​双碳背景下，哪种污泥处理工艺的碳排放量经得住考验?

9月6日，在“2024(第十六届)上海水业热点论坛”上，佛山水务环保股份有限公司排水事业部副总经理(简称“佛水环保”)、佛山市新之源污水处理有限公司副总经理张晓爽以“双碳背景下污泥处理工艺的评价”为题，作了主题发言，她表示，通过处理过程的碳排放计算、合理的工艺选择和关键设备的优化，污泥处理可以实现环境效益、社会效益和经济效益共赢的局面。

张晓爽

我国是全球碳排放第一大国，排放量占到全球的25%以上，而污水处理行业的碳排放量又占到全社会总排放量的1%～2%。目前，我国城镇污水处理规模超过2亿m³/d，位居世界第一，由此产生的污泥也突破6000万m³/y(以含水率80%计)，污泥的高效处理与妥善处置已成为双碳目标下亟待解决的关键性问题。

含水率低于25%时可创造价值

张晓爽详细阐述了污泥含水率与其热值之间的内在关联，并明确指出，含水率降低至一定水平，其热值更为理想，更适合作为焚烧处理的原料。

以绝干污泥热值为6000 kJ/kg为例：当含水率 ≥70%时，其能量属性无法在焚烧时体现，无法将其热值进行转换，还需额外消耗煤炭资源使其焚烧。因此为形成适宜资源化利用的污泥燃料产品，需控制含水率在25%以下，单位热值低位热值大于3500 kJ/kg。根据现有应用项目的污泥干化后的热值换算，每吨干泥( 20%含水率)的热值约等于0.3~1.2吨标准煤。

依据焚烧处理机构相关实践数据反馈，焚烧每吨水的成本为 600-1000元左右。含水率越高的污泥，焚烧需要付出的成本代价越高，所以焚烧处理机构更愿意接收含水率低的污泥。

当污泥含水率为40%时，其能源价值扣除焚烧成本后，与污泥处理价格相近，接近于污泥焚烧处理的盈亏平衡点，此时的污泥处理未达到资源化利用要求;当污泥含水率低于25%时，其能源价值扣除焚烧成本后，已经可以创造价值。同时含水率与燃煤等含水率接近，更能保障发电的稳定性。

目前，佛水环保有含水率80%到60%再到40%再到20%以下的污泥处理工艺，结合碳排放指标，并遵循源头减量、耦合利用、节能环保的理念，佛水环保推出了“源头减量(低温热泵干化)+垃圾焚烧或电厂协同”的工艺流程。

该工艺是板框压滤脱水到60%，再低温热泵干化20%，在这个工艺路线中佛水环保处于相对比较领先的水平，其中低温热泵干化技术的原理是利用制冷系统使系统内的湿空气降温脱湿，同时通过热泵原理回收水分凝结潜热，加热空气，循环进入系统，达到干燥物料目的。

该技术不仅具备工作温度≤55℃的低温优势，而且展现出极高的能量利用率，显著降低了能耗成本。更为突出的是，它在运行过程中实现了无废热排放，充分体现了绿色环保、节能减排的先进理念。

实际碳排放及计算过程

张晓爽结合佛水环保污泥处理项目( 50 吨/天，80 %含水率)为例，从脱水、干化、运输、垃圾焚烧或电厂协同四个阶段计算了“低温热泵干化+垃圾焚烧或电厂协同”污泥处理处置工艺的碳排放量。

1、脱水碳排放

第一个阶段，储泥池98%污泥通过板框压滤，脱水值含水率60%，这个过程的碳排放主要由电能、药剂和回流水处理产生。

公式参考：《IPCC国家温室气体指南》

脱水阶段碳排放量：电能碳排放量为422.96kg;药剂碳排放量为1794.81kg;回流水处理碳排放量为491.40kg，共计2709.17kg。

2、干化碳排放

第二阶段是污泥的干化，在这个过程当中，碳排放的来源主要有两个，一个是电能;另外一个是冷凝水。

公式参考：《IPCC国家温室气体指南》

干化阶段碳排放量：电能碳排放量为2657.92kg;冷凝水处理碳排放量为0.53kg，共计2658.45kg。

3、运输碳排放

第三个阶段以50公里的运距，20吨的卡车计算碳排放。

公式参考：《IPCC国家温室气体指南》

经计算，运输阶段的碳排放量为16.45kg。

4、污泥协同焚烧碳排放

该阶段的碳排放主要是污泥在焚烧的过程中焚烧炉消耗的电能和释放的温室气体，如甲烷、一氧化二氮。

协同焚烧碳排放量：焚烧炉电耗碳排放量为1913.7kg，焚烧温室气体(甲烷、一氧化二氮)碳排放量2630.29kg，共计4543.99kg。

低温热泵干化+垃圾焚烧或电厂协同的污泥处理处置工艺四个阶段的碳排放量共计9928.06kg。

公式参考：王琳,李德彬,刘子为,等.污泥处理处置路径碳排放分析 [J].中国环境科学, 2022,42(05)

李哲坤,张立秋,杜子文,等.城市污泥不同处理处置工艺路线碳排放比较 [J].环境科学, 2023,44(02)

此外，考虑污泥本身作为燃料来讲，有一个碳补偿。假设污泥协同焚烧产生的全部热能用热电联产技术进行发电，污泥热值以1700大卡计算，那么根据碳补偿量的计算公式，该技术工艺的碳补偿量为-10292.69kg。

低温热泵干化-垃圾焚烧或电厂协同污泥处置路线碳排放占比

从碳排放和碳补偿的数值来看，基本上是差不多的，并且略有一点盈余，所以采用“低温热泵干化+垃圾焚烧或电厂协同”的污泥处理处置工艺，在理论上实现了零碳排放的目标。

关键设备如何选择?

对于“低温热泵干化+垃圾焚烧或电厂协同”污泥处理处置工艺关键设备的选择，张晓爽也进行了详细的介绍。

污泥深度干化设备选择方面，主要看重安全保障、维护成本低、运行成本低、无二次污染、使用寿命长、工况稳定等因素;对于低温带式干化设备的选择，从行业方面主要关注成本、寿命和运行的稳定性;从技术难点方面主要关注稳定、腐蚀、粉尘、能效、衰减、耗材、工况等。

具体设备方面，如ICDS智能干化系统，以其独特的分体式三层架构设计，展现了非凡的节能工艺，确保系统成熟且运行稳定。该系统秉承安全环保的核心理念，在干化过程中无需任何化学药剂添加，彻底避免了化学反应引发的潜在风险，同时实现了零二次污染与废热排放，对环境友好至极。

该设备其卓越的性能与广泛的适应性令人瞩目，能够灵活应对进料污泥含水率在55%至85%之间的广泛变化，而出泥含水率则可根据需求精确调整至5%至40%之间，进一步助力实现高达75%至85%的污泥减量效果，显著降低了后续处理与处置的成本与负担。

此外，ICDS系统配备了高效耐候的换热器，确保了热量传递的高效与稳定，同时提供了灵活多样的热源接入方式，以适应不同场景下的应用需求。更令人赞叹的是，该系统实现了无人值守的智能化运营模式，通过先进的自动化技术，实现了对干化过程的精准控制与远程监控，大幅提升了运营效率与便捷性。

编辑：陈伟浩