城市污水处理厂污泥处理处置碳排放分析——以淮南市为例

张 楠,孟祥瑞

(安徽理工大学矿业工程学院,安徽 淮南 232001)

随着城市化进程加快,城市污水处理厂日益增多,污水处理厂的增加使得污泥的产量也在急速增加。我国城市污水处理规模已超过2亿m3·d-1,居世界首位,污泥产量突已破6 000万m3/年[1]。我国是目前全球碳排放第一大国,排放量占全球的25%以上。其中,污水处理行业碳排放量占全国总碳排放量的1%～2%,在环保产业中占比最大[1]。为此,2022年中国环境保护产业协会发布了我国污水处理领域首个低碳团体标准:《污水处理厂低碳运行评价技术规范》。在污水处理中,污泥的处理处置既是碳排放的贡献者,同时又具有巨大的碳减排效应[2]。由于污泥处理处置方式多种多样,不同处理环节产生的污泥泥质和含水率都不同,因而每种处理环节的碳排放量也不相同[3]。所以,对污泥处理处置方式的碳排放进行分析比较是减少污泥处理处置乃至污水处理碳排放的关键。

在碳中和背景下,国家发改委对国内八大行业(电力、钢铁、有色、化工、石化、建材、造纸、航空)的碳排放制定了核算方法和报告指南,但城市污水处理这一行业还没有制定统一的核算方法。文献[4]采用生命周期评价方法,构建污水处理系统影响评价模型,确定研究的边界范围,构建全流程生命周期清单,将污水处理系统分为污水处理阶段、输送阶段和污泥处置阶段进行环境影响评价,为研究污泥处理处置过程的碳排放提供了思路。文献[5]对污泥处理处置工艺的核算边界(即碳源和碳汇)进行分析,并以目前国内外主要的3种处理处置工艺为例,通过对核算边界的分析,为碳排放核算方法的建立提供了理论依据。文献[6]1 188对国内4种典型污泥处理处置路线进行碳核算,结果表明“厌氧消化+土地利用”这一技术路线的碳排放量最少,是最佳的处理处置方式。文献[7]2 459以上海市为例研究污泥处理处置的碳足迹,研究结果表明,深度脱水后焚烧是大城市合理和可持续的污泥管理方案。

上述研究工作都取得了一定的成果,但不同类型城市所采取研究方案与技术的不同会导致碳排放量也不相同。且以往的研究多是同化污泥处理处置过程,很少考虑不同污泥处理处置方式带来的碳排放变化,因此,需要对不同污泥处理处置方式进行碳排放分析。而生命周期评价[8](Life Cycle Assessment,LCA)是对产品、工艺或服务从原材料采集,到产品生产、运输、使用和最终处置整个生命周期阶段(从“摇篮”到“坟墓”)的能源消耗及环境影响进行评价的工具,可以有效地分析并比较不同污泥处理处置过程造成的碳排放。因此,本研究利用LCA为分析工具,以安徽省淮南市为例,分析并比较土地利用、卫生填埋、发电厂协同焚烧以及建材利用这4种常见的污泥处理处置方式的碳排放,以期为类似淮南市的能源型城市制定污泥处理处置方案提供较为科学合理的决策依据。

1 研究方法

1.1 区域概况

淮南市是国务院批复确定的华东地区以煤炭、电力为主的能源生产基地,安徽北部重要的中心城市和国家重要的能源基地[9]。全市下辖5个区、2个县,总面积5 650km2,常住人口302.7万人[10]。近年来,随着合肥经济圈、中原经济区规划和皖北协同发展等一系列战略的实施,淮南市社会经济发展、城镇化和工业现代化进程加快,近10年来其污水排放量增加了约38.8%,污水处理能力增加了约38.7%。然而,污水处理量的增加使得污泥产生量增加了约66.2%,干污泥的处置量增加了825%[11],污泥处理处置的任务更加艰巨。截至2020年底,淮南市建成并运行的城镇污水处理厂共8座,污水处理能力为44.5万t/d,污泥日均产生量为180.14t(按含水率80%计)。淮南市城镇污水处理污泥产生量65 931.35t,无害化处置65 931.35t,其中建材利用19 059.54t,焚烧利用45 818.33t,其他处置1 053.48t(污水处理设施菌类培养)[12]。

1.2 试验方法

本研究碳排放量计算起点是污泥从污水处理厂中污泥泵房里含水率为80%的污泥开始,到最终处置作为产品输出或能量回收。整个碳排放计算边界包括两个部分:一是污泥处理阶段的碳排放;二是污泥处置阶段的碳排放。污泥处理方式主要有脱水和干化两种方式;污泥处置的方式多种多样,目前国内外主流的污泥处置方式有土地利用、卫生填埋、建材利用以及焚烧。焚烧技术具有减量化明显、无害化彻底、余热回收、灰渣利用等优点,逐渐成为国外污泥处置的主流技术[13]。但此前的研究中焚烧过程都是在专门的焚烧厂进行,使得焚烧的投资与运行费用过高。淮南是一个能源型城市,拥有丰富的煤炭资源与多座发电厂。考虑到淮南市的实际情况,焚烧采用发电厂协同焚烧的方式。根据已有研究[14-15],本文基于生命周期评价方法对4条污泥处理处置技术路线进行碳排放分析,分别为:L1含水率80%污泥+运输+干化+发电厂协同焚烧;L2含水率80%污泥+运输+干化+焚烧+建材利用(制砖);L3机械压力脱水+好氧堆肥+运输+土地利用;L4机械压力脱水+运输+卫生填埋。取1t干污泥作为功能单位,4条污泥处理处置生命周期系统边界如图1所示。

图1 污泥处理处置生命周期系统边界

1)含水率80%污泥+运输+干化+发电厂协同焚烧 在淮南市可将污泥外运至发电厂进行干化,干化后的污泥符合电厂掺烧需求,与煤混合燃烧,可以作为补充燃料提供能源。这一过程中污泥处理环节主要是污泥的干化,处置环节则是发电厂协同焚烧,污泥不完全燃烧会产生CO2、CH4和N2O等温室气体。

2)含水率80%污泥+运输+干化+焚烧+建材利用(制砖) 建材利用的污泥含水率需要降低至40%,淮南市部分污水处理厂将80%含水率的污泥经过脱水运输至水泥厂或砖窑厂经干化、焚烧处理之后进行建材利用。该过程包括污泥处理阶段的运输与干化以及污泥处置阶段的焚烧与建材利用。污泥运输环节有柴油的消耗,柴油的碳排放因子为74.1kg CO2·GJ-1[16]271。该过程中主要碳排放是能源消耗和焚烧环节的CO2、N2O的排放。

3)机械压力脱水+好氧堆肥+运输+土地利用 堆肥初衷是将污泥资源化,把废弃的污泥转变为土地改良剂或者肥料回馈于土地,用其含有的有机质改良土壤,促进植物生长。污泥经脱水后含水率降至60%左右,进行堆肥处置,堆肥得到的土壤改良剂可作农田或园林用肥。该过程中机械压力脱水是污泥处理的主要环节,这个环节中的碳排放是能源消耗。污泥处置阶段包括好氧堆肥和土地利用,好氧堆肥阶段涉及到CH4和N2O的排放。

4)机械压力脱水+运输+卫生填埋 按照生活垃圾填埋场污染控制标准要求,污泥含水率低于60%才可以进入填埋场。污水处理厂将80%含水率的污泥经过板框过滤机脱水后含水率降至60%,然后外运至专门的垃圾填埋场进行卫生填埋。该技术路线中污泥处理环节是脱水,脱水过程消耗大量的能源造成碳排放量很大。脱水之后运输至指定场所进行卫生填埋,卫生填埋会产生大量的CH4直接逸散到大气中。

1.3 数据来源

淮南市近10年污水排放量、污水处理量、干污泥产生量以及干污泥处理量的数据来自于2012～2021年的《城市建设统计年鉴》。使用的温室气体全球增温潜势值来源于IPCC气候报告[17]87。相关碳排放因子来源于生态环境部办公厅发布的《关于做好2022年企业温室气体排放报告管理相关重点工作的通知》和国家发展改革委办公厅发布的《关于印发首批10个行业企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)的通知》等。污泥处理处置过程中的能耗数据则是通过调研淮南市8家主要污水处理厂得到的。一些公式计算中需要用到的数据来自参考文献。

1.4 碳排放核算方法

碳排放按照不同排放类型分为直接排放、间接排放和碳补偿。直接碳排放指的是在系统边界内的生产经营过程中产生的碳排放量,根据实际排放源计算得出[18]。间接碳排放指的是为了得到某种产品或服务而在系统边界外排放的二氧化碳,根据碳排放过程的服务目的进行计算。碳补偿是指通过回收污泥中的资源,减少其他地方化石类能源的使用,从而减少碳排放总量,如回收污泥焚烧产生的热量、回收CH4发电、污泥进行生物处理后做有机肥料可替代化肥等。

1)直接碳排放 污泥处理处置中涉及的温室气体主要有CO2、CH4和N2O。

a)发电厂协同焚烧 电厂中污泥焚烧可能产生的温室气体有CO2、CH4和N2O。污泥是热值多变的低质燃料,不完全燃烧可能会导致CH4排放,N2O采用IPCC推荐的排放因子进行计算。

(1)

式中,ECO2,焚烧1是电厂污泥焚烧过程CO2排放量,kg;W是焚烧的污泥量,t;CF是干基污泥含碳量,45%[16]1 001;FCF是化石碳在总碳中的质量分数,10%[16]1 574;OF1是氧化因子,80%。

(2)

式中,ECH4,焚烧是电厂污泥焚烧过程中CH4碳排放量,kg;GWPCH4为CH4的全球增温潜势28[17]87。

EN2O,焚烧=W×EFN2O,焚烧×GWPN2O

(3)

式中,EN2O,焚烧为电厂污泥焚烧过程中N2O碳排放量,kg;EFN2O,焚烧为焚烧过程中N2O排放因子,0.99 kg CO2;GWPN2O为N2O的全球增温潜势265[17]87。

然而,水泥厂的污泥焚烧设备采用连续大型高效流化床焚化炉,假设产生的CH4量很小,不计入碳排放,则该过程只产生CO2、N2O的排放。N2O的排放如式(3)所示,CO2的排放计算如下

(4)

式中,ECO2,焚烧2为水泥厂污泥焚烧CO2排放量,kg;OF2为氧化因子,100%[19]。

b)土地利用 土地利用的处置方式主要是好氧堆肥的环节会产生CO2、CH4、N2O等温室气体,产生的CO2量很少,可以忽略不计。产生的CH4和N2O直接排放采用IPCC推荐的排放因子进行计算。好氧堆肥CH4的计算如下

ECH4,好氧堆肥=W×EFCH4,好氧堆肥×GWPCH4

(5)

式中,ECH4,好氧堆肥是污泥好氧堆肥中CH4的碳排放量,kg;EFCH4,好氧堆肥是污泥好氧堆肥中CH4的碳排放因子,10kg CO2[16]1 553。

好氧堆肥N2O的计算如下

EN2O,好氧堆肥=W×EFN2O,好氧堆肥×GWPN2O

(6)

式中,EN2O,好氧堆肥是污泥好氧堆肥中N2O的碳排放量,kg;EFN2O,好氧堆肥是污泥好氧堆肥中N2O的碳排放因子,0.6kg CO2[16]1 553。

c)卫生填埋 文献[6]1 183研究表明,卫生填埋产生的CO2作为生物碳,不计入碳排放内。因此,卫生填埋只针对CH4排放进行计算,其计算如下

(1-OCH4)

(7)

式中,MCH4,卫生填埋是卫生填埋中CH4的产生量,kg;TOCD是污泥可分解的有机碳含量,取15%[20];TOCDr是能分解转化成CH4的TOCD比例50%[16]1 537;F是填埋气体中CH4所占的比例50%[16]1 537;16/12是CH4与C的相对分子质量之比;OCH4代表CH4的氧化因子为0.1[16]1 525

(1-OCH4)×(1-RRCH4)×GWPCH4

(8)

式中,ECH4,卫生填埋是卫生填埋中CH4的碳排放量,kg;RRCH4为CH4回收率,一般取40%[21]62。

d)运输环节 污泥运输环节由于化石燃料的燃烧会产生CO2直接排放,因此该过程的CO2排放量必须进行核算。一般选择大型载重货车进行运输,大型载重货车多为柴油车,柴油的消耗量用运输距离估算。对淮南市的8座污水处理厂的分布进行调研,柴油耗油量的计算如下

ECO2,运输=V柴油×ρ×CV×EF柴油

(9)

式中,ECO2,运输是运输过程中的直接碳排放量,kg;V柴油是柴油消耗的体积,L;ρ是柴油密度0.84kg·L-1;CV是柴油热值,43.33 GJ·t-1[22];EF柴油是柴油燃烧时的CO2排放因子,74.1kg CO2·GJ-1[16]271。

2)间接碳排放

a)电能、热能和药剂 间接排放的计算一般按照排放因子法,用活动消耗数据与对应的排放因子相乘得到碳排放量,计算如下

Ei=ADi×EFi(i=1,2,3…7)

(10)

式中,Ei是碳排放量,kg;ADi是第i种活动消耗数据;EFi是第i种活动的碳排放因子如表1所示。

表1 第i种活动的碳排放因子

污泥脱水环节产生的CO2是由脱水设备消耗电能造成的,电力消耗产生的CO2排放用电力排放因子表示。电力排放因子采用电力系统的缺省值0.583 9kg CO2·(kW·h)-1表示,根据国家发改委公布的各行业核算指南[24]26,热力的碳排放因子取110kg·GJ-1。污泥处理处置过程的能耗如表2所示。

表2 污泥处理处置过程能耗

b)热干化 根据文献[6]1 185等的研究,热干化过程碳排放量计算如公式(11)所示

E热干化=(QS+QW)×EF热×10-3

(11)

式中,E热干化是热干化过程碳排放量,kg;QS是污泥固体升温所需热量,GJ;QW是污泥中水分吸收的热量,GJ;EF热是热力排放因子,110kg·GJ-1[24]26。

3)碳补偿 在污泥处理处置过程中涉及到碳补偿的环节主要有焚烧热量回收、焚烧的灰渣代替水泥用于建材,污泥中N、P替代氮肥与磷肥用于土地利用以及CH4回收。假设污泥焚烧产生的全部热能用热电联产技术进行发电。

a)焚烧过程热量回收 本文研究的技术路线L1与L4都涉及到焚烧的热量回收,焚烧过程热量回收的碳补偿计算如公式(12)所示

R焚烧=W×CH热电联产×EF电

(12)

式中,R焚烧是焚烧过程碳补偿量,kg;CH热电联产是热电联产效率,取2 467kW·h·t-1[30];EF电是电力系统排放因子,0.583 9kg CO2·(kW·h)-1。

b)建材利用 污泥焚烧之后灰渣可用于制砖,污泥建材利用的碳补偿量计算如(13)所示

R建材利用=m×φ×EF水泥

(13)

式中,R建材利用为建材利用的碳补偿量,kg;φ为灰渣平均占比,17.5%;EF水泥为水泥熟料生产排放因子,0.97kg CO2·kg-1[27]51。

c)土地利用 污泥中N、P替代氮肥与磷肥用于土地利用,土地利用的碳补偿计算方法如公式(14)所示

(14)

式中,R土地利用是土地利用过程的碳补偿量,kg;w为污泥的含水率,取60%;ωN为污泥含氮量,25g·kg-1[31]119;EFN是制造氮肥的碳排放因子,2.116kg·kg-1[32]6 380;ωP为污泥含磷量,16g·kg-1[31]119;EFP是制造磷肥的碳排放因子,0.636kg·kg-1[32]6 381。

d)CH4回收利用 卫生填埋时产生的CH4,回收利用有一定的碳补偿,碳补偿的计算公式如公式(15)所示

(15)

式中,R卫生填埋是卫生填埋过程碳补偿量,kg;ρ1是CH4的密度,0.72kg·m-3;GECH4代表CH4的发电效率,取2.3(kW·h)·m-3[33]。

2 结果分析

2.1 总碳排放对比

通过上述分析,4种污泥处理处置方式的总碳排放量如图2所示。

图2 四种污泥处理处置技术路线碳排放量

由图2可知,L1路线全程总碳排量较少,为431.76kg CO2;L2路线全程总碳排量最少,为67.24kg CO2;L3路线全程总碳排量为818.33kg CO2,且土地利用替代化肥碳补偿量较低。但有研究表明[34-35],污泥土地利用可以改善土壤性质,增加植物固碳量,增加土壤碳汇,在一定程度上减缓了气候变化。这与国家推行的增加农林业碳汇的目标相一致,因此有望优化该技术路线中的工艺,减少能源消耗。L4路线全程总碳排量最大,为1 692.11kg CO2,主要与脱水环节的能源消耗与药剂消耗有关。综合这4种污泥处理处置碳排放来看,L2路线的碳排放量最少,其次是L1路线。若是从碳减排角度考虑,污泥处理处置技术应该选择L2路线,但污泥建材利用产品还未得到市场的广泛认可。同时,淮南作为能源型城市拥有多座发电厂,利用干污泥的可焚烧性可以替代煤炭进行燃烧发电,不仅能够节约能源而且还对污泥的处置作出一定的贡献。

2.2 各环节碳排放对比

L1含水率80%污泥+运输+干化+发电厂协同焚烧的碳排放量计算结果如图3所示。L1过程的碳排放包括直接排放中的运输环节柴油消耗的CO2排放(5.39kg CO2)和焚烧过程中CO2(132kg CO2)、CH4(336kg CO2)、N2O(262.35kg CO2)等气体的直接排放,间接排放中的电能消耗(49.05kg CO2)、柴油消耗(78.99kg CO2)、热能消耗(1 007.6kg CO2)和热干化过程的CO2排放(0.86kg CO2),碳补偿中的焚烧热量回收(-1 440.48kg CO2)。其总碳排量为431.76kg CO2。该过程的主要碳排放环节是热干化过程的热能消耗,降低干化前的含水率或提高干化效率能够有效减少干化产生的碳排放。或是在焚烧过程中有效收集温室气体,使其不直接排放到大气中。

图3 L1碳排放量计算

L2含水率80%污泥+运输+干化+焚烧+建材利用(制砖)的碳排放量计算结果如图4所示。L2过程的碳排放包括直接排放中的运输环节柴油消耗的CO2排放(8.10kg CO2)和焚烧过程中的CO2(165kg CO2)、N2O(262.35kg CO2)等气体的直接排放,间接排放中热干化的电能消耗(40.87kg CO2)、热能消耗(1 007.6kg CO2)和热干化过程的CO2排放(0.86kg CO2)以及焚烧过程的电能消耗(192.69kg CO2),总碳补偿中的焚烧热量回收(-1 440.48kg CO2)和建材利用(-169.75kg CO2)。其总碳排量为67.24kg CO2。可以看出,该路线主要碳排放是污泥干化过程的热能消耗,污泥干化的热能消耗受污泥含水率的影响较大,降低干化前的含水率有利于降低污泥干化的热能消耗。同时,污泥焚烧有很好的碳补偿能力。但是,有研究表明[36]以目前的技术水平,污泥砖的抗压强度和抗折强度均不如现有的商品砖,且每块污泥砖的成本约为普通烧结砖的3倍,价格较高。

图4 L2碳排放量计算

L3机械压力脱水+好氧堆肥+运输+土地利用的碳排放量计算结果如图5所示。L3过程的碳排放包括直接排放中的运输环节柴油消耗的CO2排放(5.39kg CO2)和好氧堆肥过程中CH4(280kg CO2)、N2O(159kg CO2)等气体的直接排放;间接排放中电能消耗(29.43kg CO2)、热能消耗(0.71kg CO2)和药剂消耗(922kg CO2);碳补偿中土地利用(-578.20kg CO2),碳排量为818.33kg CO2。该过程的主要碳排放是脱水环节的药剂消耗,应使用更为低碳的试剂以减少药剂消耗带来的碳排放。

图5 L3碳排放量计算

L4机械压力脱水+运输+卫生填埋的碳排放量计算结果如图6所示。L4过程的碳排放包括直接排放中的运输环节柴油消耗的CO2排放(21.58kg CO2)和卫生填埋过程中CH4(756kg CO2)气体的直接排放;间接排放中脱水环节的电能消耗(12.61kg CO2)、柴油消耗(13.49kg CO2)和药剂消耗(922kg CO2);碳补偿中CH4的回收利用(-33.57kg CO2),总碳排量为1 692.11kg CO2。该过程直接碳排放量和间接碳排放量都很高,本文已经按照填埋场常规集气效率40%计算,但填埋过程中CH4和N2O的直接排放量依然很高,只有采取合适的收集方式提高填埋气回收率,避免其直接排放到大气中,才能降低卫生填埋的碳排放。该技术路线的碳排放量最高,且存在土地的二次污染。

图6 L4碳排放量计算

3 讨论

不同城市制定的污泥管理方案不同、技术路线不同,相应的污泥处理处置的碳排放量也不同。本文选取上海市和厦门市这两个城市与淮南市的污泥处理处置技术碳排放进行比较分析,分析不同类型城市污泥处理处置技术碳排放量不同的原因。这主要是由于上海市与厦门市是两个沿海城市,人口规模大,经济发展迅速,经济发展以轻工业为主,而本文的研究对象是淮南市,淮南市是安徽省重要的工业城市和煤炭基地,作为一个内陆城市其经济特色以重工业为主。

3.1 不同城市污泥处理处置技术碳排放比较

1)上海市污泥处理处置技术 文献[7]2 457对上海市11条污泥处理处置技术路线中的碳排放进行了分析,发现离心脱水+好氧堆肥+土地利用的碳排放量最低为157kg CO2,本文技术路线L3(机械压力脱水+好氧堆肥+运输+土地利用)与之相类似,但碳排放量是上述研究的5倍多,原因主要在于上海市在好氧堆肥前使用离心脱水的方式降低含水量,而淮南市在降低含水量时采用的是机械压力脱水,过程需要消耗大量的药剂,造成了碳的过量排放。好氧堆肥+土地利用的污泥处置技术在降低碳排放方面具有优越性,但污泥中重金属和微塑料浓度较高,势必会对土地造成其他污染,因此该技术路线在实际生产中具有一定的局限性。文献[7]2 460在研究的结论中提出焚烧处理被认为是大城市污泥管理的合理和可持续方案,本文对L1(运输+干化+发电厂协同焚烧)和L2(运输+干化+焚烧+建材利用)两种污泥焚烧处置技术分别进行了碳排放计算,其中L2的碳排放量远低于L1。这主要是由于L2对污泥时单独焚烧,焚烧后的污泥可进行建材的二次利用,增加了碳补偿的能力,但单独焚烧与制砖在实际生产中的成本较高。因此,从碳排放与成本的角度出发,L1污泥处理处置技术路线可在淮南市大力推行。上海市的11种污泥处理处置净碳排放量如表3所示。。

表3 上海市11种污泥处理处置碳排放表

2)厦门市污泥处理处置技术 根据文献[37]研究,厦门市污泥处理处置技术分为5种方式,S1:脱水(含水率60%污泥)+填埋;S2:脱水(含水率60%污泥)+焚烧;S3:脱水(含水率80%)+焚烧;S4:水热水解(HPT);S5:堆肥。研究结果表明,S2的碳排放量最大,其次是S4,而S5的碳排放量是最少的。就污泥焚烧处置方案而言,厦门市污泥处理处置技术路线中S2和S3相比,S3的碳排放量更大,表明脱水环节含水率降得越低,则该过程消耗的能源越多,由此产生的碳排放量就越大。与淮南市L1路线的污泥焚烧处置相比,厦门的碳排放量大约是淮南的9倍,造成厦门市高碳排放量的原因是污泥脱水和焚烧环节的能源消耗量大,且焚烧处置让公众感受到环境风险,因此遭到公众的反对。同时,由于厦门市的可用土地资源日益减少,堆肥存在潜在的环境风险,堆肥产品的市场认可度较低;因此堆肥处置在厦门的污泥管理中也不是一个很好的处置方式。而热水解(HPT)最大限度地减少了土地资源消耗,对人类健康和环境的负面影响较小,经济效益较高,因而HPT可能是未来厦门最可持续的选择。

3.2 城市间碳排放分析

上海市污泥处置方案是离心脱水+好氧堆肥+焚烧,净碳排放量为689kg CO2。厦门市污泥处置最优方案是“HPT”,其碳排放量为1 935kg CO2,但考虑到其处理能力被限制在污泥处理总量的40%,焚烧仍作为厦门市污泥处置方案中重要的一部分。淮南市污泥处置方案是含水率80%污泥+运输+干化+发电厂协同焚烧,污泥处理处置的碳排放量为431.76kg CO2。从碳排放的角度而言,淮南市污泥处理处置的碳排放量最少。其主要原因在于淮南市的污泥焚烧处置采用与发电厂协同焚烧的方式,一定程度上节约了能源,减少了碳排放量。综合3座城市污泥处理处置的方案,无论是大型城市还是小型城市,都以焚烧为主。焚烧技术已逐渐成为国外污泥处理处置的主流技术。

3.3 研究不足与展望

本文仅选取了淮南市典型的4种污泥处理处置的技术路线进行研究,研究的技术具有一定的局限性。研究过程中,计算碳排放时碳排放因子大多选取的是IPCC报告中的取值,与实际地域的真实情况有一定的出入,因此碳排放计算出的数值跟实际排放也有所差别。本文没有进行成本方面的考虑,后期应联合污水处理厂和污泥处理处置单位,建立完善的污泥处理处置项目成本数据,力求为污泥处理处置工程探求一种低碳、高效、经济的碳减排方案。

4 结论

对淮南市城市污水处理厂污泥处理处置碳排放进行分析,并与上海市、厦门市的污泥处理处置的方式进行对比,得出以下结论。

(1)淮南市城市污水厂4种污泥处理处置路线总碳排放从大到小依次为:L4>L3>L1>L2。4种路线的总碳排放量最少的是L2路线:含水率80%污泥+运输+干化+焚烧+建材利用(制砖),碳排放量是67.24kg CO2,但考虑到制砖性能尚未被公众接受,因此不推荐该路线。

(2)L1处理处置路线的主要碳排放是污泥干化过程的能源消耗,提升该过程的工艺效率,减少能源消耗,可以有效降低碳排放,未来有望实现碳中和。且干污泥有很好的可焚烧性,可以替代部分煤炭进行燃烧发电,不仅节约了能源而且还对污泥的处置作了一定的贡献。

(3)通过对上海市、厦门市和淮南市污泥处理处置路线碳排放对比分析可以预见,未来焚烧技术将可能成为国内外污泥处理的主流技术。