废水含有丰富的有机质和碳能，具有巨大的潜在能量生产潜力。当进水废水中有机物含量较高时，易产生大量的能量。污水处理厂的主要能源是沼气池产生的沼气。利用沼气加热和发电是一种从污水处理厂回收能量的可行方法，并可减少污泥排放。
西班牙
对西班牙加泰罗尼亚地区的5个污水处理厂进行的能量平衡分析表明，原污水中67%的能量被转移到污泥中。污泥的厌氧消化可以将其转化为沼气，回收其中52%的能量。这种沼气可以用来取暖和发电。消化污泥中典型的沼气成分包括约50%~70%的ch₄和30%~50%的co₂。与无污泥消化的污水处理厂相比，有污泥消化的污水处理厂平均净能耗比无污泥消化的污水处理厂低40%。
热电联产（chp）技术可以同时从单一燃料中获取电能和热能。利用污泥厌氧消化的chp系统是现有能源自给型污水处理厂采用最多的技术，如strass（奥地利）、steinhof（德国）和sheboygan（美国）污水处理厂。在美国，133个场址有污水处理热电联产系统。在荷兰，污泥消化已经被许多污水处理设施广泛使用，产生了9500万nm³的沼气，势能值为2215 tj。
美国
美国东湾市政公用事业区（ebmud）污水处理厂位于美国加利福尼亚州奥克兰市，平均流量为70 百万加仑每天，并于2012年成为北美第一个能源中性的污水处理厂。各种废弃物，包括油脂、餐厨和酒厂废物，在工地外收集，然后运往废物处理设施。预处理后的混合废浆被送入ebmud的嗜热消化池，与污泥一起消化，使沼气产量提高了近70%。沼气池中的沼气首先在制冷装置中进行除湿，然后经过一系列活性炭罐进行硅氧烷的除湿。通过联合消化项目和升级热电联产设施，ebmud生产的电力可满足污水处理厂126%的电力需求，剩余电力则供应给电网。
（美国华盛顿blue plains污水处理厂实景图）
美国华盛顿blue plains污水处理厂由哥伦比亚地区水和下水道管理局运营，包含多种深度处理措施（如硝化反硝化，多种形式过滤，氯化/脱氯），最为知名的一项技术是污泥热水解技术（cambi™），该技术的应用使得厌氧消化的产气量显着提高，污泥热电联产的能量达到了13兆瓦。blue plains污水处理厂包括四条cambi™热水解工艺（thp）线（每组包含6个反应器）用于污泥预处理，四个14200 m³中温厌氧沼气池用于沼气生产，三台4.6 mw燃气轮机用于发电和热回收。热电联产装置利用沼气发电同时提供蒸汽，不仅可抵消33%的电力消耗，还可减少40%的温室气体排放。thp预处理后的污泥可以以较高的有机负荷率、较低的沼气池容积供给沼气池，进一步提高了工程的经济性。
美国南哥伦布水资源设施（wrf）采用了一种创新型工艺cbft3（哥伦布有机固体材料高温处理工艺），包含高温连续搅拌釜反应器（cstr），2台高温活塞流反应器和2台中温cstrs同时联合运行。这种两阶段结构的设计是为了分开厌氧消化过程的水解/酸化生成和产甲烷过程，从而提高工艺稳定性和甲烷产量。2011年污水厂安装了一个1.2万加仑的接收罐来进行污泥-油脂的共消化。cbft工艺与共消化工程相结合，沼气产量提高到422 717 m³/h，产气率比纯污泥消化提高了25%~50%。电厂拥有两台1.75 mw热电联产机组，总电耗38%，净发电量1.38 mw，满足电厂40%的用电需求。此外，cbft、工艺、油脂共消化和热电联产运行将使温室气体co₂净排放量每年减少9600吨。该厂热电联产工艺的投资回收期不到10年。
奥地利
奥地利strass污水处理厂全球首个在主流工艺上实践厌氧氨氧化的污水处理厂，该厂以主流传统工艺（ab法）与侧流现代工艺（厌氧氨氧化）相结合方式实现剩余污泥产量最大化，在2005年通过厌氧消化产甲烷并热电联产实现了108%的能源自给率，完全达到碳中和运行目标。目前，该厂利用剩余污泥与厂外厨余垃圾厌氧共消化，使得能源自给率高达200%，不仅实现能源自给自足，而且还有一半所产生的能量可以向厂外供应，已成为名副其实的“能源工厂”。
国内
国外污水厂沼气产业起步早，发展也已经比较成熟了。国内一些污水处理厂也开始实践污水厂能源回收利用，利用污泥、餐厨垃圾联合厌氧消化产沼气，但是推广发展中仍然面临着各种政策和技术问题。
（1）污水厂的设计和运营与可持续发展的要求不一致。例如，延长曝气，增加了一些生物滤池以提高氮的去除率，增加了能源化学消耗，成为温室气体排放的不可忽略的来源。
（2）下水道系统的发展相对滞后。雨水稀释导致废水中的有机物不足以支持反硝化和厌氧污泥消化。据估计，中国的污水处理厂不到3%配备了厌氧消化设施，其中相当一部分运转不佳。
（3）还存在污泥厌氧消化效率低下、充氧效率不高、污水厂管理能力偏弱等问题。因此，需要从政策和技术两方面下手。首先政策方面，注重从政府规划政策层面打破污水处理厂与下游行业的壁垒，因地制宜规划再生水利用、能源综合利用的生态综合体，打通资源化、能源化利用出路。建立污泥资源化、沼气利用的产业标准。大多数欧洲国家都有自己的沼气标准。例如，瑞典要求输气管网中生物甲烷含量不低于97%。其次在技术方面，提高污泥厌氧消化效率，创新厌氧氨氧化等技术的实践。研究高效的设施和材料以及更好的工艺控制技术以优化水厂运行。没有一种方法可以完美地解决所有的问题，而是根据具体的需求情况进行了综合，所有的系统都可以进行优化，从而获得更多的收获，节省更多的能源。
来源：上海国际水展
