零排放、全資源化——橫濱市的城市下水污泥處理
擁有370萬人口的橫濱市，為了處理城市生活廢水，共設置了11個城市下水處理設施和兩個下水污泥資源化中心。其中北部污泥資源化中心，雖然是1983年就開始投入運轉的設施，但卻擁有能源的循環再利用、廢物資源化以減少廢物排放等在今天看來也頗為先進的理念。日前，記者前往橫濱市的“北部污泥資源化中心”進行了采訪。
北部污泥資源化中心的下水污泥處理實現了廢物的零排放和全資源化。這座占地18.5萬m2的污泥資源化中心擔負著約205萬人口生活廢水中的污泥 注1）處理工作，整個設施的污泥處理能力為1.25萬m3/日（約8000噸（t）/日）。污泥經過發酵消化所產生的消化氣體（沼氣）經過燃燒，可以獲得約3100萬kWh的發電量，可滿足設施內八成的電力需求。消化后的污泥經過脫水壓縮后變成泥餅，最后進行燃燒無害化處理。每天北部污泥資源化中心會排出約20t的焚燒灰燼，也全部資源化。其中的一部分灰燼混合到來自建筑現場的建設用土中，制成再生土，用于建筑現場的回填材料；另外的一部分作為水泥的原材料用于建筑物。整個處理設施不再產生新的廢棄物注2）。
下水污泥的具體處理流程如下圖所示。
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橫濱市下水污泥處理示意圖。處理過程中產生的沼氣、焚燒污泥產生的余熱、以及最后生成的焚燒灰燼都加以利用。
1 來自污水處理中心的污泥首先經過受泥槽沉淀，毛發等尺寸較大固態物體通過糞渣分離機抽出，然后被直接送往焚燒爐焚燒。
2 剩下的懸浮在水中的污泥會經過離心分離機濃縮后形成濃縮污泥，這時體積/重量會減少到處理前的1/4左右。
3 濃縮污泥被送至密封的卵形污泥消化罐中，在36℃溫度下，經過25-30天左右的發酵，在厭氧細菌的作用下生成消化氣體（沼氣）。沼氣通過脫硫裝置去除H2S等有毒物質后用于發電和燃燒裝置的燃料。
4 發酵后的污泥經過脫水烘干后變成泥餅，被送往焚燒爐焚燒。另外，由于泥餅熱熵值較高，所以橫濱市還在推進污泥低溫炭化，將泥餅不經焚燒直接做成燃料。
5 泥餅燃燒后變成灰燼，在重量上減少至污泥處理前的約1/400。整個橫濱市每天約產生40t灰燼。
橫濱市每天需要處理約1.4萬t含水污泥，經過消化和焚燒后，最會剩下約40t無害灰燼。
卵形污泥消化罐有玄機
“卵形污泥消化罐的最大特點是與通常的圓筒形消化罐相比，在相同容積下表面積更小”，橫濱市環境創造局課長輔佐、北部下水道中心資源化管理擔當系長桑原弘至介紹道。表面積越小，熱量的逃逸量就會越少，越容易維持污泥消化時所需要的溫度，更有利于污泥的消化。
由于消化罐為卵形，功率相對較小的馬達便可完成攪拌工作，污泥也不易在消化罐頂部淤積結成硬塊。橫濱市北部污泥資源化中心的卵形消化罐高33.6m（地上部分為25.1m），內徑為22.7m，容積為6300m3，只在消化罐頂部設置一臺30kW的馬達，即可完成整個消化罐內消化污泥的攪拌。
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卵形消化罐示意圖。只需在罐的頂部設置小功率馬達，即可完成攪拌工作。左圖中的小球表示被攪拌起來的污泥。
能源的循環利用
橫濱市北部污泥資源化中心的亮點是整個設施的能源循環利用。比如，消化罐產生的消化氣體，被分別用于氣體發電、污泥焚燒爐和臨近的垃圾焚燒設施。其中62%被送往氣體發電機燃燒發電，這部分的發電量約3100萬kWh/年，可滿足整個污泥處理設施80%的電力需求（不足的20%部分由臨近的垃圾焚燒廠所發電力提供。基本上不從電力公司購電）。剩下30%用于污泥燃燒爐的燃料來焚燒污泥；之外的6.5%提供給附近的垃圾焚燒工廠用作燃料；其余的1.1%用于設施內的空調等裝置。
冷卻氣體發電機得到的溫水返回給消化罐，用于維持消化罐的溫度以利于污泥發酵；污泥焚燒爐產生的熱量提供給廢熱鍋爐以及整個設施內的取暖設備。
焚燒灰燼再利用與污泥低溫炭化
目前，整個橫濱市每天的下水處理會產生約40t灰燼，對此橫濱市一直在嘗試多種方式進行再利用。比如利用灰燼做成生肖擺設與花瓶，農用特殊肥料、磚坯、改良土等多種商品，提供給市民使用。但由于成本問題，最終保留下來的是作為建筑現場回填土的改良材料以及混凝土原料兩種商品，兩種商品的比例約各占一半。
為了實現污泥處理的零排放，橫濱市和日本電源開發公司還從2009年開始開發污泥低溫炭化技術。橫濱市的下水污泥的發熱量為13.9-15.3MJ/kg，相當于通常煤炭26MJ/Kg的一半左右，經過炭化后則能達到15.9MJ/Kg，可以提供給煉油廠、鋼廠等工廠作為燃料。橫濱市于2012年開始建設污泥低溫炭化設施，預定于2016年投入運行。該設施每年能制造約6500t炭化燃料，由此較通常的污泥焚燒處理每年少排放3900t二氧化碳氣體。同時使用污泥低溫炭化制造的燃料一方，也能較使用煤炭每年少排放約9900t二氧化碳。
注1）主要成分為通過初沉池去除了大尺寸泥沙、懸浮在生活廢水中的有機物質。
注2）2011年3月11日東日本大地震后，由于福島核電站事故，導致焚燒灰燼存在放射性。盡管放射性低于日本指定的國家標準，但仍無法獲得用戶的理解，所以焚燒灰燼制造水泥原材料工序不得不暫停。目前在北部污泥資源化中心每天都會有10t的灰燼儲藏在設施空地的集裝箱內。
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