安郝晓地，陈  奇，李  季，江  翰，梁  远

（北京建筑大学 城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室 中—荷污水处理技术研发中心，北京 100044）

摘  要：剩余污泥处理/处置目前在我国已成为比污水处理本身更为棘手的问题。丢弃（填埋，土地利用等）固然省事、省力、省钱，但限于填埋空间有限和土地利用受阻，再加上环境二次污染问题，这一低端途径已经或即将走进“死穴”，这也是发达国家面临的现实情况。高端污泥处理/处置以焚烧为代表，但多数国人认为投资太高而烧不起。针对这一问题，该研究以污泥脱水/干化后直接焚烧作为建议处理/处置方案，对这一建议工艺进行能量衡算以及投资与运行成本匡算，并与传统处理/处置工艺、介入热水解预处理工艺横向对比。计算结果显示，建议工艺与其它两种工艺对比，无论在能量赤字还是投资与运行成本上均为最低，分别为109 kW·h /t DS、374 万元/t DS和2 663元/t DS，较其它两种工艺能量赤字分别减少66.4%和65.2%，投资成本分别降低36.4%和39.2%，运行成本分别减少1.5%和12.1%。如果污水余温可就近用于污泥干化，建议工艺的可持续性将大为增加，不仅可实现污水处理厂自身碳中和运行，亦可能向外输电。以此同时，建议工艺额外好处是让灰分磷回收变得更加有效。

关键词：污泥焚烧；机械脱水；热媒干化；厌氧消化；能量衡算；成本分析

生物处理不仅是过去、现在盛行的污水处理方法，也将代表着未来。故而，污水处理副产物——剩余污泥是始终绕不开的问题。污泥处置方式，从开始的填埋、农用、绿化，一直到现在的堆肥、消化、乃至焚烧，这其中，污泥“丢弃”（如填埋、农用）显然是最为简单和经济的方式；在相对“地大物博”的中国、美国和英国丢弃所占比例较高, 分别达76%、59%和63% ^[1-4]。但是，在人均国土面积较小的一些欧洲国家和日本，丢弃应用比例持续下降，从法国46%，到德国27%，直至日本16%、荷兰11%（0%农用）^[1-4]，继而增加了厌氧消化、甚至焚烧的路径。

纵观欧洲等发达国家剩余污泥处理、处置历史，丢弃越来越受到空间和农业的限制，以至于很快变成一条“死胡同”。从省事、省力、省钱角度，中国固然想继续走丢弃的路子。然而，现实情况表明，我们没有足够可持续接纳污泥的填埋场地，农民亦不稀罕污泥中的肥效，园林绿化恐也难以长期接纳污泥。

这就形成了目前中国剩余污泥“成灾”的严重局面。因此，我们不得不“另辟蹊径”，以至于堆肥、消化、焚烧也相继提到议事日程并开始工程应用。在大多数国人眼中，焚烧投资与运行费用太高而望而生畏，一般首先考虑堆肥和消化。污泥堆肥出路有限，厌氧消化后仍有50%~70%的污泥有机物残留而“无地自容”，不得不再加焚烧环节最终处置。  

  鉴于此，我们认为，既然“低端”丢弃方式变得日益艰难，不如直接走向“高端”，即焚烧。当然，污泥焚烧需要将含水率降至一定范围（40%~70%^[5~6]）。所以，污泥脱水后仍需要进一步干化至目标含水率，而传统的厌氧消化则完全可以省略。污泥干化后焚烧不仅可以最大程度将污泥有机能量予以回收（发电、供热），而且焚烧后灰分是回收污水中磷（P）的最有效方式，甚至还可以回收重金属^[5~10]。

  基于这一思路，需要对污泥干化、焚烧建议工艺进行能量平衡、投资成本、运行费用匡算，并与传统厌氧消化为主的焚烧工艺进行技术经济比较，以揭示建议工艺在能量、投资以及运行方面的优势所在。

1干化+焚烧建议工艺

污泥直接干化、焚烧建议工艺包括机械脱水、热媒干化与单独焚烧三个单元，如图1所示。含水率³99%的原污泥采用机械脱水方式可容易将含水率降至80%（外运填埋标准）；常用机械脱水方式有压滤（带式、板框）、真空吸滤和离心等等，但较常用的是压滤^[11]。近年来，国内外也研发出一些新的脱水设备，如，电渗析脱水工艺^[11]。总之，将原污泥脱水至80%选择方案较多。

详见：中国给水排水2019年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会（第十届） 论文集