基于質(zhì)量平衡法的污泥處理處置工藝碳減排量核算研究

黃靈芝

摘要：在當(dāng)前節(jié)能減排的背景下，關(guān)于污泥處理處置工藝碳減排量核算成為社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。在本次研究中，將結(jié)合質(zhì)量平衡法，在了解該方法基本技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了該方法在污泥處理處置工藝碳減排量核算中的運(yùn)用，希望為節(jié)能減排的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量平衡法;污泥處置工藝;碳減排量;核算方法

前言：目前溫室效應(yīng)已成為全球各國(guó)共同面對(duì)的嚴(yán)峻問(wèn)題，如何減少二氧化碳等溫室氣體的排放深受社會(huì)關(guān)注。與其他行業(yè)相同，污水污泥處置環(huán)節(jié)同樣會(huì)釋放大量的二氧化碳?xì)怏w，為貫徹國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的理念，就需要對(duì)污泥處理處置工藝碳減排量進(jìn)行核算并尋找新的工藝，這也是本文研究的主要目的。

1.質(zhì)量平衡法分析

質(zhì)量平衡法屬于一種綜合方法，是通過(guò)多種分析技術(shù)的基礎(chǔ)上完成物質(zhì)核算，主要可分為兩個(gè)部分，其中第一部分是計(jì)算物質(zhì)的總質(zhì)量;第二部分則是分析樣品中的各種雜質(zhì)，如水分、揮發(fā)性溶劑、無(wú)機(jī)離子等物質(zhì)的含量，最后通過(guò)公式運(yùn)算來(lái)計(jì)算出物質(zhì)含量[1]。從當(dāng)前學(xué)術(shù)界的研究結(jié)果可知，質(zhì)量平衡法屬于一種高精準(zhǔn)度的計(jì)算方法，可以有效預(yù)測(cè)物質(zhì)的某些成分的含量，具有深遠(yuǎn)影響[2]。

而結(jié)合污泥處理處置工藝碳減排量核算的實(shí)際情況，根據(jù)IPCC（政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)）的經(jīng)驗(yàn)，污泥處置各環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的二氧化碳不僅要使用計(jì)算模型，也需要綜合考慮到污泥處理環(huán)節(jié)中所產(chǎn)生的直接排放、間接排放以及最終碳匯等，這就要求在使用質(zhì)量平衡法期間需要考慮到能量守恒的要求，并遵照污泥處置中全部投入、產(chǎn)出的變化，最終對(duì)任意一個(gè)環(huán)節(jié)的二氧化碳排放量做出分析。期間為確保數(shù)據(jù)處理的精準(zhǔn)性，在計(jì)算節(jié)能減排情況中應(yīng)以一種成熟、完整的處理工藝為對(duì)比對(duì)象，通過(guò)對(duì)比、驗(yàn)算等方法可以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)處理結(jié)果的精準(zhǔn)性。

2.質(zhì)量平衡法的運(yùn)用研究

2.1應(yīng)用背景

結(jié)合當(dāng)前我國(guó)的污泥處理工藝來(lái)看，污泥脫水-衛(wèi)生填埋是一種常見(jiàn)的工藝，具有代表性，其中從碳排放角度來(lái)看，衛(wèi)生填埋屬于高碳排放生產(chǎn)工藝，在將該工藝作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算后，則可以更好的了解各種二氧化碳的排放情況。并且在數(shù)據(jù)計(jì)算過(guò)程中，為確保計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)度，本次研究中借鑒IPCC提出的質(zhì)量平衡法經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥鲵?yàn)算。

2.2分析方法的構(gòu)建

在本次研究中，以特定時(shí)間范圍內(nèi)的污泥處理二氧化碳排放情況做驗(yàn)算，并且本次研究中所確定的邊界條件為：（1）根據(jù)污泥處理工藝中的二氧化碳直接排放量要求，并分析任何環(huán)節(jié)的間接二氧化碳排放。（2）將污泥衛(wèi)生填埋作為對(duì)比對(duì)象，借助IPCC的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算污泥處理環(huán)節(jié)的二氧化碳產(chǎn)生量，并兼顧各個(gè)環(huán)節(jié)的電能耗等[3]。（3）本次研究中所涉及的對(duì)比處理工藝為臭氧微氣泡工藝，該技術(shù)以新型TMO技術(shù)為基礎(chǔ)，來(lái)源于上海市中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)項(xiàng)目，經(jīng)微納米臭氧氣泡完成污泥處理。（4）在計(jì)算減排量期間，按照公式①展開(kāi)驗(yàn)算。

公式①

在公式①中，為減排量;、、分別代表脫水、運(yùn)輸以及填埋環(huán)節(jié)的二氧化碳排放量，單位為“t/d”;代表工藝處理環(huán)節(jié)的二氧化碳排放量，單位為“t/d”;為上清液稀釋過(guò)程中的二氧化碳排放量，單位為“t/d”;代表殘留在固體位置中的二氧化碳數(shù)量，單位為“t/d”;代表上清液中液體中二氧化碳的殘留量，單位為“t/d”;代表上清液作為碳源回用后二氧化碳的減少排放量，單位為“t/d”;代表傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝下的二氧化碳排放量，單位為“t/d”。

2.3二氧化碳減排量研究

為方便計(jì)算，本次研究中選擇處理規(guī)模為1萬(wàn)m3/天的污水處理廠為研究對(duì)象，該處理廠的絕干泥產(chǎn)出量為1.1-1.2t/d，其中沉淀池剩余污泥量約為240m3/d，含水率約為99.6%，共計(jì)1.096-1.195t/d。根據(jù)質(zhì)量平衡法的技術(shù)內(nèi)容，案例處理流程如圖1所示。

根據(jù)IPCC質(zhì)量平衡法經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，則有計(jì)算模型，如公式②所示。

公式②

在公式②中，W為日處理污泥總量;DOC為可降解的有機(jī)碳含量，一般取值為10%;為實(shí)際可降解的有機(jī)碳比重，根據(jù)IPCC的建議取值為50%;MCF為甲烷修正因子，根據(jù)IPCC的意見(jiàn)本次取值為1;F為甲烷在填埋中所占的體積分?jǐn)?shù);為二氧化碳與碳分子的比率值。

同時(shí)根據(jù)圖1所介紹的工藝流程再計(jì)算該方法的二氧化碳減排情況，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入到公式①中，最終計(jì)算顯示：與傳統(tǒng)的污泥脫水-衛(wèi)生填埋處理工藝相比，臭氧微氣泡技術(shù)的減排量約為0.40-0.42t/d，具有先進(jìn)性。

2.4結(jié)果分析

在通過(guò)對(duì)上述驗(yàn)算后可以發(fā)現(xiàn)，在污泥處理處置工藝中，臭氧微氣泡減量穩(wěn)定處理工藝是一種科學(xué)的生產(chǎn)工藝，與傳統(tǒng)技術(shù)相比該方法可以更好的降低二氧化碳排放量。并且作為一種先進(jìn)方法，臭氧微氣泡減量穩(wěn)定處理工藝能夠保證穩(wěn)定的生產(chǎn)過(guò)程，確保污泥在脫水環(huán)節(jié)后最大程度上實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，方便在運(yùn)輸、填埋與脫水等諸多環(huán)節(jié)減少二氧化碳的排放。反觀傳統(tǒng)的污泥脫水-衛(wèi)生填埋處理工藝，該工藝所產(chǎn)生的填埋氣體不穩(wěn)定，存在較高難度，導(dǎo)致很多填埋場(chǎng)無(wú)法對(duì)填埋氣做進(jìn)一步的收集與利用，不滿足可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，因此在未來(lái)污泥處置環(huán)節(jié)，可以用臭氧微氣泡減量穩(wěn)定處理工藝來(lái)取代傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝。

3.應(yīng)用結(jié)果與建議

結(jié)合上文研究可以發(fā)現(xiàn)，在質(zhì)量平衡法的支持下，二氧化碳減排量能夠得到直接計(jì)算，臭氧微氣泡減量穩(wěn)定處理效果可由此明確，通過(guò)相應(yīng)對(duì)比，各類污泥處理處置工藝的二氧化碳減排量均可以順利獲取。對(duì)于采用不同工藝的污水處理廠來(lái)說(shuō)，碳減排情況的計(jì)算均可應(yīng)用質(zhì)量平衡法，但這需要結(jié)合各處置環(huán)節(jié)的碳匯和碳源。相對(duì)于傳統(tǒng)的污泥衛(wèi)生填埋方法，各類污泥處理處置工藝的二氧化碳減排情況能夠基于質(zhì)量平衡法計(jì)算得出，科學(xué)、直觀地比較可在各類污泥處理處置工藝間開(kāi)展，各類工藝在污水處理廠污泥處理方面具備的節(jié)能減排性能可順利明確，以此提供的環(huán)境方面參考依據(jù)可為污水處理廠的污泥處理工藝選擇提供有力支持。

圍繞占地面積進(jìn)行分析不難發(fā)現(xiàn)，臭氧微氣泡減量穩(wěn)定工藝在該方面的優(yōu)勢(shì)極為顯著，相較于傳統(tǒng)的厭氧消化技術(shù)，其占地面積僅為其10%左右，這種新型工藝的應(yīng)用能夠大幅降低建設(shè)設(shè)施的用地面積，工藝在性能方面的優(yōu)勢(shì)也能夠?qū)崿F(xiàn)污泥的無(wú)害化和減量化處理，因此污泥填埋處置所占用的土地資源也能夠同時(shí)有效降低。通過(guò)污泥與臭氧的充分反應(yīng)，同時(shí)有效控制反應(yīng)過(guò)程，在先進(jìn)的污泥微氣泡臭氧穩(wěn)定化裝置支持下，工藝的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)較低成本、較小臭氧投加量、穩(wěn)定運(yùn)行、更高臭氧利用率，堵塞等問(wèn)題的出現(xiàn)幾率也能夠大幅下降，臭氧微氣泡減量穩(wěn)定工藝的優(yōu)勢(shì)可由此更為充分發(fā)揮。結(jié)合上文核算內(nèi)容，本文研究工藝具備的較高實(shí)踐價(jià)值也得到直觀證明。

結(jié)束語(yǔ)：在本次研究中，本文借助質(zhì)量平衡法，以某處理廠為研究對(duì)象，對(duì)污泥脫水-衛(wèi)生填埋處理工藝與臭氧微氣泡減量穩(wěn)定處理工藝做對(duì)比分析，最終分析的結(jié)果證實(shí)臭氧微氣泡減量穩(wěn)定處理工藝滿足可持續(xù)發(fā)展要求，提示質(zhì)量平衡法具有先進(jìn)性，也為臭氧微氣泡減量穩(wěn)定處理工藝的推廣提供了支持，值得關(guān)注。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭子繁，劉衛(wèi)曉，金蕪軍，等.質(zhì)量平衡法及其在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值中的應(yīng)用進(jìn)展[J].生物技術(shù)進(jìn)展，2020，10（06）：623-629.

[2]張慶合，楊吉雙，焦慧，等.基于質(zhì)量平衡法的有機(jī)物純度測(cè)量技術(shù)進(jìn)展[J].化學(xué)試劑，2020，42（08）：931-939.

[3]楊晉瑤，袁艷紅，李陽(yáng).考慮回收質(zhì)量不確定的閉環(huán)供應(yīng)鏈碳減排與定價(jià)策略研究[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2020，36（03）：38-44+98.