碳中和背景下污泥处理处置与资源化发展方向思考

时间：2021-03-02 13:08:41 来源：给水排水 作者：戴晓虎等

导 读

污泥处理处置是我国污水处理的短板，同时也是打赢污染防治攻坚战的重要任务。基于污泥特性与处理处置技术特征，污泥处理处置过程碳排放主要包括能耗药耗造成的能量源碳排放、逸散性温室气体排放，以及能量资源回收和产物利用形成的碳补偿。现有污泥处理处置技术路线碳排放水平为：深度脱水-填埋 > 干化焚烧 > 好氧发酵-土地利用 > 厌氧消化-土地利用。在碳中和的背景下，未来污泥处理处置应以节能降耗及资源能源回收为目标，通过现有技术提升与绿色低碳技术开发，实现过程能耗降低、化学药剂替代、逸散性温室气体控制，以及生物质清洁能源回收等，以提升我国污泥处理处置的碳减排水平。

原文标题：碳中和背景下污泥处理处置与资源化发展方向思考；作者：戴晓虎、张辰、章林伟、张荣兵、陈广、胡维杰；作者单位：同济大学、上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司、中国城镇供水排水协会、北京城市排水集团有限责任公司、上海城投污水处理有限公司。将刊登在《给水排水》2021年3期水业导航栏目。

01 引言

全球变暖是当今人类可持续发展面临的全球性重大挑战。为应对气候变化，1992年5月，联合国环境与发展大会通过了《联合国气候变化框架公约》，2015年12月，缔约方在巴黎气候大会上达成《巴黎协定》，提出将全球平均气温上升幅度控制在2摄氏度以内。2020年9月，习近平主席在第七十五届联合国大会上郑重承诺中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年实现碳中和目标。实现碳中和目标，既是我国积极应对气候变化的承诺，也是加强生态文明和美丽中国建设的必然要求。

我国是目前全球碳排放第一大国，排放量占到全球的25%以上。其中，污水处理行业碳排放量占全社会总排放量的1%~2%，是不可忽视的减排领域。随着我国城镇化的推进和污水处理设施的完善，我国城镇污水处理规模超过2亿吨/天，位居世界第一，由此产生的污泥量突破6000万吨/年（以含水率80%计）。污泥是污水处理过程中的副产物，富集了污水中大量有机物、污染物质与营养物质，具有污染和资源的双重属性。污泥处理过程会消耗大量的药剂和能源，同时以填埋为主的处置方式还会造成大量温室气体的排放，因此，污泥处理处置过程碳减排对污水处理行业的碳中和具有重要的意义。

基于污泥特性与处理处置技术特征，从碳中和的角度，污泥处理处置工艺路线的选择应考虑污泥处理处置过程节能降耗、逸散性温室气体排放，以及能量资源回收和产物利用形成的碳补偿三个重要因素。其核心在于通过现有技术提升与绿色低碳技术开发，实现过程能耗降低、化学药剂替代、逸散性温室气体控制，以及生物质清洁能源回收等。如欧美国家通过污泥生物质能资源回收，可满足污水处理厂60%~80%的能耗需求，对污水污泥处理过程碳中和起到了积极的作用。

02 污泥处理处置过程碳排放核算关键要素

当不考虑工业废水的排放，市政污水厂污泥的有机质来自于污水中的有机物（初沉污泥）及有机物的生物分解和合成（剩余污泥），在污泥处理处置过程中，污泥有机物的分解和转化会产生CO2气体，根据IPCC的指南，这部分CO2是自然界碳循环中的一部分，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（图1）。能量源碳排放是指由于污泥处理处置过程中消耗一次能源（煤炭、天然气等）、二次能源（电、柴油等）以及化学品药剂等引起的碳排放；逸散性碳排放是指污泥处理处置过程中产生的逸散性CH4、N2O等温室气体，IPCC指南给出了CH4 和N2O的100年全球增温潜势值，1吨CH4和N2O分别相当于21吨和310吨二氧化碳的增温能力；碳补偿是指污泥中能源或资源回收利用，替代化石类能源及化学品等，从而降低温室气体的排放。

图1 污泥处理处置过程碳排放核算关键要素

03 我国污泥主流处理处置工艺碳排放差异分析

近年来，随着国家对污泥处理处置问题的重视，逐步形成了4条主流处理处置技术路线：“厌氧消化+土地利用”、“好氧发酵+土地利用”、“干化焚烧+灰渣填埋或建材利用”，以及“深度脱水+应急填埋”，有效支撑了我国污泥处理处置问题的解决。但是，现有的污泥处理处置工艺的选择主要依据技术适用性和经济成本，考虑到未来碳达峰和碳中和目标，碳排放作为污泥处理处置工艺路线选择的重要指标之一，是未来的发展趋势。

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