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污水:鲜为人知的能源宝藏

全球能源需求增长这一趋势已经广为人知。但很多人不知道的是,我们每天都在将宝贵的能源冲进下水道。污水、餐厨垃圾、园林废物中所含的有机物质,正越来越多地被用于供暖、供电,甚至为汽车提供动力。

2017年3月22日是第二十五届“世界水日”,联合国将“Wastewater”(污水)作为今年的水日主题,关注污水带来的挑战与机遇。污水主要指受到人类活动、农业或工业废物污染的水。虽然污水中含有各种污染物质,但污水或者其处理过程的副产物——污泥中所含的有机物质,经过资源化、能源化过程,能够转变为非常有价值的资源。

污水如何变成能源?

当有机废物在无氧环境中分解时,例如污泥在垃圾填埋场进行填埋,由于发生厌氧消化作用会释放出沼气。如果对其进行捕获,可以作为能源进行利用,同时也避免了沼气直接释放进入大气。

在污泥能源化系统中,污泥首先通过热水解预处理,然后进入厌氧消化器进行分解。热水解可以提高污泥消化产率,与传统厌氧消化相比,带来产气量的提升。厌氧消化过程中释放的沼气富含甲烷,为项目运行提供所需能源,或者进一步提纯取代天然气。此外,消化后的沼渣经进一步脱水制成生物炭土,富含营养物质,可以作为营养土或者土壤改良剂,促进植物生长。

还有哪些废物可以进行能源化利用?

畜禽粪便、餐厨垃圾和园林废物等由于富含有机物质,也是转废为能的绝佳对象。对这些废物进行协同处理,可以增加甲烷的产量。例如,将污泥和餐厨垃圾进行协同消化既提高了有机物质的含量,提高甲烷产量,同时也为餐厨垃圾的消化提供了所需的微生物。

将污水、污泥进行能源化利用有哪些益处?

污水、污泥能源化系统能够同时解决许多全球最为紧迫的环境和经济问题,下面仅是其中的一部分:

  • 能源生产:人口增长和城市的扩展需要更多的能源来支撑。对于城市来说,将废物转化能源是一种低成本、可再生、可靠的能源利用形式。利用污泥产生的沼气来支持自身运作,污水处理厂因此能够做到能源自足,这保证了其最基本的功能——消除污水中的污染物和病原体——不被周边地区断电干扰。
  • 温室气体减排:甲烷占全球温室气体排放总量的16%,其威力比二氧化碳更强——甲烷造成的温室效应的能力比二氧化碳强约30倍。能源化系统对甲烷进行利用,而非任由其进入大气,加剧气候变化。虽然甲烷在利用过程中会转化成一定的二氧化碳,但其替代化石能源所避免的温室气体排放将远远高于甲烷转化过程中的二氧化碳排放。
  • 固废管理:许多发展中国家缺少合理处置固体废弃物和污泥所需的基础设施。在这些地区,这种有毒且气味刺鼻的废物往往被直接倾倒于土地或附近的水体中,对公共卫生造成威胁。例如在中国,超过70%的城市固体废弃物和污泥被填埋或者随意倾倒。能源化为这一问题提供了一个解决方案。
  • 经济效益:污泥能源化系统减少了对更昂贵、同时污染更大的能源的需求,例如化石能源。此外,污泥资源化系统的经营者也能从销售沼气和生物炭土中直接获益。

污水、污泥能源化在何处开花?

虽然污水和污泥能源化系统尚未普及,但已经在全球范围开始推广。已有很多国家开始将污水和污泥转变为能源,美国、中国、巴西、阿根廷和挪威只是其中的一小部分。废弃物管理往往由地方政府进行统一监督管理,污水、污泥能源化进程需要这些地方政府和机构的支持和推进。然而,由于管理不当造成的甲烷排放,使得废弃物管理已经上升为全球性问题。

世界资源研究所对湖北省襄阳市污泥能源化项目进行了分析和研究显示,该项目生产的压缩天然气可以满足300辆小汽车的日常用气需求。通过出售车用天然气和沼渣,年收益约超过150万美元(世界资源研究所估算)。

更多中国城市已经在或计划建设污泥能源化系统——如北京、长沙、合肥、荆门和成都。此外,中国也挑选了100个城市作为餐厨废弃物资源化的试点。世界资源研究所估计,到2020年,中国废弃物能源化系统的减排量将达两千万吨二氧化碳当量——相当于400万辆小汽车一年的排放量。

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