向著碳中和目標(biāo)：剩余污泥處置方式轉(zhuǎn)型

水處理網(wǎng)訊:未來城市設(shè)計(jì)高精尖創(chuàng)新中心郝曉地團(tuán)隊(duì)在Water Research雜志上，發(fā)表了題為Sustainable disposal of excess sludge: Incineration without anaerobic digestion（可持續(xù)剩余污泥處理/處置方式：超越厭氧消化直接焚燒）一文。在以“碳中和”為目標(biāo)的低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大背景下，該研究對(duì)污泥直接干化焚燒、傳統(tǒng)厭氧消化+焚燒、現(xiàn)代熱水解+厭氧消化+焚燒三種方法的系統(tǒng)能量衡算結(jié)果以及投資與運(yùn)行成本匡算結(jié)果進(jìn)行橫向?qū)Ρ?。?duì)比結(jié)果表明，在一定情況下，直接干化焚燒有望成為世界各國和地區(qū)的城市處理污泥的最佳解決方案。

01 項(xiàng)目背景

剩余污泥處理/處置目前在我國乃至世界范圍已成為比污水處理本身更為棘手的問題。丟棄（填埋、土地利用等）固然省事、省力、省錢，然而，城市周邊因容納空間限制而嚴(yán)重受阻。再者，在農(nóng)民連自己糞尿都不再返田的情況下（于是形成農(nóng)村污水處理問題?。r(nóng)民并不在乎污泥返田所能帶來的有限肥效；園林綠化也非接納污泥的永久去處，這就導(dǎo)致污泥“成災(zāi)”的嚴(yán)重局面。以至厭氧消化、干化焚燒相繼提到議事日程，乃至工程應(yīng)用。厭氧消化后污泥仍殘留50%70%的有機(jī)物“無地自容”，最終處置仍需焚燒環(huán)節(jié)。因此，在低端“丟棄”方式日益變得無路可走的情況下，不如以“蛙跳”方式直接實(shí)施“高端”焚燒方法。這就需要對(duì)污泥直接干化焚燒工藝進(jìn)行系統(tǒng)能量衡算以及投資與運(yùn)行成本匡算，使之與傳統(tǒng)厭氧消化+焚燒、現(xiàn)代熱水解+厭氧消化+焚燒方法橫向比較，以確定直接干化焚燒是否為污泥處理/處置的終極方式。

02 研究內(nèi)容

污泥直接干化焚燒工藝包括機(jī)械脫水、熱媒干化與單獨(dú)焚燒3個(gè)單元。含水率99%原污泥一般采用機(jī)械脫水方式將含水率降至80%，但距自持燃燒所需含水率（40%~70%）仍有一定距離。這就需要對(duì)80%含水率脫水污泥進(jìn)行熱媒干化，如，采用半干化方式使污泥含水率降至35%~50%。視污泥有機(jī)質(zhì)含量，40%~70%含水率污泥已具備自持燃燒能力，在800~900 oC溫度下可將污泥有機(jī)物完全燃燒并氧化至CO2，最后形成包括磷（P）在內(nèi)的無機(jī)物灰分。污泥焚燒釋放出的能量可通過熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)（CHP）發(fā)電、供熱，灰分中的P可通過化工工藝予以回收、生產(chǎn)磷肥。污泥直接干化焚燒能量赤字為109 kW·h/t 干污泥；對(duì)國內(nèi)50萬m3/d規(guī)模污水處理廠成本匡算顯示，投資和運(yùn)行成本分別為55 ×104 US$/t 干污泥、392 US$/t 干污泥（與實(shí)際項(xiàng)目數(shù)據(jù)接近）。

對(duì)比傳統(tǒng)污泥處理/處置工藝（重力濃縮、厭氧消化、機(jī)械脫水、熱媒干化、污泥焚燒）和現(xiàn)代污泥處理/處置工藝（增加污泥熱水解），能量赤字分別為324 kW·h/t 干污泥和313 kW·h/t 干污泥，相應(yīng)的投資與運(yùn)行成本分別為86 ×104 US$/t 干污泥/398 US$/t 干污泥和90 ×104 US$/t 干污泥/445 US$/t 干污泥。顯然，3種比較工藝中，無論能量赤字還是投資與運(yùn)行成本，污泥直接干化焚燒均處于最低水平。

如果污水（出水）余溫?zé)崮芡ㄟ^水源熱泵可以原位利用，污泥干化所需熱量則可以大為減少、甚至無需外部能源。據(jù)此，建議污泥實(shí)施分散干化（污水廠內(nèi)）、集中焚燒（鄰避效應(yīng)）。以這種方式，可將不能發(fā)電的低品位熱能間接通過污泥焚燒而轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢园l(fā)電的高熱能量，亦解決了污水余溫?zé)崮苤荒芫徒?-5 km）利用的弊端，使污水處理廠搖身變?yōu)槟茉垂S，不僅間接實(shí)現(xiàn)自身碳中和運(yùn)行，而且還可向社會(huì)輸電、輸熱。

污水中的P最終幾乎全部進(jìn)入污泥，并殘留于焚燒灰分中。因此，從灰分中實(shí)施P回收技術(shù)日漸成熟且回收率高達(dá)90%。P回收后的灰分可用作建筑材料，實(shí)現(xiàn)固體“零”排放。

最后，理論與經(jīng)驗(yàn)表明，污泥焚燒產(chǎn)生的尾氣污染物（二噁英、氮氧化物、重金屬）均在可控范圍，無須顧慮。

03 創(chuàng)新點(diǎn)和應(yīng)用價(jià)值

因填埋空間限制以及農(nóng)民不愿使用低肥效污泥返田，導(dǎo)致中大城市剩余污泥處理/處置需另尋出路；污泥脫水、干化后直接焚燒無論在能量赤字還是投資及運(yùn)行成本方面較其它高級(jí)處置方式均顯優(yōu)勢(shì)；污水余溫?zé)崮芙?jīng)水源熱泵提取可就近用于污泥低溫干化，分散干化污泥可集中焚燒（鄰避效應(yīng)）發(fā)電、供熱，實(shí)現(xiàn)低品位熱能向高熱能量轉(zhuǎn)化；污泥焚燒灰分是磷回收最佳選擇，可最大限度實(shí)現(xiàn)污水磷回收；污泥焚燒無須顧慮尾氣污染物（二噁英、氮氧化物、重金屬），它們?cè)诟邷叵虏灰咨苫虻玫接行Э刂啤?/p>

創(chuàng)新點(diǎn)

✔剩余污泥填埋以及農(nóng)用越來越受到限制，尋找可持續(xù)污泥處理/處置方式迫在眉睫

✔厭氧消化不能實(shí)現(xiàn)污泥完全減量化，并非污泥終極處置方式

✔污泥脫水、干化后直接焚燒無論在能量回收還是投資與運(yùn)行成本方面均較其它處置方式（厭氧消化+焚燒、熱水解+厭氧消化+焚燒）具有明顯系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

✔污泥處理/處置應(yīng)該更多地關(guān)注高效脫水、干化技術(shù)而非強(qiáng)化厭氧消化本身