污水处理单位不仅是全球甲烷的重要排放源，也是全球甲烷排放增长最快的排放源之一，同时也具有很大的减排潜力。夏天为什么越来越热了。大数据显示，甲烷（CH4）在全球变暖中的作用正在呈加速上升势态，它的全球增温潜势是二氧化碳的21倍！
更令人惊讶的是，污水处理厂被看作是导致气温上升的“罪魁祸首”之一！研究发现，污水处理单位不仅是全球甲烷的重要排放源，也是全球甲烷排放增长最快的排放源之一。为此，生态环境部及各省市区不得不对污水处理厂的甲烷排放采取“限制”措施。
一、发布5年行动方案，有效控制污水处理领域甲烷排放
近日，北京市印发实施《北京市甲烷排放控制行动方案》，系首个按照国家《甲烷排放控制行动方案》（环气候〔2023〕67号）要求印发实施《方案》的地区。
《方案》提到，到2030年，污水处理、固体废弃物处置、能源活动、农业活动等4大重点领域甲烷排放得到有效控制，甲烷资源化利用取得较大进展，打造一批试点示范工程，甲烷排放总量保持下降趋势。
其中在污水处理领域，减少污水管网和污水处理厂甲烷排放，持续提升污水处理设施运行管理能力，到2030年，污水处理领域甲烷排放保持总体稳定，力争进入下降通道。
值得一提的是，早在前两年生态环境部等11部门就对污水处理厂“甲烷控制”提出要求和指导意见：
全面提升城镇生活污水收集处理效能，稳步提高污泥无害化、资源化利用水平。鼓励有条件的污水处理项目，采用污泥厌氧消化等方式产生沼气并加强回收利用。
全面落实城镇污水处理厂污染物排放标准，加强甲烷排放数据质量监管，探索利用卫星遥感等技术开展甲烷异常排放监管。保障甲烷排放监管工作经费，持续提升专业化监管能力。
推动污水处理厂定期报告甲烷排放数据，组织开展数据核查、抽查和现场检查工作，稳步提升甲烷排放数据质量。
强化污染物与甲烷协同控制措施，鼓励对废水有机物含量高、可生化性较好的行业依法依规与城镇污水处理厂协商水污染物纳管浓度，减少甲烷产生。
二、8个污水厂甲烷排放控制措施，重点关注DO、COD、水温等参数
据了解，污水处理过程甲烷等温室气体排放包括直接排放和间接排放。
直接排放是指在污水处理过程中，通过气液界面，直接逸散到大气中的温室气体，主要是甲烷和氧化亚氮，两种气体的产生量仅次于二氧化碳。间接排放是指污水处理过程中由于曝气、搅拌等所消耗的电能及碳源等药剂投加。
以黑龙江省某污水处理厂为研究对象，实际工作中发现，影响甲烷释放量的因素有化学需氧量浓度、溶解氧、水温、pH等。
溶解氧（DO）的影响。由于水中溶解性甲烷会随着曝气溢出，溶解氧越高曝气强度越大，溢出的溶解性甲烷越多。因此，甲烷的释放量随着溶解氧浓度的升高而增大。
温度（水温）的影响。由于产甲烷菌的活性随着基质温度的升高而增加，因此甲烷释放量随温度升高而升高，甲烷夏季的释放量明显大于冬季。
化学需氧量（COD）的影响。研究发现，甲烷的产生需要严格的厌氧环境，厌氧区的COD在100～400mg /L的范围内，COD越高越有利于释放出大量的甲烷。
根据上述对污水厂甲烷的来源以及影响因素的分析，再结合众多水处理从业者的实际经验，总结出了4个污水处理甲烷排放的控制对策。
措施1）准确选择低碳水处理技术
选择生物处理，减少药剂用量，较化学处理方法降低了药剂、药剂制备和运输过程产生的温室气体。生物处理选择节碳工艺，减少外加碳源。采用厌氧工艺处理高浓度污水，进水有机物浓度越高，所回收的沼气越多，经过收集利用后削减温室气体排放的贡献越大。
措施2）采用合理厌氧发酵工艺和装置
采用合理厌氧发酵工艺和装置，全面提高厌氧消化设备的沼气产气率和去污率，增加沼气的产出。从废水厌氧处理阶段直接回收的沼气可用于厂内供电、生产过程燃料消耗等，不仅完成了污水处理、实现了能源回收利用，同时还削减了处理运行管理费用，降低了后续的好氧投入，缩短了工程投资回收年限。
措施3）加强污水处理水的回用
加强经城市污水处理厂处理后排放的污水的回收再生利用，降低其以处理水的形式进入到海洋、河流或湖泊等自然水体中所产生的甲烷及其它温室气体排放量，削减其环境风险。
措施4）降低污水厂运行能耗
采用高效能的总体设计、新工艺、新设备的选用、优化总体工艺设计，选择高效的设备和装置，有效降低污水处理厂运行能耗，直接减少城市污水处理厂的温室气体的排放。
三、污水厂甲烷综合利用途径；沼气发电技术，每年节约电费500万
在《甲烷排放控制行动方案》之前，《产业结构调整指导目录》等一系列基于“双碳”目标出台的政策文件，都在支持或强调对甲烷（沼气）这一可再生能源开展综合利用。
事实上，通过沼气的回收利用，不仅可以降低污水处理厂的碳排放量，还可以给污水处理厂带来一年百万元的收入。
目前，污水处理厂气回收再利用的形式较多， 常规的有沼气发电、沼气锅炉、 沼气提纯、 沼气拖动鼓风机等。其中，沼气发电技术是目前最为典型的沼气回收再利用技术路线之一，已应用在较多实际工程中。
沼气内燃机发电技术，主要分为三部分：沼气预处理系统、沼气发电系统、尾部烟气余热回收系统。 沼气先后经阻火器、脱水罐、脱硫罐预处理后进入储罐，再由增压风机送入沼气发电机组进行燃烧，燃烧所得的热量主要用于发电，产生的电力并网后用于厂区生产。
一座日处理量为40万吨的污水处理厂日产污泥量约为120吨，日产沼气量约为5000立方米，依据沼气发电的气耗率，日产沼气5000立方米可满足兴建一个规模为2.5MW的沼气电站。
假设沼气发电机组在气源稳定的情况下可以长时间稳定运行，平均功率为额定功率的80%，年运行时间按300天计算，一座2.5MW沼气电站在去掉自用电后，每年可外供电量为1396.8万 kWh。
而一座40万吨/d的污水处理厂年用电量大约为700万kWh，因此仅厂内用电一项每年即可为污水处理厂节约开支约550万元，沼肥收入约为50万元。
此外，除了满足污水处理厂自身用电，沼气发电厂每年还可向输电管网供电696.8万kWh，供电收入约为166.74万元，减去160万元的运营成本后， 每年还能净收入6.74万元。
需要特别指出的是，利用沼气发电需要符合下列要求，才可以将沼气作为发电机组的燃料：
1）甲烷含量不低于40%的体积百分比；2）沼气温度不高于50 ℃；3）沼气中甲烷体积含量≥60%，且硫化氢≤300mg/Nm3、氯氟化物≤150mg/Nm3、氨≤30mg/Nm3，粉尘粒度≤5μm、含量≤30mg/Nm3，且无液体成分、湿度低于80%。
