在眾多歐洲國家，污水處理廠的傳統(tǒng)工藝及管理方式由于高能耗，高碳足跡而不可持續(xù)。在美國，平均的污水處理廠能耗約為每年每人29kWh/PE,  處于在16到71 kWh的范圍。在歐洲，對應的能耗范圍為20-120kWh/PE。Jonasson等人的調查表明，英國、瑞典和奧地利污水處理廠的平均能耗分別為38、42、35 kWh/PE。也有研究指出五個北歐的污水處理廠能耗為31-47.2kWh/PE，南澳大利亞的污水廠能耗為30-120kWh/PE （平均為60kWh/PE）。德國的指南設定最優(yōu)污水能耗范圍為20-30kWh/PE，隨著工藝的不同，能耗也會有所差異。

污水處理廠已經(jīng)被公認為是水工業(yè)界溫室氣體排放的主要來源。Gustavsson和 Tumlin的研究表明當使用有脫氮功能的傳統(tǒng)活性污泥法時，處理每立方污水的溫室氣體排放量約為0.9-2.2kgCO2，他們同時也認為污水處理過程中最主要的溫室氣體貢獻來自于N2O。如何在不影響處理水質的情況下，經(jīng)濟可行地降低溫室氣體排放，已經(jīng)成為眾多污水處理廠面臨的一大挑戰(zhàn)。

D. Mamais等人以十個希臘的污水處理廠為研究對象。這些污水廠的服務人口范圍從1萬到4百萬，工藝也多種多樣，如傳統(tǒng)活性污泥法加污泥厭氧消化、延時曝氣脫氮等。生物處理系統(tǒng)占整個污水廠能耗超過55%，而生物處理系統(tǒng)中的曝氣是主要能耗單元。其次，預處理系統(tǒng)和污泥處理系統(tǒng)分別約占整個污水廠能耗的11%和8%。

研究表明十個污水廠的平均能耗在夏季要高于冬季(如Figure 1)，夏季平均為42.3 kWh/PE，冬季為34.5kWh/PE。規(guī)模較小的五個污水廠（1.5萬-10萬人口當量，WWTP 1-5，無初沉池，采用延時曝氣工藝），平均能耗為44kWh/PE，而規(guī)模相對較大的五個污水廠（10萬-400萬人口當量，WWTP 5-10，均有污泥厭氧消化加沼氣產(chǎn)熱系統(tǒng)），平均能耗為32kWh/PE。

污水處理廠的溫室氣體排放可分為直接排放和間接排放。直接排放主要來源于生物處理、污泥處理、生物沼氣燃燒（用于產(chǎn)熱或產(chǎn)電）；而間接排放主要和能源消耗及污泥處置有關。在該研究中規(guī)模較小的五個污水廠，由于采用延時曝氣工藝，溫室氣體平均排放量為110 kgCO2/PE，普遍高于五個規(guī)模較大并采用傳統(tǒng)活動污泥工藝的污水廠的平均排放量80kgCO2/PE。直接排放占比平均為45%。此外，隨著污水廠規(guī)模的提高，直接排放溫室氣體占比下降而間接排放占比增加。

研究人員同時對希臘雅典市最大的污水廠Psyttalia（處理水量為4百萬人口當量）做了更為細致的能耗解析。Psyttalia污水廠在2004年8月完成全部建設，在旱季的平均處理水量達到每日1百萬噸，確保排放水BOD小于25mg/L, 總氮小于10mg/L。

處理工藝中有12個生物反應池，總容積為298,140立方米，后續(xù)接64個矩形二沉池，總表面積為52,150平方米。該污水廠已經(jīng)采取了一系列的能耗優(yōu)化措施，如通過厭氧消化產(chǎn)沼氣發(fā)電，應用高效曝氣系統(tǒng)（變頻鼓風機、超細氣泡分散、溶解氧監(jiān)測與控制等）。研究分析指出，通過降低溶解氧濃度，可以節(jié)約6-10.1%的能耗（相當于每年1400-2900 MWh）；降低污泥齡可節(jié)能6.2%；通過上述優(yōu)化措施，該廠每年可節(jié)能4500 MWh。

摘譯自 Wastewater treatment process impact on energy savings and greenhouse gas emissions。原文發(fā)表于國際水協(xié)會學術刊物 Water Science & Technology

D. Mamais, C. Noutsopoulos, A. Dimopoulou, A. Stasinakis，and T. D. Lekkas; Wastewater treatment process impact on energy savings and greenhouse gas emissions; Water Science & Technology, 71(2):305-308, 2015