雙碳戰略背景下的污泥處理處置技術探究
一、污泥行(xing)業現狀(zhuang)
隨著城鎮化進程(cheng)加快,我(wo)國(guo)污(wu)(wu)泥(ni)年產量已從 2020 年的(de)(de) 6000 萬噸增至 2025 年的(de)(de) 9000 萬噸(干基)。污(wu)(wu)泥(ni)兼具污(wu)(wu)染物與(yu)碳資(zi)(zi)源雙(shuang)重屬性,其處(chu)理處(chu)置不僅(jin)關乎生態(tai)環境安全,更是實現碳中和的(de)(de)重要(yao)環節。當(dang)前,政策層面(mian)已明確 “減量化、穩定化、無(wu)害化、資(zi)(zi)源化” 目標,但(dan)污(wu)(wu)泥(ni)含水率(lv)高(常規脫水后含水率(lv) 80%)、有機質利用效率(lv)低、碳排放路(lu)徑復雜等問(wen)題仍待突破。
我國污泥(ni)處置(zhi)結構(gou)如圖所示,土地(di)利(li)用(29.3%)、焚燒(26.7%)、衛生填埋(20.1%)為主要方式,建(jian)筑材料利(li)用(15.9%)及其他(ta)(8.0%)占(zhan)比較小。近十年間,土地(di)利(li)用占(zhan)比從(cong) 60.9% 降至(zhi) 29.3%,焚燒占(zhan)比從(cong) 6.2% 躍升至(zhi) 26.7%,反映出我國從(cong) “重水輕泥(ni)” 向 “泥(ni)水并(bing)重” 的(de)轉變(bian)。
數(shu)據來源:《碳中和背景下的污泥處理(li)處置技術》報(bao)告
二、國內(nei)污泥處理處置(zhi)現(xian)狀(zhuang)與政策驅動
1.政策體系(xi)構建
我(wo)國已形成(cheng)從國家到地方的多層級政策框架(表(biao) 1),核心目標從早期(qi)的無害化處(chu)置逐步(bu)轉向資源化利用(yong)(yong)與碳中(zhong)和協(xie)同(tong)。例如,《“十(shi)四五(wu)” 城鎮污水處(chu)理及資源化利用(yong)(yong)發展規劃》強調 “鼓勵‘生(sheng)物(wu)質利用(yong)(yong) + 焚(fen)燒’模式(shi)”,《固體(ti)廢物(wu)污染環境防治法》明確(que)污泥處(chu)理設(she)施需與污水處(chu)理設(she)施同(tong)步(bu)建(jian)設(she),推動 “泥水統籌(chou)”。
2.技術路線演變
我國污泥處(chu)置從早期以(yi)土(tu)地利(li)用為主(2009 年占比(bi) 60.9%),逐步(bu)向(xiang)焚燒(2019 年占比(bi) 26.7%)、多元(yuan)化處(chu)置轉型。但仍面臨(lin)三大挑戰:
1)泥質復雜:重(zhong)金(jin)屬(如(ru) Zn 平均 1367.3mg/kg)、有機污染(ran)物(wu)(如(ru) APEOs 平均 887000μg/kg)超標限制土(tu)地利用;
2)穩(wen)定化不足:僅約 30% 的污泥經(jing)過厭氧消化等穩(wen)定化處理(li);
3)碳(tan)排放路徑(jing)不清晰(xi):焚燒、填埋等(deng)傳統工(gong)藝碳(tan)排放量高,而資源化技(ji)術(如(ru)厭氧消(xiao)化產沼(zhao)氣)尚未(wei)大規(gui)模應用。
三、碳(tan)中和導向(xiang)下(xia)的污泥處理處置(zhi)技術(shu)體系
1.深(shen)度(du)脫水:污泥減(jian)量(liang)的核心(xin)前提
1.1 重(zhong)要(yao)性分析
污泥含水(shui)率從 80% 降(jiang)至 60%,體(ti)(ti)積可減(jian)(jian)少 50%,顯著降(jiang)低后(hou)續焚(fen)燒能耗(干化(hua)成本下降(jiang) 40%)與運輸(shu)碳排放。深度脫水(shui)是(shi)銜接前端(duan)減(jian)(jian)量化(hua)與后(hou)端(duan)資源化(hua)的關鍵環節(jie),尤其對焚(fen)燒工(gong)藝(yi)而言,含水(shui)率每降(jiang)低 10%,焚(fen)燒所需輔助(zhu)燃料量減(jian)(jian)少 15%-20%。
1.2 高(gao)壓(ya)帶式壓(ya)濾機的應用
高壓(ya)帶機適(shi)用于存(cun)量(liang)項目的污(wu)泥脫水(shui)間(jian)提標(biao)改造,通過 “預壓(ya) - 高壓(ya) - 剪切” 三(san)級脫水(shui),可(ke)將(jiang)污(wu)泥含(han)水(shui)率(lv)降至 60%-65%,具有以下優勢:
1)原(yuan)地減量:集成于(yu)污水廠內,減少(shao)污泥外運需求,降低(di)運輸環節碳排放(約(yue)占(zhan)全(quan)流程的 10%-15%);
2)高效節能(neng):單位能(neng)耗≤0.8kWh/kgDS,處理能(neng)力(li)達 5-8t/h(以 80% 含水(shui)率(lv)計);
3)適應性強:可處(chu)理含(han)砂量高(砂含(han)量≤30%)的市政污泥,避免傳統設(she)備(bei)的堵塞問題。
4)案例:某南(nan)方污水廠應用高(gao)壓帶機后,污泥(ni)外運量從 400t/d(80% 含水率(lv)(lv))降至 220t/d(60% 含水率(lv)(lv)),年節省(sheng)運輸成本 320 萬元(yuan),減少 CO?排放約 1200 噸。
2.污泥(ni)處理技術(shu)對比與碳(tan)排(pai)放特征
2.1 獨立焚燒技術
1)工藝特點:通過干化(含(han)水率降至 60%-65%)與(yu)鼓泡式(shi)流化床(chuang)焚(fen)燒,實現徹底減量化(減重(zhong) 70% 以上)與(yu)能(neng)源回收。煙(yan)氣處理采用(yong) “干法(fa) + 濕法(fa)脫(tuo)酸”,排放指標(biao)優(you)于(yu)(yu)國標(biao)(如 NOx<30 mg/m3),灰(hui)渣可(ke)用(yong)于(yu)(yu)建材。
2)碳(tan)排(pai)(pai)放分析:有機質焚燒屬碳(tan)中性過(guo)程,直接排(pai)(pai)放來自輔助燃(ran)(ran)料燃(ran)(ran)燒,間接排(pai)(pai)放為電耗與藥耗;碳(tan)補償途徑包括(kuo)余熱發(fa)電、灰渣資源(yuan)化(hua)。
3)案例:成都第一城市污(wu)水污(wu)泥(ni)處(chu)理(li)廠采用 “薄層干化 + 流化床焚(fen)燒”,處(chu)置規模(mo) 1400 噸 / 天(tian)(80% 含水率),冬季無(wu)需輔(fu)助燃料,電耗(hao) 76.67 kWh/t,煙氣排放達歐盟標(biao)準(zhun)。
2.2 熱水解 + 厭氧消化技術
1)工(gong)藝特(te)點:通過熱水(shui)解(jie)預(yu)處理(li)(破壞(huai)細胞壁(bi),提(ti)升(sheng)有機質利用(yong)率),污泥 VS 降解(jie)率達 50%,產沼氣(CH?占 60%-65%)用(yong)于發電,沼渣經堆(dui)肥后土(tu)地利用(yong)。
2)碳排放(fang)優(you)勢:沼氣回收替代化石能源(yuan),土地利用(yong)減(jian)少(shao)化肥使用(yong),碳排放(fang)強度最低(約 100 kg CO?/t 濕泥)。
3)瓶頸:國內(nei)污泥有機質含量(liang)低(di)(平均 VS 428 g/kg)、含砂(sha)量(liang)高,導致產(chan)沼效率僅為歐美(mei) 1/3-1/2,需配套預(yu)處理設備。
4)案例:北京高碑店污泥處置中心采用(yong) “熱水(shui)解 + 厭氧消化(hua)”,處理規模 1358 噸 / 天,沼氣(qi)發電滿(man)足全廠 40% 用(yong)電,沼渣用(yong)于土壤改良(liang)。
2.3 堿性(xing)熱水解(jie)新(xin)技術(shu)
1)技(ji)術(shu)原理:在 110-130℃堿性(xing)條(tiao)件下破壞(huai)污泥(ni)菌膠團,實現固液(ye)分(fen)離(含水率<40%),濾液(ye)提取蛋白液(ye)生產有機肥,殘渣(zha)用(yong)于(yu)土(tu)壤修復或焚燒。
2)碳中(zhong)和價值:多肽(tai)肥替代(dai)氮(dan)肥,減少化肥生產碳排放;減量化率達(da) 75%,降低(di)運輸能耗。
3)案(an)例:太(tai)原污泥處理處置(zhi)中(zhong)心采用(yong)該技術,運(yun)行成本 180 元(yuan) /t 濕(shi)泥,產物(wu)用(yong)于海水稻種植(zhi)與礦山修復。
四、技(ji)術選(xuan)擇與(yu)實(shi)施建議
1.因地制宜的技術路線
1)大城市(日處理(li)量>200t):優(you)先采(cai)用 “深(shen)度脫水 + 干化焚(fen)燒 + 灰渣建材化”,配套余熱回收(shou)系(xi)統(tong),降低輔助(zhu)燃料消耗;
2)中(zhong)小城市:靈活選擇厭氧消化、好氧發酵等技術,結(jie)合(he)土地利(li)用(yong)(需控(kong)制重(zhong)金屬(shu)與微塑料風(feng)險),結(jie)合(he)堿性熱水解提升有機質利(li)用(yong)率。
3)環境(jing)敏(min)感區域:探索熱解氣化技術(shu),減少(shao)鄰(lin)避效(xiao)應。
2.政策(ce)與技術協(xie)同(tong)
1)完(wan)善專(zhuan)(zhuan)項規(gui)劃:編制城市污泥處理處置(zhi)專(zhuan)(zhuan)項規(gui)劃,鼓勵(li)有條件(jian)的污水廠原地減量;
2)數據支撐(cheng):建立污泥(ni)泥(ni)質(zhi)動態監(jian)測平臺(監(jian)測周期≥1 年(nian)),為工(gong)藝選型提供依據;
3)標(biao)(biao)準(zhun)體系:補充我國污泥(ni)焚燒 N?O 排放(fang)因子(當前 IPCC 僅(jin)含德日數據),修訂《城鎮(zhen)污水(shui)處理廠污泥(ni)排放(fang)標(biao)(biao)準(zhun)》,強化深度脫水(shui)技術指標(biao)(biao)。
4)政策(ce)協同:完善(shan)污(wu)水處(chu)理費定(ding)價(jia)機制,覆蓋(gai)污(wu)泥(ni)處(chu)理成本;探索(suo)碳交易(yi)市場(chang)與污(wu)泥(ni)資源(yuan)化補貼政策(ce),激勵(li)企業減(jian)排。
五、結論
碳(tan)中和背景下(xia),污泥處(chu)理(li)處(chu)置需從 “末端(duan)治理(li)” 轉向 “全過程碳(tan)管理(li)”。污泥深度脫水設備實現污水廠內(nei)原地(di)減量,可顯著降低后續處(chu)理(li)的能耗(hao)與(yu)碳(tan)排(pai)放(fang)。未來應構建 “減量化(hua) - 資源化(hua) - 碳(tan)循(xun)環” 技術鏈,實現污泥從 “污染(ran)物” 到 “碳(tan)資源” 的價值轉換。
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