污泥处理中的低碳化策略研究

【关键词】污泥处理；低碳化处理；低碳化策略研究 　 

　　引 言 

　　近年来，随着社会经济的快速发展，全国各地都在发展循环经济，加速资源节约型和环境友好型社会的建设。随着污水污泥处理设施的普及，处理率的提高和处理程度的深化，污水污泥处理的产量将有较大的增加，由此，引起的二次污染问题也不容忽视。 

　　目前，如何合理地进行污泥处理处置已成为当务之急。现就污泥处理处置与同行共同探讨。 

　　1、污泥处理方法概述 

　　我国的污泥处理与处置还刚刚起步，在全国现有污水处理设施中有污泥稳定处理设施的还不到一半之多，处理工艺和配套设备较为完善度更是不够，能够正常运行的就更少，污泥直接排放造成的二次污染已经严重影响生态文明建设，必须予以充分重视。 

　　就笔者所知，我国现今应用最为广泛的污泥处理处置技术主要有：污泥填埋、污泥堆肥、污泥热处理（污泥干化）等方法。污泥干化技术因运行成本高，发展比较缓慢，仅局限在小范围内及生产性研究方面。 

　　清洁发展机制的低碳排放核算机制是基于长期的全球碳平衡，因此其不计入污泥污水等生物降解火燃烧而产生的二氧化碳中。生物焚烧所产生的二氧化碳需要经过十年或上百年的时间才能重新汇集到生物体内，而堆肥处理却使得大量碳元素仍然保留在原来的堆肥产品中，经过试用后大部分仍人保存着生物质谈状态，因此，污水污泥焚烧和堆肥的实际碳排放效果并不相同。 

　　为了便于与对不同的污水污泥处理过程的碳排放量进行比较，在核算碳排放量的基础上，参考资源化处理率等指标，定义处理过程的低碳化程度D为： 

　　 D=（EM-E）/EM，其间E=EC-ER 

　　式中：EM为最大碳排放量，取厌氧填埋情况下的碳排放值，作为比较基准；E为某项处理过程的总碳排放量，EC为处理过程的碳排放量，ER为处理过程的碳排放效应。 

　　2、污泥处理技术的低碳化排放研究 

　　采用联合国政府间气候变化专门委员会的质量平衡方法，算碳排放。污泥厌氧的填埋过程中的CH4和CO2的产生量分别为： 

　　 ECH4=W*DOC*DOCf*MCF*F*16/12 （1） 

　　 ECO2=W*DOC*DOCf*(1-MCF*F)*44/12 （2） 

　　（16/12是CH4/C分子量比率；44/12是CO2/C分子量比率。） 

　　式中：W――污泥的质量； 

　　DOC――可降解的有机碳，污水污泥中DOC取决于产生该污泥的废水来、处理工艺； 

　　DOCf――实际降解的可降解有机碳比率； 

　　MCF――甲烷修正因子，对于在厌氧填埋中，可以选择是100%； 

　　F――填埋气体中的CH4体积比率，可按50%计算； 

　　将（1）和（2）相加，可得到1吨CH4的全球变暖趋势按21吨CO2计算，所以厌氧填埋的碳排放： 

　　ECH4=0.033W，ECO2=0.092W 

　　EM~0.792W 

　　根据CJT―249―2007城镇污水处理厂污泥处理含水率要降至60%一下才能进入填埋场。因此需要进一步干化，假如采用热干化法，将进一步增加处理过程中的碳排放量。 

　　污泥干化焚烧发电：污泥中有机燃烧最终形成的碳排放量： 

　　 ECO2=W*CF*OF*44/12=0.312W (3) 

　　式中：CF――污泥碳含量，取湿污泥的10%； 

　　OF――氧化因子，取85%。 

　　污泥焚烧前一般需干化不同的干化方法消耗的能源也不同。1千克的标准大气压下的汽化潜热是2512千焦/千克，1千克80%汗水污泥干化至30%最少需要1793千焦/千克。统一用无烟煤供热，燃煤及干化机综合热效率按50%算，干化系统耗电按35千瓦时/吨湿污泥计。污泥的焚烧发电效率与污泥热值有关，污泥的热值差异也较大，也是6000~24000千焦/千克干污泥之间。考虑热损失，燃烧效率和发电效率按30%热量进行发电，则1136千焦用于发电，发电量为0.315千瓦时，焚烧厂本身耗电占发电量的20%~30%。 

　　2.1污泥好氧堆肥 

　　污泥好氧堆肥过程中的大部分DOC转换化为CO2和微生物有机质，和少量CH4产生于堆体的厌氧部分，但是其很大程度上在堆体的有氧部分产生氧化。释放到大气的CH4大概是干材料中的碳含量低于1%至几。以此，堆肥处理过程中产生的碳排量： 

　　 ECO2=W*DOC*DOCf*44/12=0.238W (4) 

　　其中，DOCf――好氧堆肥条件下分解的可降解有机碳的百分比，考虑到堆肥完全腐化后DOC转化率超过99.5%，碳在堆肥过程中有大约2/3转化为CO2其余1/3用于细胞合成，以此该值可取0.65。 

　　2.2污泥混烧处理 

　　污泥混烧处理是应用工业窑炉比如水泥窑，用电厂的燃烧器混烧污泥，可以节约污泥焚烧设施的建设，介于投资费用和用地，于是在近年来发展很快。以下就简单介绍几种电厂混烧方法，如湿污泥直接混烧法，污泥干化后混烧法等。根据不同的技术要求使用不同的混烧方法，也可以起到减少碳排放的效果。 

　　3、污泥的低碳化处理策略 

　　笔者对污泥处理技术进行了适当的评估（具体评估方法不在此赘述），评估结果表明，要实现低碳化处理，首先要调查研究生物质能利用的可能性，然后根据结果充分利用各种污泥处理技术。 

　　从以上分析可知，污水污泥的低碳化处理策略原则基本为以下几点：1通过脱水，消化和利用余热的干化达到污泥量减的效果；2应用厌氧消化产沼回收生物能；3用余热干化后在电厂混烧；4余热干化后焚烧发电；5好氧堆肥；6应用稳定化热处理减少填埋过程中的甲烷排放；7降低处理过程的能耗。 

　　4、结语 

　　污泥的低碳化处理不仅仅是利国利民的大计，更是一种顺应时代潮流。在污泥处理过程中，由于污泥中组成复杂，一定要因地制宜，根据实际情况对污泥的处理选择合理的处理方法，要实现低碳化处理，一定要调查研究生物质能利用的可能性，然后根据结果充分利用各种污泥处理技术。  

　　参考文献 

　　[1]戴海龙.低碳产业及我国高碳产业低碳化途径[j].农业科技与信息.2011,08:62-64. 

　　[2]黄海龙，曹新闻.浅谈“低碳”时代下机械产品的绿色化[j].装备制造技术.2011,05:93-94.