城市污泥不同处理处置方式的成本和效益分析

城市污泥不同处理处置方式的成本和效益分析

摘要：以北京市为例，估算不同电价及运输距离下填埋、焚烧及堆肥等方式的城市污泥处理处置成本，在此基础上讨论各种处理处置方案的前景，展望北京市污泥处理处置出路。污泥填埋在一定时期内还将是主要处理处置方式，但所占比例将逐渐下降；堆肥是经济上较为可行的处理处置方式，适合大力推广；随着经济实力与技术水平提高，焚烧法可以适用于个别特殊地点。同时，分析了政府补贴对污泥处理处置效益的影响。

城市污泥是污水处理的副产物，以含水率97%计算，体积占处理污水的0.3%~0.5%[1]，深度处理产泥量还将增加50%~100%。目前我国每年排放的干污泥大约1.3×106 t，并以大约10%的速率在增加。

北京市全区域规划污水排放量为330×104 m3/d，其中2003年市区污水排放量约为230×104 m3/d[2]。规划建设14座污水处理厂，2015年污水处理能力预计将超过320×104 m3/d，处理率将超过90%。到2008年，北京市将新增9座中水处理厂，深度处理能力将由目前的1×104 m3/d提高到47.6×104 m3/d，届时每年产生含水率 80% 城市污泥超过80×104 m3。北京市最大的污水处理厂——高碑店污水处理厂污泥外运运输费用占到全厂运行费用的1/3[3]。

城市污泥的大量产生，已引起日益严峻的二次污染，并成为城市污水处理行业瓶颈。污泥处理处置率低，其中非常重要的一个原因就是投资和运行成本方面的限制。但到目前为止，还未见关于不同污泥处理处置方案的经济分析，导致不同单位和设计人员在方案的选择上存在较大的盲目性。本文以北京为例，对几种典型的城市污泥处理处置方式进行经济分析，以便为城市污泥处理处置技术的选择提供参考依据。

1 城市污泥处理处置成本估算

1.1 估算方法

以1 t干污泥（DS）为计算基准，综合成本＝运行成本+设备折价成本。运行成本以目前较为成熟的处理处置方式进行估算。

北京市污泥机械脱水效果通常在80%左右。各方案中的成本估算涉及或包括焚烧、运输、填埋等3个流程；设备折价成本取15 a使用年限，年折旧7%，社会利率10%，即年折价17%，设备年工作时数以8000 h 计。因此，设备折价＝设备价格×指数×0.17/8000。

1.2 估算细则

（1）单位成本

填埋：生活垃圾卫生填埋的成本约60-70 元￥/t，污泥填埋时按照压实生活垃圾∶土∶污泥容重比为0.8∶1∶1，污泥填埋成本为48－56￥/t，取52￥/t。

干化：干燥能耗与脱水量成正比。燃气加热效率85%、锅炉热效率70%、过程热损失5%时，水的蒸发能耗为150 (kW•h)/t，每小时去除1 t水的设备投资为180×104￥[4]。

焚烧：目前多采用流化床技术，每h焚烧1 t干化污泥的设备成本为528×104元￥，污泥按干质量减量60%。焚烧的运行费用24￥/t，烟气处理消耗NaOH量约为37 kg/t，折价约128￥/t [5]。

电价：北京市工业电价高峰期、平段区、低谷期分别为0.278、0.488、0.725￥/(kW•h)。按不同补贴方案，将电价设定为0.30、0.60￥/(kW•h)。

运费：北京市运输价格在0.45－0.65￥/(t•km)之间，污泥为特殊固体废物，需特殊箱式货车运送，价格处于高端。另外，近年运输价格有上涨趋势。因此，运费取0.65 ￥/(t•km)。

此外，干化及焚烧均按设备成本添加30%物耗人工管理费及土建配套费。

（2）污泥含水率

污泥的有机质和水分含量较高，填埋存在一系列问题，当前主要关心的是土力学性能，当含水率高于68% 时需按m(土)∶m(污泥)＝0.4－0.6的比例混入土 [6-8]。含水率降低时污泥性状存在突变，因此填埋脱水目标设定为80%、30%。

含水率是污泥焚烧处理中的一个关键因素。有机质含量高、含水率低利于维持自燃，降低污泥含水率对降低污泥焚烧设备及处理费用至关重要。一般将污泥含水率降至与挥发物含量之比小于3.5时，可形成自燃[9]。北京市污泥有机物含量在45% 以下，因此使污泥维持自燃焚烧的水分含量应小于61.2%。朱南文总结了几种国外污泥热干燥技术，可以将污泥干燥至10%含水率[10]。污泥焚烧综合成本随干燥程度动态变化，干化程度越高，干化能耗升高，焚烧设备及运行费用随之下降。简化起见，本文以污泥保持热量平衡燃烧为估算前提，不再进行高水分下加入重油的成本估算。因此污泥焚烧的干化目标定为：60%和10%。

综上所述，污泥的处理处置方式计有：堆肥，分别干燥至含水80%、30% 时填埋，干燥至含水60%、10%时焚烧。

1.3 填埋成本

填埋成本＝能耗成本+运输成本+填埋场成本+设备折价成本

能耗成本＝[1/(1－η0)－1/(1－ηe)]×150×α×Pele

运输成本＝0.65×L /(1-ηe)

填埋场成本＝βPf /(1-ηe)

设备折价＝[1/(1－η0)－1/(1－ηe)]×180×α× 0.17×104/8000

其中，η0、ηe分别为处理处置始、末的含水率；

Pele为电价，￥/(kW•h)；L为运输距离，km；

α为土建及人工配套费指数，1.3；

β为体积系数，含水率≥68%时在1.4－1.6之间，取1.5，含水率＜68%时取1；

Pf为填埋场填埋价格，40－60￥/t，取52￥/t。

污泥填埋运输距离：北京市现有填埋场容量不足以满足生活垃圾处置需求，即使规划中的填埋场建成之后，富余填埋能力也很有限，污泥填埋需另外觅地新建填埋场。随着城市发展及填埋场地质条件要求，运输距离也将越来越远，参照表1，污泥填埋的运输距离将在40 km以上，因此在估算今后的填埋成本时，分别取50、100 km作为近期及远期填埋场运输距离。

表1 北京市填埋场概况[11]及离污水处理厂的最近距离

填埋场填埋场位置处理规模t /d 预计关闭时间最近的污水处理厂最近直线距离

北神树通县次渠乡 980 2006 高碑店 20

安定大兴区安定乡 700 2006 小红门 36

六里屯海淀区永丰屯乡 1500 2017 清河 15

高安屯朝阳区楼梓庄乡 1000 2018 高碑店 15