硝化、反硝化）感化下进一步净化。出水经泥土深度处置后水量和水质目标的转变环境见表6。残剩55%的出水（12 175 488m3/a）和处置不变后污泥在厂内夹杂后输送至农业浇灌区，用作浇灌水和肥料。
表6 出水泥土渗滤前后水质目标转变
冬季时，所有出水均经由过程泥土渗入以后排入地表。而消化污泥因为农闲，不再用作农业施肥，而是零丁进行磷收受接管处置。在消化污泥脱水之前，起首添加MgCl?，并采取吹脱方式（吹脱CO?以提高pH 值）出产鸟粪石/磷酸盐化合物。收受接管时，磷酸盐化合物不需再从污泥平分离，而是间接将含有鸟粪石/磷酸盐化合物的污泥将间接脱水后在厂区贮存，待夏日农业出产期再输送至其他地盘（非出水浇灌区） 用作农用肥料。实验成果注解，污泥消化液中70% 的消融性磷酸盐都可在pH=7.8（无需投加化学药剂） 的前提下构成沉淀。
03
碳中和率计较
Steinhof污水处置厂碳排放量和碳减排量以下图所示。该厂因能耗而至碳排量合计为37.5 kg CO?当量/(生齿当量COD·a)。碳减排量别离由以下三部门组成：
（1）操纵厌氧消化发生的CH?发电、产热折算的碳减排量（79%）；
（2）出水/污泥中养分物资（N、P）回用农业出产致使的碳减排量（28%）；
（3）出水农业浇灌致使的削减地下/地表水抽取能耗折算碳减排量（7%）。
Steinhof污水处置厂碳排放量（来自原文）
由图可知，Steinhof污水处置厂净碳排量为-5.25 kg CO?当量/(生齿当量COD·a) ，致使碳中和率高达114%，这就是说，斯泰因霍夫污水处置厂不但可以或许完全实现碳中和运转方针，并且每一年还可额外削减14%的碳排放量。
04
成果与启迪
Steinhof污水处置厂终究实现了本身114%的碳减排率，不但可以或许完全实现碳中和运转方针，并且每一年还可额外削减14%的碳排放量。另外，假如去失落出水泥土渗入和农业操纵这两项电耗，则从生物气中自产电能完全能够知足全厂用电量，并有3%的充裕电量。
该厂能源耗损根基上能够接近碳中和运转方针的缘由是进水中COD 浓渡过高（966 mg/L）而致使的残剩污泥量较多。但即使如斯其残剩污泥厌氧消化碳中和率也仅79%，还必然缺口。针对我国低碳源进水的实际，斟酌污泥厌氧消化的同时局必须要追求真实的碳中和“杀手锏”办法，如收受接管污水余温热能，方能实现碳中和方针。
原文消息：
郝晓地,任冰倩,曹亚莉.德国可延续污水处置项目典型——Steinhof厂[J].中国给水排水,2014,30(22):6-11.