中國典型污泥資源化案例：襄陽市魚梁洲污泥甲烷捕獲實(shí)踐
污泥的有效及可持續(xù)處理是眾多國家在快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程中所面臨的共同挑戰(zhàn)。經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織國家的許多城市針對(duì)污泥能源化和資源化利用已有諸多實(shí)踐。其中采用厭氧消化技術(shù)“捕獲”污泥中的可利用物質(zhì)，避免由此帶來的二次污染成為最有效的解決方案之一。
由于厭氧消化在實(shí)現(xiàn)污泥處理的減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化，以及減少溫室氣體排放方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，歐美國家采用厭氧消化對(duì)污泥進(jìn)行處理處置的項(xiàng)目越來越多。歐美國家的污泥厭氧消化處理處置主要有兩大趨勢(shì)。
一是將熱水解作為厭氧消化的預(yù)處理環(huán)節(jié)。熱水解可以顯著改善污泥的脫水和厭氧消化性能，實(shí)現(xiàn)高效率厭氧消化，將污泥中的有機(jī)物充分轉(zhuǎn)化為沼氣，近年來越來越多地被歐美國家采用，并取得了良好效果。例如，波蘭Bydgoszcz的Kapusciska污水處理廠熱水解厭氧消化后污泥含固率從20%提高到31%，減少了近一半體積；又如，愛爾蘭都柏林的Ringsend污水處理廠熱水解消化項(xiàng)目中單位池容產(chǎn)氣量提高到3.5立方米/日，是通常情況的3.5倍。
二是將污水處理廠污泥和餐廚垃圾、農(nóng)場畜禽糞便等有機(jī)廢物進(jìn)行混合消化處理。由于餐廚垃圾和農(nóng)場畜禽糞便有機(jī)質(zhì)含量較高，與污泥進(jìn)行混合消化，在實(shí)現(xiàn)污泥穩(wěn)定化、無害化處理的同時(shí)，還能夠提高產(chǎn)氣率和項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。
奧地利Strass污水廠采用厭氧消化工藝處理污泥生產(chǎn)生物沼氣，并利用外源餐廚垃圾與剩余污泥混合，厭氧共消化過程產(chǎn)生的生物沼氣通過熱電聯(lián)產(chǎn)的方式為污水廠創(chuàng)造了能源效益和實(shí)現(xiàn)了碳減排目標(biāo)
2011年，湖北襄陽市為了解決污泥造成的惡臭和水污染問題，保障南水北調(diào)工程水源安全，選擇了“高溫水解+高濃度厭氧消化+甲烷捕獲利用”技術(shù)路線對(duì)污泥和餐廚垃圾進(jìn)行協(xié)同處理，經(jīng)過兩年多的嘗試，取得了很好的效果。不僅實(shí)現(xiàn)了襄陽市每天新增污泥的全部處置，還逐步消納了堆置的陳舊污泥，實(shí)現(xiàn)了“污泥全消納、能量全平衡、資源全回收、過程全綠色、費(fèi)用可接受”的多效目標(biāo)，探索出了一條有效的污泥資源化途徑。
>>>>魚梁洲項(xiàng)目簡介
為了解決污泥難題，2011年4月襄陽市開工建設(shè)“襄陽市污水處理廠污泥綜合處置示范項(xiàng)目”（以下簡稱“魚梁洲項(xiàng)目”），處理襄陽市區(qū)及周邊污水處理廠產(chǎn)生的污泥和餐廚垃圾。魚梁洲項(xiàng)目位于魚梁洲污水處理廠內(nèi)，占地45畝，設(shè)計(jì)規(guī)模300噸/日（折合年處理污泥約11萬噸）。魚梁洲項(xiàng)目對(duì)污泥和餐廚垃圾進(jìn)行集中收運(yùn)后，采用“高溫?zé)崴猓?70℃）+中溫厭氧消化（40℃）”工藝進(jìn)行處理。魚梁洲項(xiàng)目的污泥產(chǎn)品包括：
車用壓縮天然氣（CNG）：6000立方米/日；配套建設(shè)一座220萬立方米/日的壓縮天然氣加氣站
生物炭土（Bio）：55～60噸/日（含水率40%）
移動(dòng)森林：利用生物炭土以容器苗形式種植“移動(dòng)森林”
根據(jù)魚梁洲項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，原污泥中80%的氮進(jìn)入沼渣，隨后轉(zhuǎn)化為生物炭土；而進(jìn)入沼液的氮經(jīng)過厭氧氨氧化法和鳥糞石沉淀法后有20%形成氮?dú)馀湃氪髿猓Ｓ嗟牡ㄟ^鳥糞石沉淀（磷酸銨鎂，分子式MgNH4PO4-6H2O）也進(jìn)入生物炭土。與氮的遷移類似，原污泥中80%的磷會(huì)進(jìn)入沼渣；而進(jìn)入沼液的磷經(jīng)過鳥糞石沉淀法之后有95%形成鳥糞石沉淀進(jìn)入生物炭土中；剩余的磷進(jìn)入最終的沼液中被用于苗木的滴灌或排入污水處理廠中。
在設(shè)計(jì)條件下，魚梁洲項(xiàng)目有望實(shí)現(xiàn)對(duì)氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)最大程度的回收再利用，其中96%的氮和98%的磷以可利用的方式進(jìn)入了生物炭土。需要指出的是，鳥糞石沉淀法和厭氧氨氧化法在運(yùn)行過程中面臨一定的成本問題，魚梁洲項(xiàng)目計(jì)劃下一步對(duì)這兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行試運(yùn)行，以找到效果、成本雙贏的運(yùn)行方式。
>>>>溫室氣體減排評(píng)價(jià)
根據(jù)項(xiàng)目運(yùn)行數(shù)據(jù)測(cè)算，魚梁洲項(xiàng)目在21年的運(yùn)行期中可處置22.7萬噸污泥，共產(chǎn)生1.3萬噸二氧化碳當(dāng)量排放（相當(dāng)于年均產(chǎn)生606噸二氧化碳當(dāng)量排放）。根據(jù)下圖，如果對(duì)相同規(guī)模的污泥和餐廚垃圾混合物按照相同運(yùn)行周期（21年）采用填埋或焚燒進(jìn)行處置，則將分別產(chǎn)生81.3萬噸二氧化碳當(dāng)量或23.7萬噸二氧化碳當(dāng)量的排放，是魚梁洲項(xiàng)目溫室氣體排放的62.5倍或18.2倍。
同時(shí)，魚梁洲項(xiàng)目在21年的運(yùn)行期中可產(chǎn)生約4500萬立方米車用壓縮天然氣，可替代近6萬立方米車用汽油，實(shí)現(xiàn)約14萬噸二氧化碳當(dāng)量的額外減排。而且，與汽油比，采用天然氣的汽車顆粒物排放幾乎為零，氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）和碳?xì)浠衔铮℉C）的排放也顯著降低，在改善空氣質(zhì)量方面有著重要意義。
>>>>能源管理措施
厭氧消化工藝的能耗主要用于維持厭氧反應(yīng)溫度，以及維持污泥泵、攪拌設(shè)備和沼氣壓縮機(jī)等設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。魚梁洲項(xiàng)目中，污泥和餐廚垃圾的混合進(jìn)料在熱水解環(huán)節(jié)需加熱至170℃，而在進(jìn)入?yún)捬跸h(huán)節(jié)前需要通過冷卻器將改性污泥降溫至40℃。目前，魚梁洲項(xiàng)目電耗約為6000千瓦時(shí)/日（折算成單位電耗為20～22千瓦時(shí)/噸污泥，按含水率80%計(jì)）。
為了提高污泥處置的能效，魚梁洲項(xiàng)目采取了一系列能源管理措施，包括：利用厭氧消化產(chǎn)生的沼氣提供熱能，維持熱水解和厭氧消化過程所需溫度，除了系統(tǒng)啟動(dòng)以外，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的熱能完全靠污泥自身反應(yīng)產(chǎn)生的沼氣提供，不需外加能源；熱水解后的污泥需要從170℃冷卻至40℃之后再進(jìn)入?yún)捬跸^程，利用冷卻過程釋放的多余能量進(jìn)行沼渣干化，解決了沼渣干化過程所需的70%～80%熱能（沼渣化所需的其余熱能利用太陽能提供），進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了熱能的再利用。
>>>>其他資源化效益評(píng)價(jià)
魚梁洲項(xiàng)目將厭氧消化后的污泥制成生物炭土，用于培植觀賞性或市政綠化樹種，為污泥的最終無害化、穩(wěn)定化處理開辟了新思路。2013年，魚梁洲項(xiàng)目采用容器苗模式在廠區(qū)種植了1500株香樟、紫薇、櫻花、桂花等苗木，長勢(shì)良好。項(xiàng)目每天產(chǎn)生生物炭土55～60噸，則每年可以產(chǎn)生生物炭土21600噸（按每天60噸生物炭土，每年360天計(jì)），需要種植21.6萬株樹苗進(jìn)行消納（按照每株苗木消納100公斤生物炭土計(jì)算）。
采用生命周期分析方法可以對(duì)“移動(dòng)森林”的固碳能力進(jìn)行動(dòng)態(tài)估算。假設(shè)魚梁洲項(xiàng)目種植苗木2年后定植開始形成顯著固碳效應(yīng)，一棵樹平均每年吸收18.3公斤二氧化碳計(jì)算，則在該項(xiàng)目21年的運(yùn)行周期中所配置的樹木固碳能力可以達(dá)到75萬噸。
值得注意的是，目前國家禁止將污泥直接用于耕地，且缺乏污泥產(chǎn)品土地利用的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，魚梁洲項(xiàng)目采用生物炭土及容器苗模式種植，實(shí)現(xiàn)了對(duì)污泥的消納，同時(shí)也在一定程度上避免了污泥的直接還田，而同時(shí)也為項(xiàng)目的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了持續(xù)現(xiàn)金流，是中國特殊背景下的一個(gè)創(chuàng)新舉措。
本文節(jié)選自世界資源研究所（WRI）的工作論文《污泥資源化的環(huán)境-能源-經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估：以湖北省襄陽市魚梁洲污泥甲烷捕獲實(shí)踐為例》，作者：鐘麗錦、付曉天。
