報告人：北京建筑大學 北京未來城市高精尖創新中心 中—荷未來污水處理技術研發中心 郝曉地 教授

郝曉地：各位來賓下午好!剛剛主持人也介紹了我發言的題目。這兩天我注意到大家大部分談論的是技術，今天我講理念和思路。因為在我看來理念比技術重要，思路比方案高超。我是這樣認為的。今天我發言的大概的內容主要就是這么多。

談到污泥處理處置，必不可少的涉及到污水處理的問題。大家知道，剩余污泥是污水處理的一種附產物。有關污水處理未來發展或技術方向，我已經多次文章還有各種不同會議闡明。我曾經總結過，用“一個中心兩個基本點”把未來污水處理技術進行了概括。“一個中心”就是可持續，這是一個永恒的話題。兩個“基本點”就是磷回收與碳中和(或者叫碳平衡)。

今天我的發言既與碳中和有關也跟磷回收有關。那么，關于碳中和談得是污水處理的耗能過程，有機物及氮磷去除要消耗能量，碳中和即需要從污水處理廠或污水里找到能量去彌補能耗。對此，大家更多會想到剩余污泥里有大量含能有機物，這也是我們搞污水處理人所關注的，所以，污泥厭氧消化從傳統到現在，以至于有更多的人前赴后繼對厭氧消化進行優化提高其能量轉化效率，包括前處理，比如說，高碑店現在的熱水解，就是希望最大化把污泥中的有機能源轉化出來。但是，我們搞污水處理的人忽視了一個問題，就是說除了有機物形成的化學能以外，還有大量污水中的余溫熱能。請大家看這個圖，有機物中的化學能與污水中余溫熱能相比，很少、很少。理論上一個75%，一個25%。也就是說污泥中有機物的化學能只占整個污水中潛能的25%，75%是熱能。我們給大家先看這樣一個概念，也就是說我們所關注的厭氧消化轉化的能源占整個污水中的潛能，理論值是25%。那么這25%的有機能源又能轉化多少呢?顯然這是個理論值，不可能100%轉化。

我們來看這個三環、四環污水潛能計算圖。剛剛提到的25%有機物化學能，經過最優化的厭氧消化以及熱電聯產后，電、熱一起用(最優化的)，即，現在技術手段、設備所能達到的，只能轉化不到15%。我們測算了一個廠，只有13%。這個是化學能，我們根據是污水處理廠COD=400mg/L。因為COD就是能源，大家看這個大黃圈就表示理論化學能，我們給它折算成電能，理論化學能COD是400的話，每立方米污水中含有1.54度電，當然這是理論值。經過厭氧消化、熱電聯產后實際能夠真正轉化的能量只有13%，折合0.2度電。而我們測算的實際污水處理廠的能耗是0.37度。也就是說，你要想達到碳中和還有47%的缺口，也就是說化學能不夠用!不夠用，于是我們就想，不夠的能源，即，這個赤字的能源從哪來呢?我們就想到水源熱泵。這是一個水源熱泵經過測算的數據結果，如果說水源熱泵按4度溫差提取熱量的話，在冬季供熱的時候，理論能量大概是4.64度電，這是理論的，也就是污水余溫含的熱量。但是，實際水源熱泵也不可能100%把理論值全部轉化，經過實際計算，包括最優化的水源熱泵，我們發現只有38%可以轉化為可用的熱能。也就是說，這38%意味著每立方米污水中大概有1.77度電(當量)可以轉化。制冷時它的能量效率會低一些，大概1.18度電，但也比較高。因此說，剛才講了化學能能夠滿足53%的能耗，其余47%我們只用非常少的水量熱量交換，比如說供熱的時候9.8%，不到10%，制冷的時候14.7%，還不到15%，就可以滿足碳中和47%能量赤字。

從這個圖上的結果來看，我們從污水中回收能量更應關注熱能，而不是傳統上認知的有機物化學能，也就是所謂的厭氧消化。因此，從能量角度上說，我們認為污泥處置路線應該策略性的改變，這就是我今天要給大家講的理念。接下來我們再詳細結合工藝進行能量衡算、投資成本、運行費用分析。

污泥終極處理是這樣一條路線。在此之前我先說一下，很多人這次會議還有以前的會議問過我，郝老師，你覺得污泥處理有什么好辦法嗎?你經常寫文章，對國際上的事情了解的多一些。我說用兩個字或者是兩個極端可以概括：“扔”、“燒”。扔最簡單、最便宜的辦法，但是會被抓的，所以，“扔”這個極端顯然走不通。那么，再看另外一個極端。如果不能扔了，無論是填埋、回田，這條路就死了，歐洲情況就是這樣。如果這條路是死的，下一個極端就是燒了。處于中間階段的好氧堆肥和厭氧消化都可能是權宜之計。我首先把結論說出來。一個是“扔”，顯然“扔”肯定是不行的。有人說搞堆肥，首先環保部、農業部、衛生部不讓堆肥進田，就是說污泥堆肥回田有病原菌，有這個重金屬那個重金屬。我說，就是這些部門不設置限制，農民也不會要你的污泥。為什么?大家想一想，農民現在連自己的糞尿都不用了，要你的污泥!農民要的是肥效，要能長莊稼、打糧食的化肥，污泥肥效遠不如糞尿，搞園林還湊合(但也不能長用!)，肥效是緩釋的。所以，我說污泥返田是條死路。很多人污泥可以說搞綠化，我說可以，對人體沒傷害。但不要忘了污泥里還有大量的無機物，一年兩年還行，三年五年行，十年二十年，最后肥堆的比樹都高了，草沒了、樹也被埋沒了，所以，這也是一個死路。我說新疆可能可以亂扔，但昨天有人說了，我們在新疆做項目亂扔也會被抓的。新疆也不讓扔，所以，污泥亂扔注定是一條死路。

因此，最后只有去“燒”!但是，“燒”必須要經過機械脫水，含水率99%的污泥首先降至80%;然后，再熱干化到40%以下。到40%就可以自持燃燒了。燒，但污泥焚燒千萬不能放在水泥窯中同水泥一塊燒。這樣不對。會把磷就全部固定在水泥里，磷再也不能回用了!所以，要單獨燒。最多可以跟有機垃圾一塊燒。燒完以后，大量的磷都在灰分里面，需要提取。當然了，大家知道，脫水、熱干化、單獨焚燒都是要輸入能量的，當焚燒之后也會產生能量。現在我們有一個問題，就是輸入能量和產生的能量能否達到平衡?我們需要計算一下，如果能打個平手那就是很了不起的事了。

接下來我們看一下計算結果。大家知道，機械脫水有各種各樣的方法，99%~80%，這里列了很多技術與設備，我也不一一匯報了。常見的是帶式壓濾機，能達到80%含水率的要求，所以，我們就以帶式壓濾機為例進行計算，大概耗能折合成干固體每噸是60千瓦小時，即，60度電。熱干化，也就是從80%~40%，我知道搞干化設備的人有很多，到40%以后基本上就可以自持燃燒了。干化的時候輸入熱能進行蒸發，所需熱量一個是用于污泥中水分升溫繼而蒸發的熱量，還有就是污泥升溫的熱量。

干化又分兩種，一個是高溫干化，一個是低溫干化。高溫干化可以用高溫煙氣、過熱蒸汽，甚至燃油等。這是高溫干化熱量的一個計算公式。還有低溫干化，在20~80oC范圍均可實現。當然，曬太陽也是干化，這是自然干化。溫度越高，干化反應時間就越短。昨天我跟搞干化設備的人談過，他們說我們需要最低的水溫是85oC才能形成熱蒸汽。關于低溫干化，剛才也講到了污水余溫，水源熱泵。水源熱泵輸出的水溫是40~80oC，剛好跟低溫干化所需溫度非常接近，所以，可以就近利用水源熱泵。

單獨焚燒，含水率40%~0%。不可與水泥窯混燒，但可與有機垃圾混燒。焚燒有熱量損失，焚燒爐輸出的熱量，比如說爐內壁掛損失、焚燒爐散熱損失等等，所有損失加在一起，以鼓泡流化床為例，大概就是7%，即占焚燒產生熱量的7%，這都是有文獻可查的。污泥焚燒也產生熱量，這個熱量主要跟有機質有關，這個是計算公式。我們國家有機質含量比較低，在30%~60%的范圍，我們計算時取污泥有機質含量中間值53%，北京大概是60%。計算污泥燃燒熱為1.2GJ/kgDS。這是不同國家污泥燃燒值，中國大概在個范圍，平均是11850kJ/kgDS。我們的計算跟這個1.185GJ/kgDS基本接近，這都是從文獻來的數據。這樣經過計算以后，污泥脫水+干化+焚燒，脫水要輸入能量，干化要輸入能量，焚燒產生能量;最后的結果會發現總耗能是3091度電每噸干固體。總產能11.1GJ，利用熱電聯產轉換為電當量為2467度電。也就是說整個工藝的能量輸入為624度電。下面是詳細的計算表，不講了。

我們再看一下工藝成本，包括投資成本、運行費用。我們以活性污泥法為例，以處理量為50萬噸/日的廠舉例進行匡算。機械脫水污泥產量為400噸/日(80%含水率)，干污泥為80噸/日。投資成本有基建成本、設備成本，運行費用里面有電、水、藥劑、工資福利、折舊大修等等。最后計算結果是，投資成本大概是每噸干污泥是374萬元，運行成本每噸干污泥是2663元。

工藝比較。我們知道，用重力濃縮可以把污泥含水率降地兩、三個百分點。有什么好處呢，能降體積!比如說，從含水率99%降到97%，體積便可減少2/3!這樣的話對機械脫水、污泥干化、單獨焚燒設備體積可大為減少，后面的投資、運行費也都少了。實際上，重力濃縮能耗相對以上能耗來說是非常少的，可以忽略不計，能耗節省沒有太大的意思。雖然體積的減少導致后面設備基建、運行費用的節省，但前面重力濃縮池仍需要投資、維護。這樣的話，我們綜合計算結果是，這樣一條工藝投資成本是456萬元，運行成本是2755元。可與上面進行一個比較。

第二個比較就是跟傳統厭氧消化進行比較。傳統厭氧消化前面有重力濃縮，含水率99%~97%，然后厭氧消化，含水率再略微增加一點點。因為厭氧消化之后至少還有60%左右的有機物殘留，你還得脫水、干化。干化后污泥焚燒是跑不掉的。大家看一下，我們厭氧消化以后含水率按97.5%計，剩余污泥有機物含量是53%，熟污泥VSS/TSS是37%。

各個單元能量消耗，以及厭氧消化產生能量，污泥焚燒產生能量計算，凈結果是，這條工藝總能耗是3730度電，總產能是12.95GJ，利用熱電聯產轉換為電當量為2878度電，能量赤字852度電;我們凈輸入的能量每噸干污泥為852度電。跟剛才推薦的工藝624度電能輸入大很多。下面是個詳細的計算表。

最后，把我們推薦工藝與重力濃縮后再機械脫水、干化焚燒工藝，以及傳統厭氧消化后干化焚燒工藝進行一下比較。直接干化焚燒能量消耗是最小的。從投資和運行成本來看，無論是投資成本、運行費用，在這三個比較中都是最低的。

最后得到這樣一個結論，我們所推薦的工藝，機械脫水、熱媒干化、單獨焚燒，它在輸入能量節省、投資成本、運行費用方面都是最低的，特別是能量赤字可以減少27%，基建投資減少41%。這是大家最關心的，直接燒是不是成本高、能耗高?大家看看能耗還低了228度電。關鍵是能量輸入減少了27%，基建投資減少了41%。這個是非常可觀的。如果采用水源熱泵提供熱量，那么這個節省將更大，這個效益將是更加明顯。現在主要是靠燒煤、燒油提供化石能量。前天早上我看到一個消息，美國紐約一個著名律師、生態活動家在紐約一公園焚燒自殺了，什么原因?他就是以他的死來抗議人類過多依賴使用化石燃料對生態造成嚴重破壞，以他的死來警告人類。所以我們在座的也應該明白為什么。

最后的結論，機械脫水、熱媒干化、單獨焚燒必將是污泥處置的終極方向。謝謝大家!

主持人：謝謝郝老師!不愧為北京未來城市創新研究中心的教授，他提出污泥焚燒新的技術觀點，認為是直接脫水+熱媒干化+單獨焚燒。做了一些詳細的能耗分析。本來是半小時，講了25分鐘，咱們提兩個問題。

本來是半小時，講了25分鐘，咱們提兩個問題。

提問

污泥焚燒之后的灰分，是當危險品處置還是什么?

郝曉地

灰分應該不是危險品，它是一種資源。剛剛提到了把磷從灰分里面提取以后，甚至還有其他有用的元素，然后做建材，它當然不是危險品。哪來的危險品?無非就是擔心燒完以后重金屬，我們可以同樣去提取重金屬，而不應當危險品處置。

提問

我們參觀過污泥單獨焚燒項目，都把它作為危險物定義了。

郝曉地

那是定義人的眼光有限、知識有限。

提問

為您鼓掌。

主持人：下一個問題。

提問

您說污泥單獨焚燒產生的熱能跟干化自身濕污泥的這個熱能匹配，是基本匹配還是什么?

郝曉地

我們倡導、推薦的污泥處置路線是機械脫水+熱媒干化+單獨焚燒。這個總的輸入能量和產出能量有略微的差異，差在哪呢?你要輸入624度電。也就是說有624度電的赤字，而厭氧消化+干化焚燒是852度電。大家沒想到吧!都說厭氧消化以后應該產能啊，它怎么耗能更大呢?因為厭氧消化產能，它本身也需要耗能，再者，污泥消化產能后，焚燒熱能便低了。我說的厭氧消化還沒有算熱水解能耗和投資，如果加上熱水解則會更大。大家沒有想到吧，在我講之前很多人都認為這個厭氧消化應該是凈能耗較少。實際上不是的，它是個耗能過程。

提問

焚燒產生的熱跟機械壓濾加干化這兩者之間差624度電。

郝曉地

脫水+干化+焚燒。三個單元加一起。

提問

如果脫水去掉呢。

郝曉地

你的意思是說從99%直接干化到40%?

提問

一般給你的污泥是80%的含水率。

郝曉地

那是機械脫水之后。

提問

對。我就是說機械之后的，80%到40%所需要的熱能跟40%含水率污泥燒了產生的熱能。

郝曉地

剛剛我的片子里全有，我現在記不清了。回頭我們下面可以繼續交流。

主持人：好!由于時間關系，有問題下面再跟郝老師交流。謝謝郝老師!