基于質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：在當前節能減排的背景下，關于污泥處理處置工藝碳減排量核算成為社會關注的重點內容。在本次研究中，將結合質量平衡法，在了解該方法基本技術內容的基礎上，詳細闡述了該方法在污泥處理處置工藝碳減排量核算中的運用，希望為節能減排的實現奠定基礎。

關鍵詞：質量平衡法;污泥處置工藝;碳減排量;核算方法

前言：目前溫室效應已成為全球各國共同面對的嚴峻問題，如何減少二氧化碳等溫室氣體的排放深受社會關注。與其他行業相同，污水污泥處置環節同樣會釋放大量的二氧化碳氣體，為貫徹國家可持續發展的理念，就需要對污泥處理處置工藝碳減排量進行核算并尋找新的工藝，這也是本文研究的主要目的。

1.質量平衡法分析

質量平衡法屬于一種綜合方法，是通過多種分析技術的基礎上完成物質核算，主要可分為兩個部分，其中第一部分是計算物質的總質量;第二部分則是分析樣品中的各種雜質，如水分、揮發性溶劑、無機離子等物質的含量，最后通過公式運算來計算出物質含量[1]。從當前學術界的研究結果可知，質量平衡法屬于一種高精準度的計算方法，可以有效預測物質的某些成分的含量，具有深遠影響[2]。

而結合污泥處理處置工藝碳減排量核算的實際情況，根據IPCC（政府間氣候變化專門委員會）的經驗，污泥處置各環節所產生的二氧化碳不僅要使用計算模型，也需要綜合考慮到污泥處理環節中所產生的直接排放、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、產出的變化，最終對任意一個環節的二氧化碳排放量做出分析。期間為確保數據處理的精準性，在計算節能減排情況中應以一種成熟、完整的處理工藝為對比對象，通過對比、驗算等方法可以進一步提高數據處理結果的精準性。

2.質量平衡法的運用研究

2.1應用背景

結合當前我國的污泥處理工藝來看，污泥脫水-衛生填埋是一種常見的工藝，具有代表性，其中從碳排放角度來看，衛生填埋屬于高碳排放生產工藝，在將該工藝作為標準進行計算后，則可以更好的了解各種二氧化碳的排放情況。并且在數據計算過程中，為確保計算結果的精準度，本次研究中借鑒IPCC提出的質量平衡法經驗模型做驗算。

2.2分析方法的構建

在本次研究中，以特定時間范圍內的污泥處理二氧化碳排放情況做驗算，并且本次研究中所確定的邊界條件為：（1）根據污泥處理工藝中的二氧化碳直接排放量要求，并分析任何環節的間接二氧化碳排放。（2）將污泥衛生填埋作為對比對象，借助IPCC的經驗模型計算污泥處理環節的二氧化碳產生量，并兼顧各個環節的電能耗等[3]。（3）本次研究中所涉及的對比處理工藝為臭氧微氣泡工藝，該技術以新型TMO技術為基礎，來源于上海市中央引導地方科技發展專項項目，經微納米臭氧氣泡完成污泥處理。（4）在計算減排量期間，按照公式①展開驗算。

公式①

在公式①中，為減排量;、、分別代表脫水、運輸以及填埋環節的二氧化碳排放量，單位為“t/d”;代表工藝處理環節的二氧化碳排放量，單位為“t/d”;為上清液稀釋過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”;代表傳統生產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

為方便計算，本次研究中選擇處理規模為1萬m3/天的污水處理廠為研究對象，該處理廠的絕干泥產出量為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1.096-1.195t/d。根據質量平衡法的技術內容，案例處理流程如圖1所示。

根據IPCC質量平衡法經驗模型，則有計算模型，如公式②所示。

公式②

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

同時根據圖1所介紹的工藝流程再計算該方法的二氧化碳減排情況，將相關數據代入到公式①中，最終計算顯示：與傳統的污泥脫水-衛生填埋處理工藝相比，臭氧微氣泡技術的減排量約為0.40-0.42t/d，具有先進性。

2.4結果分析

在通過對上述驗算后可以發現，在污泥處理處置工藝中，臭氧微氣泡減量穩定處理工藝是一種科學的生產工藝，與傳統技術相比該方法可以更好的降低二氧化碳排放量。并且作為一種先進方法，臭氧微氣泡減量穩定處理工藝能夠保證穩定的生產過程，確保污泥在脫水環節后最大程度上實現穩定，方便在運輸、填埋與脫水等諸多環節減少二氧化碳的排放。反觀傳統的污泥脫水-衛生填埋處理工藝，該工藝所產生的填埋氣體不穩定，存在較高難度，導致很多填埋場無法對填埋氣做進一步的收集與利用，不滿足可持續發展的戰略目標，因此在未來污泥處置環節，可以用臭氧微氣泡減量穩定處理工藝來取代傳統的生產工藝。

3.應用結果與建議

結合上文研究可以發現，在質量平衡法的支持下，二氧化碳減排量能夠得到直接計算，臭氧微氣泡減量穩定處理效果可由此明確，通過相應對比，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。對于采用不同工藝的污水處理廠來說，碳減排情況的計算均可應用質量平衡法，但這需要結合各處置環節的碳匯和碳源。相對于傳統的污泥衛生填埋方法，各類污泥處理處置工藝的二氧化碳減排情況能夠基于質量平衡法計算得出，科學、直觀地比較可在各類污泥處理處置工藝間開展，各類工藝在污水處理廠污泥處理方面具備的節能減排性能可順利明確，以此提供的環境方面參考依據可為污水處理廠的污泥處理工藝選擇提供有力支持。

圍繞占地面積進行分析不難發現，臭氧微氣泡減量穩定工藝在該方面的優勢極為顯著，相較于傳統的厭氧消化技術，其占地面積僅為其10%左右，這種新型工藝的應用能夠大幅降低建設設施的用地面積，工藝在性能方面的優勢也能夠實現污泥的無害化和減量化處理，因此污泥填埋處置所占用的土地資源也能夠同時有效降低。通過污泥與臭氧的充分反應，同時有效控制反應過程，在先進的污泥微氣泡臭氧穩定化裝置支持下，工藝的應用可實現較低成本、較小臭氧投加量、穩定運行、更高臭氧利用率，堵塞等問題的出現幾率也能夠大幅下降，臭氧微氣泡減量穩定工藝的優勢可由此更為充分發揮。結合上文核算內容，本文研究工藝具備的較高實踐價值也得到直觀證明。

結束語：在本次研究中，本文借助質量平衡法，以某處理廠為研究對象，對污泥脫水-衛生填埋處理工藝與臭氧微氣泡減量穩定處理工藝做對比分析，最終分析的結果證實臭氧微氣泡減量穩定處理工藝滿足可持續發展要求，提示質量平衡法具有先進性，也為臭氧微氣泡減量穩定處理工藝的推廣提供了支持，值得關注。

參考文獻：

[1]鄭子繁，劉衛曉，金蕪軍，等.質量平衡法及其在標準物質定值中的應用進展[J].生物技術進展，2020，10（06）：623-629.

[2]張慶合，楊吉雙，焦慧，等.基于質量平衡法的有機物純度測量技術進展[J].化學試劑，2020，42（08）：931-939.

[3]楊晉瑤，袁艷紅，李陽.考慮回收質量不確定的閉環供應鏈碳減排與定價策略研究[J].生態經濟，2020，36（03）：38-44+98.