張辰大師團(tuán)隊：雙碳目標(biāo)下城市多源污泥處理處置技術(shù)選擇與發(fā)展趨勢

隨著城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)、排水系統(tǒng)提質(zhì)增效和“源網(wǎng)廠河一體”全要素水環(huán)境治理工作的開展，城市多源污泥產(chǎn)量顯著增加，科學(xué)處理處置面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。分析了不同來源污泥的特性和面臨的碳排放挑戰(zhàn)，基于雙碳目標(biāo)提出了多源污泥有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)梯級利用的途徑和適用技術(shù)，強(qiáng)調(diào)通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)能耗和物耗的降低、溫室氣體的有效控制和資源的高效替代，并探討了系統(tǒng)思維指導(dǎo)下的多元協(xié)同模式和減碳策略，包括多源物料協(xié)同、上下游協(xié)同和跨行業(yè)協(xié)同，以期在更廣泛的范圍內(nèi)實現(xiàn)更深層次的減碳效益。

基金項目：國家重點研發(fā)計劃 “固廢資源化”專項項目(2020YFC1908700)

引用格式：張辰,段妮娜,趙水釬,等.雙碳目標(biāo)下城市多源污泥處理處置技術(shù)選擇與發(fā)展趨勢[J].環(huán)境工程,2025,43(7):1-9.

研究背景

在全球氣候變化的大背景下，減少溫室氣體排放已成為國際社會普遍關(guān)注的重大議題。隨著城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)、排水系統(tǒng)提質(zhì)增效和“源網(wǎng)廠河一體”全要素水環(huán)境治理工作的開展，污水污泥、管渠污泥、河湖底泥等產(chǎn)量均顯著增加。多源污泥來源各異、組分復(fù)雜，科學(xué)處理處置面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)分散、單一、粗放、無序的處理處置方式已無法滿足生態(tài)文明建設(shè)對再生資源和環(huán)境質(zhì)量的高標(biāo)準(zhǔn)要求。多源污泥兼具污染和資源雙重屬性，其資源和能源的開發(fā)利用已成為解決污泥問題的重要途徑和手段，并且是污水處理廠實現(xiàn)能源自給、水環(huán)境領(lǐng)域落實雙碳目標(biāo)的關(guān)鍵路徑。

近年來，國內(nèi)外出臺了一系列政策文件，國內(nèi)出臺的《污泥無害化處理和資源化利用實施方案》(發(fā)改環(huán)資〔2022〕1453號)、《國務(wù)院關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見》(國發(fā)〔2021〕4號)、《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃綱要》(國發(fā)〔2021〕5號)等，旨在推動包括污泥處理處置在內(nèi)的排水、固廢行業(yè)的綠色、循環(huán)和低碳發(fā)展。歐盟于2020年更新了《循環(huán)經(jīng)濟(jì)行動計劃》(circular economy action plan，CEAP)，不僅鼓勵成員國采取措施促進(jìn)資源高效利用，減少廢物產(chǎn)生，還特別強(qiáng)調(diào)了污泥作為有機(jī)廢棄物管理中的重要組成部分，應(yīng)通過循環(huán)利用和低碳技術(shù)來降低環(huán)境影響。

多源污泥組成和特性不同，所適用的資源利用方式和處理技術(shù)也存在差異。目前，國內(nèi)外基本形成了主流的處理處置技術(shù)體系。然而，在雙碳目標(biāo)下，如何基于泥質(zhì)特性選擇資源利用途徑并進(jìn)一步降低處理過程的碳排放，是實現(xiàn)污泥處理減污降碳協(xié)同增效的關(guān)鍵所在。本文基于不同來源污泥的特性，總結(jié)資源化利用的主要途徑和雙碳目標(biāo)下的適用技術(shù)，并探討在系統(tǒng)思維指導(dǎo)下多元協(xié)同的減碳策略。

01.多源污泥特性和碳排放挑戰(zhàn)

1.1污水污泥

污水污泥來源于城鎮(zhèn)污水處理廠的初沉池、二沉池和深度處理設(shè)施。國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的統(tǒng)計數(shù)據(jù)[1]顯示，2023年我國城市污水處理總量已達(dá)642.7億m3，污水處理污泥總量已突破7527萬t(以含水率80%計)。我國污泥有機(jī)質(zhì)含量(以揮發(fā)性固體含量VS表示)通常為30%~70%，均值為50%。北方城市如北京、青島等，污泥VS可達(dá)55%~70%，而南方城市如九江、蕪湖、鎮(zhèn)江等，VS一般僅為20%~50%。污泥富集了污水中大部分污染物質(zhì)和資源物質(zhì)，如果不妥善處理處置，在污染環(huán)境的同時將產(chǎn)生大量碳排放。根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部對全國城鎮(zhèn)污泥處置量的統(tǒng)計，約28%進(jìn)行土地利用，34%焚燒，18%建材利用，13%填埋，另有8%采用其他處置方式。由此估算，污泥處理處置產(chǎn)生的碳排放總量每年約為1440萬t。

1.2管渠污泥

管渠污泥是排水管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)過程中清撈出的沉積物，不僅包含了來自雨水和污水中的容易沉淀的顆粒物，還混有道路沖洗物、生活垃圾、砂石和來自建筑工地的泥沙等成分。目前，我國開展例行管渠清撈養(yǎng)護(hù)和管渠污泥處理的城市主要包括上海、北京、武漢、南京等。根據(jù)上海市管渠污泥采樣分析數(shù)據(jù)，管渠污泥VS為17%~20%，無機(jī)質(zhì)占比超過80%[2]。管渠污泥沉積于管網(wǎng)中，富集了污水中5%~30%的懸浮固體和污染負(fù)荷[3]，如不及時清撈處理，易在厭氧環(huán)境下產(chǎn)生大量CH4。研究表明，管渠污泥平均CH4產(chǎn)率可達(dá)0.13~2.09 g/(m2·d)[4]，由此造成的碳排放不容忽視。目前，管渠污泥的處理普遍采用多級篩分工藝，處理后的有機(jī)和無機(jī)篩渣多為填埋處置，有機(jī)篩渣填埋產(chǎn)生CH4是管渠污泥處理處置碳排放的主要來源。

1.3河湖底泥

河湖底泥是河流、湖泊中的泥沙、黏土和動植物殘骸等經(jīng)長時間物理化學(xué)和生物轉(zhuǎn)化沉降于水體底部形成的沉積層。河湖底泥的VS通常為3%~15%，主要由腐殖質(zhì)構(gòu)成，還包括動植物腐敗分解殘留的蛋白質(zhì)、脂肪、多糖等。這些有機(jī)質(zhì)在缺氧環(huán)境下被微生物分解時會產(chǎn)生CH4，而在有氧條件下則主要產(chǎn)生CO2。因此，河湖底泥在自然狀態(tài)下的碳排放取決于水體狀態(tài)，受溫度、水流速度、水體類型等因素影響，可占水體CH4排放的5%~20%[5,6]，黑臭水體的底泥碳排放往往也較高。河湖底泥經(jīng)疏浚后，主流處理處置方式仍為脫水后填埋或棄土場處置。在運(yùn)輸、填埋或棄置過程中，有機(jī)質(zhì)分解仍會產(chǎn)生CH4，長距離運(yùn)輸?shù)哪芎囊彩翘寂欧艁碓粗弧?/p>

02.資源利用途徑和技術(shù)選擇

多源污泥處理處置過程中產(chǎn)生的碳排放主要包括以下幾個方面：能源消耗和化學(xué)藥劑使用導(dǎo)致的能量源碳排放、逸散性溫室氣體排放，以及資源回收和產(chǎn)物利用帶來的碳補(bǔ)償效應(yīng)。當(dāng)前，多源污泥處理處置的目標(biāo)正朝著資源利用和能源回收的方向發(fā)展，通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)能耗和物耗的降低、溫室氣體的有效控制和資源的高效替代已成為行業(yè)共識[7]。污泥中的有機(jī)質(zhì)是能源資源稟賦的重要載體，有機(jī)質(zhì)利用是污泥處理處置減碳增匯的重要途徑。對于VS≥30%的污泥，如污水污泥，應(yīng)優(yōu)先通過能源化和資源化途徑實現(xiàn)有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化利用。對于VS<30%的污泥，如管渠污泥、河湖底泥，則宜優(yōu)先考慮建材、工程利用，通過替代傳統(tǒng)礦物資源降低碳排放。基于不同污泥的有機(jī)質(zhì)含量可以選擇適用的處理技術(shù)和利用途徑，同時還要滿足利用方式對污泥或處理產(chǎn)物環(huán)境和資源屬性的要求，其技術(shù)路線如圖1所示。

編輯： 趙凡