高衛(wèi)民，程寒飛

(1.中冶生態(tài)環(huán)保技術(shù)研究院，江蘇 南京 210019； 2.中冶生態(tài)環(huán)保集團有限公司，北京 100020)

0 引言

污泥是污水處理的副產(chǎn)物，隨著我國城市規(guī)模的擴大，城鎮(zhèn)污水處理量日益增大，產(chǎn)生的污泥量也在不斷增加，污泥處理壓力劇增。據(jù)統(tǒng)計，目前我國含水率80%的污泥年產(chǎn)量已超過6 500萬t，隨著污水量的增加以及“泥水并重”發(fā)展思路的提出，預(yù)計2025年我國污泥產(chǎn)量將突破9 000萬t。

城市污泥既含有有機物、營養(yǎng)元素等有用物質(zhì)，也含有重金屬等有害成分，具有資源與污染的雙重性。據(jù)統(tǒng)計，污水中約30%～50%的COD、30%～45%的氮和90%左右的磷轉(zhuǎn)移到了污泥中。從節(jié)能減排來看，如污泥不能得到及時處理，污水處理相當(dāng)于僅完成了三分之一。污泥的特點是含水率高、易腐爛、釋放惡臭等，一些工業(yè)水占比大的污水處理廠排出的污泥存在重金屬、病原微生物，甚至難降解的有毒及致癌物質(zhì)超標(biāo)的問題。如污泥隨意堆放，在雨水的沖刷下，會污染地下水，危害人體健康。

污泥問題首先是安全問題，其次是生態(tài)環(huán)保問題，最后才是協(xié)同資源化問題。污泥處理需要消耗大量的藥劑和能源，而當(dāng)前我國污泥處理仍以填埋為主，污泥中的有機質(zhì)經(jīng)長時間的分解發(fā)酵，會無組織地釋放大量溫室氣體。因此，污泥處理處置過程的碳減排對于實現(xiàn)污水處理行業(yè)的碳中和意義重大。實現(xiàn)污泥的能源高效回收及物質(zhì)的高效循環(huán)利用將是雙碳背景下污泥處理處置的發(fā)展方向。

目前我國已在污泥處理處置技術(shù)方面形成了兩大全鏈條示范模式，即北京的高級厭氧消化-土地利用模式、上海的干化焚燒-灰渣建材利用模式，為我國的污泥處理處置行業(yè)發(fā)揮了積極的示范引領(lǐng)作用。本文對我國污泥處理行業(yè)的相關(guān)政策進行了梳理和解讀，對污泥處理處置技術(shù)進行了綜述，對當(dāng)前的研究熱點進行了探討，并對未來的研究方向進行了展望，以期為我國污泥處理處置行業(yè)的高效、綠色、可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。

1 政策解讀

隨著環(huán)保督察越來越嚴格以及污水收集率和處理率的持續(xù)上升，“重水輕泥”思想暴露的問題日益突出，污泥處理處置已經(jīng)成為制約污水處理行業(yè)健康發(fā)展的短板。污泥處理處置已經(jīng)得到國家有關(guān)部門的重視，逐步由“重水輕泥”向“泥水并重”的方向發(fā)展。我國污泥處理處置起步較晚，70%的污泥沒有得到妥善處置，造成了嚴重的水、氣和土壤污染，浪費了污泥中的大量資源和能源。

我國的污泥處理行業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了3個階段：

a.1961-1992年萌芽階段。污泥農(nóng)用是早期的污泥處置方式，1961年北京高碑店污水處理廠的污泥被當(dāng)?shù)剞r(nóng)民回用于土地，但沒有標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)。1984年《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》的發(fā)布，一定程度上對污泥農(nóng)用的安全性進行了規(guī)范，但污泥處理仍缺乏資金和技術(shù)支持。縱觀污泥處理行業(yè)的萌芽階段，公眾對污泥的認知度較低，污泥處理較為粗放，缺少政策和法規(guī)的引導(dǎo)，導(dǎo)致出現(xiàn)了嚴重的環(huán)境安全隱患。

b.1993-2010年緩慢發(fā)展階段。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和行業(yè)的進步，污泥處理逐漸受到重視。1993年發(fā)布了《城市污水處理廠污水污泥排放標(biāo)準(zhǔn)》，要求城市污水處理廠對污泥進行脫水處理。2000年發(fā)布了《城市污水處理及污染防治技術(shù)政策》，明確了城市污水廠產(chǎn)生的污水污泥須作穩(wěn)定化處理。2010年發(fā)布了《城市污水處理廠污泥處理處置及污染防治最佳可行技術(shù)指南(試行)》，給出了污泥處理處置及污染防治最佳可行技術(shù)的建議。在此階段，隨著污水排放量和處理量的增加，污泥產(chǎn)生量也急速增加，但是污泥處理處置技術(shù)的多樣化仍有待深入探索。

c.2010年以后，隨著“泥水并重”發(fā)展思路的提出，污泥處理行業(yè)進入了快速發(fā)展階段。污泥處理相關(guān)政策陸續(xù)發(fā)布，明確了污泥處理處置的發(fā)展目標(biāo)，制定了污泥處理的收費細則和補貼標(biāo)準(zhǔn)，倒逼污泥產(chǎn)生和處置企業(yè)重視對污泥的安全合理處置，促進了污泥處理處置技術(shù)的快速發(fā)展。2011年發(fā)布了《關(guān)于進一步加強污泥處理處置工作組織實施示范項目的通知》，從政府層面要求各地高度重視污泥處理處置工作。2015年發(fā)布的《水污染防治行動計劃》，要求全國各地推進污泥處理處置，地級及以上城市污泥無害化處理處置率應(yīng)于2020年底前達到90%，明確了污水處理廠產(chǎn)生的污泥須進行“四化”處理處置，規(guī)定了不達標(biāo)的污泥禁止進入耕地，避免造成農(nóng)業(yè)污染，威脅糧食安全。2016年發(fā)布的《“十三五”全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》指出，加快城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施和管網(wǎng)建設(shè)改造，推進污泥無害化處置，由“重水輕泥”向“泥水并重”轉(zhuǎn)變。2019年發(fā)布了《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案(2019-2021年)》，要求推進污泥處理處置及污水再生利用設(shè)施建設(shè)，盡快將污水處理收費標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整到位。2020年發(fā)布了《城鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施補短板強弱項實施方案》，要求推進污泥無害化資源化處理處置，到2023年，進一步提高城市污泥無害化處置率和資源化利用率。2021年發(fā)布的《“十四五”城鎮(zhèn)污水處理及資源化利用發(fā)展規(guī)劃》明確提出了“十四五”時期污泥處理處置發(fā)展目標(biāo)：新增污泥(含水率80%)無害化處置設(shè)施規(guī)模不小于2萬t/d，既包含污水處理產(chǎn)生的增量污泥也包含存量污泥。在污泥穩(wěn)定化、無害化處置的基礎(chǔ)上，穩(wěn)步推進污泥資源化利用；污泥經(jīng)無害化處理滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后，可用于土地利用，發(fā)揮其物質(zhì)資源屬性，具體包括土壤改良、荒地造林、苗木撫育、園林綠化和農(nóng)業(yè)利用等。對于土地資源緊缺的大中型城市，目前已形成高級厭氧消化-土地利用和干化焚燒-灰渣建材利用兩種污泥處理處置發(fā)展模式。

2 污泥處理處置技術(shù)進展

我國的污泥處理處置事業(yè)較國外起步較晚，但發(fā)展迅速。當(dāng)前在引進國外成熟技術(shù)的同時，針對我國污泥有機質(zhì)含量低、含沙量高的特點，初步形成了4條主流穩(wěn)定化處理與安全處置的技術(shù)路線：厭氧消化-土地利用、好氧堆肥-土地利用、干化焚燒-灰渣填埋或建材利用、深度脫水-應(yīng)急填埋。各地應(yīng)在充分分析自身發(fā)展需求和地區(qū)特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有設(shè)施，選擇合適的技術(shù)路線，統(tǒng)籌兼顧。

2.1 厭氧消化

污泥厭氧消化是利用兼性細菌和厭氧細菌生物降解污泥中的有機物，產(chǎn)生沼氣后在回收能源的同時分解污泥有機物，從而實現(xiàn)污泥穩(wěn)定化。有研究表明，污泥厭氧消化可降解污泥中40%左右的揮發(fā)性固體，提高污泥的脫水性，脫水后的污泥能實現(xiàn)減量30%～60%。國外的厭氧消化技術(shù)已有幾十年的發(fā)展歷史，近年來我國在該技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合地區(qū)的污泥特點和發(fā)展需求，通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)了本土化。厭氧消化技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢明顯，且可持續(xù)性強，已經(jīng)成為我國污泥資源化回收的主流技術(shù)之一。傳統(tǒng)的厭氧消化技術(shù)是采用中溫(35～37 ℃)或高溫(52～55 ℃)對含固率約5%的濃縮污泥進行厭氧消化處理，由于固含量和有機質(zhì)含量低，存在有機負荷低、單位容積產(chǎn)氣率低以及經(jīng)濟效益不顯著等缺點?；诖?，我國開發(fā)了高含固厭氧消化、熱水解預(yù)處理、協(xié)同厭氧消化等一系列高級厭氧消化技術(shù)，提高了產(chǎn)氣率和能源回收率，并在實際工程中得到了推廣應(yīng)用。

以北京為代表的“厭氧消化+土地利用(林地)”污泥處置模式，經(jīng)過近10年的發(fā)展，積累了大量的工程和運行經(jīng)驗，為我國的污泥處理處置技術(shù)發(fā)展發(fā)揮了積極的引領(lǐng)和推動作用。北京城市排水集團有限責(zé)任公司針對國內(nèi)污泥有機質(zhì)含量低、產(chǎn)氣量低等問題，從國外引進了“熱水解+厭氧消化”工藝，先后建立了小紅門污泥處理中心(2016年，900 t/d)、高碑店污泥處理中心(2016年，1 358 t/d)、槐房污泥處理中心(2017年，1 220 t/d)、高安屯污泥處理中心(2017年，1 836 t/d)和清河第二污泥處理中心(2020年，814 t/d)等5個污泥處理處置中心，總規(guī)模達到6 128 t/d。宋曉雅等[1-5]研究了小紅門和高安屯污泥處理項目的運行數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：污泥處置系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其中，小紅門的沼氣產(chǎn)氣量大于350 m3/t脫水污泥(DS)，已經(jīng)超過了222 m3/tDS的設(shè)計值，且有機物分解率高于45%，也超過了40%的設(shè)計值；脫水泥餅含水率低于60%，符合設(shè)計值；高安屯的有機物分解率(50%)、沼氣產(chǎn)率[1.006 m3/kg揮發(fā)性固體(VS)]和沼氣質(zhì)量分數(shù)(CH4，50%～70%)均優(yōu)于國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。通過比較污泥熱水解厭氧消化與常規(guī)厭氧消化的運行數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，有機物分解率沒有大的變化，但是污泥熱水解厭氧消化的產(chǎn)氣量較常規(guī)厭氧消化增加了82%，原因是分解單位有機物產(chǎn)氣量從0.78 m3/kgVS提高到了1.32 m3/kgVS，所以熱水解厭氧消化優(yōu)勢明顯。

為了進一步提高有機質(zhì)含量和產(chǎn)氣量，對污泥與餐廚垃圾協(xié)同厭氧消化處理進行了大量研究。鎮(zhèn)江市餐廚廢棄物及生活污泥協(xié)同處理項目[6]是我國建設(shè)運行較早的污泥和餐廚垃圾協(xié)同厭氧消化項目，積累了大量的運行數(shù)據(jù)，該項目采用了“餐廚廢棄物預(yù)處理+污泥熱水解+高含固/協(xié)同厭氧消化+沼渣深度脫水干化土地利用+沼氣凈化提純制天然氣”的組合處理工藝。一期處理規(guī)模為260 t/d，其中餐廚廢棄物140 t/d(含水率85%的餐廚垃圾120 t/d和廢棄油脂20 t/d)，生活污泥120 t/d(以含水率80%計)。項目于2014年立項，歷時2年，2016年6月正式投運。陳恒寶等[7-9]研究了該項目的運行數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，取得了較好的處理效果，實現(xiàn)了餐廚廢棄物及脫水污泥物料53.5%VS的平均降解率，沼氣產(chǎn)率高，單位VS投加和單位VS去除的產(chǎn)氣率分別達到0.45 m3/kgVS和0.84 m3/kgVS，并且沼氣中甲烷含量較高。項目產(chǎn)生的沼渣經(jīng)脫水后可用于園林綠化和土壤改良等，產(chǎn)生的沼液經(jīng)提純后可作為液態(tài)肥培育種植苗木。

2.2 好氧堆肥

污泥好氧堆肥是污泥堆體在一定的水分、碳氮比和通風(fēng)條件下，利用好氧微生物的新陳代謝降解污泥中的有機物，同時釋放能量，加熱堆體，殺死污泥中大部分寄生蟲、病原體等有害微生物，同時將有機質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦菜岬刃再|(zhì)穩(wěn)定的土壤營養(yǎng)物質(zhì)，從而實現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化。相關(guān)研究和實踐表明，城鎮(zhèn)生活污水廠產(chǎn)生的污水污泥經(jīng)過好氧堆肥處理后能夠達到限制性農(nóng)用和園林綠化等使用標(biāo)準(zhǔn)，污泥中的有機質(zhì)及營養(yǎng)元素得到了有效循環(huán)利用。污泥好氧堆肥的優(yōu)勢是技術(shù)成熟，建設(shè)和運行維護成本低，工藝運行和操作簡單，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。我國早期已建成一批污泥好氧堆肥示范工程，尤其是在北方，如秦皇島的綠港污泥處理廠。近年來由于好氧堆肥技術(shù)占地面積大、釋放惡臭氣體、產(chǎn)物出路受限等問題，限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。

目前污泥好氧堆肥處理研究主要集中在提高堆肥效率和評估堆肥產(chǎn)品的環(huán)境風(fēng)險上。成慶利等[10]采用酶解預(yù)處理聯(lián)合生物強化優(yōu)化城市污泥好氧堆肥技術(shù)，提高了污泥好氧堆肥效率，堆肥發(fā)酵啟動快，保氮效果明顯，減少了臭氣釋放，縮短了堆肥周期，實現(xiàn)了城市污泥的快速高效資源化。張詩華等[11]以鋼渣為調(diào)理劑研究了其對污泥好氧堆肥的影響，結(jié)果表明，鋼渣調(diào)理劑通過影響堆肥細菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性，有助于提高污泥堆肥溫度，延長高溫時間，降低污泥含水率，促進氨氮的轉(zhuǎn)化，進而降低氮損失和促進有機質(zhì)降解，顯著改善堆肥產(chǎn)品質(zhì)量。

王寧等[12]對污泥好氧堆肥削減多環(huán)芳烴(PAHs)的含量與環(huán)境風(fēng)險進行了研究，結(jié)果表明，污泥堆肥對PAHs有較好的去除效果，大顆粒返混料或輔料的添加，進一步提升了堆肥通氣性、促進了PAHs的降解，從而降低了污泥堆肥產(chǎn)品的環(huán)境風(fēng)險。孫偉等[13]研究了好氧堆肥對PAHs的處理效果和抗生素及抗性基因的消解效果，發(fā)現(xiàn)污泥堆肥對PAHs的去除率均在50%以上，堆肥過程中污泥中的多種抗性基因有不同程度的降低，有的甚至達到了100%的去除率，有效削減了抗性基因。

2.3 干化焚燒

污泥干化焚燒是指先采用加熱方法使污泥水分蒸發(fā)而成為干化污泥，然后在高溫條件下氧化分解污泥有機物，徹底殺死病原菌、微生物等，同時穩(wěn)定化重金屬，可實現(xiàn)污泥減量90%，該方法具有減量化、無害化、穩(wěn)定化和資源化等顯著優(yōu)點，是一種最徹底最穩(wěn)定的污泥處置技術(shù)之一。污泥焚燒后的灰渣，首先考慮用作建材。該技術(shù)時效性強，能在短時間內(nèi)處理大量污泥，并能回收焚燒熱量，屬于國際上污泥處理處置的一種高效手段。俞玨瑾[14]總結(jié)了污泥干化焚燒工藝的設(shè)計要點：一是污泥干化系統(tǒng)應(yīng)避免出現(xiàn)污泥黏滯區(qū)，二是應(yīng)重視焚燒系統(tǒng)中污泥熱值與含固率影響的熱能平衡，三是應(yīng)重視污泥中的SiO2顆粒對干化系統(tǒng)及焚燒系統(tǒng)設(shè)備的磨損。

郝曉地等[15]研究了污泥干化焚燒在能量、投資以及運行方面的優(yōu)勢，結(jié)果表明，污泥干化焚燒工藝在能量赤字、運行成本等方面均低于傳統(tǒng)厭氧消化工藝和接入熱水解的厭氧消化工藝，是污泥全生命周期中最佳的處理處置路線，并且通過物理化學(xué)方法可以高效地從焚燒灰分中回收磷資源[16]。

張辰等[17]根據(jù)入爐污泥的含水率總結(jié)了3種主要焚燒模式及應(yīng)用場合，即“全干化+焚燒”、“半干化+焚燒”和“脫水+焚燒”，其中：“全干化+焚燒”是針對入爐含水率低于10%的污泥，污泥熱值較高，不需要添加輔助燃料，產(chǎn)生的煙氣量少，但是全干化的能耗較高，而且污泥粉塵存在爆炸風(fēng)險；“半干化+焚燒”是目前國內(nèi)污泥焚燒項目的主流工藝，針對入爐含水率55%～65%的污泥，焚燒時常需要根據(jù)泥質(zhì)波動添加輔助燃料，因此能耗較全干化低，且沒有粉塵爆炸風(fēng)險；“脫水+焚燒”主要針對有機質(zhì)含量較高的污泥，污泥只需要脫水至含水率70%左右即可入爐焚燒，不需要或僅需要添加少量輔助燃料。然而我國大部分地區(qū)的污泥有機質(zhì)含量較低，很難采用這種焚燒模式。

上海在污泥干化焚燒處理處置應(yīng)用方面走在了全國前列，預(yù)計到2035年，上海主城區(qū)規(guī)劃污泥處理處置規(guī)模將達到1 490 tDS/d。上海市中心城區(qū)三大污水處理片區(qū)污泥處理均采用集中式獨立焚燒處理模式，分別設(shè)置1處焚燒處理中心，其中石洞口片區(qū)污泥干化焚燒處理工程是全國第一座污泥干化焚燒廠[18-20]，規(guī)劃污泥處理規(guī)模為215 tDS/d，積累了寶貴的經(jīng)驗：首先是注重污泥中雜質(zhì)和沙粒的去除，以減少對設(shè)備的磨損破壞；其次是運行過程中須關(guān)注污泥含水率和污泥熱值的波動，這決定了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。上海市竹園污泥干化焚燒工程已于2015年建成投產(chǎn)[21]，規(guī)劃處理規(guī)模為150 tDS/d，采用6臺槳葉式干化機和2臺鼓泡流化床焚燒爐處理。實踐經(jīng)驗表明，槳葉式干化可以跨過黏滯區(qū)，干化效果好，鼓泡流化床燃燒充分、穩(wěn)定，可實現(xiàn)自持燃燒，無需添加燃料。上海白龍港污水處理廠污泥焚燒工程是全球最大的污泥處理處置中心[22]，規(guī)劃處理規(guī)模為800 tDS/d，采用9臺干化機和6臺新型鼓泡流化床焚燒爐對污泥進行干化焚燒，實現(xiàn)了污泥的穩(wěn)定自持燃燒。

2.4 深度脫水

當(dāng)前我國的污泥處理方式仍以填埋為主，一般將污泥脫水減量至含水率60%～80%，然后送入填埋場填埋，造成了嚴重的環(huán)境污染：一方面污泥產(chǎn)生量大，填埋占用了大量的土地資源；另一方面污泥未經(jīng)無害化處理，會產(chǎn)生大量有害滲濾液，極易對土壤和地下水造成污染；此外，污泥經(jīng)過長時間的堆存，會無組織釋放溫室氣體，對環(huán)境形成長久的安全隱患。

為了進一步降低污泥填埋對環(huán)境的影響，開發(fā)了深度脫水-填埋技術(shù)，可將污泥含水率降至60%以下，同時實現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化和無害化。目前較為成熟的污泥深度脫水技術(shù)有酸處理、高級氧化和熱處理等物理化學(xué)方法以及生物瀝浸和酶處理等生物降解方法。高效綠色脫水藥劑的開發(fā)是當(dāng)前污泥深度脫水研究的熱點。隨著各地經(jīng)濟的快速發(fā)展，土地資源極為緊張，尤其是經(jīng)濟較發(fā)達的大中城市，已經(jīng)出現(xiàn)無地可埋的局面，而且污泥填埋固有的環(huán)境缺陷仍然存在，因此今后污泥填埋僅能作為階段性、應(yīng)急性的過渡性處置技術(shù)，不能成為主流技術(shù)。

3 研究熱點

3.1 干式炭化(熱解炭化)

污泥熱解是在無氧或惰性氣體環(huán)境下將污泥中的有機物進行熱分解的過程[23-24]，產(chǎn)物有熱解氣(如甲烷等)、可燃液體(主要是炭油)和固體生物炭基灰分等，熱解氣和可燃液體通過燃燒進行熱量循環(huán)。于世林等[25]研究了污泥深度脫水炭化工藝的經(jīng)濟性，將污泥通過機械脫水至含水率60%，再熱干化至含水率30%，進炭化爐炭化至生物炭含水率10%，總處理成本約174元/t(80%含水率污泥)，具有較好的經(jīng)濟性，而且熱解炭化后的生物炭可作為有價產(chǎn)品利用。林玉鵬等[26]研制了污泥熱解炭化設(shè)備，成套系統(tǒng)包括污泥干化、熱解炭化、熱解氣凈化與利用、炭渣資源化利用等，其中熱解炭化采用回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)爐，熱解溫度為450～500 ℃，熱解停留時間為40 min，實現(xiàn)了干化與炭化熱源一體化，設(shè)備能長期穩(wěn)定運行。即墨污泥熱解炭化處理項目是目前國內(nèi)最大的污泥熱解炭化項目[27]，處理規(guī)模為300 t/d，先將污泥濃縮至含水率95%～96%，再深度脫水至含水率60%～65%、熱干化至含水率低于20%，最后熱解炭化使生物炭含水率低于1%，得到的炭渣可用作建材；研究熱解炭化后生物炭的泥質(zhì)發(fā)現(xiàn)，除總汞外，重金屬固化比例均超過了70%，而且生物炭中的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素固化率分別達到了60%、92%、87%；該項目運行穩(wěn)定，處理成本僅為180元/t(80%含水率污泥)，其中電耗約50 kW·h/t，天然氣耗量約30 Nm3/t，藥劑費用約40元/t。

3.2 濕式炭化(水熱炭化)

水熱炭化又稱濕式炭化，是利用諾貝爾化學(xué)獎得主德國化學(xué)家柏吉烏斯(Friedrich Bergius)在1913年提出的高壓化學(xué)理論，模擬自然界中煤的生成過程，將在自然界需要億萬年的反應(yīng)過程，通過適當(dāng)?shù)臏囟?、壓力和酸堿度條件，在數(shù)小時內(nèi)再現(xiàn)，經(jīng)過水解、脫水、脫羧、縮聚和芳構(gòu)化，將污泥有機質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣芰可锾縖28]。污泥水熱炭化技術(shù)充分利用水熱反應(yīng)，在密閉高溫高壓的環(huán)境下，將污泥改性為生物炭，破壞胞外聚合物，殺滅病原菌等微生物，低成本、高效地實現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化和無害化。由于是在密閉高壓環(huán)境中，沒有水分汽化和過多能量消耗，能耗僅為熱干化技術(shù)的1/3，水熱炭化盡可能地保留了污泥中的物質(zhì)(有機質(zhì)和氮磷等營養(yǎng)物)和能量。

污泥水熱炭化技術(shù)在國內(nèi)已有相關(guān)研究報道，王定美等[29]利用水熱炭化技術(shù)處理市政污泥制備了生物炭，研究了水熱炭化終溫對生物炭產(chǎn)量及特性的影響，發(fā)現(xiàn)水熱炭化進程趨于脫水還原降解反應(yīng)，重金屬活性趨于穩(wěn)定；許勁等[30-32]近年來開展了大量的污泥水熱炭化基礎(chǔ)研究工作，涉及污泥水熱炭化工藝參數(shù)研究、污泥生物炭應(yīng)用研究以及磷回收技術(shù)研究等，但尚處于實驗室研究階段，未開展工藝技術(shù)和裝備研究。任道蒙等[33]研究了污泥水熱炭化余熱回收系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)“水熱炭化+機械脫水”比熱干化脫水節(jié)能76.5%。

山東某污水處理廠建設(shè)了國內(nèi)首個連續(xù)水熱炭化處理示范項目[34]，該項目已穩(wěn)定運行6年，積累了大量的水熱炭化工藝運行數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，可一步將含水率80%污泥轉(zhuǎn)變?yōu)楹?0%的生物炭，減量75%以上。項目直接成本僅120元/t (80%含水率污泥)，其中電耗約40 kW·h/t，天然氣耗量約16 Nm3/t，藥劑費用約20元/t。污泥生物炭可用于土壤改良或用作固體生物燃料，在實現(xiàn)污染控制的前提下，回收了資源和能源。

3.3 碳排放

隨著雙碳目標(biāo)的提出，污泥處理處置有了更加科學(xué)的評價標(biāo)準(zhǔn)和指引方向，越來越多的研究聚焦于污泥處理處置全過程的碳排放[35]。戴曉虎等[36-37]將污泥處理處置過程碳排放分為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源回收和產(chǎn)物利用形成的碳補償，總結(jié)了污泥主要處理處置技術(shù)的碳排放水平，結(jié)果表明，碳排放量最大的方式是深度脫水后填埋，其次是污泥干化焚燒，再次是好氧發(fā)酵后土地利用，碳排放量最低的是厭氧消化后土地利用。李哲坤等[38]研究發(fā)現(xiàn)“厭氧消化+土地利用”碳補償潛力最大。未來污泥處理處置技術(shù)應(yīng)聚焦綠色低碳、資源回收、污染控制和因地制宜4個方面，從根本上解決污水污泥問題。

3.4 區(qū)域污泥處理處置路線

針對區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠的污泥問題，研究確定合適的處理處置路線是解決區(qū)域內(nèi)污泥問題的第一步，也是至關(guān)重要的一步，最適合的方案才是最好的路線[39]。污泥的最終出路是關(guān)鍵，需要綜合考慮地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平、現(xiàn)有關(guān)聯(lián)工業(yè)設(shè)施、產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求和污泥成分(進水管控)等；污泥的最終出路決定了污泥處置路線，污泥處置路線又決定了污泥處理路線[40]。李國亮等[41]針對蚌埠地區(qū)污泥在調(diào)查區(qū)域內(nèi)污泥產(chǎn)生規(guī)模、來源以及分析污泥成分和特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域周邊可利用資源化條件，提出了綜合確定符合區(qū)域特色的污泥處理處置路線的思路。對于市政生活污水處理廠，污水污泥中的重金屬、有機污染物較少，經(jīng)過堆肥、厭氧消化等穩(wěn)定化處理后可以達到土地利用的標(biāo)準(zhǔn)，可采取土壤改良、園林綠化等方式進行土地利用。而對于工業(yè)水占比較大的污水污泥，其中的重金屬、有機污染物濃度通常會超標(biāo)，土地利用存在較大的安全隱患，建議在對污水污泥充分進行穩(wěn)定化、無害化處理的前提下，采用適合本區(qū)域的非土地利用處置方式，如用作建材、焚燒(單獨或協(xié)同焚燒)、炭化等[42]。

4 結(jié)語

污泥處理和污泥處置是相輔相成的，其中污泥處理是污泥處置的前提，而污泥處置又決定了污泥處理的要求。從污泥處理處置全流程看，其能耗、成本與污泥處理方式、程度及處理處置工序銜接相關(guān)度很大，其中污泥處理的主要目的是實現(xiàn)污泥的減量化、無害化和穩(wěn)定化，而污泥處置的主要目的是回收污泥的資源和能源，是為了實現(xiàn)資源化。目前我國已在污泥處理處置技術(shù)方面形成了兩大全鏈條示范模式，即北京的高級厭氧消化-土地利用模式和上海的干化焚燒-灰渣建材利用模式。污泥處理處置沒有最優(yōu)的、通用的路線，各地區(qū)應(yīng)結(jié)合自身的經(jīng)濟發(fā)展情況、實際需求、已有關(guān)聯(lián)設(shè)施等因素，選擇適合本地區(qū)的污泥處理處置路線，做好整體規(guī)劃。

我國在污泥處理處置領(lǐng)域長期存在重“處理”而輕“處置”的現(xiàn)象，污泥穩(wěn)定化處理與安全處置銜接不足，污泥出路問題尚未根本解決，產(chǎn)業(yè)鏈尚未打通。如何降低污泥處理過程的能耗和減少碳排放是評價污泥處理技術(shù)先進性的重要標(biāo)準(zhǔn)。雙碳目標(biāo)的提出推動了污泥處理處置行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，通過碳排放指標(biāo)對污泥處理處置技術(shù)路線的碳排放水平進行量化評估，推動污泥處理處置朝著綠色、低碳、可持續(xù)的方向發(fā)展。污泥處理過程應(yīng)盡可能降低能耗，污泥處置過程應(yīng)充分考慮物質(zhì)的循環(huán)利用。