編者按：碳中和運(yùn)行已成為未來污水處理廠運(yùn)行重要內(nèi)容。因此，作為資源和能源載體的剩余污泥將不再是污水處理的“負(fù)擔(dān)”，進(jìn)而可能變成回收資源與能源的緊俏原料。本期回顧2016年發(fā)表文章，梳理早期關(guān)于污泥處理、處置的理念與觀念。這篇文章綜述了5年前國內(nèi)外剩余污泥處理、處置情況，著重介紹了污泥厭氧消化能源利用的基本情況與趨勢，提出變傳統(tǒng)“污泥減量”模式為“污泥增量”發(fā)掘能源方法。針對我國市政污水COD普遍偏低情況，文章闡明有機(jī)固體廢棄物與污泥共消化才是污泥增量的“對癥良藥”。盡管污泥共消化實(shí)現(xiàn)的碳中和嚴(yán)格意義上說屬于“偽中和”，但這種利用廢棄外源有機(jī)物能源轉(zhuǎn)化并實(shí)現(xiàn)污水處理碳中和的方式并非無可取之處，只是相較潛能巨大的污水余溫?zé)崮軄碚f顯得有些出力不討好。
01、國內(nèi)外剩余污泥能源轉(zhuǎn)化現(xiàn)狀
國外： 朝碳中和運(yùn)行目標(biāo)邁進(jìn)
歐美及周邊一些亞洲國家相繼頒布了面向21世紀(jì)污水理碳中和運(yùn)行的路線圖，并付諸實(shí)踐。例如荷蘭早在2008年便提出了污水處理的 NEWs 概念，美國推行的“Carbon-free Water” ，日本發(fā)布“Sewerage Vision 2100”，以此實(shí)現(xiàn)污水處理碳中和目標(biāo)。
然而，具有足夠的剩余污泥量，方能保證其在厭氧消化過程中轉(zhuǎn)化為碳中和運(yùn)行的自給自足所需能量。為此，歐美等國家通過結(jié)合前端篩分COD技術(shù)或后端厭氧共消化技術(shù)，以最大化“污泥增量”方式從污水或外源有機(jī)物中通過厭氧消化獲取能源(CH4)，并已完全或部分實(shí)現(xiàn)碳中和運(yùn)行目標(biāo)。
國內(nèi)： 為消除“負(fù)擔(dān)”而提倡污泥減量
因認(rèn)識導(dǎo)致的政策問題普遍存在著“重水輕泥”現(xiàn)象，往往只處理污水而很少涉及污泥處置，2014 年我國污水處理廠污泥處理能力(近95% 為非能源利用方式，或雖有設(shè)施而實(shí)際不用) 約為1 100×104 t/d，而污泥實(shí)際產(chǎn)量為3 250×104 t/d，污泥處置缺口達(dá)60%以上。大量未經(jīng)任何有效處理處置的污泥直接給水體、大氣帶來嚴(yán)重的“二次污染”，導(dǎo)致黑臭水體、霧霾等環(huán)境現(xiàn)象加劇。
一方面現(xiàn)有技術(shù)能源轉(zhuǎn)化效率低。但隨著厭氧消化強(qiáng)化技術(shù)的研究增多，在今后將能顯著提升污泥能源轉(zhuǎn)化效率的水平。因此，污泥厭氧消化轉(zhuǎn)化能源并不存在技術(shù)障礙。更重要的是因?yàn)檎壳吧袩o政策甚至資金支持。我國污泥處理、處置費(fèi)用投資只占污水處理費(fèi)用總投資的20%~45% ，而國外一般水平即高達(dá)50%。我國雖在“十二五”期間新增污水處理及相關(guān)投資額4 300億元，但其中污泥處理、處置設(shè)施投資僅347億元，占比僅為8% ，導(dǎo)致目前污泥成為“負(fù)擔(dān)”的尷尬局面。
污泥非能源化處置癥結(jié)
減量化→穩(wěn)定化→無害化→資源化是國內(nèi)處理處置剩余污泥等固體廢棄物的一般導(dǎo)則。然而只要污泥實(shí)現(xiàn)能源化，其他“三化“將隨之實(shí)現(xiàn)，不攻自破。將之前的污泥處置思路順序顛倒： 資源化→無害化→穩(wěn)定化→減量化，就能誘導(dǎo)污泥能源化方式成為污泥處置的首要目的。當(dāng)然，污泥能源化首當(dāng)其沖的污泥處置策略需要政府給予宏觀政策支持甚至予以經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼，這一點(diǎn)需要向歐洲國家學(xué)習(xí)。在歐洲，凡是利用污泥等有機(jī)固體廢物轉(zhuǎn)化甲烷用于發(fā)電都能獲得政府的補(bǔ)貼。
02、污泥能源轉(zhuǎn)化碳中和運(yùn)行潛力
污水處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥量完全取決于進(jìn)水COD負(fù)荷的高低，COD負(fù)荷越高則產(chǎn)生的剩余污泥量就越大。一些歐美國家以碳中和為運(yùn)行目標(biāo)的污水處理實(shí)例表明，如果進(jìn)水COD≤600 mg/L，采用傳統(tǒng)處理工藝( 如A2/O等脫氮除磷工藝) 所產(chǎn)生的剩余污泥量通過厭氧消化轉(zhuǎn)化能源很難完全滿足(100%) 碳中和運(yùn)行目標(biāo)，一般達(dá)到70%碳中和運(yùn)行率就已足矣。
圖中繪出了能量平衡計算中剩余污泥(初沉+二沉) COD 截留率(污泥中總COD與進(jìn)水COD之比)與碳中和率的關(guān)系曲線; 實(shí)例計算中53%的碳中和運(yùn)行率對應(yīng)于60%的污泥COD截留率，趨勢表明，要想獲得更大的碳中和運(yùn)行率便需要有更多的污泥相對應(yīng)，即所謂的“污泥增量”概念。
污泥COD截留率與碳中和運(yùn)行率的關(guān)系
03、污泥增量方法與措施
A/B法A段濃縮COD
A段采用極短污泥齡(SRT=8~25 h) ，充分利用細(xì)菌對顆粒與膠體狀COD初期生物絮凝、吸附性能以及對溶解性COD的直接吸收、降解性能從污水中有效分離COD，并在細(xì)菌表面吸附大量未降解的COD，最后可導(dǎo)致進(jìn)水中70%～80% 懸浮狀和溶解狀COD通過中間沉淀池予以截留后送至厭氧消化轉(zhuǎn)化能源。與二沉污泥相比，A段截留污泥可消化性較好，可產(chǎn)生甲烷含量較高的生物氣。
定位于能源與磷回收的市政污水處理概念工藝
前端篩分COD技術(shù)
基于低能耗微濾裝置，輔以化學(xué)混凝＋絮凝作用，最大程度隔離、濃縮污水中COD，使之用于厭氧消化轉(zhuǎn)化甲烷，供污水處理廠自身能量消耗，降低污水處理廠對化石燃料能源的依賴，即以污水處理碳中和運(yùn)行為目標(biāo)，工藝流程如圖所示。
德國CARISMO前端COD篩分及后續(xù)污水、污泥處理工藝
污泥共消化技術(shù)
針對我國進(jìn)水COD負(fù)荷低、有機(jī)能源含量先天不足的市政污水，有時所含碳源甚至都不能夠滿足脫氮除磷的需要。在這種情況下，采用前端分離COD的做法顯然不符實(shí)際，不得不考慮其他方式來實(shí)現(xiàn)碳中和運(yùn)行目標(biāo)。餐余垃圾、旱廁糞便、綠化草木等有機(jī)固體廢棄物完全可以利用污水處理廠厭氧消化剩余空間，與剩余污泥一同共消化而轉(zhuǎn)化能源，達(dá)到“1+1>2”的能量轉(zhuǎn)化效果。
污泥共消化發(fā)揮了基質(zhì)間的協(xié)同作用，提高了底物的降解速率和降解程度，使能源轉(zhuǎn)化效率顯著提高。圖中列出了幾種不同外源有機(jī)廢棄物與剩余污泥共消化后呈現(xiàn)出的能量轉(zhuǎn)化效果，剩余污泥與其他有機(jī)廢棄物共消化潛力可見一斑。
不同種類/比例外源基質(zhì)與污泥共消化能源轉(zhuǎn)化效果
04、結(jié)語
污泥已經(jīng)不是污水處理過程中的“負(fù)擔(dān)”，而是實(shí)現(xiàn)為碳中和運(yùn)行的所需能源載體。轉(zhuǎn)變對剩余污泥處理、處置的觀念與思路，變現(xiàn)行“減量化→穩(wěn)定化→無害化→資源化”方式為未來“資源化→無害化→穩(wěn)定化→減量化”策略勢在必行。新理念下污泥資源化需要有政府宏觀政策支持甚至是財政補(bǔ)貼，看似“貼錢”的舉措?yún)s能帶來利好的綜合環(huán)境效益，在污泥增量方面，無必要實(shí)施污泥減量技術(shù)，而是應(yīng)尋求與廚余垃圾等市政有機(jī)固體廢棄物共消化的機(jī)會，才不致使我國的碳中和運(yùn)行目標(biāo)最終成為天方夜譚。
作者：李季，郝曉地等
來源： 水業(yè)碳中和資訊
