編者按：碳中和運行已成爲未來汙水處理廠運行重要內容。因此，作爲資源和能源載體的剩余汙泥將不再是汙水處理的“負擔”，進而可能變成回收資源與能源的緊俏原料。本期回顧2016年發表文章，梳理早期關于汙泥處理、處置的理念與觀念。這篇文章綜述了5年前國內外剩余汙泥處理、處置情況，著重介紹了汙泥厭氧消化能源利用的基本情況與趨勢，提出變傳統“汙泥減量”模式爲“汙泥增量”發掘能源方法。針對我國市政汙水COD普遍偏低情況，文章闡明有機固體廢棄物與汙泥共消化才是汙泥增量的“對症良藥”。盡管汙泥共消化實現的碳中和嚴格意義上說屬于“僞中和”，但這種利用廢棄外源有機物能源轉化並實現汙水處理碳中和的方式並非無可取之處，只是相較潛能巨大的汙水余溫熱能來說顯得有些出力不討好。
01、國內外剩余汙泥能源轉化現狀
国外： 朝碳中和运行目标迈进
欧美及周边一些亚洲国家相继颁布了面向21世纪污水理碳中和运行的路线图，并付诸实践。例如荷兰早在2008年便提出了污水处理的 NEWs 概念，美国推行的“Carbon-free Water” ，日本发布“Sewerage Vision 2100”，以此实现污水处理碳中和目标。
然而，具有足夠的剩余汙泥量，方能保證其在厭氧消化過程中轉化爲碳中和運行的自給自足所需能量。爲此，歐美等國家通過結合前端篩分COD技術或後端厭氧共消化技術，以最大化“汙泥增量”方式從汙水或外源有機物中通過厭氧消化獲取能源(CH4)，並已完全或部分實現碳中和運行目標。
国内： 为消除“负担”而提倡污泥减量
因认识导致的政策问题普遍存在着“重水轻泥”现象，往往只处理污水而很少涉及污泥处置，2014 年我国污水处理厂污泥处理能力(近95% 为非能源利用方式，或虽有设施而实际不用) 约为1 100×104 t/d，而污泥实际产量为3 250×104 t/d，污泥处置缺口达60%以上。大量未经任何有效处理处置的污泥直接给水体、大气带来严重的“二次污染”，导致黑臭水体、雾霾等环境现象加剧。
一方面现有技术能源转化效率低。但随着厌氧消化强化技术的研究增多，在今后将能显著提升污泥能源转化效率的水平。因此，污泥厌氧消化转化能源并不存在技术障碍。更重要的是因为政府目前尚无政策甚至资金支持。我国污泥处理、处置费用投资只占污水处理费用总投资的20%~45% ，而国外一般水平即高达50%。我国虽在“十二五”期间新增污水处理及相关投资额4 300亿元，但其中污泥处理、处置设施投资仅347亿元，占比仅为8% ，导致目前污泥成为“负担”的尴尬局面。
汙泥非能源化處置症結
减量化→稳定化→无害化→资源化是国内处理处置剩余污泥等固体废弃物的一般导则。然而只要污泥实现能源化，其他“三化“将随之实现，不攻自破。将之前的污泥处置思路顺序颠倒： 资源化→无害化→稳定化→减量化，就能诱导污泥能源化方式成为污泥处置的首要目的。当然，污泥能源化首当其冲的污泥处置策略需要政府给予宏观政策支持甚至予以经济补贴，这一点需要向欧洲国家学习。在欧洲，凡是利用污泥等有机固体废物转化甲烷用于发电都能获得政府的补贴。
02、汙泥能源轉化碳中和運行潛力
污水处理过程中产生的剩余污泥量完全取决于进水COD负荷的高低，COD负荷越高则产生的剩余污泥量就越大。一些欧美国家以碳中和为运行目标的污水处理实例表明，如果进水COD≤600 mg/L，采用传统处理工艺( 如A2/O等脱氮除磷工艺) 所产生的剩余污泥量通过厌氧消化转化能源很难完全满足(100%) 碳中和运行目标，一般达到70%碳中和运行率就已足矣。
图中绘出了能量平衡计算中剩余污泥(初沉+二沉) COD 截留率(污泥中总COD与进水COD之比)与碳中和率的关系曲线; 实例计算中53%的碳中和运行率对应于60%的污泥COD截留率，趋势表明，要想获得更大的碳中和运行率便需要有更多的污泥相对应，即所谓的“污泥增量”概念。
汙泥COD截留率與碳中和運行率的關系
03、汙泥增量方法與措施
A/B法A段濃縮COD
A段采用极短污泥龄(SRT=8~25 h) ，充分利用细菌对颗粒与胶体状COD初期生物絮凝、吸附性能以及对溶解性COD的直接吸收、降解性能从污水中有效分离COD，并在细菌表面吸附大量未降解的COD，最后可导致进水中70%～80% 悬浮状和溶解状COD通过中间沉淀池予以截留后送至厌氧消化转化能源。与二沉污泥相比，A段截留污泥可消化性较好，可产生甲烷含量较高的生物气。
定位于能源與磷回收的市政汙水處理概念工藝
前端篩分COD技術
基于低能耗微濾裝置，輔以化學混凝＋絮凝作用，最大程度隔離、濃縮汙水中COD，使之用于厭氧消化轉化甲烷，供汙水處理廠自身能量消耗，降低汙水處理廠對化石燃料能源的依賴，即以汙水處理碳中和運行爲目標，工藝流程如圖所示。
德國CARISMO前端COD篩分及後續汙水、汙泥處理工藝
汙泥共消化技術
針對我國進水COD負荷低、有機能源含量先天不足的市政汙水，有時所含碳源甚至都不能夠滿足脫氮除磷的需要。在這種情況下，采用前端分離COD的做法顯然不符實際，不得不考慮其他方式來實現碳中和運行目標。餐余垃圾、旱廁糞便、綠化草木等有機固體廢棄物完全可以利用汙水處理廠厭氧消化剩余空間，與剩余汙泥一同共消化而轉化能源，達到“1+1>2”的能量轉化效果。
汙泥共消化發揮了基質間的協同作用，提高了底物的降解速率和降解程度，使能源轉化效率顯著提高。圖中列出了幾種不同外源有機廢棄物與剩余汙泥共消化後呈現出的能量轉化效果，剩余汙泥與其他有機廢棄物共消化潛力可見一斑。
不同種類/比例外源基質與汙泥共消化能源轉化效果
04、結語
汙泥已經不是汙水處理過程中的“負擔”，而是實現爲碳中和運行的所需能源載體。轉變對剩余汙泥處理、處置的觀念與思路，變現行“減量化→穩定化→無害化→資源化”方式爲未來“資源化→無害化→穩定化→減量化”策略勢在必行。新理念下汙泥資源化需要有政府宏觀政策支持甚至是財政補貼，看似“貼錢”的舉措卻能帶來利好的綜合環境效益，在汙泥增量方面，無必要實施汙泥減量技術，而是應尋求與廚余垃圾等市政有機固體廢棄物共消化的機會，才不致使我國的碳中和運行目標最終成爲天方夜譚。
作者：李季，郝曉地等
來源： 水業碳中和資訊
