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DQZHAN技術訊：向著碳中和目標：剩余污泥處置方式轉型

未來城市設計高精尖**中心郝曉地團隊在Water Research雜志上，發表了題為Sustainable disposal of excess sludge: Incineration without anaerobic digestion（可持續剩余污泥處理/處置方式：超越厭氧消化直接焚燒）一文。在以“碳中和”為目標的低碳經濟發展的大背景下，該研究對污泥直接干化焚燒、傳統厭氧消化+焚燒、現代熱水解+厭氧消化+焚燒三種方法的系統能量衡算結果以及投資與運行成本匡算結果進行橫向對比。對比結果表明，在一定情況下，直接干化焚燒有望成為世界各國和地區的城市處理污泥的*佳解決方案。

01 項目背景

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重受阻。再者，在農民連自己糞尿都不再返田的情況下（于是形成農村污水處理問題?。?，農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長久去處，這就導致污泥“成災”的嚴重局面。以至厭氧消化、干化焚燒相繼提到議事日程，乃至工程應用。厭氧消化后污泥仍殘留50%70%的有機物“無地自容”，*終處置仍需焚燒環節。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”方式直接實施“優異”焚燒方法。這就需要對污泥直接干化焚燒工藝進行系統能量衡算以及投資與運行成本匡算，使之與傳統厭氧消化+焚燒、現代熱水解+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**方式。

02 研究內容

污泥直接干化焚燒工藝包括機械脫水、熱媒干化與單獨焚燒3個單元。含水率?99%原污泥一般采用機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80%含水率脫水污泥進行熱媒干化，如，采用半干化方式使污泥含水率降至35%~50%。視污泥有機質含量，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物完全燃燒并氧化至CO2，*后形成包括磷（P）在內的無機物灰分。污泥焚燒釋放出的能量可通過熱電聯產技術（CHP）發電、供熱，灰分中的P可通過化工工藝予以回收、生產磷肥。污泥直接干化焚燒能量赤字為109 kW·h/t 干污泥；對國內50萬m3/d規模污水處理廠成本匡算顯示，投資和運行成本分別為55 ×104 US$/t 干污泥、392 US$/t 干污泥（與實際項目數據接近）。

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對比傳統污泥處理/處置工藝（重力濃縮、厭氧消化、機械脫水、熱媒干化、污泥焚燒）和現代污泥處理/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，相應的投資與運行成本分別為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行成本，污泥直接干化焚燒均處于*低水平。

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如果污水（出水）余溫熱能通過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。據此，建議污泥實施分散干化（污水廠內）、集中焚燒（鄰避效應）。以這種方式，可將不能發電的低品位熱能間接通過污泥焚燒而轉變為可以發電的高熱能量，亦解決了污水余溫熱能只能就近（3-5 km）利用的弊端，使污水處理廠搖身變為能源工廠，不僅間接實現自身碳中和運行，而且還可向社會輸電、輸熱。

污水中的P*終幾乎全部進入污泥，并殘留于焚燒灰分中。因此，從灰分中實施P回收技術日漸成熟且回收率高達90%。P回收后的灰分可用作建筑材料，實現固體“零”排放。

*后，理論與經驗表明，污泥焚燒產生的尾氣污染物（二噁英、氮氧化物、重金屬）均在可控范圍，無須顧慮。

03 **點和應用價值

因填埋空間限制以及農民不愿使用低肥效污泥返田，導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行成本方面較其它上等處置方式均顯優勢；污水余溫熱能經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）發電、供熱，實現低品位熱能向高熱能量轉化；污泥焚燒灰分是磷回收*佳選擇，可*大限度實現污水磷回收；污泥焚燒無須顧慮尾氣污染物（二噁英、氮氧化物、重金屬），它們在高溫下不易生成或得到有效控制。

**點

?剩余污泥填埋以及農用越來越受到限制，尋找可持續污泥處理/處置方式迫在眉睫

?厭氧消化不能實現污泥完全減量化，并非污泥**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）具有明顯系統優勢

?污泥處理/處置應該更多地關注高效脫水、干化技術而非強化厭氧消化本身