中国典型污泥资源化案例：襄阳市鱼梁洲污泥甲烷捕获实践
污泥的有效及可持续处理是众多国家在快速城镇化进程中所面临的共同挑战。经济合作与发展组织国家的许多城市针对污泥能源化和资源化利用已有诸多实践。其中采用厌氧消化技术“捕获”污泥中的可利用物质，避免由此带来的二次污染成为最有效的解决方案之一。
由于厌氧消化在实现污泥处理的减量化、稳定化、无害化、资源化，以及减少温室气体排放方面具有显著优势，欧美国家采用厌氧消化对污泥进行处理处置的项目越来越多。欧美国家的污泥厌氧消化处理处置主要有两大趋势。
一是将热水解作为厌氧消化的预处理环节。热水解可以显著改善污泥的脱水和厌氧消化性能，实现高效率厌氧消化，将污泥中的有机物充分转化为沼气，近年来越来越多地被欧美国家采用，并取得了良好效果。例如，波兰Bydgoszcz的Kapusciska污水处理厂热水解厌氧消化后污泥含固率从20%提高到31%，减少了近一半体积；又如，爱尔兰都柏林的Ringsend污水处理厂热水解消化项目中单位池容产气量提高到3.5立方米/日，是通常情况的3.5倍。
二是将污水处理厂污泥和餐厨垃圾、农场畜禽粪便等有机废物进行混合消化处理。由于餐厨垃圾和农场畜禽粪便有机质含量较高，与污泥进行混合消化，在实现污泥稳定化、无害化处理的同时，还能够提高产气率和项目的经济效益。
奥地利Strass污水厂采用厌氧消化工艺处理污泥生产生物沼气，并利用外源餐厨垃圾与剩余污泥混合，厌氧共消化过程产生的生物沼气通过热电联产的方式为污水厂创造了能源效益和实现了碳减排目标
2011年，湖北襄阳市为了解决污泥造成的恶臭和水污染问题，保障南水北调工程水源安全，选择了“高温水解+高浓度厌氧消化+甲烷捕获利用”技术路线对污泥和餐厨垃圾进行协同处理，经过两年多的尝试，取得了很好的效果。不仅实现了襄阳市每天新增污泥的全部处置，还逐步消纳了堆置的陈旧污泥，实现了“污泥全消纳、能量全平衡、资源全回收、过程全绿色、费用可接受”的多效目标，探索出了一条有效的污泥资源化途径。
>>>>鱼梁洲项目简介
为了解决污泥难题，2011年4月襄阳市开工建设“襄阳市污水处理厂污泥综合处置示范项目”（以下简称“鱼梁洲项目”），处理襄阳市区及周边污水处理厂产生的污泥和餐厨垃圾。鱼梁洲项目位于鱼梁洲污水处理厂内，占地45亩，设计规模300吨/日（折合年处理污泥约11万吨）。鱼梁洲项目对污泥和餐厨垃圾进行集中收运后，采用“高温热水解（170℃）+中温厌氧消化（40℃）”工艺进行处理。鱼梁洲项目的污泥产品包括：
车用压缩天然气（CNG）：6000立方米/日；配套建设一座220万立方米/日的压缩天然气加气站
生物炭土（Bio）：55～60吨/日（含水率40%）
移动森林：利用生物炭土以容器苗形式种植“移动森林”
根据鱼梁洲项目的设计，原污泥中80%的氮进入沼渣，随后转化为生物炭土；而进入沼液的氮经过厌氧氨氧化法和鸟粪石沉淀法后有20%形成氮气排入大气，剩余的氮通过鸟粪石沉淀（磷酸铵镁，分子式MgNH4PO4-6H2O）也进入生物炭土。与氮的迁移类似，原污泥中80%的磷会进入沼渣；而进入沼液的磷经过鸟粪石沉淀法之后有95%形成鸟粪石沉淀进入生物炭土中；剩余的磷进入最终的沼液中被用于苗木的滴灌或排入污水处理厂中。
在设计条件下，鱼梁洲项目有望实现对氮、磷等营养物质最大程度的回收再利用，其中96%的氮和98%的磷以可利用的方式进入了生物炭土。需要指出的是，鸟粪石沉淀法和厌氧氨氧化法在运行过程中面临一定的成本问题，鱼梁洲项目计划下一步对这两个环节进行试运行，以找到效果、成本双赢的运行方式。
>>>>温室气体减排评价
根据项目运行数据测算，鱼梁洲项目在21年的运行期中可处置22.7万吨污泥，共产生1.3万吨二氧化碳当量排放（相当于年均产生606吨二氧化碳当量排放）。根据下图，如果对相同规模的污泥和餐厨垃圾混合物按照相同运行周期（21年）采用填埋或焚烧进行处置，则将分别产生81.3万吨二氧化碳当量或23.7万吨二氧化碳当量的排放，是鱼梁洲项目温室气体排放的62.5倍或18.2倍。
同时，鱼梁洲项目在21年的运行期中可产生约4500万立方米车用压缩天然气，可替代近6万立方米车用汽油，实现约14万吨二氧化碳当量的额外减排。而且，与汽油比，采用天然气的汽车颗粒物排放几乎为零，氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）的排放也显著降低，在改善空气质量方面有着重要意义。
>>>>能源管理措施
厌氧消化工艺的能耗主要用于维持厌氧反应温度，以及维持污泥泵、搅拌设备和沼气压缩机等设备运转。鱼梁洲项目中，污泥和餐厨垃圾的混合进料在热水解环节需加热至170℃，而在进入厌氧消化环节前需要通过冷却器将改性污泥降温至40℃。目前，鱼梁洲项目电耗约为6000千瓦时/日（折算成单位电耗为20～22千瓦时/吨污泥，按含水率80%计）。
为了提高污泥处置的能效，鱼梁洲项目采取了一系列能源管理措施，包括：利用厌氧消化产生的沼气提供热能，维持热水解和厌氧消化过程所需温度，除了系统启动以外，系统在运行过程中的热能完全靠污泥自身反应产生的沼气提供，不需外加能源；热水解后的污泥需要从170℃冷却至40℃之后再进入厌氧消化过程，利用冷却过程释放的多余能量进行沼渣干化，解决了沼渣干化过程所需的70%～80%热能（沼渣化所需的其余热能利用太阳能提供），进一步实现了热能的再利用。
>>>>其他资源化效益评价
鱼梁洲项目将厌氧消化后的污泥制成生物炭土，用于培植观赏性或市政绿化树种，为污泥的最终无害化、稳定化处理开辟了新思路。2013年，鱼梁洲项目采用容器苗模式在厂区种植了1500株香樟、紫薇、樱花、桂花等苗木，长势良好。项目每天产生生物炭土55～60吨，则每年可以产生生物炭土21600吨（按每天60吨生物炭土，每年360天计），需要种植21.6万株树苗进行消纳（按照每株苗木消纳100公斤生物炭土计算）。
采用生命周期分析方法可以对“移动森林”的固碳能力进行动态估算。假设鱼梁洲项目种植苗木2年后定植开始形成显著固碳效应，一棵树平均每年吸收18.3公斤二氧化碳计算，则在该项目21年的运行周期中所配置的树木固碳能力可以达到75万吨。
值得注意的是，目前国家禁止将污泥直接用于耕地，且缺乏污泥产品土地利用的强制性标准，鱼梁洲项目采用生物炭土及容器苗模式种植，实现了对污泥的消纳，同时也在一定程度上避免了污泥的直接还田，而同时也为项目的稳定运行创造了持续现金流，是中国特殊背景下的一个创新举措。
本文节选自世界资源研究所（WRI）的工作论文《污泥资源化的环境-能源-经济效益评估：以湖北省襄阳市鱼梁洲污泥甲烷捕获实践为例》，作者：钟丽锦、付晓天。
