太陽能污泥干化裝置的運轉費用

■ 高穎

德國DEW公司

太陽能污泥干化裝置的運轉費用

■ 高穎

德國DEW公司

本文描述了太陽能污泥干化裝置在設計過程和標書描寫時必須注意的一些重要事項。

太陽能；太陽能干化系統；市政污泥；干燥技術；熱空氣

0　引言

截至2010年底，在歐洲已經投入運轉的太陽能污泥干化處理裝置已超過450套。低碳節能已成為一種標準的分散型污泥干化處理技術，普遍被用戶接受。但對于歐洲許多小型污水處理廠來說，仍必須和以下分散型污泥處理方案形成競爭格局：1） 將濃縮后稀漿污泥直接送往附近污水廠進行脫水干化處理；2） 采用移動型脫水裝置進行脫水處理，然后直接外運；3） 采用固定安裝的脫水裝置進行脫水處理，然后直接外運；4） 采用固定安裝的脫水裝置進行脫水處理，然后進行熱干化處理。

另一方面，就太陽能污泥干化處理工藝本身來說，因為翻泥技術的差異，處理工藝和配套設備在各供貨商之間也有很大區別?？傮w而言，在德國采用太陽能污泥干化處理的裝置可分成兩大類：

1） 以德國Thermo System公司為代表的點式翻泥裝置。一般是以批式方式工作：即通過鏟車將脫水污泥送入太陽能干化車間，并進行均勻布料；然后由一臺污泥小車（也稱“污泥豬”或“電子鼴鼠”）進行點式翻泥，在經過很長時間的干化處理后（在德國平均每年處理4批污泥，根據季節每批翻泥時間3～6個月），再由鏟車將干化污泥轉入運泥卡車內。一般情況下，這一裝置是對脫水處理進行干化處理。但根據用戶要求也可注入稀漿污泥（約2%～ 4% DS），同時進行污泥濃縮脫水和污泥干化。但這種情況只能用于小型污水處理廠。

Thermo System公司是太陽能干化領域的先驅，早在1997年推出點式翻泥裝置，并和德國各大學合作進行大量基礎性研究，目前在全球已有100多套裝置投入運轉。但點式翻泥裝置相對效率較低，并且又是批式工作，在污泥干化初始階段，尤其是污泥固含量在30% DS以下時會產生臭味，因此這些太陽能干化裝置都必須額外配置除臭裝置；而在污泥干化尾端時期，又會產生大量粉塵問題。為了避免點式翻泥裝置的缺點，Thermo System公司最近又推出門式翻泥裝置，其翻泥效率是在點式翻泥裝置和橋式翻泥裝置之間［1］。

2） 以德國IST公司為代表的橋架型翻泥裝置。一般是以連續方式工作：即通過鏟車每天在干化車間的端部輸入脫水污泥，然后橋架型翻泥裝置沿整個干化車間的寬度進行整體翻泥。對于這種類型的翻泥裝置來說，要求脫水的固含量最好在20% DS以上。因為橋式翻泥裝置效率高、污泥曝氣程度強，干化車間內絕大部分區域的污泥固含量在35%～75% DS之間，臭味程度遠低于點式翻泥裝置。因此，世界上除德國Thermo System公司一家之外，德國或者歐洲所有其他廠家都采用橋式翻泥裝置［2，3］。

綜上所述，在對中小型污水處理廠進行污泥干化處理時，根據不同的處理工藝一般可處理稀漿污泥和脫水污泥兩類污泥，而對于不同太陽能干化裝置所配置的外圍設備會因此有很大差異。但不管采用哪種翻泥技術，在選擇采用太陽能干化處理工藝之前都必須進行經濟性分析。

1　經濟性影響因素

影響太陽能處理經濟成本的主要因素見表1。由表1可知，除各廠商所提供的運輸、翻泥和通風技術設備外，整個項目還包含一系列其他因素會導致整個項目的投資費用明顯上升。

表1　太陽能污泥干化處理工藝的主要費用組成

為了避免冬季污泥處理量下降或有時需污水處理，就必須對太陽能干化裝置進行客觀科學的設計，尤其是必須考慮“干泥排料”“冬季污泥額外儲存”“滲濾液儲存池”的問題。

此外，業主單位還必須考慮到在項目建設過程中的附加費用。例如：1） 項目審批費用、地基評估、靜力計算和測試以及設計費用；2） 根據污泥干化裝置的安裝地以及周圍住宅情況，審批單位有時對廢氣排放有很高的要求，此時還必須建造廢氣處理裝置；3） 鋼鐵等原材料的漲價。

對于運轉費用來說，可根據供貨商提供的設備連接功率、運轉時所需人工等計算，而這一數值是和不同的干化處理工藝（污泥運輸、翻滾和通風方式）有關。

對于投資費用來說，可根據表1進行框算。在德國設備折舊時間計算方式為［4，5］：1） 土建構筑物的折舊時間為30年；2） 機械和電控設備的折舊時間為12～15年；3） 干化車間的外罩材料（陽光板、玻璃、塑料薄膜）的折舊時間為12～15年。

此時必須注意，干化車間配置玻璃與配置陽光板和塑料薄膜，對污泥的干化處理效果沒有本質差別，只是較為美觀。

通過和業主單位聯系，并根據污水廠內的具體情況和已經存在的設備，可確定項目2、7、8、10、12～14所需投資費用，而只是簡單地采用單位面積費用（萬元/m3） 不是十分精確。

2　裝置運轉費用和政府資助補貼

太陽能干化裝置作為一種新技術，目前在國內還沒有開始進行工業化建設項目，因此無法進行準確的投資費用估算。但根據文獻資料和太陽能干化裝置的設備配置情況，可按照以下方法進行運轉費用的估算。

根據德國的經驗，可通過統計數據或數學模型獲得平均值數據，可用于一般處理費用的估算，例如在德國每蒸發1 t水的處理費用約為30 ～60歐元［1］。 其中包含設備折舊費用、財務、保險和貸款利息等（即表1中1～22項內容）。

如果按照國內一般計算方法，處理費用僅指運轉費用（電耗和人工費用），則運轉費用十分低廉。在采用太陽能污泥干化工藝進行污泥干化處理時，由于熱能是利用免費太陽能，能耗費用只局限在電費。因為電流消耗極低，每蒸發1 t水耗電約為10～30 kWh，操作費用很低。

裝置操作簡單并全自動運轉，所費人工很少，一般每個干化車間每人每天只需0.5 h，其中包含一般的保養工作［6，7］。

如果按現在中國的電費 1元/kWh計算，在900 m2面積上進行純太陽能污泥干化處理，此時由每蒸發1 t水而直接產生的操作費用約需10～30 元。若按表1的運轉費用計算方式（17～ 22項內容）計算，則還應包括人工費用、零配件費用、干泥后處置費用和各種保險費用等。但總體來說，運轉費用不可能超過60 元/t蒸發水。

具體項目還必須根據項目所在地的污泥處理要求和外圍設備的配置狀況等確定較為精確的處理費用。

圖1　德國Marktbergel污水處理廠內的太陽能污泥干化裝置（翻泥裝置）

在德國各州，不管是對農村地區進行分散型處理，還是對多個污水處理廠進行集中處理，對太陽能干化裝置的投資建設都有補貼，約占投資額的30%～90%。因此，目前許多污水處理廠對建造太陽能干化裝置十分感興趣。對于這種處理工藝來說，投資費用較高，而平時運轉費用很低，為中小污水處理廠提供了一條可持續的污泥干化處理途徑。甚至一些原規模較大的污水處理廠，因為政府補貼也對建造太陽能干化處理裝置表現出極大興趣。

3　標書形式

從理論上說，將標書分成土建包、暖房車間包（暖房結構和外罩）和機械技術包（運輸、翻泥和通風技術）3個包時，會降低項目建設費用。但這種做法會增加工程建設各方的交接面，增加工程設計和實施的聯絡費用。如果要求工程順利進行，則要求事先選擇好所需太陽能污泥干化工藝，并書面明確澄清供貨范圍和工作交接面。因為在工程過程中，土建和干化車間以及通風技術相互關聯，在同時進行不同工程包的內容時，如果和標書所描述的內容不符合（機械外形尺寸、干化車間的寬度和長度、大門寬度和高度），則會導致與業主間進行重新談判，追加工程費用。

如果這3部分工程內容作為1個工程包由1個承包商實施，雖然整個工程投資費用稍高，但在中標之后價格穩定，工程各方不會產生相互扯皮的情況。

另外一種招標形式是對太陽能污泥干化裝置采用功能標方式，即對所有太陽能干化處理工藝都開放。在各生產廠商投標后，由專家小組對各種處理系統進行評標。為了能客觀準確地進行招標工作，則要求對干化裝置的各種要求和各部件的質量仔細描寫。如果業主單位和設計院對市場上各種太陽能干化系統沒有詳細且專業的了解，則很難實現這一點。

4　總結

一般來說，太陽能干化裝置的成本計算是通過在當地框架條件下進行的經濟性分析而獲得。其中的一些關鍵參數是：脫水污泥的固含量、土地面積、干化污泥的后續處置方式和所選用的太陽能污泥干化工藝。

在污水廠擁有土地或土地租憑費用不高時，處理成本一般相對其他處理方案要低的多。

在進行采用或不采用太陽能污泥干化的經濟成本比較分析時，必須綜合研究考慮污泥脫水（采用移動型脫水裝置或固定安裝裝置）外送焚燒（有時事先采用熱干化處理），農肥或園林農用情況下所產生的處置費用，干化裝置本身的投資費用和運轉費用。此外，還必須考慮是否有可能采用低溫廢熱支持加強太陽能干化處理［3］。

考慮到粉塵原因，干化污泥的固含量一般被控制在70%～85% DS范圍內。如果不能農用，則這些干泥的處置費用相對要比90% DS以上干泥的處置費用高。這一點也應考慮在后處置費用之內。

太陽能污泥干化作為一種綠色生態技術，在投資建設過程中一般都得到德國政府的補貼資助。例如在德國巴騰府州，政府的補貼資助比例高出70%～95%。與此相反，在投入運轉之后，對于所產生的運轉費用，主要是電耗和人員費用，一般無政府補貼。

最后還必須指出，在進行經濟性計算時未考慮到一些非經濟性因素，如生態效應和社會效率。例如，通過分散型污泥干化處理可降低車輛運輸和二氧化碳排放量，這些因素在進行決策時也應考慮進去。

［1］ Bux Markus. Verbrennung von solargetrocknetem Kl?rschlamm in Deutschland. Abschlussbericht im Auftrag des Ministerium für Umwelt und Verkehr Baden-Württemberg （unver?ffentlicht）， 2003.

［2］ Grosser A， 高穎. 太陽能污泥干化處理［J］. 亞洲給水排水，2007， （5/6）: 48-51.

［3］ 高穎. SRT太陽能污泥干化處理系統-采用各種輔助熱能的運轉經驗［J］. 太陽能， 2011， 1: 25-28.

［4］ Bux Markus， Baumann Rainer. Solare Trocknung von Kl?rschlamm， Verbreitung， Leistung und Kosten［M］. Korrespondenz Abwasser， 2003， 732-739.

［5］ KVR-Richtlinie des LAWA （200372005）.

［6］高穎. 利用太陽能進行市政污泥干化處理和生物能源回收［J］. 太陽能， 2010， 8: 29-32.

［7］高穎，王冰. 太陽能污泥干化技術的理論和實踐［A］. 2011年中國節能減排技術裝備發展國際論壇論文集［C］， 2011， 18-24.

2013-06-13

高穎（1958—），男，博士，主要從事污水處理、污泥處理和處置方面的研究。ying.gao@dew-techno.de