原创 从污水到能源的旅程:美国污水处理观摩记

碳道小编 · 2018-12-04 00:12 · 阅读量 · 47

摘要:陈美安博士作为“中美技术交流:污水处理的甲烷回收利用和低碳管理战略”考察团成员之一拜访了洛杉矶和华盛顿特区几家污水处理运营企业和相关监管机构。

编者按:应伍德罗·威尔逊国际学者中心 (Woodrow Wilson International Center for Scholars)的邀请,绿色创新发展中心分析师陈美安博士作为“中美技术交流:污水处理的甲烷回收利用和低碳管理战略”考察团成员之一拜访了洛杉矶和华盛顿特区几家污水处理运营企业和相关监管机构,实地了解了美国污水处理和技术和监管经验。请跟随陈美安博士一起回望这段从污水到能源的旅程。

 

洛杉矶篇


首先,我们前往的是位于洛杉矶Santa Monica附近的Hyperion污水处理厂,作为洛杉矶地区历史最悠久和最大的污水处理厂,Hyperion责任重大。污水厂负责城市大都市区中很大一部分的污水处理工作。



在经过近百年的发展和改进后,该厂已拥有成熟的技术工艺,在完成对所接收的所有生活污水的二级处理后,其处理过程中产生的污泥也得到了很好的处置。通过对污泥进行厌氧消化处理后产生的沼气可以回收利用,而处理过的污泥也可以按照美国环保署的分类要求来进行使用。通过沼气发电,目前Hyperion污水处理厂已经实现了80%的能源自给,处理后产生的A类污泥被运送到附近农场用于绿化等用途。 



另一个看似和污水处理并没有直接关联的生活垃圾处理厂是我们的第二站——同样位于洛杉矶地区的Puente Hills Materials Recovery Facility。该机构在洛杉矶县卫生局的管理下开展了一项针对餐厨垃圾处理的示范项目,通过对生活垃圾进行分类整理将餐厨垃圾进行厌氧处理,并从中将采集的沼气提纯为生物天然气,为天然气汽车提供能源。餐厨垃圾的另一个处理则是将餐厨垃圾的浆料与污水处理厂的污泥混合后进行厌氧处理,这将极大增加污水中污泥处理后的沼气产量,实现有效的资源能源化利用。


华盛顿篇


在华盛顿特区停留时,我们拜访了当地污水处理的明星工厂:Blue Plains 污水处理厂。这座污水厂位于见证很多美国重大历史事件的波托马克河边,由华盛顿水务局(DC Water)管理,负责整个华盛顿特区和旁边的马里兰州和弗吉尼亚州部分地区的污水处理。


与Hyperion 处理污水的流程类似,处理后的干净水将排入河流,而处理过程中产生的污泥可以转化成能源。Blue Plains 的特点在于其在污泥处理过程采用了Cambi 的热水解技术(如下图所示),在最大程度降低污泥含水率的情况下增加了提取的沼气量。 另外,在这项技术下沼气罐的体积可以减少一半,因此降低了建设成本。



在华盛顿期的另外一站是对美国沼气协会 (American Biogas Council) 的拜访,这次拜访让我们观察到从污水到能源的过程当中政策支持和推广的重要性。


美国沼气协会介绍了目前在支持沼气生产中使用的重要政策之一《可再生燃料标准》(Renewable Fuel Standard),该标准由环保署在2005年制定,旨在通过提高交通燃料中生物燃料混配的比重来改善空气污染和降低温室气体排放。


在这一政策支持下,炼油厂或者是汽油和柴油燃料的进口商需要按照要求在交通燃料中混入一定比例的生物燃料来实现其可再生燃料配比量。另一方面,可再生燃料生产商 (例如污水处理厂) 生产的生物燃料会被分配到相应的可再生燃料身份码 (Renewable Identification Numbers: RINs) ,这些RINs 可以在交易市场上卖给需要完成任务的炼油厂或者是汽油和柴油燃料的进口商。


启示篇

 

此行让我们看到了从污水处理到能源利用的过程中需要关注的一些元素,可以为中国污水处理所借鉴:


其一,对城市污水收集等基础设施的建设。例如建立和推广雨污分离的排水管道。和雨污混流的排水管道相比,雨污分离的排水管道中,生活污水处理中污泥有机质含量更丰富,可以提高沼气产量。而如果污水中有大量雨水,则沼气产量也受影响。


其二,协同污水处理与餐厨垃圾设施之间的合作。如文中提到的餐厨垃圾处理厂和污水处理厂的合作,将餐厨垃圾的浆料混入污水处理中的污泥再进行厌氧消化,可以极大提高沼气产量。


尽管目前中国很多城市污水处理厂和垃圾处理厂之间有合作,但是多半是将污水处理后的污泥送往垃圾填埋厂或者焚烧厂,因此降低了污水能源化的可能。而上文提到的餐厨垃圾处理厂和污水处理厂的合作方式或许可以为有效利用污水产生的污泥提供答案。


其三, 为污水处理中资源再利用提供相应的政策支持。从污水到能源的过程中,污水处理中可以产生沼气用于发电,或者提纯后用于汽车燃料,产生的污泥也可以用在园林绿化等方面。 这一资源再利用过程中,环保署提供了推广生物燃料使用的《可再生燃料标准》,同时也对污泥按照其含有的成分对公众健康和环境影响分为A类污泥与B类污泥,并严格规定了使用范围。


其四,为污水处理企业技术改进的初始资本投入提供支持。 虽然对先进技术使用将大幅提高企业初期投入的成本,但是长远来看,采用先进技术的污水处理厂在降低企业维护成本的同时经济收益也将提高。



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