戴晓虎：从五大技术路线角度看污泥领域如何减污降碳
“十年以来，我们一直持续关注污泥的处理处置，目前进展很大，但是离预期的目标还有很大的差距。”戴晓虎指出，碳达峰碳中和的提出，对各行各业都有着很大的触动。在9月17日的“2021（第十三届）上海水业热点论坛”上，他分享了碳中和背景下污泥处理处置与资源化发展方向的思考。
来源：中国水网
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“十年以来，我们一直持续关注污泥的处理处置，目前进展很大，但是离预期的目标还有很大的差距。”戴晓虎指出，碳达峰碳中和的提出，对各行各业都有着很大的触动。在9月17日的“2021（第十三届）上海水业热点论坛”上，他分享了碳中和背景下污泥处理处置与资源化发展方向的思考。
戴晓虎
戴晓虎从当前的时代背景说起。
首先，碳达峰、碳中和是一场涉及经济社会各个方面的深刻变革，是一场任务艰巨的世纪大考，离不开强有力的科技支撑。既需要材料、能源和工艺等方面更新迭代，也要工业、农业、交通、建筑等领域挖潜提效。戴晓虎表示，“碳达峰与碳中和”目标呼唤科技的支撑，对低碳科技创新提出新要求，同时，中央政治局会议提出要推动减污降碳协同增效。环保企业所做的工作是污染物的去除，在污染物去除过程中要考虑碳排放，甚至要使用负碳技术，这是未来大的发展方向。
其次，碳中和背景下，污泥处理处置过程中的碳减排有着很大的必要性。我国污水行业碳排放量占全社会总排放量的1~2%，污水甲烷排放量排名第一，虽然碳排放量整体占比不大，但结合行业自身的发展需求，污水处理需要节能降耗和碳减排。污水处理还涉及民生，社会效益重大。比如，德国强调实行垃圾分类和污泥高效资源化，给了老百姓在双碳背景下很大的社会效应和支撑作用。
谈到污水资源化，一方面是水的综合利用，另一方面是污染物的综合利用，污染物的综合利用中污泥是主要的。污泥是污染的富集，污水处理全过程约有50%污染物聚集在污泥中，是污水碳减排注重点。
此外，污泥无序填埋是逸散性温室气体减排的重要战场，污泥堆肥产生大量的甲烷，减排潜力巨大。所以，如果污泥不进行合理处置，那绝对是高碳的。如果进行合理处置，尽管碳排放量占的比例不高，但它的民生效应和社会效应显著。
“如果把污泥消耗全部测算清楚，碳排放量就计算出来了。”戴晓虎指出，从污泥的碳核算方法来说，现在核算方法本身比较清晰，难点是排放因子的确定。目前我们用的是IPCC排放因子，IPCC排放因子很宽泛，比较粗糙。
污泥处理处置的碳排放核算方法包括实测法和数学模型估算法。数学模型估算法又包括经验系数估算法和物料平衡法。实测法对于大范围的碳核算，全面监测困难且成本高，不建议采用。目前主要用于对一些重要排放源的监测以及实验调查研究来建立和校正温室气体核算的数学模型。数学模型估算法则应用较多。
“在实际工作中，很少使用单一方法，而更多是物料衡算法、经验系数估算法、实测法三种方法互相校正、互相补充取得排放量结果。”
如果评价污泥处理处置全过程的碳排放，应该采用全生命周期的方法。根据IPCC的指南，参与自然界碳循环中的CO2不会引发大气中CO2的净增长，属于中性碳。
根据污泥处理处置过程碳排放的来源不同，碳排放可分为能量源碳排放、逸散性碳排放和碳补偿。能量源碳排放指煤炭、天然气等一次能源和电能、柴油等二次能源化学品药剂的碳排放。逸散性碳排放指污泥处理处置过程产生的逸散性CH4、N2O等温室气体的排放。碳补偿指污泥中能源或资源回收利用，替代化石能源及化学品等，从而降低温室气体的排放。
戴晓虎分析了污泥处理处置不同技术路线的碳排放情况。
一、厌氧消化+土地利用
戴晓虎指出，厌氧消化可以同时实现易腐有机物稳定、病原菌削减、体积减量和生物质能源回收，是当前国内外污泥稳定化处理主流技术。污泥富含碳、氮、磷、钾等营养物质，污泥的土地利用可改善土壤的性质，实现营养物质的循环利用。厌氧消化效率的提升（生物质能回收），高级厌氧消化技术的应用（降低系统能耗），沼渣脱水环节绿色药剂的替代，以及沼液氮磷资源高效回收是该工艺未来碳减排发展的重点方向。工程实践表明，考虑到厌氧消化产生的沼液资源回收利用和就地处理，建议厌氧消化工程依托污水处理厂建设。
二、好氧发酵+土地利用
污泥经过好氧发酵可以实现易腐有机物的降解和稳定，在重金属等污染物不超标的情况下，好氧发酵产物可以实现污泥的土地利用，包括园林绿化、育苗基质、土壤修复和农用等。好氧发酵和土地利用是一种低水平碳排放的工艺，重点在于提高好氧发酵工艺的智能化控制水平，减少臭气处理的能耗和药耗，降低辅料添加，以及创新污泥产品的高效利用技术。
三、干化焚烧+建材利用
当污泥土地利用受限时，污泥干化焚烧是一种有效的处理处置的方式。通过干化焚烧，将污泥化学能转化为热能并进行回收利用，同时实现有机物的矿化，以及大幅度减量，焚烧灰渣可以进行建材资源化利用。
由于污泥含水率较高，干化焚烧属中等碳排放水平，重点在于开发高效低耗深度脱水技术和环境友好型脱水药剂，降低污泥干化的能耗，减轻对后续焚烧过程结焦和飞灰的影响，以及提升工艺设计合理性和整体智能化集成水平。
四、深度脱水+应急填埋
深度脱水-应急填埋是目前我国普遍采用的污泥处理处置技术路线，该技术路线二次污染严重，占用土地，浪费资源，是一种过渡性的处理处置方式。深度脱水-填埋属于高水平碳排放工艺，随着无废城市的建设以及碳减排的要求，该工艺路线是一种阶段性的应急处理处置方式。
五、生物质利用+末端焚烧
从未来的发展来看，厌氧消化-干化焚烧工艺有望成为污泥处理处置的重要发展方向。2020年住建部和发改委联合发布的《补短板强弱项实施方案》提出：“鼓励采用生物质利用+末端焚烧的处置模式”，其中“生物质利用”主要包含污泥厌氧消化技术。
戴晓虎分析，与污泥干化焚烧相比，污泥厌氧消化-干化焚烧在系统能耗方面具有明显的优势：以100吨污泥（80%含水率计），当有机质含量为50%，污泥独立焚烧需外加能量25142kWh，传统厌氧消化-干化焚烧可产生能量1004kWh，热水解厌氧消化-干化焚烧产生热量可提升至7889kWh，其原因主要在于通过厌氧消化回收生物质能，并在同等条件下改善了污泥的脱水性能，大大降低了干化的能耗，使得生物质能回收的能量加上污泥干化系统节省的能量总和大于厌氧消化有机物降解损失的能量。
对于传统厌氧消化-干化焚烧工艺，适用于已建有污泥厌氧消化设施的提标改造工程，消化污泥经过脱水处理后，在厂区内利用沼气进行部分干化处理，再进行集中焚烧处置。对于污泥热水解厌氧消化-干化焚烧工艺适用于新建或现有的集中式污泥处理处置工程，考虑沼液的处理，建议在有条件的情况下，污泥处理工程建设于污水处理厂区。另外，该工艺的另一个优势在于，对于满足土地利用条件的消化污泥，可以考虑土地利用，土地利用无法消纳的污泥再进行后续干化焚烧处置。
戴晓虎谈到，根据“十三五”的水专项，他们对典型工程进行了碳排放的计算，排放因子用了IPCC，仅计算运行阶段，不考虑建设拆除的碳排放量，总体来说，脱水填埋的碳排放量是最高的，其次是干化焚烧、好氧发酵土地利用和厌氧消化土地利用。
“过去我们一直强调经济效益和环境效益，评标书的时候主要是看经济效益，环境效益是定性的，未来碳排放也将会成为一个量化指标。碳排放主要包括能量源碳排放、逸散性碳排放、碳补偿、药耗化学品碳排放。”
“未来污泥处理处置应以节能降耗及能源资源回收为目标。”戴晓虎指出，从技术研究层面来看，未来高含固/协同厌氧消化、氮磷营养物质高效回收、水热资源回收技术、污泥水分的深度脱除、环境友好型高效脱水药剂开发、热解/焚烧能量优化与高效转化都是很重要的发展方向。
2021年5月，农业农村部发布了《有机肥料》（NY/T 525-2021）公告，其中提到：禁止选用粉煤灰、钢渣、污泥、生活垃圾（经分类陈化后的厨余废弃物除外）、含有外来入侵物种物料和法律法规禁止的物料等存在安全隐患的禁用类原料。
戴晓虎个人认为，禁止有机肥肥料利用不等同于禁止土地、农用利用，我们国家18亿亩土地红线虽然保住了，但是土壤质量很差，现在很多地区提出了“保土计划”，污泥就是一种很好的有机质。污泥可作为营养基质使用，包括绿化、草地、荒漠改良、土壤修复、矿山修复等，污泥从自然中来，回归自然中去，是一个合理的选择，主要是监管和要求。
2021年6月，国家发改委与住建部联合印发《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》中就促进污泥无害化资源化处理处置提出了更具体、有效的措施和要求。文件中提到，污泥无害化处理满足相关标准后，可用于土地改良、荒地造林、苗木抚育、园林绿化和农业利用。
戴晓虎提到，污泥（高级）厌氧消化技术工艺具有降碳重要意义，现阶段适用于重金属含量低的泥质，土地资源丰富、土地消纳条件较好的地区；污泥干化焚烧全链条技术工艺适用于经济较发达、人口稠密、土地成本较高的地区，或者污泥处理产物不具备土地消纳条件的地区；污泥“好氧发酵+土地利用”技术工艺适用于人口密度较低、土地资源丰富、土地消纳条件较好的地区；污泥“深度脱水+卫生填埋”技术工艺适用于应急性处理情况，或者具备地方性土地消纳条件的地区（高碳排放）。
“城乡协同一体化处理处置是解决固体废弃物的重要方向。”除了沿海地区采取焚烧方式之外，将来非沿海、非发达地区的污泥处置应该和农业结合，进行餐厨协同处理。
此外，从科技的角度，未来的科技创新发展速度很快，我们对于污泥处理处置充满期待。多学科交叉融合是未来发展方向。利用交叉融合、科技创新实现创新速度提升，节能降耗、循环利用的科技发展水平会超出预期。
戴晓虎总结，双碳战略对污泥的处理处置是个很好的推动，有了碳排放指标之后，经济效益和环境效益将会量化，会推动环境产业朝低碳、绿色、可持续发展的方向发展。综合“碳中和”的国际形势，中国虽然在碳减排工作上取得了一定的进展，但在“碳中和”相关产业升级转型领域尚处于初期路径探索阶段。污泥是污水处理及资源化过程碳减排关注重点，是民生问题，社会效益重大。未来污泥处理处置应以节能降耗及能源资源回收为目标，城乡协同是重要方式。多学科交叉融合创新，是污泥处理处置技术创新的突破口，会超出预期。污泥处理处置要打破传统处置思维，以全生命周期产生-过程-末端系统考虑，应以“无害化为目标，资源化为手段”、以绿色、低碳、健康为原则。
戴晓虎表示，展望“十四五”和未来的“十五五”时期，我们国家在污泥处理上会大有作为，技术含量会越来越高！
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