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北极星环保即时报道：随着污泥处理工艺的不断创新，沼气资源化利用在热能回收和电力自给方面的应用日益广泛。如何实现沼气能源化利用的最大化效能，已成为业内高度关注的核心议题。在此趋势下，沼气提纯制备生物甲烷或可再生天然气的新技术正逐渐成为市场焦点。GWI现为您深度剖析这一领域的全球产业布局及发展前景。
在污泥厌氧消化过程中，沼气作为关键副产物被广泛关注。当前，污泥厌氧消化主要通过热电联产（CHP）模式，将沼气转化为热能或电能，用于降低污水处理厂自身的能源消耗。近年来，一种新兴技术逐渐普及，为沼气创造了更高的经济价值——即通过分离沼气中的甲烷和二氧化碳，将其提纯为生物甲烷（Biomethane）或可再生天然气（RNG），再输送到城市天然气管网或作为车用燃料，从而减少对传统化石能源的依赖。这一技术的推广得益于政府政策激励以及污水处理企业对碳足迹管理和能源效率的持续关注。
根据世界沼气协会（WBA）2019年6月发布的报告数据，当前通过沼气回收和资源化产生的能源潜力高达10,100至14,000 TWh。若将这些沼气用于发电，相当于全球电力消费总量的16-22%；若转化为生物天然气，则相当于全球天然气消费量的26-37%。WBA同时强调，沼气的充分开发利用不仅有助于减少全球温室气体排放，还能显著提升可再生能源在能源结构中的占比。
图1 沼气提纯制备生物天然气工艺流程
欧洲引领沼气提纯生物天然气产业发展
截至2016年，欧洲已建成近500个生物天然气生产设施，其中源自污水或污泥处理厂的比例相对较低，英国和瑞士是拥有最多污泥沼气改造设施的国家。在英国，生物天然气的处理成本主要受可再生热能激励计划（RHI）的调控。
RHI计划自2011年实施以来，通过科学核算每千瓦时可再生能源供暖的补贴标准，建立了完善的支付机制。众多英国水务企业，如水环纯水务公司（Severn Trent）、诺森伯兰水务公司（Northumbrian Water）、韦塞士水务公司（Wessex Water）和联合公用事业公司（United Utilities）等，已积极建设沼气提纯设施。然而，由于项目最终定价需在全部工程完成且生物天然气并入现有管网后才能确定，这些项目仍存在一定市场风险。
为降低风险，水务企业通过与监管机构紧密协作并强化技术管理，持续推进沼气提纯项目。Severn Trent公司在英国最大污水处理厂之一的Minworth厂内部署了沼气处理设施，该项目自2014年起开始向天然气输配管网输送生物天然气。
Severn Trent生物资源战略部经理Simon Farris向GWI表示，其运营的污水厂内配备的热电联产设备不仅满足厂区电力需求，还为电网贡献能源，这激发了企业探索更高效率能源利用模式的决心。
“政府鼓励可再生能源多元化发展，RHI政策的实施促使我们追求更高效的能源生产，并拓展更多可行的输出渠道。” Farris补充道。“通过沼气提纯制备生物甲烷，我们可以将原始沼气中的100%能源转化为可用气体，这比热电联产（仅能回收约80%能源）的效率更高。”
2018年5月，英国能源监管机构Ofgem为沼气提纯生物天然气项目提供收费保障机制，使RHI申请者在设备安装调试和认证前即可明确补贴标准，有力推动了该技术在水务行业的普及。荷兰沼气处理企业DMT环境技术总监Steven McCulloch认为，“这一政策变化将极大简化沼气-生物天然气项目的商业可行性分析”。预计未来欧洲沼气提纯生物天然气项目将呈现持续增长态势。
沼气提纯生物天然气技术方案解析
高压水洗技术是目前主流的沼气提纯工艺，能有效去除硫化物和硅氧烷等杂质。随着膜分离技术的兴起，市场格局正在发生变化。
膜分离技术早在数年前就已应用于沼气提纯领域。Severn Trent公司曾在其Minworth厂及其他污水处理厂采用水洗工艺，因其成熟可靠。而膜分离作为新兴技术，初期面临用户对膜表面污染的担忧，但近年来实践证明其效果显著，已获得众多终端用户认可。Severn Trent公司在其新项目中已采用Air Liquide的膜分离工艺。
相比水洗工艺，膜法提纯具有占地面积小、甲烷回收率更高的优势。“膜法工艺适用性极广，极少存在无法应用的情况。” McCulloch评价道。
除欧洲外，北美市场也开始探索膜分离技术。位于堪萨斯州奥克兰污水处理厂的沼气提纯生物天然气项目预计2020年初投产，采用苏伊士Methanis膜产品，标志着膜法工艺在北美市场的首次商业化应用。
然而，北美市场目前仍以水洗法为主。加拿大Greenlane Biogas首席执行官Brad Douville对GWI表示：“英国等欧洲国家的沼气提纯设施规模较小，而北美市场普遍采用更大规模设备。经比较，当提纯规模较大时，水洗法效果更优且更具成本效益。”
原标题:技术前瞻 | 沼气提纯生物天然气将如何提升污水处理厂经济效益？
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