張辰大師團隊：雙碳目標下城市多源污泥處理處置技術選擇與發展趨勢

時間： 2025-10-09 09:33

來源：環境工程

作者：張辰段妮娜趙水釬王峰譚學軍

3.2上下游協同

污水污泥、管渠污泥都來源于排水系統，污泥的碳減排需要和上游排水系統協同考慮。以污水污泥為例，污水的水質、污水處理工藝和處理效果決定了污泥泥質，污泥處理處置的工藝選擇、能耗物耗和碳排放與污水系統密切相關。我國污泥的有機質含量顯著低于發達國家，污泥泥質的改善對于污泥處理處置和整個排水系統的碳減排均具有重要意義。污泥的提質始于污水的提質，污泥處理處置的碳減排應和污水系統整體優化相結合，通過科學管理和技術改進實現協同降碳

3.2.1科學取消化糞池

化糞池可以將生活污水分格沉淀，但同時也會截留碳源，并通過厭氧過程產生大量CH4。根據第七次全國人口普查，我國城鎮人口為90199萬人，人均BOD產生量按50 g/(人·d)計，化糞池設置比例若為0.5，化糞池對BOD的去除率取60%[29]。根據IPCC計算公式計算得到我國城鎮化糞池CH4年排放當量約為2778萬t/a(以CO2計，下同)，接近全國污水處理廠碳排總量3246萬t/a?；S池減少了進入后續處理單元的富含有機質的懸浮固體量，從而影響后續污水處理系統產生的污泥性質。結合雨污混接改造、分流制改造科學取消化糞池，不僅可以改善污水濃度和C/N值、降低碳排放，還有利于改善污泥泥質，將原本在化糞池無序轉化未能利用的有機質部分轉移到污泥中，提高污泥的資源利用價值，同時降低因CH4散逸和污泥處理產生的碳排放。

3.2.2提升除砂性能

我國城鎮污水處理廠進水普遍存在無機懸浮固體濃度高的現象，尤其是在南方地區，進水濃度低、碳源不足的問題導致許多污水處理廠取消了初沉池，無機顆粒去除的壓力都集中在沉砂段，沉砂池的效果將對污水處理廠的正常運行和污泥泥質產生較大影響。一方面，我國污水進水中顆粒物粒徑分布有別于發達國家。美國大部分地區污水處理廠進水中>200 μm的砂粒占50%以上 [30,31]，對我國南方某城市7座污水處理廠的調研顯示，進水顆粒物中粒徑>200 μm的占比<15%，沉砂池對進水顆粒物的去除率僅為5%~13%[32]，除砂效果遠低于預期。另一方面，對污水處理廠除砂單元運行和設計的重視有待提升。通過優化沉砂池的停留時間、曝氣量、流態等參數，可以提高無機顆粒的去除率。隨著微細顆粒分離技術的發展，探索在進水端選擇合適的技術分離進水中的粉砂，不僅對于提升污泥有機質水平具有重要意義，還有利于延長污水處理系統的設備使用壽命、提高運行穩定性，具有污水污泥協同提質、增效和減碳效益。

3.2.3優化污水處理工藝

污水處理工藝的選擇和運行與污泥產量和泥質密切相關[33]，由于我國存在多個污水處理廠產生的污泥集中在獨立設施處理的情況，污水處理和污泥處理往往具有各自獨立的物理邊界和管理邊界，造成污水處理的設計、運行常常只考慮水質和需要處置的泥量，不關心泥質和后續污泥處理處置。污水處理工藝的選擇和運行不應與污泥處理處置割裂，兩者需協同考慮。奧地利因斯布魯克市的斯特拉斯(Strass)污水處理廠以主流AB法和側流厭氧氨氧化工藝相結合的方式使剩余污泥產量最大化，且污水中的有機質資源充分富集在污泥中，再通過污泥厭氧消化和熱電聯產，早在2005年其產能與耗能比值已達到108%[34]。對于現有污水處理廠，采用精細化智能管控，優化曝氣和藥劑投加，避免污泥內源代謝、過量加藥，也有利于提升污泥的有機質含量和品質，達到污水與污泥協同節能降耗和減碳目的。

3.3跨行業協同

實現雙碳目標是全社會共同的責任，需要各行各業的通力合作。這一目標的達成不應局限于單一行業的努力，而是需要跨行業之間的緊密協作和支持。每個行業在追求自身減排目標的同時，也應積極探索和其他行業協同減碳的機會。跨界協同不但為解決本行業問題提供新的解決思路，而且有助于加速整個社會向低碳轉型的步伐，對于我國全面實現雙碳目標具有重要意義。

污泥資源利用是排水行業和其他行業協同減碳的重要切入點。前文提到的污泥和其他物料協同厭氧消化、建材利用等均是排水行業和其他行業協同減碳的成功實踐。近年來，我們開始以更開放和創新的態度探索新的資源化和協同減碳路徑，充分挖掘污泥中的優質資源，并形成更具競爭力的跨行業產品，使環保行業在推動綠色低碳發展中發揮更積極的作用。

污泥作為污水處理產物，是微生物殘體的聚集體，含有豐富的有機質、營養元素、腸道菌群及其代謝產物。熱堿處理可以從污泥中高效溶出超過50%的氮元素，并保持高比例的有機氮形態，同時增加氨基酸、腐殖酸、植物原生激素等植物生長促進物質的產量[35]。研究表明，這種處理后的液相產物中的重金屬含量符合肥料標準，并能促進作物生長，改善土壤微生物群落結構，提高土壤化肥的轉化效率[36,37]。使用該技術處理的液相產物進行水稻種植時不減產，且無需使用農藥，并可減少30%的化肥使用量。昭通市第二污水處理廠應用此技術處理污泥，其產物已成功用于多種農作物種植，替代部分化肥和農藥，提升了作物品質。處理后的泥餅可用于煙草種植、礦山修復和制備吸附性板材。每噸含水率80%的污泥經熱堿處理后資源利用的全鏈條碳排放為負值(-326~-253 kg，以CO2計)，通過污泥的跨行業資源利用，實現了傳統人類糞便資源與農田循環的閉環。由于大幅度減少土壤化肥和農藥殘留，這一技術從根本上削減了農業面源污染，促進排水行業和農業的協同減污降碳。

04. 展望

隨著全球對氣候變化的關注日益增強，污泥處理處置領域的技術選擇將更加重視節能降耗和資源利用，對于污水污泥，應優先采用能源化和資源化途徑，如高含固、協同厭氧消化，提高產氣率、降低CH4散逸等排放。土地利用受限時，積極采用熱解碳化工藝，采用焚燒工藝時應重視低品位余熱的回收利用。對于管渠污泥和河湖底泥，重點在于去除雜質后無機顆粒的建材、工程利用，充分利用無機質替代天然黏土，減少自然資源開采，并盡量減少長距離運輸帶來的碳排放。

污泥處理處置的減碳策略將在系統思維的指導下得到進一步深化和發展，更加注重系統性和協同性。未來將不僅聚焦于單一環節的技術創新和優化，還將強化全鏈條協同、跨行業合作，促進上下游產業鏈的協同發展。通過綜合運用高效節能技術、拓展污泥和其他物料的協同利用途徑、優化上下游的協同管理、以及探索跨行業的協同減碳機會，有望在更廣泛的范圍內實現更深層次的碳減排效益。

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編輯：趙凡

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