王欽祥，張 穎

（深圳市寶安排水有限公司，廣東 深圳 515100）

目前，溫室氣體的主要起源為污水污泥處置進程中的碳排放數(shù)量，為了有效改善污泥處置進程中的排放碳數(shù)量，經(jīng)常采取污泥處置技術(shù)中的質(zhì)量平衡模型核準(zhǔn)碳排放數(shù)量，經(jīng)過低碳化水平的評價，創(chuàng)建了針對不同層次要求的污水污泥低碳化處置措施。通過大量實踐證明，污泥厭氧消化沼利用、余熱干化后焚燒與混燒發(fā)電等技術(shù)的低碳化水平較高，在不能利用這些處置措施的區(qū)域，利用好氧堆肥與填埋前實施好氧平穩(wěn)與處置，也是非常優(yōu)良的低碳處置方法。因此，低碳化處置已成為污泥處置的新措施，且通過與區(qū)域經(jīng)濟、技術(shù)、社會環(huán)境相融合，能夠更好地順應(yīng)國內(nèi)污泥處置由衛(wèi)生無害至碳減排的立體化要求。

1 具體研究方法

1.1 研究回顧性解析與邊界

清潔發(fā)展體制的碳排放核準(zhǔn)是依據(jù)長期的世界碳平衡，所以無法將其統(tǒng)計在污泥等生物質(zhì)分解與焚燒形成的二氧化碳中。生物質(zhì)焚燒形成的二氧化碳要通過數(shù)十載甚至上千年才可再次聚集至生物體內(nèi)，然而，堆肥處置可使數(shù)量龐大的碳元素存留在堆肥產(chǎn)品中，使用后絕大多數(shù)碳元素依舊維持了生物質(zhì)碳的形態(tài)，所以污泥焚燒與堆肥的實際碳排放數(shù)量完全不可等同。將80%含水率脫水污泥作為回顧性解析得知，碳排放核準(zhǔn)不只包含了CH4，同時也包含了二氧化碳以及處置進程損耗能量形成的碳排放，抵扣了輸出能量或產(chǎn)物使用時代替燃料與原料所形成的節(jié)能減排的成果。

1.2 低碳化評價方式與基本準(zhǔn)則

如何對不同污泥處置進程中的碳排放實施對比，尤其在核準(zhǔn)碳排放的根本上，可參照資源化處置率等標(biāo)準(zhǔn)，定義處置進程的低碳化水平為：DLC=（Emax-E）/Emax，其中，E=Ec-ER，公式中最大碳排放為Emax，可獲得厭氧填埋狀況下的碳排放數(shù)值，作為對比基準(zhǔn)；E是某處置進程中的整體碳排放量，Ec是處置進程的碳排放量，ER是處置進程的碳降低排放效應(yīng)。

1.3 污水處置低碳運轉(zhuǎn)的實踐意義

當(dāng)前，國內(nèi)城市污水排放量較大，并表現(xiàn)出逐漸上升趨向，而城市污水處置領(lǐng)域歸類為高消耗領(lǐng)域，尤其是與現(xiàn)階段提倡的節(jié)能環(huán)保綠色經(jīng)濟政策不符，所以消耗問題成為不可被忽略的關(guān)鍵話題。當(dāng)下，國內(nèi)城市污水處置重點應(yīng)用的是生化處置工藝，該工藝不僅耗電量巨大，同時也會消耗燃料與藥品。傳統(tǒng)的污水生化處置技術(shù)是借助微生物降解污水中的有機物，實現(xiàn)減少水體COD與BOD的目標(biāo)。然而，此種處置方法會直接或間接釋放二氧化碳等，形成了溫室效應(yīng)，不符合綠色環(huán)保的基本準(zhǔn)則。因此，改進傳統(tǒng)污水處置技術(shù)，采用更先進的低碳運轉(zhuǎn)應(yīng)對措施，是實現(xiàn)經(jīng)濟可循環(huán)發(fā)展的高效策略[1]。因此，污水處置低碳運轉(zhuǎn)措施不僅包含了降低污水處置進程中碳的釋放數(shù)量，更關(guān)鍵的是為了減少污水處置的耗能，應(yīng)從根源上節(jié)約碳源，進一步實現(xiàn)綠色環(huán)保的目標(biāo)。不僅如此，減少污水處置進程中的資源損耗，更有助于減少污水處置投入費用，從而實現(xiàn)節(jié)約資本的目標(biāo)。

2 日常采取污泥處置技術(shù)碳排放的詳盡解析

2.1 污泥衛(wèi)生填埋技術(shù)

利用聯(lián)合國政府間氣候變動專門委員會質(zhì)量平衡方式來核算碳排放數(shù)量。在污泥厭氧填埋實踐中，CH4和CO2的產(chǎn)生量具體為：ECH4=W?DOC?DOC?MCF?F?16/12，ECO2=W?DOC?DOC?（1-MCF?F）?44/12，公式中，W是污泥品質(zhì)，DOC是可降解有機碳，污水污泥中DOC決定了形成此污泥廢水的根源與處置工藝，其IPCC推薦數(shù)值為千污泥的40～50%，按照污泥含水率的80%核算，結(jié)果濕污泥中DOC的含量為8～10%，如果按照10%核算，DOC1為實踐解析可降解有機碳的比值，IPCC的推薦獲取為50%；MCF是甲烷修正因子，針對厭氧填埋場，可篩選為百分之百；F是填埋氣體中的CH，其體積比值依照50%核算；16/12則是CH，C為分子量比率；44/12是CO2/C的分子量比率。將以上公式相加，1 t的CH的全世界變暖走向依照21 t的CO2計算，代入相關(guān)數(shù)據(jù)之后，具體厭氧填埋碳排放是：ECH4=0.33W，ECO2=0.092 W，則Emax≈0.792 W。依據(jù)《城鎮(zhèn)污水處置場污泥處置混合填埋泥質(zhì)》（CJT249-2007），污泥含水率則應(yīng)降低到60%以下，才可以進入填埋場地，所以脫水污泥要深入干化，但如果利用熱干化，就會提高處置進程的碳排放數(shù)量。

2.2 污泥干化焚燒發(fā)電

污泥含有有機碳燃燒結(jié)果產(chǎn)生的碳排放數(shù)量為：ECO2=W?CF?OF?44/12=0.312W，其中污泥含碳量為F，獲取濕污泥10%；OF是氧化因子，獲取85%。此外，在焚燒前通常要干化，不相同的干化技術(shù)所產(chǎn)生的消耗區(qū)別非常大。在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水汽化潛熱是2 512 kJ/kg，而1 kg的含水率為80%的污泥干化后至少含水率為30%，最少需要熱量為1 793 kJ/kg。大致按照無煙煤供熱，燃煤及其干化機的整體熱效率依照50%計算，干化體系耗電依照35 kWh/t濕污泥核算。電力碳排放參照重點火電企業(yè)發(fā)電單位CO2排放量為0.7～0.8 kg/kWh。結(jié)果干化進程碳排放大約是：ECO2=W×1793/50%×0.098×10-3+35×0.8×10-3=0.379 W。

污泥焚燒發(fā)電效率與污泥熱數(shù)值有著密切關(guān)系，污泥熱值區(qū)別非常大，大約在6 000～24 000 kJ/kgDS區(qū)間。對于干固體低位熱值在20 000kJ/kg的污泥，如果含水率降低到30%，結(jié)果1 kg原污泥就含有干固體0.2 kg，發(fā)熱量為4 000 kJ，含水率為80%，含干固體0.2 kg，發(fā)熱量為4 000 kJ，含水率下降到30%之后，水分剩余0.086 kg，蒸發(fā)消耗215 kJ的熱量，余下熱量為3 785 kJ。考量熱損失、燃燒效率與發(fā)電效率，則依據(jù)30%熱量來發(fā)電，結(jié)果1 136 kJ可發(fā)電，發(fā)電數(shù)量為0.315 kWh，焚燒廠自身損耗電占比發(fā)電量大致20%～30%，依據(jù)外輸電力230 kWh/t核算，此狀況下減排數(shù)量是：ER=W×0.230×0.8=0.184 W，所以，污泥焚燒發(fā)電碳排放數(shù)量為：E=0.312W+0.379W-0.184W=0.507W，按照以上公式，污泥干化焚燒發(fā)電低碳化水平是DLC=（0.792-0.507）/0.792=36%，假設(shè)利用余熱資源進行污泥干化，結(jié)果能夠節(jié)省干化消耗，具體干化進程碳排放為ECO2=35×0.8×10-3=0.028 W，碳排放量為E=0.312W+0.028W-0.184W=0.156W，結(jié)果低碳化水平是：DLC=（0.792-0.156）/0.792=80.3%[2]。

2.3 污泥好氧堆肥

此進程絕大多數(shù)情況下將DOC轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸寂c微生物有機質(zhì)，少數(shù)CH形成在堆體的厭氧局部，而最大程度上在堆體有氧位置出現(xiàn)了氧化。排放至大氣的CH，預(yù)估值是干原料中初始碳含量小于1%直到幾個百分點。對于具備優(yōu)良通風(fēng)體系堆肥進程，所排放的CH為默認值。所以堆肥處置進程形成的碳排放為：ECO2=W?OC?DOC?44/12=0.238W，其中DOC是好氧堆肥情況下分開可降解有機碳的比值，考量堆肥全部腐熟之后DOC解析率超出了99.5%，碳在堆肥進程中大約有2/3轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?，剩?/3被應(yīng)用于細胞組成，所以此數(shù)值為0.65。參照相關(guān)堆肥處置項目建造執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，電耗依照10 kWh/t核算，附加碳排放量是ECO2=W×0.01×0.8=0.008 W，雖然堆肥產(chǎn)品能夠作為肥料替換部分化肥，進而降低化肥加工制作進程中的碳排放數(shù)量，隨之因堆肥產(chǎn)品實操中，無法完全替換化肥，以至于不考量堆肥產(chǎn)品碳減排效應(yīng)，整體碳排放是E=0.238W+0.008W=0.246W，隨之低碳化水平為：Dtr=（0.792-0.246）/0.792=68.9%。

此外，堆肥進程把污泥中絕大多數(shù)的DOC轉(zhuǎn)變成為二氧化碳與腐殖質(zhì)，防止了厭氧進程中CH的排放量，進一步形成了碳減排成果。畢竟污泥好氧堆肥的投入成本遠小于干化焚燒，如果污泥性質(zhì)與堆肥產(chǎn)品符合土地執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，好氧堆肥就會成為極為經(jīng)濟的降碳方式。因此，針對填埋而言，通過污泥平穩(wěn)化目標(biāo)的好氧預(yù)處置，可降低填埋進程中甲烷的排放。

2.4 污泥厭氧消除

污泥消化具體包括好氧消化與厭氧消化兩種類型，其中厭氧消化可以借助沼氣，是目前國內(nèi)污泥消化最重要的方式。針對污泥厭氧消化產(chǎn)生沼氣發(fā)電，污泥厭氧法形成CH與二氧化碳的具體公式為為：ECH4=W?DOC?DOC?MCF?F?16/12=0.033W；ECO2=W?DOC?DOC?（1-MCF?F）?44/12=0.092 W。處置進程則要損耗電能攪拌且受熱，依據(jù)40 kWh/t核算，附加碳排放具體是ECO2=W×0.04×0.8=0.032 W，甲烷燃燒形成后整體碳排放數(shù)量為：Ec=W?DOC?DOC?44/12+0.032W=0.215 W。沼氣發(fā)電效率通常在25%～30%，絕大多數(shù)為0.2 kg，甲烷可再次利用1 kEh電能。所以減排數(shù)量是ER=ECH4/0.2×0.8=0.133 W，整體碳排放具體為E=EC-ER=0.082 W，低碳化水平是DLC=（0.792-0.082）/0.792=89.6%。因此，污泥消化不僅能夠通過運用沼氣減少碳排放量，而且利用污泥的減量化和平穩(wěn)化也能明顯降低水泥餅的運送成本以及進程中的碳排放量以及今后填埋進程的碳排放量。

2.5 污水除磷及其脫氮工藝

污水除磷一般依據(jù)反硝化基本原理，綜合進行除磷與脫氮，結(jié)果可使碳能源有所節(jié)省，且能夠改變污水中的有機物。目前，可采用非常穩(wěn)定的生物除磷新工藝改善整個處置效果，創(chuàng)造優(yōu)良的實際運轉(zhuǎn)場景。污水脫氮處置能夠合理使用自養(yǎng)脫氮技術(shù)，實施短程硝化，高效減少排出CO2的整體數(shù)量，并且能科學(xué)地控制體系運轉(zhuǎn)，整體上減少處置費用。

2.6 不同處置技術(shù)低碳化水平對比

當(dāng)污泥處置技術(shù)相同時，不同處置設(shè)備、設(shè)施技術(shù)數(shù)據(jù)、處置水準(zhǔn)與能效都會有較大區(qū)別，在碳排放方面的結(jié)果也會存在較大區(qū)別，以上核算結(jié)論只反應(yīng)了此技術(shù)的基礎(chǔ)水準(zhǔn)，在實際應(yīng)用項目時，則要參照對應(yīng)的公式進行調(diào)節(jié)。因此，對比不同處置技術(shù)的碳排放狀況，污泥厭氧消化產(chǎn)沼應(yīng)用、預(yù)熱干化焚燒、混凝低碳化的水平較好，其在實踐中具備雙重減排效應(yīng)，不僅降低了污泥填埋形成的CH4，同時也釋放和降低了應(yīng)用化石燃料時二氧化碳的釋放，所以為優(yōu)先選擇的污泥低碳化處置技術(shù)。然而，好氧堆肥無論被用于單獨處置，或者作為填埋前的預(yù)處置，經(jīng)過有機質(zhì)的平穩(wěn)化都可避免甲烷的形成，且對于厭氧填埋也具備顯著的降排效應(yīng)。

3 污泥低碳化處置應(yīng)對措施

國內(nèi)不同區(qū)域發(fā)展的差異化較為明顯，不相同區(qū)域針對污泥處置只是為了符合衛(wèi)生無害訴求直至服務(wù)于低碳城市建造發(fā)展，且差異非常大。所以，低碳化不只是為順延減排化與無害化、資源化等污泥處置的創(chuàng)新構(gòu)成，其與其他技術(shù)、社會、經(jīng)濟共同決定了需要務(wù)必處置的應(yīng)對策略。

參照針對污泥處置技術(shù)的評判結(jié)論及中國社會發(fā)展情況與污泥處置的狀況，如何完成污泥低碳化處置，首先要考量污泥生物質(zhì)可利用的可行性，比如：污泥數(shù)量龐大，則需要創(chuàng)建厭氧消化設(shè)備，進而實施生產(chǎn)沼澤發(fā)電，同時低碳化水平達到了90%，與厭氧填埋進行沼氣回收相比，厭氧消化沼氣的產(chǎn)值平穩(wěn)，收集率較高，純度好，更有利于凈化效果。假設(shè)不建立厭氧消化設(shè)施，則需要利用區(qū)域水泥窯或燃煤電廠，混燒經(jīng)過余熱干化之后的污泥，進一步降低污泥處置設(shè)備的成本投入，且實現(xiàn)了降低碳排放的目的，主動購買節(jié)約燃煤且合理繳納污泥處置花費，全面推動了企業(yè)健康發(fā)展。假設(shè)污泥處置數(shù)量較少，可采取直接混燒濕污泥的方法，以節(jié)約干化設(shè)備建造的費用及運轉(zhuǎn)成本。在無法滿足上述條件的情況下，則要考慮建設(shè)獨立的污泥焚燒爐，以便干化之后實施焚燒發(fā)電。針對經(jīng)濟相對落后的區(qū)域，需要利用好氧堆肥，該方法一般適用于礦山土地恢復(fù)、園林綠化、填埋土等。假設(shè)沒有更好的辦法，則要考慮把污泥和生活垃圾進行融合，實施好氧預(yù)處置，然后進行填埋，預(yù)處置只需要單純的發(fā)酵過程，保持污泥的平穩(wěn)化，降低含水率，這樣才能夠降低填埋過程的碳排放數(shù)量，完善填埋作業(yè)效果。

通過以上分析并參照國內(nèi)城市普遍發(fā)展?fàn)顩r，仍有部分技術(shù)沒有涉及到，比如：用污泥制造建材，此技術(shù)能夠完成污泥資源化應(yīng)用，但在國內(nèi)污泥處置中應(yīng)用得比較少。另外，污泥的含水量較大、體積巨大，減量化對降低之后持續(xù)處置的負擔(dān)及其處置過程中的碳排放產(chǎn)生了深遠影響。針對特定的大城市來講，單一的處置技術(shù)已經(jīng)無法順應(yīng)目前的處置整體訴求，所以要依據(jù)實際狀況合理組合處置技術(shù)。

總之，污水污泥低碳化處置應(yīng)對措施的準(zhǔn)則，可按照以下幾方面執(zhí)行：第一，通過加強脫水、消化與應(yīng)用余熱干化實現(xiàn)污泥含量的下降；第二，通過厭氧消化生產(chǎn)沼氣、回收生物質(zhì)能；第三，成余熱干化完后，將其應(yīng)用于電廠、水泥窯混燒；第四，余熱干化完成后進行焚燒發(fā)電；第五，好氧堆肥；第六，通過平穩(wěn)化預(yù)處置技術(shù)，降低填埋過程中甲烷的釋放量；第七，降低處置過程的能耗。

4 污水處置低碳運轉(zhuǎn)應(yīng)對措施

4.1 減少污水處置不同步驟的能耗

污水處置進程損耗重點是對電能的損耗。當(dāng)下污水處置技術(shù)中電能損耗比較多的步驟為：預(yù)處置早期污水含量提高、生化處置的曝氣等進程、污泥濃縮與脫水進程及污泥與混合液的回流過程。在諸多步驟中，生化處置進程與污泥脫水濃縮進程的耗電量占整個工藝耗電量的60%～90%上下。基于此，完成污水處置低碳運轉(zhuǎn)需要改進不同的技術(shù)，才可減少污水處置的能源消耗，實現(xiàn)節(jié)能降排成效[3]。

此外，在污水處置程序中，不同步驟通常依據(jù)預(yù)先制定的數(shù)據(jù)運轉(zhuǎn)。然而，在實際處置過程中，污水的流量與水質(zhì)在不斷改變，造成了污水處置過程中，經(jīng)常出現(xiàn)能量過度消耗，且出水水質(zhì)不符合要求的情況。對此，技術(shù)人員要及時監(jiān)督進水水質(zhì)和水量，并以此為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整污水處置設(shè)備的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，使設(shè)備運轉(zhuǎn)形態(tài)完全符合進水標(biāo)準(zhǔn)。因此，應(yīng)用在線檢測技術(shù)和數(shù)字創(chuàng)模技術(shù)，將產(chǎn)生良好的應(yīng)用效果。

4.2 降低外加劑的應(yīng)用

污水處置過程不僅消耗大量電力，且在完善污水化學(xué)組成過程中，還會增添外加劑，從而間接地損耗資源。所以為了減少污水處置過程的能量消耗，就要降低電力的損耗和外加劑的應(yīng)用。從實踐中不難發(fā)現(xiàn)，與減少污水處置過程中的電能損耗相比，降低外加劑的應(yīng)用比較簡單可行。一般情況下，城區(qū)生活污水與養(yǎng)殖廢水中含有的有機物濃度偏高，但工業(yè)污水中有機物的含量則較低，如果將這兩種污水參照相應(yīng)比值進行融合，則可降低或減少碳源。另外，不同工業(yè)廢水的pH值也有所不同，如果把兩類或不同種類pH值的污水通過科學(xué)配比進行融合，也會節(jié)約調(diào)整污水pH值的外加劑。在污水脫氮除磷處置過程中，應(yīng)選擇生物方式，而不是化學(xué)方法，這樣不僅能夠減少費用投入，同時也可以全面提升污水脫氮除磷成效。

4.3 改進污泥處置步驟

剩余污泥的處置為污水處置進程中消耗極大的時段。一般污水處理廠針對污泥實施脫水濃縮之后，會添加藥物進行加固，或直接進行高溫處置，然而，一系列操作后不僅浪費了剩余污泥此種潛，同時還提高了污水處置廠的運轉(zhuǎn)費用。因此，污泥資源化成為處置剩余污泥問題的關(guān)鍵，因為剩余污泥為污水生化處置的副產(chǎn)物，被公認為潛在的綠色資源，然而，實際操作過程中，只需要解決剩余污泥中的二次污染難題，即可變廢為寶，將大量剩余污泥轉(zhuǎn)化成優(yōu)良的資源，最終確保處置設(shè)備能夠繼續(xù)良好地運轉(zhuǎn)。

5 結(jié)語

總而言之，針對污泥日常采用的處置技術(shù)進行碳排放計算時，可通過低碳化方式實施評價，綜合不同地域狀況擬定低碳化應(yīng)對措施，具體結(jié)論如下：第一，污泥厭氧產(chǎn)沼利用、余熱干化+焚燒發(fā)電、余熱干化+電廠混燒、好氧堆肥等技術(shù)的低碳化水平整體情況較為理想。第二，低碳化應(yīng)對措施可最大程度地降低污泥形成量與處置量，并在情況允許的區(qū)域展開厭氧產(chǎn)沼應(yīng)用，或借助余熱干化之后導(dǎo)入工業(yè)窯爐混燒或焚燒發(fā)電。對于經(jīng)濟落后的區(qū)域，則可借助好氧堆肥與填埋前實施好氧平穩(wěn)與處置?？傊岣叩吞嘉鬯幹玫木C合效能，實施低碳化建設(shè)，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)，并全面推動污水處置事業(yè)的可循環(huán)與健康發(fā)展。