小红门污水处理厂污泥厌氧消化系统碳减排量计算分析

张志渊 孙冀垆

摘 要：本文以北京城市排水集团小红门污水处理厂厌氧消化系统2013年运行数据为基础，计算消化系统运行当年碳减排量，并提出优化建议。小红门厂厌氧消化系统2013年累计进泥量551437t，沼气产量6304530m3，根据IPCC计算方法进行计算，最终得出2013年小红门厌氧消化系统碳减排量为6991tCO2，消化系统处理单位干泥碳减排量为0.409tCO2/tDS。

关键词：污泥；厌氧；消化；碳减排

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

0 引言

随着世界经济的发展，人口的不断增加，人类正在消耗巨大的能源，同时，人们也发现如果继续无节制的向大气排放二氧化碳等温室气体，将会对整个生态环境产生不可挽回的影响。因此，温室气体减排工作也是各行各业都要面临的一个重大问题。

近年来，我国污水处理行业正在飞速发展，与此同时，污水处理过程中会产生大量污泥。截至2014年3月，我国共建设污水处理厂3600余座，污水处理能力约1.53亿立方米/日，年产污泥量也达到3500多万吨（含水率80%）。但是这些污泥中有80%左右没有得到妥善处理，其中绝大部分都是经过简单脱水后直接进行填埋，这个过程中污泥厌氧分解出的CH4，CO2气体均直接排放至大气，导致温室气体排放加剧。如果我们采用厌氧消化、好氧发酵、焚烧、干化等方法处置污泥，可以有效减少污泥处理过程中的碳排放量。

本文主要参考IPCC[1]计算方法和CDM[2]（清洁发展机制）方法学，对小红门污水处理厂厌氧消化系统进行碳减排计算，并对影响消化系统碳减排量的关键因素进行分析。

1 小红门污水处理厂厌氧消化系统简介

北京城市排水集团有限责任公司小红门污水处理厂设计日处理污水60万吨，主要承担北京市区西部、西南部、南部大部分地区污水处理任务，污水处理采用A2/O除磷脱氮工艺，污泥处理采用一级中温厌氧消化工艺，消化后污泥经脱水形成泥饼外运进行后续处置。

小红门污水处理厂污泥消化系统，共有5座卵形消化池 （单池容积12300 立方米）。采用一级中温厌氧消化工艺，控制温度35摄氏度，消化池进泥为初沉污泥（含水率97%左右，有机份60%左右），单池满负荷进泥量为600立方米/日，24小时连续进泥，排泥方式为底部排泥，搅拌采用沼气搅拌方式，热交换器采用套管形式[3]。

消化系统产生的沼气经过脱硫后，进入气柜存储，用于锅炉燃烧和沼气拖动鼓风机运行，多余沼气通过废气燃烧器进行燃烧。小红门污水处理厂消化系统工艺流程图见图1。

2 计算方法概述

根据小红门厂污泥厌氧消化系统工艺流程及CDM方法学，可以总结出小红门厂厌氧消化系统碳减排量计算方法为：消化系统运行过程碳减排量=沼气利用产生的碳减排量+消化过程污泥有机质减少产生的碳减排量-消化系统运行耗能的碳排放量[4]，计算范围可归纳为图2。

小红门污水处理厂污泥厌氧消化系统碳减排计算条件为[5]：计算内容包括污泥厌氧消化过程中电能和其他能源的消耗产生的碳排放量，沼气利用带来的碳减排量，消化过程污泥有机质减少产生的碳减排量，污泥外运及处置过程中产生的能耗不计，厌氧消化系统运行参数采用2013年小红门污水处理厂污泥厌氧消化系统运行数据。

3 小红门厌氧消化系统碳减排计算

3.1 小红门污水处理厂厌氧消化系统设计参数

小红门厂消化系统设计数据见表1：

小红门厂消化系统产生的沼气主要用于三个方面，第一，部分沼气作为燃料拖动鼓风机，代替原有电拖动鼓风机对曝气池进行曝气，沼气拖动鼓风机运行过程中产生的热能通过冷却循环水为消化系统加热；第二，部分沼气代替天然气用于锅炉燃烧，产生的热能可用于消化池加热和厂区供暖；最后，剩余的沼气会通过废气燃烧器直接进行燃烧[6]。我们在计算中直接使用小红门厂2013年运行数据。

2013年小红门厂消化系统累积进泥量551437m?，进泥含水率96.9%，累积沼气产量为6304530m3，其中601815m3用于锅炉燃烧，5342941 m3用于沼气拖动鼓风机，其余沼气用于废气燃烧器燃烧。沼气甲烷平均含量为66.17%。