“我國污水處理已經(jīng)進入存量的提質(zhì)增效時代，污泥處理處置仍任重道遠。尤其在‘30·60’背景下，污泥終端處置路徑面臨新的思考?！北本┦惺姓こ淘O計研究總院有限公司原副總工程師杭世珺在2024（第二十二屆）水業(yè)戰(zhàn)略論壇上表示。

如哪些才是“低碳”技術？如果不具備協(xié)燒條件，以及焚燒爐壽命到期，需更新?lián)Q代該怎么辦？在水泥窯限產(chǎn)，低碳電廠無需使用煤能源的條件下，如何協(xié)同？隨著碳減排碳交易等政策的完善，哪種技術更適合？論壇上，杭世珺老師梳理了國內(nèi)外污泥處理處置現(xiàn)狀，提出了雙碳背景下，我國污泥處理處置階段性思考。

杭世珺

01國內(nèi)外污泥處理處置現(xiàn)狀和工藝發(fā)展趨勢

住建部2022年統(tǒng)計年鑒和E20數(shù)據(jù)庫顯示， 2022年，我國城市污水排放量638.9 億m3，處理率為98.11%，市政污泥產(chǎn)生量為5800萬噸，市政污泥無害化處理率66%，市政污泥無害化處置率50-60%。數(shù)據(jù)表明，我國污水處理已經(jīng)進入存量的提質(zhì)增效時代，然而污泥處理處置仍然任重道遠。

從我國污泥處理各種工藝占比中看，2018年以填埋為主，焚燒僅占6.2%。根據(jù)E20數(shù)據(jù)，近6年我國新增污泥處理項目中，71%采用了脫水干化技術，污泥處置項目中，焚燒技術為主占比59%，其中主要為協(xié)同焚燒，占比達45%，填埋已經(jīng)減少到4%左右。

放眼國外的污泥處理工藝，德國以熱法為主，2017年污泥熱法處理占比已達69.5%，其中獨立焚燒占比小于協(xié)同焚燒，二者分別占27.93%和37.83%。2017年修訂的德國《污水污泥條例》規(guī)模超過5萬人口當量的污水廠污泥都必須進行磷回收，使得德國未來的污泥處理處置工藝將以“獨立焚燒，灰分提磷”為主要路線。但德國現(xiàn)狀污泥獨立焚燒處理能力僅有67萬噸DS/年，規(guī)劃產(chǎn)能在《污水污泥條例》所規(guī)定的過渡期的后期才會大量投產(chǎn)。德國2015年修訂的《肥料條例》對絮凝劑的生物降解性提出要求，導致近期土地利用將受限。因此在污泥獨立焚燒產(chǎn)能大量落地前，德國需投入“過渡性處理能力”，建設相匹配的干化能力和暫存設施。

2017年德國各種污泥處置工藝占比（德國統(tǒng)計局數(shù)據(jù)）

日本的污泥處理率在2015年末為68%， 2010年最高為78%，后因2011年地震影響有所下降。日本的污泥處理工藝，建材利用是最主要利用方式，且主要用于混凝土，其次是填埋；能量化利用為16%（其中沼氣生產(chǎn)占13%，固體燃料利用占3%）。

日本重視污泥的能源化利用，其污泥的有機質(zhì)含量高，達80%（部分地區(qū)達90%），非常適合能源化利用。日本第四個《社會基礎設施發(fā)展優(yōu)先計劃》設定了污泥能源化比率目標 ，由2013年的 15%增加至2020 年30%；第五個《社會基礎設施發(fā)展優(yōu)先計劃》設定了污水中生物質(zhì)能的綜合利用率，由2019年33.8%增加至2025年的45%。

日本在2012年便發(fā)布了對污泥發(fā)電的政策支持，日本《關于電力公司采購可再生能源電力的特別措施法》規(guī)定電力公司有義務按照規(guī)定的期限和價格購買可再生能源產(chǎn)生的電力；包括污水污泥在內(nèi)的生物質(zhì)能產(chǎn)生的電力也有資格作為可再生能源。

日本目標實現(xiàn)氫能社會，日本環(huán)境省重視氫能的碳減排作用，因此氫能利用也將日本污泥能量化利用的一個重要方向。

02我國污泥處理處置存在的關鍵問題

相關政策一直在指引污泥處理處置市場的發(fā)展。早在2004年，《固體廢物污染環(huán)境防治法(修訂)》便特別強調(diào)減量化、無害化和資源化原則。

2020《城鎮(zhèn)生活污水處理設施補短板強弱項實施方案》，鼓勵用地緊張的大中城市采用“生物質(zhì)利用+焚燒”處置模式。

2022年《污泥無害化處理和資源化利用實施方案》鼓勵采用厭氧消化、好氧發(fā)酵、干化焚燒、土地利用、建材利用等多元化組合方式處理污泥。

2024年《國務院辦公廳關于加快構(gòu)建廢棄物循環(huán)利用體系的意見》，提出有序推進生活垃圾焚燒處理設施協(xié)同處置部分固體廢棄物。

在國家政策引導下，污泥處理處置市場在持續(xù)釋放，然而仍存在三個方面的問題：

在政策上，相關具體指標及鼓勵政策仍有待完善。需“資金來源、環(huán)境保障、雙碳要求”相關指標進一步量化，規(guī)劃及管理體系進一步完善，以指導技術路線的明確和配套標準的落地。 

在技術上，盡管傳統(tǒng)處理處置技術已經(jīng)成熟，也積累了一定經(jīng)驗，然而更符合高質(zhì)量發(fā)展要求的資源化能源化處理處置技術的研究起步較晚，同時研發(fā)投入不足。

商業(yè)模式上，目前很多水務企業(yè)一般將80%的污泥委托其他公司處理，這種泥水分離的商業(yè)模式在一定程度上限制了行業(yè)的發(fā)展。

針對我國的污泥處理處置技術的發(fā)展趨勢，杭世珺總結(jié)為兩點：一是在雙碳國家戰(zhàn)略的要求下，污泥處理處置不僅要重視 “減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化”，也要重視 “低碳化”；二是污泥處理既要從源頭減量，也要從末端升維。

03要關注末端升維，更要關注源頭減量

針對我國的污泥處理處置技術的發(fā)展趨勢，杭世珺總結(jié)為兩點：一是在雙碳國家戰(zhàn)略的要求下，污泥處理處置不僅要重視 “減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化”，也要重視 “低碳化”；二是污泥處理既要從源頭減量，也要從末端升維。

末端如何升維

資源化依然是污泥處理處置行業(yè)應追求的技術方向。比如在目前是的過渡階段，可利用現(xiàn)有社會資源（水泥廠、燃煤電廠、垃圾焚燒廠）進行污泥協(xié)同焚燒，以節(jié)約建設成本，過程中需充分考慮污泥的儲存特性及相關風險防控措施。

低碳需求下，污泥終端處置路徑有很多問題要關注和思考，如什么才是“低碳”技術，如果不具備協(xié)燒條件的地區(qū)或焚燒爐壽命到期要怎么辦，隨著碳減排碳交易等政策的完善，哪種技術更適合碳減排和碳交易。

污泥協(xié)同焚燒

協(xié)同焚燒是近期要重點關注的污泥處理方式。

水泥廠摻燒規(guī)模一般為300t/d以下（以含水率80%污泥計），窯型為新型干法水泥窯，單線設計熟料生產(chǎn)規(guī)模不小于2000噸/日。要考慮國內(nèi)水泥市場需求及階段運行的影響。 

火電廠摻燒要根據(jù)爐型等確定摻燒比例。要考慮電力調(diào)峰對火電廠的影響，也要考慮到火電行業(yè)碳減排的相關要求。

在垃圾分類背景下，垃圾協(xié)同焚燒的容量明顯增加。垃圾焚燒廠摻燒一般要求污泥含水率降至30%~40%，摻燒比宜小于10%，相關標準仍在探索中。

污泥炭化

污泥炭化是在無氧或缺氧條件下進行熱解處理，獲得含碳固體產(chǎn)物為主要目標的污泥穩(wěn)定化過程，根據(jù)溫度不同分為低溫炭化、中溫炭化、高溫炭化三種類型。

與污泥焚燒相比，炭化技術的優(yōu)點有：煙氣產(chǎn)生量少、污染物濃度低、碳排放量低、二噁英源頭抑制、環(huán)境敏感性、適用規(guī)模范圍廣、產(chǎn)物資源化利用途徑多等；但污泥炭化的減量化程度略低于焚燒，運行案例及經(jīng)驗低于焚燒，標準化規(guī)范化有待提高。

日本《下水污泥能源化利用技術指引》（2018）對炭化技術的低碳特點有詳細的案例分析。以5萬噸/日中小污水廠為例，濕污泥（含水率80%）焚燒處理的碳排放量為5290t-CO2/年，炭化處理的碳排放量為1285t-CO2/年，可削減75%；若采用污泥先消化再炭化的處理方式（消化產(chǎn)生的沼氣作為炭化能源），甚至可實現(xiàn)125t-CO2/年的固碳效果。

與焚燒相比，炭化技術的優(yōu)缺點

餐廚污泥聯(lián)合厭氧

污泥餐廚聯(lián)合厭氧也是一種不錯的協(xié)同方式。既改善了污泥單獨厭氧可生化降解性差、堿度高的問題，又能緩解純污泥有機物含量低，厭氧VS降解率低的問題。餐廚的加入可以提高產(chǎn)氣率，同時污泥中Fe3+對厭氧H2S的產(chǎn)生和釋放有抑制作用。如果進一步與水廠進行縱向協(xié)同，經(jīng)濟效益將更加明顯。

以100t/d餐廚垃圾+20t/dDS污泥（100t/d折算含水率80%污泥）聯(lián)合厭氧為例，產(chǎn)生沼渣約55t/d，可進入末端炭化系統(tǒng)生產(chǎn)生物炭，厭氧產(chǎn)生的富余沼氣約8000m3/d，可為炭化系統(tǒng)補充能量；所產(chǎn)生的沼液300t/d可返回污水廠進行處理，實現(xiàn)污水、污泥、餐廚的聯(lián)合協(xié)同，節(jié)約投資及運行成本，提高效益。

源頭如何減量

污泥處理的技術手段以前更關注末端的處理處置，未來源頭減量也十分重要，“源頭減量+梯級利用+末端處理”是污泥處理技術路線的發(fā)展方向。

目前污泥減量主要從兩個路線入手。一是采用污泥少量少的新型處理工藝，比如VFL工藝、AOA工藝等。對于存量污水廠，采用改良的工藝一般需進行改造，且不同污水廠的適用性也有差別。一是采用物理方法，如通過細菌破壁或新型脫水藥劑等方式進一步去除污泥中的水份，但該路線嚴格來說并不是真正的污泥源頭減量，而且會增加額外成本。是否有第三條路線，可以適用于大多數(shù)存量污水廠，而且可快速應用、成本低，實現(xiàn)生化池端的污泥原位減量。

樂透思BARMS原位污泥減量技術

BARMS可以實現(xiàn)在市政污水廠生化工藝段、工況較為穩(wěn)定的工業(yè)污水廠的生化工藝段等場景應用。

上圖即BARMS產(chǎn)品。barms產(chǎn)品本身是由90%的無機載體+10%的適應性菌種組成，外觀為淺棕色粉末，粒徑大小為10~50μm，適用PH范圍為6~9，適用溫度范圍為10~40℃，密度為1.03~1.05g/cm3，與水相近。

設計理念在生化系統(tǒng)中推流或曝氣時可與水充分混合，在二沉池中可快速沉淀。barms產(chǎn)品可應用在市政污水廠生化工藝段或工況較為穩(wěn)定的工業(yè)污水廠生化段。

實現(xiàn)了活性污泥系統(tǒng)的四大轉(zhuǎn)變：菌膠團態(tài)+游離態(tài)>>“BARMS菌膠團”+菌膠團+游離態(tài)；高增殖率，短世代期>>低增殖率，長世代期；低菌群數(shù)量>>高菌群數(shù)量；低生化系統(tǒng)多樣性>>高生化系統(tǒng)多樣性。

核心機理：1.形成不同于傳統(tǒng)菌膠團的BARMS菌膠團

BARMS的微載體為多孔結(jié)構(gòu)，可在表面致密排列細菌，形成生物膜結(jié)構(gòu)；微載體的表面特性使生物膜中球菌的占比更高。通過高通量測序可以發(fā)現(xiàn)，活性污泥系統(tǒng)在投加BARMS后，細菌和真菌的種類均有所增加。

核心機理：2.降低增殖率，延長世代周期

從物種豐富來看，投加BARMS后，系統(tǒng)內(nèi)長世代周期微生物菌群豐度明顯增加，系統(tǒng)內(nèi)短世代周期菌群結(jié)構(gòu)向長世代周期菌群結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。此變化意味著細胞自身增值速度變慢，而細胞增值是剩余污泥產(chǎn)生的主要原因，細胞增值速度變慢從宏觀的角度看即為污泥減量。

核心機理：3.高菌群（微生物總量增加實現(xiàn)原位擴容）

衍生效果：強化脫氮除磷效果；不影響污泥后續(xù)處置

在部分投加BARMS的污水廠，還觀察到了脫氮除磷效果的提升。此外，對污泥熱值進行檢測發(fā)現(xiàn)，投加BARMS后，污泥熱值僅略有降低，不會對污泥焚燒處置產(chǎn)生負面影響。

BARMS技術的另一個優(yōu)勢是應用非常簡便，現(xiàn)場無需設施改造，無需停水，直接投加至好氧池使用。

BARMS技術五個優(yōu)勢

1、污泥減量，且屬于源頭化污泥減量，可改善污泥沉降性能，外運污泥減量可達30%~50%；

2、處理通量提升，處理負荷可提升30%~50%，減少擴容類、提標類項目建設投資和土地需求。

3、穩(wěn)定性，適應性好，耐沖擊，可處理現(xiàn)有工藝無法處理的極端污水。

4、兼容性，無需停水及設施改造，使用方便。

5、降本增收，可節(jié)約曝氣、污泥脫水干化設備能耗，節(jié)約脫水藥劑用量等，實現(xiàn)降本增收。

應用案例1：北控水務某污水廠污泥減量項目

以北控水務某設計規(guī)模為3萬 m3/d的污水廠為例，該水廠采用A/A/O+超濾處理工藝。在兩條生產(chǎn)線中的一條（規(guī)模為1.5萬 m3/d）投加了BARMS，兩條生產(chǎn)線同期對比。根據(jù)應用初期的3個月的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了平均污泥減量27%，減量效果仍在不斷上升，目標為40-50%。

應用案例2：揚子石化污泥減量項目

該項目于2021年5月實施，設計規(guī)模1萬m3/d。日常進水中含有20%的工業(yè)污水。該項目實現(xiàn)了氨氮去除效果提高10%以上，平均污泥減量50%以上。投加BARMS后，二沉池的浮泥問題實現(xiàn)了快速改善，獲得了業(yè)主的認可。

04污泥處理處置高質(zhì)量發(fā)展的三點思考

低碳需求下，污泥終端處置路徑仍然面臨新的思考，杭世珺總結(jié)為三點：

污泥熱處理、能源化利用是污泥處理的發(fā)展方向，協(xié)同焚燒是短期我國污泥處理的重要手段。

污泥處理在減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化的同時，還應關注低碳化。炭化技術目前是實現(xiàn)“4+1”化的理想工藝。

污泥處理要末端升維，更重要的是實現(xiàn)污泥源頭減量，BARMS技術通過在生化池直接投加適應性復合生物材料，實現(xiàn)了較高的的原位污泥減量，并具有提高污水處理能力的特點。

編輯： 李丹