零排放、全资源化——横滨市的城市下水污泥处理
拥有370万人口的横滨市，为了处理城市生活废水，共设置了11个城市下水处理设施和两个下水污泥资源化中心。其中北部污泥资源化中心，虽然是1983年就开始投入运转的设施，但却拥有能源的循环再利用、废物资源化以减少废物排放等在今天看来也颇为先进的理念。日前，记者前往横滨市的“北部污泥资源化中心”进行了采访。
北部污泥资源化中心的下水污泥处理实现了废物的零排放和全资源化。这座占地18.5万m2的污泥资源化中心担负着约205万人口生活废水中的污泥 注1）处理工作，整个设施的污泥处理能力为1.25万m3/日（约8000吨（t）/日）。污泥经过发酵消化所产生的消化气体（沼气）经过燃烧，可以获得约3100万kWh的发电量，可满足设施内八成的电力需求。消化后的污泥经过脱水压缩后变成泥饼，最后进行燃烧无害化处理。每天北部污泥资源化中心会排出约20t的焚烧灰烬，也全部资源化。其中的一部分灰烬混合到来自建筑现场的建设用土中，制成再生土，用于建筑现场的回填材料；另外的一部分作为水泥的原材料用于建筑物。整个处理设施不再产生新的废弃物注2）。
下水污泥的具体处理流程如下图所示。
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横滨市下水污泥处理示意图。处理过程中产生的沼气、焚烧污泥产生的余热、以及最后生成的焚烧灰烬都加以利用。
1 来自污水处理中心的污泥首先经过受泥槽沉淀，毛发等尺寸较大固态物体通过粪渣分离机抽出，然后被直接送往焚烧炉焚烧。
2 剩下的悬浮在水中的污泥会经过离心分离机浓缩后形成浓缩污泥，这时体积/重量会减少到处理前的1/4左右。
3 浓缩污泥被送至密封的卵形污泥消化罐中，在36℃温度下，经过25-30天左右的发酵，在厌氧细菌的作用下生成消化气体（沼气）。沼气通过脱硫装置去除H2S等有毒物质后用于发电和燃烧装置的燃料。
4 发酵后的污泥经过脱水烘干后变成泥饼，被送往焚烧炉焚烧。另外，由于泥饼熱熵值较高，所以横滨市还在推进污泥低温炭化，将泥饼不经焚烧直接做成燃料。
5 泥饼燃烧后变成灰烬，在重量上减少至污泥处理前的约1/400。整个横滨市每天约产生40t灰烬。
横滨市每天需要处理约1.4万t含水污泥，经过消化和焚烧后，最会剩下约40t无害灰烬。
卵形污泥消化罐有玄机
“卵形污泥消化罐的最大特点是与通常的圆筒形消化罐相比，在相同容积下表面积更小”，横滨市环境创造局课长辅佐、北部下水道中心资源化管理担当系长桑原弘至介绍道。表面积越小，热量的逃逸量就会越少，越容易维持污泥消化时所需要的温度，更有利于污泥的消化。
由于消化罐为卵形，功率相对较小的马达便可完成搅拌工作，污泥也不易在消化罐顶部淤积结成硬块。横滨市北部污泥资源化中心的卵形消化罐高33.6m（地上部分为25.1m），内径为22.7m，容积为6300m3，只在消化罐顶部设置一台30kW的马达，即可完成整个消化罐内消化污泥的搅拌。
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卵形消化罐示意图。只需在罐的顶部设置小功率马达，即可完成搅拌工作。左图中的小球表示被搅拌起来的污泥。
能源的循环利用
横滨市北部污泥资源化中心的亮点是整个设施的能源循环利用。比如，消化罐产生的消化气体，被分别用于气体发电、污泥焚烧炉和临近的垃圾焚烧设施。其中62%被送往气体发电机燃烧发电，这部分的发电量约3100万kWh/年，可满足整个污泥处理设施80%的电力需求（不足的20%部分由临近的垃圾焚烧厂所发电力提供。基本上不从电力公司购电）。剩下30%用于污泥燃烧炉的燃料来焚烧污泥；之外的6.5%提供给附近的垃圾焚烧工厂用作燃料；其余的1.1%用于设施内的空调等装置。
冷却气体发电机得到的温水返回给消化罐，用于维持消化罐的温度以利于污泥发酵；污泥焚烧炉产生的热量提供给废热锅炉以及整个设施内的取暖设备。
焚烧灰烬再利用与污泥低温炭化
目前，整个横滨市每天的下水处理会产生约40t灰烬，对此横滨市一直在尝试多种方式进行再利用。比如利用灰烬做成生肖摆设与花瓶，农用特殊肥料、砖坯、改良土等多种商品，提供给市民使用。但由于成本问题，最终保留下来的是作为建筑现场回填土的改良材料以及混凝土原料两种商品，两种商品的比例约各占一半。
为了实现污泥处理的零排放，横滨市和日本电源开发公司还从2009年开始开发污泥低温炭化技术。横滨市的下水污泥的发热量为13.9-15.3MJ/kg，相当于通常煤炭26MJ/Kg的一半左右，经过炭化后则能达到15.9MJ/Kg，可以提供给炼油厂、钢厂等工厂作为燃料。横滨市于2012年开始建设污泥低温炭化设施，预定于2016年投入运行。该设施每年能制造约6500t炭化燃料，由此较通常的污泥焚烧处理每年少排放3900t二氧化碳气体。同时使用污泥低温炭化制造的燃料一方，也能较使用煤炭每年少排放约9900t二氧化碳。
注1）主要成分为通过初沉池去除了大尺寸泥沙、悬浮在生活废水中的有机物质。
注2）2011年3月11日东日本大地震后，由于福岛核电站事故，导致焚烧灰烬存在放射性。尽管放射性低于日本指定的国家标准，但仍无法获得用户的理解，所以焚烧灰烬制造水泥原材料工序不得不暂停。目前在北部污泥资源化中心每天都会有10t的灰烬储藏在设施空地的集装箱内。
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