碳中和背景下污泥處理處置與資源化發展方向思考

時間：2021-03-02 13:08:41 來源：給水排水 作者：戴曉虎等

導 讀

污泥處理處置是我國污水處理的短板，同時也是打贏污染防治攻堅戰的重要任務�；�于污泥特性與處理處置技術特征，污泥處理處置過程碳排放主要包括能耗藥耗造成的能量源碳排放、逸散性溫室氣體排放，以及能量資源回收和產物利用形成的碳補償。現有污泥處理處置技術路線碳排放水平為：深度脫水-填埋 > 干化焚燒 > 好氧發酵-土地利用 > 厭氧消化-土地利用。在碳中和的背景下，未來污泥處理處置應以節能降耗及資源能源回收為目標，通過現有技術提升與綠色低碳技術開發，實現過程能耗降低、化學藥劑替代、逸散性溫室氣體控制，以及生物質清潔能源回收等，以提升我國污泥處理處置的碳減排水平。

原文標題：碳中和背景下污泥處理處置與資源化發展方向思考；作者：戴曉虎、張辰、章林偉、張榮兵、陳廣、胡維杰；作者單位：同濟大學、上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司、中國城鎮供水排水協會、北京城市排水集團有限責任公司、上海城投污水處理有限公司。將刊登在《給水排水》2021年3期水業導航欄目。

01 引言

全球變暖是當今人類可持續發展面臨的全球性重大挑戰。為應對氣候變化，1992年5月，聯合國環境與發展大會通過了《聯合國氣候變化框架公約》，2015年12月，締約方在巴黎氣候大會上達成《巴黎協定》，提出將全球平均氣溫上升幅度控制在2攝氏度以內。2020年9月，習近平主席在第七十五屆聯合國大會上鄭重承諾中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年實現碳中和目標。實現碳中和目標，既是我國積極應對氣候變化的承諾，也是加強生態文明和美麗中國建設的必然要求。

我國是目前全球碳排放第一大國，排放量占到全球的25%以上。其中，污水處理行業碳排放量占全社會總排放量的1%~2%，是不可忽視的減排領域。隨著我國城鎮化的推進和污水處理設施的完善，我國城鎮污水處理規模超過2億噸/天，位居世界第一，由此產生的污泥量突破6000萬噸/年（以含水率80%計）。污泥是污水處理過程中的副產物，富集了污水中大量有機物、污染物質與營養物質，具有污染和資源的雙重屬性。污泥處理過程會消耗大量的藥劑和能源，同時以填埋為主的處置方式還會造成大量溫室氣體的排放，因此，污泥處理處置過程碳減排對污水處理行業的碳中和具有重要的意義。

基于污泥特性與處理處置技術特征，從碳中和的角度，污泥處理處置工藝路線的選擇應考慮污泥處理處置過程節能降耗、逸散性溫室氣體排放，以及能量資源回收和產物利用形成的碳補償三個重要因素。其核心在于通過現有技術提升與綠色低碳技術開發，實現過程能耗降低、化學藥劑替代、逸散性溫室氣體控制，以及生物質清潔能源回收等。如歐美國家通過污泥生物質能資源回收，可滿足污水處理廠60%~80%的能耗需求，對污水污泥處理過程碳中和起到了積極的作用。

02 污泥處理處置過程碳排放核算關鍵要素

當不考慮工業廢水的排放，市政污水廠污泥的有機質來自于污水中的有機物（初沉污泥）及有機物的生物分解和合成（剩余污泥），在污泥處理處置過程中，污泥有機物的分解和轉化會產生CO2氣體，根據IPCC的指南，這部分CO2是自然界碳循環中的一部分，不會引發大氣中CO2的凈增長，屬于中性碳。

根據污泥處理處置過程碳排放的來源不同，碳排放可分為能量源碳排放、逸散性碳排放和碳補償（圖1）。能量源碳排放是指由于污泥處理處置過程中消耗一次能源（煤炭、天然氣等）、二次能源（電、柴油等）以及化學品藥劑等引起的碳排放；逸散性碳排放是指污泥處理處置過程中產生的逸散性CH4、N2O等溫室氣體，IPCC指南給出了CH4 和N2O的100年全球增溫潛勢值，1噸CH4和N2O分別相當于21噸和310噸二氧化碳的增溫能力；碳補償是指污泥中能源或資源回收利用，替代化石類能源及化學品等，從而降低溫室氣體的排放。

圖1 污泥處理處置過程碳排放核算關鍵要素

03 我國污泥主流處理處置工藝碳排放差異分析

近年來，隨著國家對污泥處理處置問題的重視，逐步形成了4條主流處理處置技術路線：“厭氧消化+土地利用”、“好氧發酵+土地利用”、“干化焚燒+灰渣填埋或建材利用”，以及“深度脫水+應急填埋”，有效支撐了我國污泥處理處置問題的解決。但是，現有的污泥處理處置工藝的選擇主要依據技術適用性和經濟成本，考慮到未來碳達峰和碳中和目標，碳排放作為污泥處理處置工藝路線選擇的重要指標之一，是未來的發展趨勢。

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