目前国内已建成4000多座大型市政污水处理厂，对这些污水处理厂如何提效改造进行讨论是十分必要的。借鉴德国先进的污水处理经验，关注各种产能节能技术和资源回收技术，并进行整合，力争早日实现污水处理厂能源自给的目标。

尽管市政污水处理厂的电耗只占整个联邦德国的 1%，但对于当地政府来说，却约占整个能耗的 20%, 所以市政污水处理厂是各城市和小镇内最大耗能用户，远高于中小学和医院。同时，由于全球能耗费用不断上涨，为了降低 CO2排放量，当地政府对市政污水处理厂也都提出了提高能耗效率的要求。

就市政污水处理厂的能耗效率提高而言，即使在德国目前还没有明确定义标准的技术手段和衡量标准。但有一点是肯定的，所采用的节能措施必须是在当地经济实用和可操作实施的。

作为污水处理厂，应在确保出水水质的情况下，尽可能降低整体能耗和运转费用。既可以引入一些新型节能处理工艺，还可以系统研究和评估各个处理工段的节能措施，开发相应的评估软件和提供相应的技术工具，使得整个污水处理厂获得最佳节能效果。

从目前的发展情况来看，以下单一技术的发展趋势十分明显：

▶市政污泥的处置逐步趋向于干化焚烧

▶回收利用污水污泥中的营养物质 (N, P, 有时甚至是重金属物质)

▶为了提高出水水质和截留微生物，不断强化使用MBR技术

▶为了提高沼气产量和降低污泥产量，整合使用污泥

▶热水解技术

▶降低运转费用或能耗

▶利用现存的消化塔处理能力，对生物垃圾进行协同发酵处理
但这些技术尚未在一个市政污水处理厂内整合利用，并显示明显的经济效应。本文试图将上述发展融合成一个整体处理方案, 为已建市政污水处理厂的提效改造提供具体的实施措施和途径。

1 提高能耗效率的途径

图 1 为某市政污水处理厂内主要费用的分摊比例。其中 31% 是市政污泥处理处置费用。图 2 举例说明在一个示范污水处理厂内(100000 人口当量)电费的分布情况。我们基本可以假定，在一般德国市政污水处理厂内，这种费用和电耗分布比例差异不会很大。

图 1 德国模型市政污水厂内的费用分布和能耗分布情况 (100000 人口当量)

从这张图可以看出，为了降低市政污水处理厂的能耗和运转费用，可在以下三个方面进行优化处理：

• 降低污泥产量
  
  
• 提高沼气产量
  
  
• 降低能耗
  
  

为了达到降低运转费用和能耗这一总体目标，首先有必要先回顾一下在污水处理过程中的微生物工作原理：污水生物处理主要是由生物曝气装置(好氧污水处理) 和污泥厌氧消化塔(厌氧污泥处理)而大部分组成。好氧处理需要大量电耗进行充氧曝气，而污泥厌氧消化过程则相反是一个产能过程，在厌氧发酵过程中会产生大量生物沼气。因此，从能耗角度来看，厌氧生物处理总是优于好氧生物处理。但这里必须指出，在进行有机化合物的生物分解时，厌氧生物处理没有好氧生物处理来得彻底完全。 综上可知，从经济生态角度分析，市政污水处理厂只能通过以下措施才能提高能耗效率：1. 提高热电联产能力

2. 节省电耗

2 提高能源效率的各种措施

在采用厌氧稳定化工艺的市政污水处理厂内，生物处理阶段消耗大约50%~60%的电能， 而在采用好氧稳定化工艺的市政污水处理厂内，则生物处理阶段所消耗的电能最高达到总电耗的 80%。出于这个原因，必须特别注意生化曝气池的运转情况。处于第二位的电耗设施就是污水厂内的各种水泵和搅拌装置。通过以下措施可以对这些设备进行优化处理：

▶通过降低曝气流量, 降低回流污泥流量, 搅拌器间隙运转等，在短时间内完成优化处理。

▶部分或整体调整机械设备和电控技术。采用较高效率的电机, 更新沼气发电机, 优化电控技术, 更新曝气头和管道来降低压头损失, 提高泵井内液位，从而降低因为液位差而导致的水头损失等。

▶改进工艺处理技术： 更改曝气池的工作方式, 强化和/或定向利用省能的处理工艺 (例如滴滤床工艺)等。

▶提高沼气产量。缩短泥龄, 当污水中含有高碳浓度时提高初沉池的停留时间, 提高污泥浓缩性能, 优化消化塔的操作方式等。

▶采用新的处理工艺技术。ORC-装置, 对污泥脱水液单独进行处理(全程自养脱氮)等。

为了提高热电联产能力，必须设法增加厌氧消化塔的产沼效率和能力，同时采用沼气发电机(BHKW) 进行热电联产。通过额外增加产电，理论上可以覆盖市政污水处理厂内所需要的大部分电耗，从而降低运转费用。

扩大沼气产量的前提条件是污水厂内拥有足够的污泥消化塔容积。在德国，多数市政污水处理厂都能满足这一条件，这是因为大多数消化装置的实际运转负荷低于设计运转负荷。

提高沼气产量的另一个措施是缩短污泥消化停留时间。因为自2015年开始，德国逐步限制市政污泥农用，至2025年底基本要求所有市政污泥进行干化焚烧和磷回收处理。在这一背景情况下，就提出这一个问题：如果消化后污泥不再农用，是否还有必要对市政污泥进行厌氧稳定化处理 (一般来说消化时间是 25 ~30 d)。

一般来说，可以通过采取以下措施来提高消化塔的沼气产量：

▶将协同发酵基质输入污泥消化塔。只要后续污泥是焚烧处置, 则发酵装置就可以接受各种类型的餐厨垃圾和其他可生物发酵物质。

▶将非集中型高浓度污水直接输入污泥消化塔(例如，来自食品工业的高浓度污水和非食用油脂)。

▶有时还将一些工业废浓缩液直接输入污泥消化塔内。例如，有一个德国制药厂原来将其蒸馏塔的冷凝液作为废水输入附近市政污水处理厂。因为主要成分是异丙醇(Isopropanol), 虽然 COD 浓度高达约 200000 mg/L 但生物降解十分容易。所以现在将此浓缩液直接输入污泥消化塔之内，极大地提高了沼气产量。在直接向消化塔输入浓缩液之后，不仅获得能源，同时也降低了曝气能耗。通过这一实例显示，非集中型预处理措施和市政污水处理厂最终处理之间的协调十分重要，通过有效的厌氧消化处理，市政污水处理厂和制药厂双方都获益。

▶采用市政污泥粉碎工艺 (细胞粉碎工艺, 例如热水解或超声波粉碎工艺)。在很多科研项目中已经证实，市政污泥粉碎工艺可以提高沼气产量。为了提高沼气产量，在大型市政污水处理厂中，已经采用各种形式的热水解工艺对市政污泥进行粉碎处理。各种研究结果显示，市政污泥经过热水解处理之后沼气产量提高最大可达 25% 。