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专家观点|低碳背景下市政污泥处理处置技术路线

ACI环保 2022-06-14 14:25:59

长久以来，我国污水处理中一直存在 “重水轻泥”的问题，污泥处理设施的建设追不上水处理设施的建设，总体上剩余污泥产量远高于消纳速度，污泥处理处置成为阻碍城镇污水处理领域的短板现象凸显。近几年随着环保督查风暴来袭，城镇污水处理厂污泥问题屡次曝光，不仅给全国的污泥问题揭开了盖子，也得到了国家相关部委和行业高度重视。今年两会，全国人大代表、中冶生态环保集团总工程师程寒飞提交了《关于推进城镇污水处理厂污泥有效处理处置的建议》，建议开展污泥处理处置效果评估，制定污泥处理处置专项规划和行动计划，并拿出政策支持和资金保障污泥资源化利用工作。污泥作为污水处理提质增效的“最后一公里”，已成为污水治理的重中之重。

当前，我国市政污泥处理处置主流技术路线有哪些，各有哪些优劣势，低碳背景下各地如何结合本土污泥现寻找一条合适的污泥出路等？4月14日由ACI环保携手环保在线举行的市政污泥处理处置研讨会，邀请到行业资深专家并就相关行业关注问题进行剖析探讨。详情如下：

（文末可扫码进行视频回放↑）

一、中国市政工程西南设计研究总院有限公司——《碳中和背景下的污泥处理处置技术》

在《碳中和背景下的污泥处理处置技术》的演讲中，中国市政工程西南设计研究总院有限公司第二设计院刘波总工程师介绍到，污泥处理处置的目标是实现污泥的减量化、稳定化、无害化及资源化。所谓资源化是利用污泥中的能源和资源，在目前双碳背景下，能更好地实现节能减排和发展循环经济的目的。我国污泥年产量超过6000万吨，富集了污水中30%~50%污染物，既是污染物，同时也是碳资源，既是碳排放，也可以碳汇。

从国内外污泥发展趋势来看，对于大城市而言，污泥焚烧（包括掺烧）是目前不可或缺的一种工艺，同时采用土地利用和建材利用可作为补充。对于中小城市而言，本身规模不大，采用的处置工艺相对比较广泛，可以灵活处理。

污泥的独立焚烧技术在国际上是通用成熟的技术，目前在国内也处于发展的高峰期。独立焚烧一般适合规模较大的项目（200t/d以上）。刘波介绍到，目前国内对污泥独立焚烧技术存在一定的误解，认为它是一种高能耗高碳排放高成本的工艺，其实，从不同工艺来看，污泥焚烧的能耗与堆肥工艺相当，污泥中的有机质焚烧是碳中性的。

独立焚烧的碳排放过程主要包括由于辅助燃料添加产生的燃料消耗，生产过程中干化、输送等产生的电耗以及烟气净化过程中产生的化学品消耗，碳补偿主要是焚烧能源回收所能产生的热能和电能，灰渣的P的回收、建材化利用。目前瓶颈问题是投资及运行成本相对较高、运行管理要求较高以及邻避效应。

结合上海白龙港污泥处理二期工程（独立焚烧）、成都市第一城市污水污泥处理厂（独立焚烧）、绵阳市污水处理厂污泥处置项目一期（掺烧）、万兴环保发电厂污泥干化及协同焚烧处置项目（掺烧）、郑州新区污水厂污泥处置示范线（气化）、国内某热水解+厌氧消化技术项目、北京五个污泥处置中心（厌氧消化）、太原污泥处理处置中心（碱性热水解技术）具体案例，刘波介绍了不同技术工艺流程、技术特点、适用性、碳排放、碳补偿途径及瓶颈。

污泥焚烧、掺烧、气化、厌氧消化、碱性热水解实际上在一定程度上都实现了资源化利用。从碳排放水平来看，污泥厌氧消化+土地利用的碳排放水平是最低的，但由于土地利用受到极大的限制，因此从未来发展来看，厌氧消化+干化焚烧（气化）或独立的干化焚烧（气化）有望成为今后污泥处理处置的主流方向。

最后，刘波针对当下污泥处理处置现状提出了一些思考与建议：

1、应首先编制城市污水污泥专项规划，为污泥项目的实施提供理论依据。（政府及主管部门）

2、项目业主应未雨绸缪，提前长期检测污泥泥质数据（一年以上），并收集各污水厂的每日实际处理的污水量和污泥量数据，为污泥项目的实施提供依据。（水务公司）

3、根据市政污泥的特性，相关部门应调整各污水厂污泥含水率标准要求，并督促各厂完善现有的污泥脱水设施，若采用与焚烧（污泥处置）工艺相适应，应优先选择不添加石灰、影响污泥PH值的药剂、成本较高的药剂及影响污泥热值的工艺，在此基础上尽可能降低污泥含水率。（政府、水务公司、设计部门）

4、污泥处理处置工艺选择一定要因地制宜，从现阶段来看，当务之急是首先要解决减量化、稳定化和无害化，在此基础上再考虑资源化的问题。

二、上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司第三设计院——《双碳背景下污泥干化焚烧技术节能减排技术探讨》

上海市政工程设计研究总院第三设计院总工程师助理/高级工程师卢骏营主要从事污泥处理处置项目的咨询、设计、设备系统集成、调试等。主持和参与了上海市中心城区三大污水处理厂片区（白龙港、竹园、石洞口）等多个重大污泥处理处置工程的咨询和设计工作。这次研讨会卢骏营结合自身项目经验我们带来了《双碳背景下污泥干化焚烧工程技术探讨》的主题分享。

干化焚烧是一种典型的污泥热处理工艺，其工作原理是脱水污泥经干化后，进入焚烧炉焚烧，炉膛温度一般保持在850℃以上，烟气停留时间不得小于2秒的热处理方式。卢骏营结合上海石洞口、竹园、白龙港市政污泥以及宁波华清环保危废污泥焚烧案例指出，国内污泥干化焚烧主要运行能耗来自电耗、外加热源、水耗、以及各类药剂消耗，高效稳定的干化技术、先进的焚烧技术以及有效的余热回收技术是保证污泥焚烧节能减排的关键。焚烧系统节能的关键在于自持焚烧，自持焚烧对节能减排具有重大意义，污泥前端干化的目的就是为了让焚烧炉可以自持焚烧，如果不能自持焚烧，需要在炉内补充燃料。

对节能减排技术展望，卢骏营指出污泥热值的提高、降低进污泥干化焚烧系统含水率、污泥干化后载气冷凝余热的回收是实现污泥焚烧节能减排的关键路径。今后随着经济社会的发展和污水收集管网的不断完善，污泥热值不断提高，污泥干化焚烧技术的能耗将可以大幅度地降低。

如果污泥热值提供不太能受控情况下，可以通过降低污泥干化焚烧系统含水率，污泥干化是焚烧的“能耗大户”，高效的脱水是降低干化焚烧系统能耗最大的助力。

国内大多数污泥焚烧项目中污泥干后载气冷凝余热没能很好进行回收多数被浪费了，如果这部分热量能够高效回收，可以大幅度降低能耗。

三、威立雅水务工程（北京）有限公司——《“双碳”背景下污泥资源化、无害化处理技术探讨——威立雅污泥处理技术及案例介绍》

我们知道威立雅一直是污水处理、污泥处理技术的引领者，威立雅水务工程（北京）有限公司的污泥市场经理王维燕这次也是带来了《“双碳”背景下污泥资源化、无害化处理技术探讨——威立雅污泥处理技术及案例介绍》，结合国内外多个项目从污泥资源化角度来介绍厌氧消化及其相关的技术；从污泥减量化、无害化角度来介绍威立雅的湿式氧化技术和污泥焚烧技术”。

威立雅的污泥及生物质处理主要工艺包括ANITATMMox厌氧氨氧化、中温厌氧消化+热电联产、AthosTM湿式氧化、PyrofluidTM焚烧、BiometTM两相消化、生物脱硫技术SulfothaneTM等。

污泥的厌氧消化/协同消化+热电联产是实现污泥资源化的有效途径，厌氧消化过程产生的沼气可实现热电联产，为污水、污泥处理段提供电能，同时发电系统的余热还可用于消化系统及附属建筑供热；沼气也可以用于锅炉，为消化系统以及后续污泥处理工艺供热。以15万m3/d污水厂为例，假设它的污泥产量是30tds/d，有机物含量50%，通过中温厌氧消化+热电联产产生的电力480kw，年收益值相当于300w，经济性还是非常客观的。对于南方地区等污泥中有机质含量较低时候可以通过协同消化，在污泥中加入有机废物，协同消化可以实现污水厂能源自给、降低碳足迹。

威立雅BiometTM两相消化工艺在消化之前引入了水解工艺。水解工艺通过酶催化反应产生溶解性底物，促进了产酸相多装菌群生长，进而推动了脂肪酸的产生，这是产甲烷的一个关键步骤。采用水解和甲烷化两个阶段，可以维持两个阶段各自的最佳反应条件，两种不同的菌种之间不存在竞争，使得运行更加稳定。水解细菌叫产甲烷菌不敏感，因此前段水解罐的设置可以更好的适应进料的变化。

传统的脱硫技术采用干法脱硫，而威立雅的采用生物脱硫技术SulfothaneTM，通过碱液吸收、生物反应、硫泥回收实现沼气脱硫，H2S去除率可以达到99%，单质硫回收容易排出且不会产生含硫化物的废水，整个工艺在水循环过程用电，运行成本低，工艺稳定抗冲击能力强，标准模块设计和配置，可是实现快速安装和组装，结构紧凑，占地小。

威立雅ANITATMMox厌氧氨氧化工艺：消污泥化过程会产生侧流，这部分水量相当于整个水处理线水量的1-2%，但氨氮负荷很高，对整个水线的影响达到15-25%，如果是消化和热水解联用，这个影响更大大概20-30%，N-NH4含量可达到500-1500mg/L(消化和热水解联用可达2000-3000mg/L)，侧流的BOD很低，可利用的碳很低。对处理线的影响是会增加氧气机碳源的消耗，增加污泥产量。而ANITATMMox厌氧氨氧化工艺可以经济高效地对这部分侧流进行处理，从而来降低整个处理线的成本，实现低碳。

威立雅AthosTM湿式氧化工艺是一种在液相中发生的氧化过程，污泥在高温、高压和氧化性气体存在的条件下进行反应。40-90g/L的污泥在约50bar和250摄氏度的条件下注入反应器，同时注入纯氧氧化去除有机物，停留时间小于1小时，从沉淀池分离出来的无机物通过板框机处理成为矿物砂，在不添加药剂情况下矿物砂含干度达到50%，废气经过催化反应器处理后排放至大气（因反应温度低无二噁英、无呋喃、无尘、无酸性气体氮氧化物产生），反应产物经过冷凝、固液分离后，上清液（可生物降解）回到污水处理厂。AthosTM湿式氧化工艺是一种环境友好、彻底无害化处理工艺。

威立雅PyrofluidTM焚烧工艺入下图，对于PyrofluidTM系统，污泥只需要干化到35%的含固率就可以进入鼓泡式流化床焚烧炉，焚烧系统采用高温空气预热，温度可以达到450-650度，可随进泥热值波动进行调整，保证焚烧炉稳定运行，系统允许进入含水率较高的污泥而在焚烧炉内达到自持焚烧，焚烧烟气温度可以达到850-870度，烟气先后经过高温空预器及余热锅炉进行两级级能量回收，能力回收率可以达到50-60%。此外，相比常规焚烧燃烧室停留2s，威立雅PyrofluidTM系统燃烧室温度大于850度，停留时间5-6s可以实现污泥彻底的减量化。

最后，王维燕总结到，消化、协同消化是“双碳”背景下市政污泥及生物质资源化利用的有效途径，可以使我们实现污水厂能源自给，降低碳足迹的梦想；SulfothaneTM高效生物脱硫技术，运行维护简便，可有效降低沼气脱硫的运行成本；ANITATMMox厌氧氨氧化工艺，脱氮性能好，可减少消化回流液对污水处理线的影响，减低运行成本；AthosTM湿式厌氧工艺是一种环境友好的、彻底的污泥减量化和无害化处理工艺，这为环境敏感地区的污泥处理处置提供了一种可行的解决方案；PyrofluidTM是安全、稳定、可靠、经过验证的市政污泥焚烧工艺，可实现污泥的彻底减量化。

四、康碧环境技术（北京）有限公司——《康碧高级厌氧消化及北京排水集团污泥处理案例介绍》

康碧®集团1989年成立于挪威，在中国及亚洲其他国家、欧洲、北美洲等地均设有分公司。自1995年首次将热水解工艺应用于挪威HIAS污水处理厂污泥项目以来，至今已有77项污泥和有机垃圾处理处置项目在全球25个国家和地区成功应用，服务超过全球1亿人口。本次活动，康碧环境邓缔也是给我们带来了《康碧高级厌氧消化及北京排水集团污泥处理案例介绍》。

康碧®热水解（CambiTHP®）专利技术是被国际广泛证实认可的最为可靠有效的热水解工艺技术，康碧®热水解(CambiTHP®)技术是用蒸汽对市政污泥和餐厨垃圾进行高级厌氧消化的预处理工艺。康碧®热水解(CambiTHP®)是一个连续的工艺过程，基于反应罐并联排列的批次处理的热水解反应，实现高能效运行和低运行成本，同时消除了有机质在处理过程中产生臭气的问题。

康碧环境热水解技术已参与到北京排水集团五个污泥处理中心的应用，总规模达到6000t/d，包括小红门和高碑店污水处理厂改扩建，槐房、高安屯和清河二厂的新建项目。结合北京排水集团五个项目经验，邓缔介绍到，相比传统消化工艺，有了热水解预处理工艺，可以提高厌氧消化进料负荷、改善脱水性能、改善污泥产品质量、并增加沼气产量达20-50%。对于降低碳排放是有重大意义的。北京项目采用热水解处理工艺解决污泥问题的同时，也是提前布局并完成了碳减排的工作任务，相比于填埋方案，干化焚烧可以减少180万吨CO2的减排，而热水解高级厌氧消化加土地利用，可以减少到220万吨，相当于150万辆汽车的排放量。