城镇污水厂含水率约96%~98%的浓缩污泥，一般需借助板框压滤机、离心机或带式压滤机等机械手段将污泥脱水至含水率80%左右（或深度脱水至60%左右），需要消耗一定能源，对温室气体排放具有贡献。污泥脱水阶段CO2排放量可根据比能耗、能量与CO2的转化系数等计算得出，如式（1）。城镇污水厂相关国家标准中明确，污泥自持焚烧的污泥含水率<50%。因此，污泥脱水后含水率为60%~80%的污泥一般需要经过桨叶、圆盘、流化床、带式等形式的干化设备进行热干化处理后才可进行焚烧，在此过程中的能源消耗将产生温室气体贡献。污泥干化阶段CO2排放量主要依据干化过程中的耗能量计算得出，如式（2），其中干化耗能量与干燥器形式密切相关。污泥焚烧是利用污泥中的热量和外加辅助燃料，通过燃烧实现污泥彻底无害化处置的过程，可分为单独焚烧与协同焚烧等类型。污泥焚烧过程排放的主要温室气体包括CO2、CH4和N2O。污泥焚烧的CO2直接排放可根据污泥焚烧量和焚烧的CO2排放因子计算得出，如式（3）。参照IPCC提供的计算方法，CH4计算方法如式（4）。参照IPCC提供的计算方法，N2O计算方法如式（5）。由于市政污泥本身热值有限，污泥焚烧过程可能需要燃料助燃，这部分能量源的碳排放可以由式（6）计算得出。污泥的长距离运输过程也是CO2排放的重要来源之一，其CO2排放量与污泥产生点和处理点的距离、运输的方式有关。污泥运输过程的CO2间接排放计算如式（7）。污泥“脱水-干化-焚烧”不同工艺路线的碳排放量分析
目前，城镇污水厂产生的污泥在脱水干化工段已经投入实际应用的技术装备主要有“两段式”和“一体化”两大类型，其中“两段式”工艺先将浓缩污泥机械脱水至80%或深度脱水至60%，再进入热干化设备中处理，达到出泥含水率要求；“一体化”工艺实现了污泥脱水干化一体化和污泥减量化，出泥含水率可达到30%以下。因此，可将市政污泥现阶段主要应用的“脱水-干化-焚烧”工艺路线归纳为三种：第一种：污泥脱水至含水率80% + 污泥干化焚烧；第二种：污泥深度脱水至含水率60% + 污泥干化焚烧；第三种：污泥脱水干化至含水率40% + 污泥焚烧。同时，为确保三种工艺路线的碳排放量数据具有可比对性，在分析计算之前将以下基本参数进行统一：（1）处理的污泥干基总量取1 000 kg DS；（3）能源采用电能和天然气（如需要加热），天然气热值取35581 kJ/Nm3；（4）污泥处理后运输至（干化）焚烧点的距离取50 km，运输车辆载重取10 t。2.2“污泥脱水（含水率80%）+干化焚烧工艺”的碳排放计算
污泥脱水（含水率80%）+干化焚烧的整个工艺流程中，碳足迹主要涉及污泥脱水、污泥运输、污泥干化（至含水率40%）、污泥焚烧和污泥调质过程的药剂。1 t绝干污泥脱水至含水率80%，加药量为0.35%；脱水后污泥量为5.02 t（含水率80%），干化后污泥量为1.67 t（含水率40%）。（1）污泥脱水：传统的污泥脱水工艺主要包括板框压滤、带式压滤和离心脱水等。污泥脱水的比能耗计算中取平均值28.3 kW·h/(t DS)，则污泥脱水的碳排放量为：CO2间接=1×28.3×0.785=22.22 kg。（2）污泥干化：热干化工艺平均耗电量为80.6 k·Wh/(t 水)，平均天然气消耗量85 Nm3/(t 水)，则污泥干化的碳排放量为：CO2间接=(5.02×80%-1.67×40%）×(85×1.98+80.6×0.785)=1 084.68 kg。(3)污泥运输的碳排放量：CO2=(0.255+0.153)×5.02×50×3.186×1/10=32.63 kg。(4)污泥焚烧：不同气体换算采用全球变暖潜能值（GWP）100年的值，CO2：CH4：N2O=1：27：310，结果折算成CO2排放量。CO2直接排放量：CO2直接=1.003 5×1 500=1 505.25 kg。CH4排放量：CH4=1.003 5×24.25=24.33 g(CH4)=656.91 g(CO2)=0.66 kg(CO2)。N2O排放量：N2O=1.003 5×0.99=0.99 kg(N2O)=306.9 kg(CO2)。CO2间接排放：污泥焚烧过程中天然气消耗12.25 m3/(t DS)；电能消耗400 kW·h/(t DS)。CO2间接=1.003 5/(1-40%) × 400 × 0.785 = 549.26 kg则污泥焚烧的碳排放总量为1 505.25 kg +0.66 kg +306.9 kg+549.26 kg=2 362.07 kg。(5)药剂：该工艺消耗的药剂主要是PAM，投加量为0.2%~0.5%，本文取0.35%，PAM生产的碳排放为30 kg CO2/kg，则PAM调质碳排放量=W×α×30=1 000×0.35%×30=105.00 kg。(6)碳排放总量：综上可得，污泥脱水（含水率80%）+干化焚烧工艺处理处置1 t绝干污泥的碳排放总量为3 606.60 kg。2.3 “污泥深度脱水（含水率60%）+干化焚烧工艺”化的碳排放计算
污泥深度脱水（含水率60%）+干化焚烧的整个工艺流程中，碳足迹主要涉及污泥深度脱水、污泥运输、污泥干化（至含水率40%）、污泥焚烧和污泥调质过程的药剂。本次计算按照我国污泥深度脱水工程中具有代表性的上海市白龙港污泥深度脱水应急工程的实际运行数据为参照。其中电能消耗50.5 kW·h/(t DS)；石灰投加量为污泥干基量的22%~25%，取23.5%，FeCl3投加量为污泥干基量的6%~8%，取7%。1 t绝干污泥深度脱水至60%含水率，加药量为30.5%；脱水后污泥量为3.26 t（含水率60%），干化后污泥量为2.18 t（含水率40%）。(1）污泥深度脱水的碳排放量为：CO2间接=1×50.5×0.785=39.64 kg(2)污泥干化的碳排放量为：CO2间接=(3.26 × 60% - 2.18 × 40%) × (85 × 1.98 + 80.6 × 0.785) =251.02 kg(3)污泥运输的碳排放量为：CO2=(0.255+0.153)×3.26×50×3.186×1/10=21.19 kgCO2直接排放量：CO2直接=1.305×1 500=1 957.50 kgCH4排放量：CH4=1.305×24.25=31.65 g(CH4)=854.55 g(CO2)=0.85 kg(CO2)N2O排放量： N2O=1.305×0.99=1.29 kg(N2O)=399.90 kg(CO2)CO2间接排放：污泥焚烧过程中天然气消耗12.25 m3/(t DS)；电能消耗400 kW·h/(t DS)。CO2间接=1.305/(1-40%) × 400 × 0.785 = 682.95 kg焚烧碳排放总量为1 957.50 kg +0.85 kg +399.90 kg+682.95 kg=3 041.20 kg。（5）药剂：该工艺消耗药剂主要是石灰和FeCl3，石灰投加量23.5%，FeCl3投加量7%。石灰生产的碳排放为0.73 kg CO2/kg，FeCl3调质碳排放量参照石灰，则药剂调质碳排放量=W×α×0.73=1 000×(23.5%+7%)×0.73=222.65 kg。（6）碳排放总量：综上可得，污泥深度脱水(含水率60%)+干化焚烧工艺处理处置1 t绝干污泥的碳排放总量为3 575.70kg。2.4 “污泥脱水干化一体化（含水率40%）+焚烧工艺”烧的碳排放计算
污泥脱水干化一体化（含水率40%）+焚烧的整个工艺流程中，碳足迹主要涉及污泥脱水干化、污泥运输、污泥焚烧和污泥调质过程的药剂。根据对多个污泥脱水干化一体化工艺的数据分析，该工艺在从原泥脱水干化至含水率40%时，电能消耗为240 kW·h/(t DS)；天然气消耗125 Nm3/(t DS)；药剂消耗为PAM絮凝剂0.1%~0.2%，取0.15%。1 t绝干污泥一次性脱水干化至含水率40%，加药量为0.15%；脱水干化后污泥量为1.67 t（含水率40%）。(1)污泥脱水干化的碳排放量为：CO2间接=1×240×0.785+1×125×1.98=435.90 kg(2)污泥运输的碳排放量为：CO2=(0.255 + 0.153) × 1.67 × 50 × 3.186 × 1/10 =10.85 kgCO2直接排放量：CO2直接=1.001 5×1 500=1 502.25 kgCH4排放量：CH4=1.001 5×24.25=24.29 g(CH4)=655.73 g(CO2)=0.66 kg(CO2)N2O排放量：N2O=1.001 5×0.99=0.99 kg(N2O)=306.90 kg(CO2)CO2间接排放：污泥焚烧过程中天然气消耗12.25 m3/(t DS)；电能消耗400 kW·h/(t DS)。CO2间接=1.001 5/（1-40%）×400×0.785=524.12 kg焚烧碳排放总量为1 502.25 kg +0.66 kg +306.90 kg+524.12 kg=2 333.93 kg。(4)药剂碳排放量=W×α×30=1 000×0.15%×30=45 kg(5)碳排放总量：综上可得，污泥脱水干化一体化（含水率40%）+焚烧工艺处理处置1 t绝干污泥的碳排放总量为2 825.68 kg。综上，以处理污泥干基总量1 000 kg DS为例，采用“污泥脱水+干化焚烧”、“污泥深度脱水+干化焚烧”以及“污泥脱水干化一体化+焚烧”等三种不同的污泥“脱水-干化-焚烧”工艺，碳排放总量分别为3 606.60、3 575.70 kg CO2和2 825.68 kg CO2，如表1所示。表1 三种工艺路线的碳排放量汇总（单位：kg CO2）由表1可知，碳排放总量由高到低依次为：污泥脱水+干化焚烧工艺、污泥深度脱水+干化焚烧工艺和污泥脱水干化一体化+焚烧工艺；相比污泥脱水干化一体化+焚烧工艺，污泥脱水+干化焚烧工艺的碳排放量高出20.31%，污泥深度脱水+干化焚烧工艺的碳排放量高出17.65%。参考上述分析结果，以日处理量20 t DS污泥（即含水率80%的污泥100 t/d）项目为例，污泥脱水+干化焚烧、污泥深度脱水+干化焚烧、污泥脱水干化一体化+焚烧三种工艺的年碳排放总量分别为26 328、26 103、20 627 t，则“污泥脱水干化一体化+焚烧”工艺较其它两种工艺每年的碳减排量分别为5 701 t和5 476 t，以1 t标准煤的CO2排放量为2.49 t计算，相当于分别节约了2 290 t和2 199 t标准煤，表明该工艺路线相对其他两种传统工艺路线而言，在应对气候变化、降低碳足迹方面具有更大的潜力与推广应用价值。陈莉佳，许太明，卢宇飞
（上海复洁环保科技股份有限公司，上海 200438）
原文信息：陈莉佳，许太明，卢宇飞.市政污泥脱水-干化-焚烧不同工艺路线碳排放分析[J].净水技术,2019,38(S1): 155-159.略有删减。
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