向著碳中和目標(biāo)：剩余污泥處置方式轉(zhuǎn)型 來(lái)源：WaterResearch
未來(lái)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取?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(guó)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(guó)乃至世界范圍已成為比污水處理本身更為棘手的問(wèn)題。丟棄（填埋、土地利用等）固然省事、省力、省錢(qián)，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(wèn)題！），農(nóng)民并不在乎污泥返田所能帶來(lái)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(wú)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(wú)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?jī)?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(wú)機(jī)物灰分。污泥焚燒釋放出的能量可通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)（CHP）發(fā)電、供熱，灰分中的P可通過(guò)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(guó)內(nèi)50萬(wàn)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(wú)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^(guò)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(wú)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(guò)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(wú)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(wú)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(wú)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(lái)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(wú)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
