太阳能污泥干化装置的运转费用

■ 高颖

德国DEW公司

太阳能污泥干化装置的运转费用

■ 高颖

德国DEW公司

本文描述了太阳能污泥干化装置在设计过程和标书描写时必须注意的一些重要事项。

太阳能；太阳能干化系统；市政污泥；干燥技术；热空气

0　引言

截至2010年底，在欧洲已经投入运转的太阳能污泥干化处理装置已超过450套。低碳节能已成为一种标准的分散型污泥干化处理技术，普遍被用户接受。但对于欧洲许多小型污水处理厂来说，仍必须和以下分散型污泥处理方案形成竞争格局：1） 将浓缩后稀浆污泥直接送往附近污水厂进行脱水干化处理；2） 采用移动型脱水装置进行脱水处理，然后直接外运；3） 采用固定安装的脱水装置进行脱水处理，然后直接外运；4） 采用固定安装的脱水装置进行脱水处理，然后进行热干化处理。

另一方面，就太阳能污泥干化处理工艺本身来说，因为翻泥技术的差异，处理工艺和配套设备在各供货商之间也有很大区别。总体而言，在德国采用太阳能污泥干化处理的装置可分成两大类：

1） 以德国Thermo System公司为代表的点式翻泥装置。一般是以批式方式工作：即通过铲车将脱水污泥送入太阳能干化车间，并进行均匀布料；然后由一台污泥小车（也称“污泥猪”或“电子鼹鼠”）进行点式翻泥，在经过很长时间的干化处理后（在德国平均每年处理4批污泥，根据季节每批翻泥时间3～6个月），再由铲车将干化污泥转入运泥卡车内。一般情况下，这一装置是对脱水处理进行干化处理。但根据用户要求也可注入稀浆污泥（约2%～ 4% DS），同时进行污泥浓缩脱水和污泥干化。但这种情况只能用于小型污水处理厂。

Thermo System公司是太阳能干化领域的先驱，早在1997年推出点式翻泥装置，并和德国各大学合作进行大量基础性研究，目前在全球已有100多套装置投入运转。但点式翻泥装置相对效率较低，并且又是批式工作，在污泥干化初始阶段，尤其是污泥固含量在30% DS以下时会产生臭味，因此这些太阳能干化装置都必须额外配置除臭装置；而在污泥干化尾端时期，又会产生大量粉尘问题。为了避免点式翻泥装置的缺点，Thermo System公司最近又推出门式翻泥装置，其翻泥效率是在点式翻泥装置和桥式翻泥装置之间［1］。

2） 以德国IST公司为代表的桥架型翻泥装置。一般是以连续方式工作：即通过铲车每天在干化车间的端部输入脱水污泥，然后桥架型翻泥装置沿整个干化车间的宽度进行整体翻泥。对于这种类型的翻泥装置来说，要求脱水的固含量最好在20% DS以上。因为桥式翻泥装置效率高、污泥曝气程度强，干化车间内绝大部分区域的污泥固含量在35%～75% DS之间，臭味程度远低于点式翻泥装置。因此，世界上除德国Thermo System公司一家之外，德国或者欧洲所有其他厂家都采用桥式翻泥装置［2，3］。

综上所述，在对中小型污水处理厂进行污泥干化处理时，根据不同的处理工艺一般可处理稀浆污泥和脱水污泥两类污泥，而对于不同太阳能干化装置所配置的外围设备会因此有很大差异。但不管采用哪种翻泥技术，在选择采用太阳能干化处理工艺之前都必须进行经济性分析。

1　经济性影响因素

影响太阳能处理经济成本的主要因素见表1。由表1可知，除各厂商所提供的运输、翻泥和通风技术设备外，整个项目还包含一系列其他因素会导致整个项目的投资费用明显上升。

表1　太阳能污泥干化处理工艺的主要费用组成

为了避免冬季污泥处理量下降或有时需污水处理，就必须对太阳能干化装置进行客观科学的设计，尤其是必须考虑“干泥排料”“冬季污泥额外储存”“渗滤液储存池”的问题。

此外，业主单位还必须考虑到在项目建设过程中的附加费用。例如：1） 项目审批费用、地基评估、静力计算和测试以及设计费用；2） 根据污泥干化装置的安装地以及周围住宅情况，审批单位有时对废气排放有很高的要求，此时还必须建造废气处理装置；3） 钢铁等原材料的涨价。

对于运转费用来说，可根据供货商提供的设备连接功率、运转时所需人工等计算，而这一数值是和不同的干化处理工艺（污泥运输、翻滚和通风方式）有关。

对于投资费用来说，可根据表1进行框算。在德国设备折旧时间计算方式为［4，5］：1） 土建构筑物的折旧时间为30年；2） 机械和电控设备的折旧时间为12～15年；3） 干化车间的外罩材料（阳光板、玻璃、塑料薄膜）的折旧时间为12～15年。

此时必须注意，干化车间配置玻璃与配置阳光板和塑料薄膜，对污泥的干化处理效果没有本质差别，只是较为美观。

通过和业主单位联系，并根据污水厂内的具体情况和已经存在的设备，可确定项目2、7、8、10、12～14所需投资费用，而只是简单地采用单位面积费用（万元/m3） 不是十分精确。

2　装置运转费用和政府资助补贴

太阳能干化装置作为一种新技术，目前在国内还没有开始进行工业化建设项目，因此无法进行准确的投资费用估算。但根据文献资料和太阳能干化装置的设备配置情况，可按照以下方法进行运转费用的估算。

根据德国的经验，可通过统计数据或数学模型获得平均值数据，可用于一般处理费用的估算，例如在德国每蒸发1 t水的处理费用约为30 ～60欧元［1］。 其中包含设备折旧费用、财务、保险和贷款利息等（即表1中1～22项内容）。

如果按照国内一般计算方法，处理费用仅指运转费用（电耗和人工费用），则运转费用十分低廉。在采用太阳能污泥干化工艺进行污泥干化处理时，由于热能是利用免费太阳能，能耗费用只局限在电费。因为电流消耗极低，每蒸发1 t水耗电约为10～30 kWh，操作费用很低。

装置操作简单并全自动运转，所费人工很少，一般每个干化车间每人每天只需0.5 h，其中包含一般的保养工作［6，7］。

如果按现在中国的电费 1元/kWh计算，在900 m2面积上进行纯太阳能污泥干化处理，此时由每蒸发1 t水而直接产生的操作费用约需10～30 元。若按表1的运转费用计算方式（17～ 22项内容）计算，则还应包括人工费用、零配件费用、干泥后处置费用和各种保险费用等。但总体来说，运转费用不可能超过60 元/t蒸发水。

具体项目还必须根据项目所在地的污泥处理要求和外围设备的配置状况等确定较为精确的处理费用。

图1　德国Marktbergel污水处理厂内的太阳能污泥干化装置（翻泥装置）

在德国各州，不管是对农村地区进行分散型处理，还是对多个污水处理厂进行集中处理，对太阳能干化装置的投资建设都有补贴，约占投资额的30%～90%。因此，目前许多污水处理厂对建造太阳能干化装置十分感兴趣。对于这种处理工艺来说，投资费用较高，而平时运转费用很低，为中小污水处理厂提供了一条可持续的污泥干化处理途径。甚至一些原规模较大的污水处理厂，因为政府补贴也对建造太阳能干化处理装置表现出极大兴趣。

3　标书形式

从理论上说，将标书分成土建包、暖房车间包（暖房结构和外罩）和机械技术包（运输、翻泥和通风技术）3个包时，会降低项目建设费用。但这种做法会增加工程建设各方的交接面，增加工程设计和实施的联络费用。如果要求工程顺利进行，则要求事先选择好所需太阳能污泥干化工艺，并书面明确澄清供货范围和工作交接面。因为在工程过程中，土建和干化车间以及通风技术相互关联，在同时进行不同工程包的内容时，如果和标书所描述的内容不符合（机械外形尺寸、干化车间的宽度和长度、大门宽度和高度），则会导致与业主间进行重新谈判，追加工程费用。

如果这3部分工程内容作为1个工程包由1个承包商实施，虽然整个工程投资费用稍高，但在中标之后价格稳定，工程各方不会产生相互扯皮的情况。

另外一种招标形式是对太阳能污泥干化装置采用功能标方式，即对所有太阳能干化处理工艺都开放。在各生产厂商投标后，由专家小组对各种处理系统进行评标。为了能客观准确地进行招标工作，则要求对干化装置的各种要求和各部件的质量仔细描写。如果业主单位和设计院对市场上各种太阳能干化系统没有详细且专业的了解，则很难实现这一点。

4　总结

一般来说，太阳能干化装置的成本计算是通过在当地框架条件下进行的经济性分析而获得。其中的一些关键参数是：脱水污泥的固含量、土地面积、干化污泥的后续处置方式和所选用的太阳能污泥干化工艺。

在污水厂拥有土地或土地租凭费用不高时，处理成本一般相对其他处理方案要低的多。

在进行采用或不采用太阳能污泥干化的经济成本比较分析时，必须综合研究考虑污泥脱水（采用移动型脱水装置或固定安装装置）外送焚烧（有时事先采用热干化处理），农肥或园林农用情况下所产生的处置费用，干化装置本身的投资费用和运转费用。此外，还必须考虑是否有可能采用低温废热支持加强太阳能干化处理［3］。

考虑到粉尘原因，干化污泥的固含量一般被控制在70%～85% DS范围内。如果不能农用，则这些干泥的处置费用相对要比90% DS以上干泥的处置费用高。这一点也应考虑在后处置费用之内。

太阳能污泥干化作为一种绿色生态技术，在投资建设过程中一般都得到德国政府的补贴资助。例如在德国巴腾府州，政府的补贴资助比例高出70%～95%。与此相反，在投入运转之后，对于所产生的运转费用，主要是电耗和人员费用，一般无政府补贴。

最后还必须指出，在进行经济性计算时未考虑到一些非经济性因素，如生态效应和社会效率。例如，通过分散型污泥干化处理可降低车辆运输和二氧化碳排放量，这些因素在进行决策时也应考虑进去。

［1］ Bux Markus. Verbrennung von solargetrocknetem Klärschlamm in Deutschland. Abschlussbericht im Auftrag des Ministerium für Umwelt und Verkehr Baden-Württemberg （unveröffentlicht）， 2003.

［2］ Grosser A， 高颖. 太阳能污泥干化处理［J］. 亚洲给水排水，2007， （5/6）: 48-51.

［3］ 高颖. SRT太阳能污泥干化处理系统-采用各种辅助热能的运转经验［J］. 太阳能， 2011， 1: 25-28.

［4］ Bux Markus， Baumann Rainer. Solare Trocknung von Klärschlamm， Verbreitung， Leistung und Kosten［M］. Korrespondenz Abwasser， 2003， 732-739.

［5］ KVR-Richtlinie des LAWA （200372005）.

［6］高颖. 利用太阳能进行市政污泥干化处理和生物能源回收［J］. 太阳能， 2010， 8: 29-32.

［7］高颖，王冰. 太阳能污泥干化技术的理论和实践［A］. 2011年中国节能减排技术装备发展国际论坛论文集［C］， 2011， 18-24.

2013-06-13

高颖（1958—），男，博士，主要从事污水处理、污泥处理和处置方面的研究。ying.gao@dew-techno.de