【儀表網 儀表產業】導讀：同濟大學環境科學與工程學院院長戴曉虎從污泥處理處置與資源化的角度為我們剖析雙碳戰略下的污泥行業的發展，著重分析了五種不同污泥處置技術路線的碳排放情況。
 

　　“十年以來，我們一直持續關注污泥的處理處置，目前進展很大，但是離預期的目標還有很大的差距?！贝鲿曰⒅赋?，碳達峰碳中和的提出，對各行各業都有著很大的觸動。在9月17日的“2021(第十三屆)上海水業熱點論壇”上，他分享了碳中和背景下污泥處理處置與資源化發展方向的思考。
 

　　污泥成碳減排一大重點領域
 

　　戴曉虎從當前的時代背景說起。
 

　　首先，碳達峰、碳中和是一場涉及經濟社會各個方面的深刻變革，是一場任務艱巨的世紀大考，離不開強有力的科技支撐。既需要材料、能源和工藝等方面更新迭代，也要工業、農業、交通、建筑等領域挖潛提效。戴曉虎表示，“碳達峰與碳中和”目標呼喚科技的支撐，對低碳科技創新提出新要求，同時，中央政治局會議提出要推動減污降碳協同增效。環保企業所做的工作是污染物的去除，在污染物去除過程中要考慮碳排放，甚至要使用負碳技術，這是未來大的發展方向。
 

　　其次，碳中和背景下，污泥處理處置過程中的碳減排有著很大的必要性。我國污水行業碳排放量占全社會總排放量的1~2%，污水甲烷排放量排名第一，雖然碳排放量整體占比不大，但結合行業自身的發展需求，污水處理需要節能降耗和碳減排。污水處理還涉及民生，社會效益重大。比如，德國強調實行垃圾分類和污泥高效資源化，給了老百姓在雙碳背景下很大的社會效應和支撐作用。
 

　　談到污水資源化，一方面是水的綜合利用，另一方面是污染物的綜合利用，污染物的綜合利用中污泥是主要的。污泥是污染的富集，污水處理全過程約有50%污染物聚集在污泥中，是污水碳減排注重點。
 

　　此外，污泥無序填埋是逸散性溫室氣體減排的重要戰場，污泥堆肥產生大量的甲烷，減排潛力巨大。所以，如果污泥不進行合理處置，那絕對是高碳的。如果進行合理處置，盡管碳排放量占的比例不高，但它的民生效應和社會效應顯著。
 

　　污泥五大處理處置技術路線的碳排放分析
 

　　“如果把污泥消耗全部測算清楚，碳排放量就計算出來了?！贝鲿曰⒅赋觯瑥奈勰嗟奶己怂惴椒▉碚f，現在核算方法本身比較清晰，難點是排放因子的確定。目前我們用的是IPCC排放因子，IPCC排放因子很寬泛，比較粗糙。
 

　　污泥處理處置的碳排放核算方法包括實測法和數學模型估算法。數學模型估算法又包括經驗系數估算法和物料平衡法。實測法對于大范圍的碳核算，全面監測困難且成本高，不建議采用。目前主要用于對一些重要排放源的監測以及實驗調查研究來建立和校正溫室氣體核算的數學模型。數學模型估算法則應用較多。
 

　　“在實際工作中，很少使用單一方法，而更多是物料衡算法、經驗系數估算法、實測法三種方法互相校正、互相補充取得排放量結果?！?br/> 

　　如果評價污泥處理處置全過程的碳排放，應該采用全生命周期的方法。根據IPCC的指南，參與自然界碳循環中的CO2不會引發大氣中CO2的凈增長，屬于中性碳。
 

　　根據污泥處理處置過程碳排放的來源不同，碳排放可分為能量源碳排放、逸散性碳排放和碳補償。能量源碳排放指煤炭、天然氣等一次能源和電能、柴油等二次能源化學品藥劑的碳排放。逸散性碳排放指污泥處理處置過程產生的逸散性CH4、N2O等溫室氣體的排放。碳補償指污泥中能源或資源回收利用，替代化石能源及化學品等，從而降低溫室氣體的排放。
 

　　戴曉虎分析了污泥處理處置不同技術路線的碳排放情況。
 

　　一、厭氧消化+土地利用
 

　　戴曉虎指出，厭氧消化可以同時實現易腐有機物穩定、病原菌削減、體積減量和生物質能源回收，是當前國內外污泥穩定化處理主流技術。污泥富含碳、氮、磷、鉀等營養物質，污泥的土地利用可改善土壤的性質，實現營養物質的循環利用。厭氧消化效率的提升(生物質能回收)，高級厭氧消化技術的應用(降低系統能耗)，沼渣脫水環節綠色藥劑的替代，以及沼液氮磷資源高效回收是該工藝未來碳減排發展的重點方向。工程實踐表明，考慮到厭氧消化產生的沼液資源回收利用和就地處理，建議厭氧消化工程依托污水處理廠建設。
 

　　二、好氧發酵+土地利用
 

　　污泥經過好氧發酵可以實現易腐有機物的降解和穩定，在重金屬等污染物不超標的情況下，好氧發酵產物可以實現污泥的土地利用，包括園林綠化、育苗基質、土壤修復和農用等。好氧發酵和土地利用是一種低水平碳排放的工藝，重點在于提高好氧發酵工藝的智能化控制水平，減少臭氣處理的能耗和藥耗，降低輔料添加，以及創新污泥產品的高效利用技術。
 

　　三、干化焚燒+建材利用
 

　　當污泥土地利用受限時，污泥干化焚燒是一種有效的處理處置的方式。通過干化焚燒，將污泥化學能轉化為熱能并進行回收利用，同時實現有機物的礦化，以及大幅度減量，焚燒灰渣可以進行建材資源化利用。
 

　　由于污泥含水率較高，干化焚燒屬中等碳排放水平，重點在于開發高效低耗深度脫水技術和環境友好型脫水藥劑，降低污泥干化的能耗，減輕對后續焚燒過程結焦和飛灰的影響，以及提升工藝設計合理性和整體智能化集成水平。
 

　　四、深度脫水+應急填埋
 

　　深度脫水-應急填埋是目前我國普遍采用的污泥處理處置技術路線，該技術路線二次污染嚴重，占用土地，浪費資源，是一種過渡性的處理處置方式。深度脫水-填埋屬于高水平碳排放工藝，隨著無廢城市的建設以及碳減排的要求，該工藝路線是一種階段性的應急處理處置方式。
 

　　五、生物質利用+末端焚燒
 

　　從未來的發展來看，厭氧消化-干化焚燒工藝有望成為污泥處理處置的重要發展方向。2020年住建部和發改委聯合發布的《補短板強弱項實施方案》提出：“鼓勵采用生物質利用+末端焚燒的處置模式”，其中“生物質利用”主要包含污泥厭氧消化技術。
 

　　戴曉虎分析，與污泥干化焚燒相比，污泥厭氧消化-干化焚燒在系統能耗方面具有明顯的優勢：以100噸污泥(80%含水率計)，當有機質含量為50%，污泥獨立焚燒需外加能量25142kWh，傳統厭氧消化-干化焚燒可產生能量1004kWh，熱水解厭氧消化-干化焚燒產生熱量可提升至7889kWh，其原因主要在于通過厭氧消化回收生物質能，并在同等條件下改善了污泥的脫水性能，大大降低了干化的能耗，使得生物質能回收的能量加上污泥干化系統節省的能量總和大于厭氧消化有機物降解損失的能量。
 

　　對于傳統厭氧消化-干化焚燒工藝，適用于已建有污泥厭氧消化設施的提標改造工程，消化污泥經過脫水處理后，在廠區內利用沼氣進行部分干化處理，再進行集中焚燒處置。對于污泥熱水解厭氧消化-干化焚燒工藝適用于新建或現有的集中式污泥處理處置工程，考慮沼液的處理，建議在有條件的情況下，污泥處理工程建設于污水處理廠區。另外，該工藝的另一個優勢在于，對于滿足土地利用條件的消化污泥，可以考慮土地利用，土地利用無法消納的污泥再進行后續干化焚燒處置。
 

　　戴曉虎談到，根據“十三五”的水專項，他們對典型工程進行了碳排放的計算，排放因子用了IPCC，僅計算運行階段，不考慮建設拆除的碳排放量，總體來說，脫水填埋的碳排放量是最高的，其次是干化焚燒、好氧發酵土地利用和厭氧消化土地利用。
 

　　未來污泥處理處置的兩大目標
 

　　“過去我們一直強調經濟效益和環境效益，評標書的時候主要是看經濟效益，環境效益是定性的，未來碳排放也將會成為一個量化指標。碳排放主要包括能量源碳排放、逸散性碳排放、碳補償、藥耗化學品碳排放。”
 

　　“未來污泥處理處置應以節能降耗及能源資源回收為目標?！贝鲿曰⒅赋觯瑥募夹g研究層面來看，未來高含固/協同厭氧消化、氮磷營養物質高效回收、水熱資源回收技術、污泥水分的深度脫除、環境友好型高效脫水藥劑開發、熱解/焚燒能量優化與高效轉化都是很重要的發展方向。
 

　　2021年5月，農業農村部發布了《有機肥料》(NY/T 525-2021)公告，其中提到：禁止選用粉煤灰、鋼渣、污泥、生活垃圾(經分類陳化后的廚余廢棄物除外)、含有外來入侵物種物料和法律法規禁止的物料等存在安全隱患的禁用類原料。
 

　　戴曉虎個人認為，禁止有機肥肥料利用不等同于禁止土地、農用利用，我們國家18億畝土地紅線雖然保住了，但是土壤質量很差，現在很多地區提出了“保土計劃”，污泥就是一種很好的有機質。污泥可作為營養基質使用，包括綠化、草地、荒漠改良、土壤修復、礦山修復等，污泥從自然中來，回歸自然中去，是一個合理的選擇，主要是監管和要求。
 

　　2021年6月，國家發改委與住建部聯合印發《“十四五”城鎮污水處理及資源化利用發展規劃》中就促進污泥無害化資源化處理處置提出了更具體、有效的措施和要求。文件中提到，污泥無害化處理滿足相關標準后，可用于土地改良、荒地造林、苗木撫育、園林綠化和農業利用。
 

　　戴曉虎提到，污泥(高級)厭氧消化技術工藝具有降碳重要意義，現階段適用于重金屬含量低的泥質，土地資源豐富、土地消納條件較好的地區；污泥干化焚燒全鏈條技術工藝適用于經濟較發達、人口稠密、土地成本較高的地區，或者污泥處理產物不具備土地消納條件的地區；污泥“好氧發酵+土地利用”技術工藝適用于人口密度較低、土地資源豐富、土地消納條件較好的地區；污泥“深度脫水+衛生填埋”技術工藝適用于應急性處理情況，或者具備地方性土地消納條件的地區(高碳排放)。
 

　　“城鄉協同一體化處理處置是解決固體廢棄物的重要方向?！背搜睾５貐^采取焚燒方式之外，將來非沿海、非發達地區的污泥處置應該和農業結合，進行餐廚協同處理。
 

　　此外，從科技的角度，未來的科技創新發展速度很快，我們對于污泥處理處置充滿期待。多學科交叉融合是未來發展方向。利用交叉融合、科技創新實現創新速度提升，節能降耗、循環利用的科技發展水平會超出預期。
 

　　戴曉虎總結，雙碳戰略對污泥的處理處置是個很好的推動，有了碳排放指標之后，經濟效益和環境效益將會量化，會推動環境產業朝低碳、綠色、可持續發展的方向發展。綜合“碳中和”的國際形勢，中國雖然在碳減排工作上取得了一定的進展，但在“碳中和”相關產業升級轉型領域尚處于初期路徑探索階段。污泥是污水處理及資源化過程碳減排關注重點，是民生問題，社會效益重大。未來污泥處理處置應以節能降耗及能源資源回收為目標，城鄉協同是重要方式。多學科交叉融合創新，是污泥處理處置技術創新的突破口，會超出預期。污泥處理處置要打破傳統處置思維，以全生命周期產生-過程-末端系統考慮，應以“無害化為目標，資源化為手段”、以綠色、低碳、健康為原則。
 

　　戴曉虎表示，展望“十四五”和未來的“十五五”時期，我們國家在污泥處理上會大有作為，技術含量會越來越高！