雙碳戰(zhàn)略背景下的污泥處理處置技術探究

一、污泥行業(yè)現(xiàn)狀剖析

在城鎮(zhèn)化進程迅猛推進的當下，我國污泥產(chǎn)量呈現(xiàn)出急劇增長的態(tài)勢。據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，我國污泥年產(chǎn)量已從 2020 年的 6000 萬噸（干基）攀升至 2025 年的 9000 萬噸（干基）。污泥這一物質(zhì)具有獨特的雙重屬性，它既是污染物的集合體，又蘊含著豐富的碳資源。其處理處置狀況不僅與生態(tài)環(huán)境安全緊密相連，更是實現(xiàn)碳中和目標進程中不可或缺的關鍵環(huán)節(jié)。

當前，政策層面已為污泥處理處置明確了“減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化”的總體目標。然而，在實踐過程中，仍面臨諸多亟待突破的難題。污泥含水率居高不下，即便經(jīng)過常規(guī)脫水處理，含水率仍高達 80%，這極大地增加了后續(xù)處理的難度與成本。同時，有機質(zhì)利用效率低下，大量的有機質(zhì)未能得到有效轉化與利用，造成了資源的嚴重浪費。此外，污泥碳排放路徑錯綜復雜，不同處理處置方式產(chǎn)生的碳排放差異較大，給碳排放的精準核算與有效控制帶來了巨大挑戰(zhàn)。

從我國污泥處置結構來看，土地利用、焚燒、衛(wèi)生填埋是主要的處置方式，分別占比 29.3%、26.7%、20.1%，而建筑材料利用及其他方式占比較小，分別為 15.9%和 8.0%?；仡櫧觊g污泥處置方式的變化，土地利用占比從 60.9%大幅降至 29.3%，焚燒占比則從 6.2%迅猛躍升至 26.7%。這一顯著變化充分反映出我國在污泥處理處置理念上的重大轉變，即從過去“重水輕泥”逐步向“泥水并重”的方向邁進。

二、國內(nèi)污泥處理處置現(xiàn)狀與政策驅動

（一）政策體系構建

我國已構建起一套從國家到地方的多層級政策框架，為污泥處理處置行業(yè)提供了全面而系統(tǒng)的政策指引。其核心目標也經(jīng)歷了從早期單純強調(diào)無害化處置，逐步向資源化利用與碳中和協(xié)同發(fā)展轉變的深刻過程。例如，《“十四五”城鎮(zhèn)污水處理及資源化利用發(fā)展規(guī)劃》明確提出“鼓勵‘生物質(zhì)利用 + 焚燒’模式”，旨在充分發(fā)揮生物質(zhì)利用與焚燒技術的優(yōu)勢互補，實現(xiàn)污泥的高效處理與資源回收?！豆腆w廢物污染環(huán)境防治法》則進一步明確規(guī)定，污泥處理設施必須與污水處理設施同步建設，從法律層面推動“泥水統(tǒng)籌”理念的落地實施，確保污水處理與污泥處理同步規(guī)劃、同步建設、同步運行。

（二）技術路線演變

我國污泥處置技術路線在過去幾十年間發(fā)生了顯著變化。早期，土地利用是主要的處置方式，2009 年其占比高達 60.9%。然而，隨著對污泥特性及環(huán)境影響認識的不斷深入，以及環(huán)保要求的日益嚴格，污泥處置逐漸向焚燒、多元化處置方向轉型，2019 年焚燒占比已提升至 26.7%。盡管如此，我國污泥處理處置行業(yè)仍面臨諸多嚴峻挑戰(zhàn)。

泥質(zhì)復雜是制約污泥土地利用的關鍵因素之一。污泥中重金屬（如 Zn 平均含量高達 1367.3mg/kg）、有機污染物（如 APEOs 平均含量達 887000μg/kg）等超標現(xiàn)象較為普遍，這些有害物質(zhì)若進入土壤，將對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成潛在威脅，從而嚴重限制了污泥的土地利用范圍與規(guī)模。穩(wěn)定化不足也是當前污泥處理處置行業(yè)存在的突出問題。據(jù)統(tǒng)計，僅有約 30%的污泥經(jīng)過了厭氧消化等穩(wěn)定化處理，大部分污泥未經(jīng)充分穩(wěn)定化處理就直接進行處置，這不僅容易導致二次污染，還影響了污泥的資源化利用效率。此外，碳排放路徑不清晰同樣不容忽視。傳統(tǒng)工藝如焚燒、填埋等在處理污泥過程中會產(chǎn)生大量的碳排放，而資源化技術（如厭氧消化產(chǎn)沼氣）雖然具有顯著的減排潛力，但尚未得到大規(guī)模應用，導致污泥處理處置行業(yè)的碳排放居高不下。

三、碳中和導向下的污泥處理處置技術體系

（一）深度脫水：污泥減量的核心前提

1. 重要性分析

污泥深度脫水在污泥處理處置全流程中占據(jù)著至關重要的地位。當污泥含水率從 80%降至 60%時，其體積可大幅減少 50%，這一顯著變化為后續(xù)處理環(huán)節(jié)帶來了諸多積極影響。在焚燒工藝中，污泥含水率的降低能夠顯著降低焚燒能耗，干化成本可下降 40%。同時，含水率的降低還能減少運輸過程中的碳排放，因為含水率越低，污泥的重量越輕，運輸所需的能源也就越少。此外，深度脫水是銜接前端減量化與后端資源化的關鍵環(huán)節(jié)，尤其對于焚燒工藝而言，含水率每降低 10%，焚燒所需輔助燃料量可減少 15% - 20%，這對于提高焚燒效率、降低運行成本具有重要意義。

2. 高壓帶式壓濾機的應用

高壓帶式壓濾機作為一種高效的污泥脫水設備，在存量項目的污泥脫水間提標改造中具有廣闊的應用前景。該設備采用“預壓 - 高壓 - 剪切”三級脫水工藝，能夠將污泥含水率有效降至 60% - 65%。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
原地減量：高壓帶式壓濾機可集成于污水廠內(nèi)，直接對污泥進行脫水處理，減少污泥外運需求，從而降低運輸環(huán)節(jié)的碳排放（約占全流程的 10% - 15%）。
高效節(jié)能：該設備單位能耗≤0.8kWh/kgDS，處理能力可達 5 - 8t/h（以 80%含水率計），在保證脫水效果的同時，具有較高的能源利用效率。
適應性強：高壓帶式壓濾機可處理含砂量高（砂含量≤30%）的市政污泥，有效避免了傳統(tǒng)設備在處理含砂污泥時容易出現(xiàn)的堵塞問題，提高了設備的運行穩(wěn)定性與可靠性。
案例：某南方污水廠應用高壓帶式壓濾機后，取得了顯著的經(jīng)濟與環(huán)境效益。污泥外運量從 400t/d（80%含水率）大幅降至 220t/d（60%含水率），年節(jié)省運輸成本 320 萬元，同時減少 CO?排放約 1200 噸。

（二）污泥處理技術對比與碳排放特征

1. 獨立焚燒技術

（1）工藝特點

獨立焚燒技術通過干化（將污泥含水率降至 60% - 65%）與鼓泡式流化床焚燒相結合的方式，實現(xiàn)污泥的徹底減量化（減重 70%以上）與能源回收。在煙氣處理方面，采用“干法 + 濕法脫酸”工藝，確保排放指標優(yōu)于國標（如 NOx＜30 mg/m3）。焚燒產(chǎn)生的灰渣還可用于建材生產(chǎn)，實現(xiàn)了污泥的資源化利用。

（2）碳排放分析

獨立焚燒過程中，有機質(zhì)焚燒屬于碳中性過程，其直接碳排放主要來自輔助燃料燃燒，間接排放則包括電耗與藥耗。為了實現(xiàn)碳補償，可采取余熱發(fā)電、灰渣資源化等措施。余熱發(fā)電能夠將焚燒過程中產(chǎn)生的余熱轉化為電能，供廠內(nèi)使用或并入電網(wǎng)，減少對外部能源的依賴；灰渣資源化則可將灰渣加工成建材產(chǎn)品，替代部分傳統(tǒng)建材，降低建材生產(chǎn)過程中的碳排放。

（3）案例

成都第一城市污水污泥處理廠采用“薄層干化 + 流化床焚燒”工藝，處置規(guī)模達 1400 噸/天（80%含水率）。在冬季運行時，無需輔助燃料即可滿足焚燒需求，電耗為 76.67 kWh/t，煙氣排放達到歐盟標準，充分展示了獨立焚燒技術在污泥處理處置中的高效性與環(huán)保性。

2. 熱水解 + 厭氧消化技術

（1）工藝特點

熱水解 + 厭氧消化技術通過熱水解預處理破壞污泥細胞壁，提高有機質(zhì)的利用率。經(jīng)處理后，污泥 VS 降解率可達 50%，產(chǎn)沼氣（CH?占 60% - 65%）用于發(fā)電，沼渣經(jīng)堆肥后可用于土地利用。該技術實現(xiàn)了污泥的減量化、資源化與無害化處理，具有良好的環(huán)境效益與經(jīng)濟效益。

（2）碳排放優(yōu)勢

熱水解 + 厭氧消化技術在碳排放方面具有顯著優(yōu)勢。沼氣回收可替代化石能源，減少化石能源燃燒產(chǎn)生的碳排放；土地利用沼渣可減少化肥使用，降低化肥生產(chǎn)過程中的碳排放。據(jù)測算，該技術的碳排放強度最低，約為 100 kg CO?/t 濕泥。

（3）瓶頸

然而，國內(nèi)污泥有機質(zhì)含量低（平均 VS 428 g/kg）、含砂量高的問題，導致產(chǎn)沼效率僅為歐美的 1/3 - 1/2。為了提高產(chǎn)沼效率，需配套預處理設備，增加投資與運行成本，這在一定程度上限制了該技術的大規(guī)模推廣應用。

（4）案例

北京高碑店污泥處置中心采用“熱水解 + 厭氧消化”技術，處理規(guī)模為 1358 噸/天。該中心通過沼氣發(fā)電滿足全廠 40%的用電需求，沼渣用于土壤改良，實現(xiàn)了污泥的資源化利用與碳排放的有效控制。

3. 堿性熱水解新技術

（1）技術原理

堿性熱水解新技術是在 110 - 130℃堿性條件下，破壞污泥菌膠團結構，實現(xiàn)固液分離（含水率＜40%）。分離后的濾液可提取蛋白液生產(chǎn)有機肥，殘渣則可用于土壤修復或焚燒。該技術將污泥處理與資源回收有機結合，實現(xiàn)了污泥的高值化利用。

（2）碳中和價值

堿性熱水解新技術在碳中和方面具有重要價值。多肽肥替代氮肥，可減少化肥生產(chǎn)過程中的碳排放；減量化率達 75%，有效降低了運輸能耗，進一步減少了碳排放。

（3）案例

太原污泥處理處置中心采用堿性熱水解新技術，運行成本為 180 元/t 濕泥。該中心將處理后的產(chǎn)物用于海水稻種植與礦山修復，取得了良好的環(huán)境效益與社會效益，為堿性熱水解新技術的推廣應用提供了成功范例。

四、技術選擇與實施建議

（一）因地制宜的技術路線

不同規(guī)模的城市以及不同環(huán)境敏感區(qū)域應根據(jù)自身實際情況，選擇適合的污泥處理處置技術路線。對于大城市（日處理量＞200t），由于其污泥產(chǎn)量大、處理要求高，應優(yōu)先采用“深度脫水 + 干化焚燒 + 灰渣建材化”的技術路線，并配套余熱回收系統(tǒng)，降低輔助燃料消耗，提高能源利用效率。中小城市則可根據(jù)自身資源條件與環(huán)保要求，靈活選擇厭氧消化、好氧發(fā)酵等技術，結合土地利用（需嚴格控制重金屬與微塑料風險），同時可結合堿性熱水解技術提升有機質(zhì)利用率，實現(xiàn)污泥的資源化利用。在環(huán)境敏感區(qū)域，應探索熱解氣化技術，該技術具有污染排放低、鄰避效應小等優(yōu)點，可有效減少對周邊環(huán)境的影響。

（二）政策與技術協(xié)同

1. 完善專項規(guī)劃

編制城市污泥處理處置專項規(guī)劃，明確污泥處理處置的目標、任務與技術路線。鼓勵有條件的污水廠在廠內(nèi)進行污泥原地減量處理，減少污泥外運過程中的碳排放與環(huán)境污染。

2. 數(shù)據(jù)支撐

建立污泥泥質(zhì)動態(tài)監(jiān)測平臺，監(jiān)測周期≥1 年。通過對污泥泥質(zhì)的實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析，為工藝選型提供科學依據(jù)，確保所選技術能夠適應污泥特性的變化，提高污泥處理處置的效果與穩(wěn)定性。

3. 標準體系

補充我國污泥焚燒 N?O 排放因子（當前 IPCC 僅含德日數(shù)據(jù)），為準確核算污泥焚燒過程中的碳排放提供數(shù)據(jù)支持。修訂《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥排放標準》，強化深度脫水技術指標，引導企業(yè)采用先進的深度脫水技術，提高污泥脫水效果。

4. 政策協(xié)同

完善污水處理費定價機制，確保污水處理費能夠覆蓋污泥處理成本，保障污泥處理處置行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。探索碳交易市場與污泥資源化補貼政策，通過經(jīng)濟手段激勵企業(yè)積極參與污泥減排與資源化利用，推動污泥處理處置行業(yè)向綠色、低碳方向發(fā)展。

五、結論

在碳中和的大背景下，污泥處理處置行業(yè)正面臨著前所未有的機遇與挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的“末端治理”模式已難以滿足當前環(huán)保要求與碳中和目標，必須向“全過程碳管理”模式轉變。污泥深度脫水設備的應用實現(xiàn)了污水廠內(nèi)污泥的原地減量，顯著降低了后續(xù)處理的能耗與碳排放，為污泥處理處置行業(yè)的綠色發(fā)展奠定了基礎。未來，應著力構建“減量化 - 資源化 - 碳循環(huán)”的技術鏈，通過技術創(chuàng)新與政策引導，實現(xiàn)污泥從“污染物”到“碳資源”的價值轉換，推動污泥處理處置行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，為我國碳中和目標的實現(xiàn)做出積極貢獻。