安郝曉地，陳  奇，李  季，江  翰，梁  遠

（北京建筑大學 城市雨水系統與水環境省部共建教育部重點實驗室 中—荷污水處理技術研發中心，北京 100044）

摘  要：剩余污泥處理/處置目前在我國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，但限于填埋空間有限和土地利用受阻，再加上環境二次污染問題，這一低端途徑已經或即將走進“死穴”，這也是發達國家面臨的現實情況。高端污泥處理/處置以焚燒為代表，但多數國人認為投資太高而燒不起。針對這一問題，該研究以污泥脫水/干化后直接焚燒作為建議處理/處置方案，對這一建議工藝進行能量衡算以及投資與運行成本匡算，并與傳統處理/處置工藝、介入熱水解預處理工藝橫向對比。計算結果顯示，建議工藝與其它兩種工藝對比，無論在能量赤字還是投資與運行成本上均為最低，分別為109 kW·h /t DS、374 萬元/t DS和2 663元/t DS，較其它兩種工藝能量赤字分別減少66.4%和65.2%，投資成本分別降低36.4%和39.2%，運行成本分別減少1.5%和12.1%。如果污水余溫可就近用于污泥干化，建議工藝的可持續性將大為增加，不僅可實現污水處理廠自身碳中和運行，亦可能向外輸電。以此同時，建議工藝額外好處是讓灰分磷回收變得更加有效。

關鍵詞：污泥焚燒；機械脫水；熱媒干化；厭氧消化；能量衡算；成本分析

生物處理不僅是過去、現在盛行的污水處理方法，也將代表著未來。故而，污水處理副產物——剩余污泥是始終繞不開的問題。污泥處置方式，從開始的填埋、農用、綠化，一直到現在的堆肥、消化、乃至焚燒，這其中，污泥“丟棄”（如填埋、農用）顯然是最為簡單和經濟的方式；在相對“地大物博”的中國、美國和英國丟棄所占比例較高, 分別達76%、59%和63% ^[1-4]。但是，在人均國土面積較小的一些歐洲國家和日本，丟棄應用比例持續下降，從法國46%，到德國27%，直至日本16%、荷蘭11%（0%農用）^[1-4]，繼而增加了厭氧消化、甚至焚燒的路徑。

縱觀歐洲等發達國家剩余污泥處理、處置歷史，丟棄越來越受到空間和農業的限制，以至于很快變成一條“死胡同”。從省事、省力、省錢角度，中國固然想繼續走丟棄的路子。然而，現實情況表明，我們沒有足夠可持續接納污泥的填埋場地，農民亦不稀罕污泥中的肥效，園林綠化恐也難以長期接納污泥。

這就形成了目前中國剩余污泥“成災”的嚴重局面。因此，我們不得不“另辟蹊徑”，以至于堆肥、消化、焚燒也相繼提到議事日程并開始工程應用。在大多數國人眼中，焚燒投資與運行費用太高而望而生畏，一般首先考慮堆肥和消化。污泥堆肥出路有限，厭氧消化后仍有50%~70%的污泥有機物殘留而“無地自容”，不得不再加焚燒環節最終處置。  

  鑒于此，我們認為，既然“低端”丟棄方式變得日益艱難，不如直接走向“高端”，即焚燒。當然，污泥焚燒需要將含水率降至一定范圍（40%~70%^[5~6]）。所以，污泥脫水后仍需要進一步干化至目標含水率，而傳統的厭氧消化則完全可以省略。污泥干化后焚燒不僅可以最大程度將污泥有機能量予以回收（發電、供熱），而且焚燒后灰分是回收污水中磷（P）的最有效方式，甚至還可以回收重金屬^[5~10]。

  基于這一思路，需要對污泥干化、焚燒建議工藝進行能量平衡、投資成本、運行費用匡算，并與傳統厭氧消化為主的焚燒工藝進行技術經濟比較，以揭示建議工藝在能量、投資以及運行方面的優勢所在。

1干化+焚燒建議工藝

污泥直接干化、焚燒建議工藝包括機械脫水、熱媒干化與單獨焚燒三個單元，如圖1所示。含水率³99%的原污泥采用機械脫水方式可容易將含水率降至80%（外運填埋標準）；常用機械脫水方式有壓濾（帶式、板框）、真空吸濾和離心等等，但較常用的是壓濾^[11]。近年來，國內外也研發出一些新的脫水設備，如，電滲析脫水工藝^[11]。總之，將原污泥脫水至80%選擇方案較多。

詳見：中國給水排水2019年中國城鎮污泥處理處置技術與應用高級研討會（第十屆） 論文集