杭世珺：双碳背景下，污泥处理处置高质量发展的阶段性思考

“我国污水处理已经进入存量的提质增效时代，污泥处理处置仍任重道远。尤其在‘30·60’背景下，污泥终端处置路径面临新的思考。”北京市市政工程设计研究总院有限公司原副总工程师杭世珺在2024（第二十二届）水业战略论坛上表示。

如哪些才是“低碳”技术？如果不具备协烧条件，以及焚烧炉寿命到期，需更新换代该怎么办？在水泥窑限产，低碳电厂无需使用煤能源的条件下，如何协同？随着碳减排碳交易等政策的完善，哪种技术更适合？论坛上，杭世珺老师梳理了国内外污泥处理处置现状，提出了双碳背景下，我国污泥处理处置阶段性思考。

杭世珺

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国内外污泥处理处置现状和工艺发展趋势

住建部2022年统计年鉴和E20数据库显示， 2022年，我国城市污水排放量638.9 亿m3，处理率为98.11%，市政污泥产生量为5800万吨，市政污泥无害化处理率66%，市政污泥无害化处置率50-60%。数据表明，我国污水处理已经进入存量的提质增效时代，然而污泥处理处置仍然任重道远。

从我国污泥处理各种工艺占比中看，2018年以填埋为主，焚烧仅占6.2%。根据E20数据，近6年我国新增污泥处理项目中，71%采用了脱水干化技术，污泥处置项目中，焚烧技术为主占比59%，其中主要为协同焚烧，占比达45%，填埋已经减少到4%左右。

放眼国外的污泥处理工艺，德国以热法为主，2017年污泥热法处理占比已达69.5%，其中独立焚烧占比小于协同焚烧，二者分别占27.93%和37.83%。 2017 年修订的德国《污水污泥条例》规模超过 5 万人口当量的污水厂污泥都必须进行磷回收，使得德国未来的污泥处理处置工艺将以 “ 独立焚烧，灰分提磷 ” 为主要路线。但德国现状污泥独立焚烧处理能力仅有 67 万吨 DS/ 年，规划产能在《污水污泥条例》所规定的过渡期的后期才会大量投产。德国 2015 年修订的《肥料条例》对絮凝剂的生物降解性提出要求，导致近期土地利用将受限。因此在污泥独立焚烧产能大量落地前，德国需投入“过渡性处理能力”，建设相匹配的干化能力和暂存设施。

2017年德国各种污泥处置工艺占比

（德国统计局数据）

日本的污泥处理率在2015年末为68%， 2010年最高为78%，后因2011年地震影响有所下降。日本的污泥处理工艺，建材利用是最主要利用方式，且主要用于混凝土，其次是填埋；能量化利用为16%（其中沼气生产占13%，固体燃料利用占3%）。

日本重视污泥的能源化利用，其污泥的有机质含量高，达80%（部分地区达90%），非常适合能源化利用。日本第四个《社会基础设施发展优先计划》设定了污泥能源化比率目标，由2013年的 15%增加至2020 年30%；第五个《社会基础设施发展优先计划》设定了污水中生物质能的综合利用率，由2019年33.8%增加至2025年的45%。

日本在2012年便发布了对污泥发电的政策支持，日本《关于电力公司采购可再生能源电力的特别措施法》规定电力公司有义务按照规定的期限和价格购买可再生能源产生的电力；包括污水污泥在内的生物质能产生的电力也有资格作为可再生能源。

日本目标实现氢能社会，日本环境省重视氢能的碳减排作用，因此氢能利用也将日本污泥能量化利用的一个重要方向。

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我国污泥处理处置存在的关键问题

相关政策一直在指引污泥处理处置市场的发展。早在2004年，《固体废物污染环境防治法(修订)》便特别强调减量化、无害化和资源化原则。

2020《城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案》，鼓励用地紧张的大中城市采用“生物质利用+焚烧”处置模式。

2022年《污泥无害化处理和资源化利用实施方案》鼓励采用厌氧消化、好氧发酵、干化焚烧、土地利用、建材利用等多元化组合方式处理污泥。

2024年《国务院办公厅关于加快构建废弃物循环利用体系的意见》，提出有序推进生活垃圾焚烧处理设施协同处置部分固体废弃物。

在国家政策引导下，污泥处理处置市场在持续释放，然而仍存在三个方面的问题：

在 政策上 ，相关具体指标及鼓励政策仍有待完善。需“资金来源、环境保障、双碳要求”相关指标进一步量化，规划及管理体系进一步完善，以指导技术路线的明确和配套标准的落地。

在 技术上 ，尽管传统处理处置技术已经成熟，也积累了一定经验，然而更符合高质量发展要求的资源化能源化处理处置技术的研究起步较晚，同时研发投入不足。

商业模式上， 目前很多水务企业一般将80%的污泥委托其他公司处理，这种泥水分离的商业模式在一定程度上限制了行业的发展。

针对我国的污泥处理处置技术的发展趋势，杭世珺总结为两点：一是在双碳国家战略的要求下，污泥处理处置不仅要重视 “减量化、稳定化、无害化、资源化”，也要重视 “低碳化”；二是污泥处理既要从源头减量，也要从末端升维。

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要关注末端升维，更要关注源头减量

末端如何升维

资源化依然是污泥处理处置行业应追求的技术方向。比如在目前是的过渡阶段，可利用现有社会资源（水泥厂、燃煤电厂、垃圾焚烧厂）进行污泥协同焚烧，以节约建设成本，过程中需充分考虑污泥的储存特性及相关风险防控措施。

低碳需求下，污泥终端处置路径有很多问题要关注和思考，如什么才是“低碳”技术，如果不具备协烧条件的地区或焚烧炉寿命到期要怎么办，随着碳减排碳交易等政策的完善，哪种技术更适合碳减排和碳交易。

污泥协同焚烧

协同焚烧是近期要重点关注的污泥处理方式。

水泥厂掺烧规模一般为300t/d以下（以含水率80%污泥计），窑型为新型干法水泥窑，单线设计熟料生产规模不小于2000吨/日。要考虑国内水泥市场需求及阶段运行的影响。

火电厂掺烧要根据炉型等确定掺烧比例。要考虑电力调峰对火电厂的影响，也要考虑到火电行业碳减排的相关要求。

在垃圾分类背景下，垃圾协同焚烧的容量明显增加。垃圾焚烧厂掺烧一般要求污泥含水率降至30%~40%，掺烧比宜小于10%，相关标准仍在探索中。

污泥炭化

污泥炭化是在无氧或缺氧条件下进行热解处理，获得含碳固体产物为主要目标的污泥稳定化过程，根据温度不同分为低温炭化、中温炭化、高温炭化三种类型。

与污泥焚烧相比，炭化技术的优点有：烟气产生量少、污染物浓度低、碳排放量低、二噁英源头抑制、环境敏感性、适用规模范围广、产物资源化利用途径多等；但污泥炭化的减量化程度略低于焚烧，运行案例及经验低于焚烧，标准化规范化有待提高。

日本《下水污泥能源化利用技术指引》（2018）对炭化技术的低碳特点有详细的案例分析。以5万吨/日中小污水厂为例，湿污泥（含水率80%）焚烧处理的碳排放量为5290t-CO 2 /年，炭化处理的碳排放量为1285t-CO 2 /年，可削减75%；若采用污泥先消化再炭化的处理方式（消化产生的沼气作为炭化能源），甚至可实现125t-CO 2 /年的固碳效果。

与焚烧相比，炭化技术的优缺点

餐厨污泥联合厌氧

污泥餐厨联合厌氧也是一种不错的协同方式。既改善了污泥单独厌氧可生化降解性差、碱度高的问题，又能缓解纯污泥有机物含量低，厌氧VS降解率低的问题。餐厨的加入可以提高产气率，同时污泥中 F e ³⁺ 对厌氧H 2 S的产生和释放有抑制作用。如果进一步与水厂进行纵向协同，经济效益将更加明显。

以100t/d餐厨垃圾+20t/dDS污泥（100t/d折算含水率80%污泥）联合厌氧为例，产生沼渣约55t/d，可进入末端炭化系统生产生物炭，厌氧产生的富余沼气约8000m3/d，可为炭化系统补充能量；所产生的沼液300t/d可返回污水厂进行处理，实现污水、污泥、餐厨的联合协同，节约投资及运行成本，提高效益。

源头如何减量

污泥处理的技术手段以前更关注末端的处理处置，未来源头减量也十分重要，“源头减量+梯级利用+末端处理”是污泥处理技术路线的发展方向。

目前污泥减量主要从两个路线入手。一是采用污泥少量少的新型处理工艺，比如VFL工艺、AOA工艺等。对于存量污水厂，采用改良的工艺一般需进行改造，且不同污水厂的适用性也有差别。一是采用物理方法，如通过细菌破壁或新型脱水药剂等方式进一步去除污泥中的水份，但该路线严格来说并不是真正的污泥源头减量，而且会增加额外成本。是否有第三条路线，可以适用于大多数存量污水厂，而且可快速应用、成本低，实现生化池端的污泥原位减量。

乐透思BARMS原位污泥减量技术

BARMS可以实现在市政污水厂生化工艺段、工况较为稳定的工业污水厂的生化工艺段等场景应用。

上图即BARMS产品。barms产品本身是由90%的无机载体+10%的适应性菌种组成，外观为浅棕色粉末，粒径大小为10~50μm，适用PH范围为6~9，适用温度范围为10~40℃，密度为1.03~1.05g/cm3，与水相近。

设计理念在生化系统中推流或曝气时可与水充分混合，在二沉池中可快速沉淀。barms产品可应用在市政污水厂生化工艺段或工况较为稳定的工业污水厂生化段。

实现了活性污泥系统的四大转变：菌胶团态+游离态>>“BARMS菌胶团”+菌胶团+游离态；高增殖率，短世代期>>低增殖率，长世代期；低菌群数量>>高菌群数量；低生化系统多样性>>高生化系统多样性。

核心机理：1.形成不同于传统菌胶团的BARMS菌胶团

BARMS的微载体为多孔结构，可在表面致密排列细菌，形成生物膜结构；微载体的表面特性使生物膜中球菌的占比更高。通过高通量测序可以发现，活性污泥系统在投加BARMS后，细菌和真菌的种类均有所增加。

核心机理：2.降低增殖率，延长世代周期

从物种丰富来看，投加BARMS后，系统内长世代周期微生物菌群丰度明显增加，系统内短世代周期菌群结构向长世代周期菌群结构转变。此变化意味着细胞自身增值速度变慢，而细胞增值是剩余污泥产生的主要原因，细胞增值速度变慢从宏观的角度看即为污泥减量。

核心机理：3.高菌群（微生物总量增加实现原位扩容）

衍生效果：强化脱氮除磷效果；不影响污泥后续处置

在部分投加BARMS的污水厂，还观察到了脱氮除磷效果的提升。此外，对污泥热值进行检测发现，投加BARMS后，污泥热值仅略有降低，不会对污泥焚烧处置产生负面影响。

BARMS技术的另一个优势是应用非常简便，现场无需设施改造，无需停水，直接投加至好氧池使用。

BARMS技术五个优势

1、污泥减量，且属于源头化污泥减量，可改善污泥沉降性能，外运污泥减量可达30%~50%；

2、处理通量提升，处理负荷可提升30%~50%，减少扩容类、提标类项目建设投资和土地需求。

3、稳定性，适应性好，耐冲击，可处理现有工艺无法处理的极端污水。

4、兼容性，无需停水及设施改造，使用方便。

5、降本增收，可节约曝气、污泥脱水干化设备能耗，节约脱水药剂用量等，实现降本增收。

应用案例1：北控水务某污水厂污泥减量项目

以北控水务某设计规模为3万 m3/d的污水厂为例，该水厂采用A/A/O+超滤处理工艺。在两条生产线中的一条（规模为1.5万 m3/d）投加了BARMS，两条生产线同期对比。根据应用初期的3个月的数据，实现了平均污泥减量27%，减量效果仍在不断上升，目标为40-50%。

应用案例2：扬子石化污泥减量项目

该项目于2021年5月实施，设计规模1万m3/d。日常进水中含有20%的工业污水。该项目实现了氨氮去除效果提高10%以上，平均污泥减量50%以上。投加BARMS后，二沉池的浮泥问题实现了快速改善，获得了业主的认可。

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污泥处理处置高质量发展的三点思考

低碳需求下，污泥终端处置路径仍然面临新的思考，杭世珺总结为三点：

污泥热处理、能源化利用是污泥处理的发展方向，协同焚烧是短期我国污泥处理的重要手段。

污泥处理在减量化、稳定化、无害化、资源化的同时，还应关注低碳化。炭化技术目前是实现“4+1”化的理想工艺。

污泥处理要末端升维，更重要的是实现污泥源头减量，BARMS技术通过在生化池直接投加适应性复合生物材料，实现了较高的的原位污泥减量，并具有提高污水处理能力的特点。