污泥处理单元与处理处置途径介绍

　　4.2物质流与设备规模

　　焚烧烟气量和干燥蒸发的水量分别是焚烧设备和热蒸发干燥设备规模的重要指标。图6将这两个指标列出2。由于污泥消化已将部分可燃物降解，所以烟气量均低于未消化污泥。如果机械脱水率高（Fl37Vw，Fl25Vw,和30Vw），仅通过预热燃烧空气便可实现自燃，不需要中间的干化。
 

　　4.3热能

　　图7列出焚烧前系统所需的热能以及从沼气和烟气中可回收的热能2。从中可以看出消化过程回收的热量在假定的消化条件下有一大部分又用于系统的保温。除机械脱水率低的20Vw方案外，所有其它方案均可不同程度地回收热能。计算中假定沼气和烟气的热能回收率为75%，在全干化的两个方案中（Fl30Tr95和25Tr95）取90%（相当于电厂热回收率）。
 

　　4.4 电能

　　图8为系统电耗2，在30-65KJ/人·天这样一个范围。图7中过程剩余热能在150-400KJ/人·天之间（20Vw除外）。取沼气转化电能30%，烟气热能转化为电能的25%，则剩余热能理论上所能转化的电能便与系统耗电在一个数量级上了。实际的系统中考虑到稳定性通常要有一定的余量，一次性投资的局限等，所以污泥焚烧过程的能量回收未必完全抵消系统的能耗。
 

　　图9给出以发电为最大目的发电量比较2。
 

　　在有消化的工艺组合中，发电量绝大部分来自沼气发电。Fl25Vw,20Vw以及全干化方案的发电量较高是因为输入了外界供给的能量。如果燃料计价低而发电量又有较好的补贴，则过程会有盈利，尽管同样的燃料用在发电效率高的常规电厂从能源利用效率上看更有意义。

　　二个全干化+焚烧的方案（Fl30Tr95和25Tr95）如果利用电厂的剩余热能进行干燥，干化后的污泥替代常规燃料，从能量的角度看是有意义的。实际中，除了以上所提及的污染物排放问题外，运输以及干燥后冷凝水的去向等又成了新的问题。

　　5 讨论

　　本文所涉及到的定量描述以欧洲污泥的基础数据和污泥处理工程实践为依据，试图指出污泥问题的系统性以及不同操作单元之间的物质与能量的相互关联，而其中定量化的结论与假设的边界条件有关。关于单元操作和工艺组合的描述与分析可以引出以下启示：

　　(1)         污泥问题涉及方方面面，如果将某一个或几个单元操作的结论扩展到全系统，就势必会容易以偏概全。 在规划和设计中通过对过程的物质和能量流进行分析可以使决策更科学化。

　　(2)         无论从卫生要求还是减量化和能量回收的角度，污泥厌氧消化在污泥处理处置系统中应得到更多重视。污泥消化遇到的问题常常是发酵时间长（反应中细胞壁的障碍使得水解过程过长），管理技术要求高等。近十多年欧洲污泥消化之前的预处理技术与工艺可以缓解这一问题，应当注意引进。

　　(3)         上面的分析显示，半干化如果作为焚烧的预处理，是否需要以及干化的程度主要取决于焚烧的系统优化。如果作为填埋的预处理或者作为污泥运往异地的污泥焚烧厂之前的预处理，在经济性和能耗方面存在很大的局限性。这时杀菌固化在绝大多数情况下会更经济、有效、合理。

　　(4)         现代污水处理厂污水处理及污泥脱水和稳定化的耗电约在250kJ/人.天2。如果不加辅助燃料的话，由上面的分析可看出，沼气、焚烧的电能回收小于均小于这一数值。也就是说，污水污泥处理是个净耗能的过程。

　　(5)         焚烧在减量化方面有明显优势，但应该对其在能量回收上所起的作用进行客观估价。减量伴随着污染物的富集，烟气净化的副产物属于特殊固体废弃物。

　　(6)         焚烧是否是中国目前要普及的对策，应在多方面加以考虑。国际上, 如前西德国，50万以上人口的城市均有至少一个污泥焚烧厂，但另一方面，西德超过50万人口的城市几乎屈指可数，而垃圾焚烧厂约有60个。如果中国垃圾的对策仍以卫生填埋为主的话，追求污泥焚烧似乎就不对称。(7)         将经过简单机械脱水后的污泥进行填埋会给填埋场造成很大压力，上面介绍的污泥杀菌与固化在中国几乎没有实施。在卫生填埋仍为垃圾处置的重要趋势和有限的资金更多要投向完善管网和提高污水处理率的大环境下，杀菌固化和卫生填埋不失为一个务实的解决途径。

　　过去的几十年中污水处理技术不断完善，但污泥问题即使在发达国家也仍然是一个难以解决的问题。从物质和能量流角度对污泥处置的思考自然会涉及污水的来源与最终归宿的问题。污水处理主要解决的是好氧有机物的降解和营养盐的去除，前者是能量携带体，但通过消耗能量的生化好氧过程转变成二氧化碳被排放。营养盐氮、磷的去除也需要消耗能量，剩余的一部分随出水流走进入水体，一部分留在污泥中。污水处理厂污泥由于成分复杂，资源回收很困难.现代的污水排放模式几乎完全截断了食品－废物－农业的物质循环。污水中大部分的有机物和绝大部分营养盐来自粪尿， 近年来国际国内开展的污水源分离的探索就是想将人粪尿单独分离出来回收能量和资源，同时改变目前污水处理高耗能和污泥处理处置困难的局面3。

　　主要参考文献：

　　[1]  ATV. Klaeschlamm(M), Ernst & Sohn Verlag,  1996, Berlin

　　[2] Zhang J. Stoff-und Energieflussanalyse bei der Planung thermischer  Klaerschlammbehandlung [J]. Korrespondenz  Abwasser 1999, 46( 4): 743-756

　　[3] 张健，高世宝，章菁，等. 生态排水的理念与实践[J]. 中国给水排水，2008，24（2）：10－14