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--> --> --> 近年来，随着我国西藏自治区(简称西藏)经济的快速发展与城镇化建设进程的推进，拉萨市、那曲市、日喀则市的多座污水厂投入运行，市政污泥产量也随之增加。2017年，西藏市政污水处理量达1.03×108 t[1]，据此推算，污泥量约8.23×104 t[2](含水率80%)。这些污水处理厂由于缺乏后续配套的处理设施，大量污泥只能堆积在厂房中，严重影响了设备的正常运行。此外，对西藏污泥特性的未知，加深了污泥对环境危害的不确定性。若不能将数量庞大的污泥妥善处理，会对西藏脆弱的生态环境造成不可逆的影响[3]。由于西藏自治区缺乏针对性研究和技术指导，目前尚未形成成熟的污泥处理方法。考虑到西藏的垃圾填埋场已趋于饱和，污泥干化后运至填埋场填埋并非长久之计。同时，污泥中含有大量的有机物和营养物质，污泥的处理方法可转向有机废物的资源化利用[4]。在平原地区，主要的资源化方式包括土地利用[5]、能源利用[6]、制备环保材料[7]等。几种资源化利用技术分别有一定的优势：好氧堆肥技术操作简单、周期短、效率高，有机物分解彻底，产物稳定[8]；厌氧发酵技术受污泥含水率的影响较小，产生的甲烷可用于供电和供热[9]；热解技术产生的生物炭可用于吸附重金属或有机污染物[10]；污泥与垃圾混合焚烧技术可降低二恶英等污染气体的排放[11]，将热能转化为电能，可节约化石燃料的费用；污泥衍生燃料具有较高的热值，燃烧效率高[12]；厌氧发酵与气化耦合技术可通过微生物发酵产生沼气，沼渣中未完全降解的有机物通过气化技术转换为生物质燃气[13]，实现全部有机物的资源化利用。
在西藏自治区，须考虑其气压低、氧含量低、昼夜温差大等特殊条件，不能直接照搬平原地区运行良好的资源化利用方法，处理工艺和运行方法都须做出调整。本研究从原料出发，通过取样分析，总结了西藏污泥的特性；根据已有数据，对西藏污泥产量进行了预测；结合西藏污泥的特性与产量，提出了符合西藏特点的处置方案，进而分析每种技术的资源化利用潜力；结合每项技术的经济效益、社会效益及西藏本地的需求，为污泥推荐最优的资源化利用方案。本研究为西藏自治区的污泥处置问题提供新思路，为找到适合西藏地区的污泥资源化利用方法提供了参考，具有理论意义与应用价值。
1.1. 实验材料与方法
实验用污泥取自西藏自治区拉萨市某污水处理厂，为未经发酵处理的新鲜污泥。污泥取回后含水率为80%~85%，故采用自然晾晒法进行干燥后，再放入烘箱中，在105 ℃恒温下烘烤24 h。取出冷却后，粉碎、研磨并过100目筛，取筛下物备用。污泥的热化学基础特性包括元素分析、工业分析、重金属含量分析及XRF分析。元素分析与工业分析分别使用《煤的元素分析》(GB/T 31391-2015)[14]、《固体生物质燃料工业分析方法》(GB/T 28731-2012)[15]中的方法进行测试。重金属含量测试使用HNO3-HClO4法消解，再利用ICP装置进行测试。XRF采用射线荧光光谱仪对污泥中Si、Fe、Al、P、K、Ca、Si、Mg、Ti、Na、Cl、Mn、Sr、Rb、Zr和Co元素的含量进行测试。
1.2. 计算方法
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1)污泥量计算模型。通常，污水处理厂处理1×104 t生活污水可产生含水率80%的污泥5~8 t[2]，此处选取8 t计算，由于同一污泥在不同含水率下干物质的质量不变，可计算出不同含水率下的污泥质量(如式(1)所示)。式中：
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2)灰色预测模型。灰色预测模型适用于数据样本点个数少(最少4个)、数据呈现指数或曲线形式及做中短期的预测。由于西藏污泥量数据样本较少且呈现曲线形式，故采用灰色GM(1, 1)模型[16]，基于MATLAB软件进行预测。为了保证建模方法的可行性，须对无规律的西藏污泥量原始数据x(0)进行平移变换，使其变为光滑离散函数序列。建立西藏污泥产量的时间序列(如式(2)所示)。
由于式(2)为西藏污泥量的原始序列，其规律性不强，因此，在预测前，须对
在数据具有一定规律性后，可建立GM(1, 1)的白化微分方程，如式(4)所示。
式中：
由式(2)~式(5)得出2014—2017年西藏污泥产量的模型预测值后，通过计算预测值与真实值之间的级比偏差、相对误差及平均相对误差的数值，来判断预测结果是否可靠。相对误差算法如式(6)所示，级比偏差算法如式(7)所示，平均相对误差算法如式(8)所示。
式中：
式中：
式中：
若相对误差小于
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3)产品量计算模型。由污泥产量计算其资源化处理可得的产品量，如式(9)或(10)所示。式中：
2.1. 元素分析对比
元素分析是污泥的基础指标，可为热化学计算提供依据并预测热化学转化率。西藏污泥及代表性城市[17-21]的元素分析结果见表1。可以看出，西藏污泥的碳、氢元素含量相对较高，故有机质含量较高。氮元素含量达到6.46%，而一般煤炭的氮元素含量均在2%以下[22]，这可能使污泥焚烧等利用过程中氮氧化物的排放浓度超标，因此，要注意采取适当的脱硝措施控制氮氧化物排放。相比之下，西藏污泥中硫元素含量较低(1%以下)，因此，相较于其他5个城市，西藏污泥在焚烧等过程中硫氧化物排放浓度最低，但仍须注意监测是否超标。2.2. 工业分析对比
西藏污泥及代表性城市[17-21]的工业分析结果见表2。可以看出，西藏污泥中挥发分含量最高，达到60%以上，这说明污泥中含有较多的有机质。其次是灰分，约占28%，由于灰分的存在，热干化利用后也会遗留部分残渣。固定炭和水分含量较低，对干化焚烧、热解等过程影响较小。与其他5个城市相比，西藏污泥灰分含量最低，挥发分含量最高，同时水分含量也较低，说明西藏污泥有机物质丰富，无机物含量较低。对西藏污泥进行焚烧或热解气化处理时，挥发分是主要的有效成分；且西藏污泥灰分含量最低，产生的灰渣更少，对焚烧炉、热解气化炉等设备运行维护更有利。
2.3. 重金属含量对比
市政污泥中的重金属主要来自工业废水、生活污水和雨水径流[17]，主要包括As、Cr、Cd、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等[5]。西藏污泥的重金属含量如表3所示，8种元素含量从高到低依次为Zn>Cu>Cr>As>Pb>Ni>Cd>Hg。其中，Zn元素含量最高，达294.84 mg·kg?1；Cd元素和Hg元素处于较低水平，均低于2.5 mg·kg?1。除As外，西藏污泥中的重金属含量均低于《农用污泥污染物控制标准》(GB 4284-2018)[23]中的A级与B级极限值。因此，将西藏污泥无害化处理后用于牧草地施肥、土地修复等是符合国家标准的，造成二次污染的危险性较小，这使得西藏污泥资源化处理更具优势。已有研究[24]表明，我国污泥中重金属含量排序为Zn>Cu>Cr>Pb>Ni>As>Cd>Hg，西藏污泥仅As一项含量较低，其余排序和全国规律一致。但由于不同地区、不同来源的污泥中，重金属含量差别较大，故选取7个城市[17-20, 25-27]作为对比，如表3所示。在西藏污泥中，除As和Pb元素外，其余6种重金属含量均远低于其他城市，这是由于西藏工业不发达，且终年降雨量少，污泥多来源于生活污水所致。西藏污泥中含量最高的锌元素仅为大连市的1/10，Cu元素含量仅为大连市的1/50，Cr元素为天津市的1/17，较为清洁。此外，西藏自治区污水处理厂投产时间较短，运行工艺及设备的质量有所保障，对污泥资源化利用十分有利。
2.4. XRF分析
西藏污泥的XRF分析结果如表4所示。所测试的16种元素中共有10种元素含量大于1%，其含量从高到低依次为Si>Fe>Al>P>K>Ca>Si>Mg>Ti>Na。Si元素含量最高，达到33.7%，这可能与污泥中砂子、石子含量较高有关。其次是Fe元素，达到18.3%，而Na元素含量仅为1.04%。剩余6种元素含量小于1%，其顺序为Cl>Mn>Cr>Sr>Rb>Zr>Co。已有研究[22]表明，原料中Mn、Zn等元素在热解过程中可起到一定的催化作用，有利于孔隙的形成，提高了生物炭的比表面积与孔容。此外，还有研究[28]表明，产甲烷菌蕴含多种微量元素，浓度为2.5. 污泥产量预测
由于中国住房和城乡建设部仅统计了2014年及以后的西藏自治区的污水量，并未记载污泥量。因此，研究对2014—2017年污泥产量进行计算，并对2018—2022年污泥产量进行预测。参考中国住房和城乡建设部得到的2014—2017年的污泥产量(含水率80%)[1, 29-31]，根据灰色模型计算得到的预测值及其误差如表5所示。由此可知，模型的相对误差、平均相对误差均在0.5以内，级比偏差小于0.22，表明该模型精度较高，可进行后续预测计算。预测得到2018—2022年西藏污泥产量的时间序列(见式(11))。由式(1)和式(11)得到2014—2022年不同含水率下的西藏污泥产量，结果如表6所示，污泥产量趋势如图1所示。由此可见，2014—2022年西藏污泥量呈S型增长趋势，前期增长缓慢，2015—2019年增长迅速，而2020年以后增长速度逐渐放缓。由于灰色预测模型只适合做中短期预测，因此，难以确定西藏污泥含量何时达到饱和。
3.1. 生物处理技术
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1)污泥好氧堆肥技术。污泥好氧堆肥是利用好氧微生物，在合适的通风、湿度和pH等条件下，将污泥中的有机物降解，转化为稳定的腐殖质的过程[32]。在有氧条件下，好氧微生物经过发热、高温、降温和腐熟4个阶段，将污泥中不稳定的有机物分解并稳定化，生成腐殖质、
污泥好氧堆肥操作简单、容易控制，堆肥周期短、效率高，与厌氧堆肥相比，臭味小，污泥中有机物分解更彻底，产物稳定。堆体温度较高，可以达到50~60 ℃[6]，因此，在高温灭活作用下，可以杀死多数寄生虫及虫卵、病原菌和野草种子等，避免疾病传播和农田野草蔓延，有效实现污泥的无害化处理。但好氧堆肥具有占地面积大的缺点，由于西藏处于低压缺氧的环境，故堆肥周期可能更长，通氧量、搅拌频率须相应增加。考虑到西藏昼夜温差较大，其保温措施也须增强。此外，堆肥处理可钝化污泥中的重金属，但不能完全去除，所产生的肥料直接施加到土壤中仍具有潜在危害[33-35]。
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2)污泥厌氧发酵技术。污泥厌氧发酵是利用厌氧微生物群，在无氧或缺氧条件下，将污泥中的有机物进行水解、气化反应，分解为稳定物质(CH4，CO2等)的过程[36]。厌氧发酵是一个涉及电子传递、能量传递和多种中间产物的复杂过程，由多种微生物协同完成。污泥厌氧发酵原理如图3所示，反应包括3个阶段。第1阶段为水解和发酵阶段，在此阶段中，多糖、蛋白质、脂类等在微生物作用下被水解为乙醇、脂肪酸等溶解性小分子有机物，并伴随着CO2、H2、NH3等气体的产生，这个阶段为厌氧发酵的限速阶段。第2阶段为产氢、产乙酸阶段，在此阶段中，产氢、产乙酸菌将除甲酸、乙酸、甲胺、甲醇之外的溶解性小分子有机物转化为乙酸、H2和CO2。第3阶段为产甲烷阶段，在此阶段中，将上一阶段中4类未转化的溶解性小分子有机物及乙酸、H2和CO2转化为甲烷，其中约70%的甲烷来自乙酸的分解。
目前，厌氧发酵是一种比较成熟的技术，其受污泥含水率的影响较小，以污泥为原料发酵产生的甲烷可用于供电、供热，可抵消污水和污泥前期处理过程中所需的部分能量[9]。厌氧消化产物稳定，同时可以杀死致病菌及寄生虫(卵)，是一种可以达到污泥减量化、资源化的有效技术。但厌氧消化反应时间较长，尤其在高原环境下周期更长，有机物去除不彻底，产气效率较低，仍须进一步研究以开发其潜能。
3.2. 热干化处理技术
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1)污泥干化热解技术。污泥干化热解是指污泥干燥后，在缺氧或无氧环境，温度为350~900 ℃时，由热量传递驱动的热化学反应过程，同时产生可燃气体、生物油和生物炭[37]。由于污水处理厂产生的污泥含水率通常在80%左右，仍需要对其进行脱水处理以适应热解工艺的要求。污泥热干化技术是一种可行的脱水方法，利用各种热介质(热烟气、水蒸气等)，直接或间接地对污泥进行加热，从而将污泥中的水分部分或全部脱除[38]。污泥热干化使污泥体积减小约3/4，而且干化后的污泥颗粒较小，质地均匀。污泥热解原理如图4所示。热量从外部传递到污泥颗粒边界层，此时污泥颗粒的温度由外至内逐渐升高，自由水分全部蒸发；不稳定成分裂解为炭和挥发分，挥发分进入气相中，即完成了一次裂解过程，生成炭、一次热解油和不可冷凝气体。随着热解反应的进行，颗粒由内而外逐层升温，未逸出污泥颗粒的挥发分进一步裂解，生成二次热解油和不可冷凝气体；而已经逸出颗粒的挥发分会穿越周围的气相组分进一步裂解。挥发分在污泥颗粒内部和气相中进行的裂解均称为二次裂解，由于二次裂解产生的热效应会改变污泥颗粒的温度，从而影响热解反应的进行。温度越高，气体停留时间越长，二次裂解越严重，对热解反应的影响也更加显著。
在热解过程中，大分子的污泥裂解为小分子产物，反应向产生气体的方向进行，分子数目和体积都大大增加，由质量作用定律可以推断，较低的压力有利于热解反应的进行，而西藏地区平均大气压仅为60 kPa左右，因此，在西藏进行热解反应会有4个方面的正面影响[39]。
①热解反应向体积增大的方向进行，低压有利于反应进行，使反应向生成产物的方向移动。
②热解系统内压力较低，使得气相产物快速离开污泥颗粒表面，缩短气相产物的滞留时间，减少二次反应，使热解油产量增加。
③在较低的压力下，热解温度也会降低。研究[40]表明，在标准大气压下，甘蔗渣中的半纤维素和纤维素分别在305 ℃和350 ℃时达到最大裂解速率；而在真空条件下，两者最大裂解速率对应的温度分别为200~250 ℃和280~320 ℃。此外，热解反应在低温时，可有效避免污泥中重金属的熔化和蒸发。
④系统压力的降低可相应地降低液体的沸点，从而促进液体产物的蒸发。
另外，热解过程产生大量的生物炭(约为污泥质量的50%)[10]，可用于吸附重金属或有机污染物。西藏生态环境脆弱，选取本地产生的污泥为原料制备生物炭，可减少外部活性炭的购入，维持西藏自治区原有的生态环境。
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2)污泥干化与垃圾协同焚烧技术。焚烧是固体废物放热氧化并产生一定热量、烟气(CO2、H2O、NOx、SO2等)、炉渣和飞灰的过程。通常，污泥焚烧需要在非常高的温度和氧气充足的条件下进行，其中的有机物发生剧烈的氧化反应，被氧化为NO2、CO2、水蒸气等，并产生烟气和残渣。焚烧过程中有机物被完全分解，病原菌、寄生虫等被彻底杀死，焚烧后的污泥体积只有机械脱水污泥体积的10%左右[41]。由于污泥含水量较高，热值较低，需要吸收大量能源后才能焚烧，因此，单独焚烧的初始投资巨大，运行成本较高。同时，西藏地区污水处理厂分布分散且产量低，将污泥集中焚烧处理会增加运输成本。因此，利用当地的垃圾焚烧厂，将污泥干化后与垃圾协同焚烧，可以节省污泥单独焚烧的成本，实现两者协同资源化利用，具有较大的经济和环境效益[42]。污泥与垃圾协同焚烧原理如图5所示。
陈海军等[11]发现，尽管污泥中各类污染物含量普遍高于生活垃圾，但当生活垃圾中掺入15%以下的污泥时，各种烟气污染物的排放浓度均低于《生活垃圾焚烧污染控制标准》所规定的排放限值，可达标排放。此外，污泥与生活垃圾相比，氯元素的含量较少，两者协同焚烧，可降低二恶英等污染气体的排放。但焚烧不能将污泥完全资源化利用，约30%的污泥最终转变为灰分。由于灰分中富集重金属，是潜在的危险废物，因此，灰分的处置须额外关注[43]。
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3)污泥制备RDF燃料技术。由工业分析结果可知，西藏污泥中挥发分约占60%，说明其中富含大量的有机物，具有作为燃料的潜质，其干化后可作发电厂或水泥厂燃料；而污泥含水率较高，须利用热脱水法去除污泥中的毛细水和吸附水，以达制备燃料的要求。将脱水污泥粉碎，加入药剂混合后，在成型机中不断压缩，使污泥黏结成为整体，风干后即为成型燃料，其制备原理如图6所示。
污泥衍生燃料具有较高的热值，与其他燃料相比，供热费用更加低廉，燃烧效率提高8%~10%[12]。水泥厂如选择污泥衍生燃料为主要燃料，燃烧剩余的灰渣还可作为其生产水泥的原料，既减少化石燃料的使用，又节约生产原料。目前，西藏农村多以牛粪作为主要炊事能源，污染物排放较大，如能将清洁的污泥衍生燃料投放至村镇使用，可解决西藏村镇的污染问题，提高能源利用效率。
3.3. 生物-热化学耦合处理技术
通常，厌氧发酵反应仅可使污泥中40%~60%的有机物转化为沼气。剩余沼渣中含有大量难以生物降解的有机物，具有较高的能量潜力。因此，污泥厌氧发酵耦合气化技术可将沼渣进一步气化，回收消化污泥的残余能量[44]，将污泥中的有机物最大化利用。厌氧发酵耦合气化技术原理如图7所示。首先，将污泥进行厌氧发酵反应，再将剩余的沼渣脱水干燥后进行气化，从而回收沼渣中不可生物降解的有机物。厌氧发酵技术原理同前所述，气化是指借助于部分空气、水蒸气下，在一定的热力学条件下，使污泥通过热解、氧化、还原、重整反应，转化为气体燃料的过程[45]。气化包括干燥、热解、氧化和还原4个阶段。在干燥阶段，主要加热析出沼渣表面的水分，该过程的温度约为100~150 ℃，沼渣发生物理变化，化学性能不变。在热解阶段，反应温度上升至150 ℃以上，沼渣颗粒开始发生热解反应，挥发分逸出。在氧化阶段，热解产物与氧气发生剧烈的氧化反应，该阶段释放大量的热量，是整个气化过程的驱动力。在还原阶段，温度主要为800 ℃以上，氧化阶段产生的水蒸气、CO2与碳反应生成H2和CO，完成沼渣颗粒向气体产物的转变，此阶段为还原反应，吸收大量的热量[46]。
污泥中可生物降解的有机物在微生物厌氧发酵的作用下产生沼气，沼渣中未完全降解的有机物通过气化技术转换为生物质燃气，实现了污泥的高效资源化、减量化利用。产生的气体燃料具有易管道输送、燃烧效率高、燃烧器具简单、低颗粒物排放的优势，是一种品质较高的燃料。但污泥在气化过程会产生焦油，易堵塞管道并污染后续设备，因此，气化过程中要采取适当的脱焦油方式，降低产气中的焦油含量。同时，由于污泥厌氧发酵后，含水率升高，需要将沼渣干燥后再进行热解气化，这一过程也会增加能量的消耗[47]。
4.1. 生物处理潜力
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1)污泥好氧堆肥。将含水率为80%的污泥进行好氧堆肥，1 t污泥可产生0.21 t肥料[45]，因此，产率系数?
2)污泥厌氧发酵。将含水率为80%的污泥进行厌氧发酵，1 t污泥约可产生20 m3沼气，产率系数为4.2. 热干化处理潜力
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1)污泥干化热解技术。根据GAO等[19]的研究，当污泥含水率为7.5%，在450 ℃下进行慢速热解时，产炭率为54%，由此可计算热解产炭量。白旭佳[50]研究发现，当土壤中生物炭施用量为5%时，对黑麦草种子发芽的促进作用最为明显，故取施加量为5%。按土壤耕作层深度为20 cm、土壤密度为1.3 g·m?3[51]进行计算，则土地需施加的生物炭量为13 kg·m?2，由此可计算出西藏污泥热解产炭可改良的土壤面积。若从平原地区购买生物炭，生物炭报价为4 000元·t?1，由此可得出节省生物炭资金。桑光明[52]指出，污泥热干化成本约为256~537元·t?1，取256元·t?1进行计算，可得出污泥干化所需成本。土地每年改良费用约为3 300元·hm?2[6]，由此得出扣除干化成本后的总节省资金。产炭量、节省生物炭资金、改良土地面积及节省资金量，结果如表9所示。由此可知，2014年西藏污泥热解产炭可改良土地13.87 hm2，至2017年，可改良土地面积超过70 hm2，预计至2022年，改良土地面积将达到约140 hm2，与2014年相比翻了十番，而土地每年改良费用约为3 300元·hm?2，用污泥基生物炭进行改良，可节省资金3 300元·hm?2，由此估算，若2019—2022年采用污泥基生物炭进行土壤修复，共可节约资金约1.69×106元。因此，污泥热解制备生物炭用于土壤改良可创造可观的经济效益，并可降低污泥对环境及人类的危害，是一种资源化利用的有效途径。?
2)污泥干化与垃圾焚烧协同处理。炉排炉焚烧厂垃圾净发电量225~379 kWh·t?1[53](取350 kWh·t?1)；污泥发电量约为50 kWh·t?1[54]。实验证明，当污泥以20%的质量比例添加至垃圾中时，两者具有最佳的协同效果[55]。因此，掺混后混合物发电量为290 kWh·t?1。发电标准煤耗一般在312～365 g·kWh?1，并且随着技术的发展，煤耗量逐渐下降[56]，按照320 g·kWh?1进行计算，得出标煤发电量为3 125 kWh·t?1，由此可计算年节省煤量，结果见表10。由此可知，污泥发电量较低(50 kWh·t?1)，但与垃圾混合焚烧发电时，混合物发电量可以达到290 kWh·t?1。国家规定垃圾焚烧发电厂垃圾发电量须高于280 kWh·t?1[57]，故垃圾焚烧厂掺混污泥后发电量仍然符合国家标准。2014年，将西藏所有的污泥与垃圾混合后进行焚烧发电，可发电约9×106 kWh，节省标煤2 865 t。而2018年发电量可达6.3×107 kWh以上，节省标煤约2×104 t。预计到2022年，发电量将达到9×107 kWh以上，节省标煤约3×104 t。这将在很大程度上减少化石燃料的使用，为西藏提供了新的发电途径，环境效益、经济效益显著，也符合国家相关政策和技术规范，可以实施产业化生产及工程应用[58]。?
3)污泥制备RDF燃料。根据尹龙晓[59]的研究，在污泥中掺入稻草粉，可改善RDF的成型效果并提高RDF燃料热值。当稻草粉的添加比例为20%(基于干物质)，RDF燃料最终含水率为9%时，样品的综合成型情况最好，RDF燃料热值可达13.91 MJ·kg?1。据此计算西藏污泥可生产的RDF燃料量及节约的标煤量，结果见表11。由此可知，2014年西藏污泥可制成约4 000 t RDF燃料，产生总热值约6×107 MJ，相当于标煤约2 000 t，2016年，RDF燃料产量可剧增至2×104 t，产生热值约2×109 MJ，可节约标煤9 000 t左右。预计至2022年，西藏污泥可产生约4.3×103 t RDF燃料，产生热值高达6×109 MJ，可节约标煤量达到2×104 t以上。由此可见，RDF燃料热值是标煤的47%左右，相当于一种劣质燃料，有较高的热能利用价值，符合当前污泥处置的发展趋势。4.3. 生物-热化学耦合处理潜力
由计算可知，西藏污泥厌氧发酵产生的沼气量，沼气热值为15.9~27.8 MJ·m?3(取25.8 MJ·m?3)，而发酵后的污泥中含有的大量不可生物降解的有机物，仍然蕴含着大量能量。通常，在挥发性固体中，污泥中约40%~60%的有机物可在厌氧消化过程中转化为沼气，典型值为45%[60]。而在850 ℃，以水蒸气和空气为气化剂的流化床气化工艺中，可以产生约1.47 m3·kg?1燃气，产物气的LHV为4.12~6.20 MJ·m?3，属于低热值气体[61]，按照5 MJ·m?3进行计算，结果如表12所示。由此可知，2014—2018年，产气总热值从3×107 MJ增加到2.1×109 MJ，节约标煤量从1 000 t增加到7 500 t，增长了7.5倍。预计到2022年，产气总热值将达到3×109 MJ，可节约标煤1×104 t以上。这将在一定程度上减轻西藏对于化石燃料的依赖程度，减轻煤燃烧带来的环境污染，并使污泥中有机质的利用更加充分，实现污泥的减量化处理及资源化利用。4.4. 分析与讨论
预计到2022年，通过好氧堆肥技术处理污泥可产肥料3.27×104 t，节省肥料投资约5.56×106元；通过厌氧发酵技术可产沼气3.11×106 m3，节省资金约4.67×106元；通过干化热解产炭技术可产炭1.81×104 t，节省炭肥投资约4.61×105元；通过污泥干化与垃圾焚烧协同处理可发电9×107 kWh，节省标准煤约2.89×104 t；通过制备RDF燃料技术可制得RDF燃料4.28×104 t，约节省标准煤2.03×104 t；通过厌氧发酵耦合气化技术可产沼气3.11×106 t，可节省标准煤1.06×104 t。从热值、肥力、吸附潜力方向判断，污泥厌氧发酵、好氧堆肥、干化热解技术都具有一定的潜力。污泥好氧堆肥操作简单、设备简单、投资少、可节省资金最多。虽然西藏污泥目前能满足污泥农用的国家标准，但是由于堆肥中钝化重金属的存在，好氧堆肥对西藏脆弱的生态系统仍有潜在风险，且随着环境标准的日益严格，堆肥产品可能不再适合农用。相比之下，厌氧发酵技术可节省资金虽略少于好氧堆肥，却为干化热解技术的10倍。污泥发酵产生的沼气较为清洁，可用于供电和供热，改善藏民生活质量，同时比干化热解节省更多资金，初投资少，剩余消化污泥也仍然具有高能量潜力，可以后续利用。因此，污泥厌氧发酵技术在西藏更具有推广潜力。
从能源化方向分析，污泥干化与垃圾协同焚烧处理技术、制备RDF燃料、厌氧发酵耦合热解气化技术也具有较大潜力。虽然协同焚烧可以依托已有垃圾焚烧厂进行处理，但是焚烧烟气含有多种污染物，飞灰也属于危险废物，对西藏环境的风险更大，并且西藏地区太阳能丰富，可以采用光伏发电来代替环境污染较大的焚烧发电。由于掺入了大量的垃圾，协同焚烧处理技术节省标准煤量最多。但制备RDF燃料能源潜力与协同焚烧相差较小，约为厌氧发酵耦合气化技术的2倍。由于目前西藏农村多以牦牛粪作为主要炊事能源，污染严重，能源品质低劣，村镇农民对清洁燃料需求迫切。制备RDF燃料技术投资运行费用低，投放在西藏农村代替牦牛粪可满足当地需求，更具优势。厌氧发酵耦合热解气化技术虽然也十分清洁，可完全利用污泥中的有机物，但目前该项技术仍在实验阶段，短时期难以实现工业化。综上，厌氧发酵与制备RDF燃料技术在西藏地区更具有推广潜力。
2)灰色预测模型测算显示，2014—2022年西藏污泥产量呈S型增长趋势，2022年污泥量可达1.56×105 t。
3)结合平原地区的经验，提出生物处理、热干化处理与生物-热化学耦合处理3种处理方案，分别包括好氧堆肥、厌氧发酵；热解、协同焚烧、制备RDF燃料；厌氧发酵耦合气化技术。潜力分析表明，预计至2022年，污泥好氧堆肥产生的肥料可施用于4 360.10 hm2土地；污泥厌氧发酵产生的沼气可供约5 700户农民使用；污泥干化热解产炭可改良140 hm2土地；协同焚烧技术可节约标准煤2.89×104 t；制备污泥RDF燃料可节约标准煤2.03×104 t；发酵耦合气化技术可节约标准煤1.06×104 t。
4)综合考虑西藏的环境特点与需求性，污泥厌氧发酵与制备RDF燃料2项技术在西藏地区更具潜力。这一结论可为西藏自治区的污泥处置问题提供新思路，亦可对西藏污泥的利用提供重要参考。
参考文献
