PPT分享 | 德国污水污泥磷资源回收技术与法规的最新发展
- 姚刚：主持人好，大家早上好。我是来自于德国亚琛工业大学环境工程研究所的姚刚。首先感谢组委会对我们的邀请，尤其是对“中德水环境与健康研究中心”的信任。作为这次会议的支持单位，我们应该做一点小小的贡献，所以今天给大家带来一个报告，介绍一下德国的一些新动态。
今天给大家带来的报告题目是“德国污水污泥磷资源回收技术与法规的最新发展”。为什么要谈这个问题呢?看一下背景情况。首先谈谈在德国进行磷回收的必要性。磷是一种战略资源，除此之外，德国很大的一个问题是磷完全依赖于进口;同时在污水和污泥处置过程中，德国在2000年已经实现了污水深度处理、除磷脱氮措施全面实施。污水经过深度处理后有90%的磷都进入了污泥中去。早期德国的污泥有1/3以上进行土地利用(农用、林用、土地改良)，污泥中的磷可以通过土壤进入到自然循环利用。后来污泥的土地利用在德国有过激烈的讨论，其结果是污泥的土地利用率出现明显下降。现在有四个联邦州已经实施禁止污泥的土地利用。从1991年到2016年污泥的热处理(干化、焚烧)，从10%增加到65%，这是一个污泥利用和处置方向的根本性转变，这样的转变导致污泥焚烧后的灰分不能直接进行磷的土地利用。如果灰分中的磷直接用于土壤，植物很难吸收，所以焚烧污泥灰分用到土壤中，不仅肥效低，还会板结土壤。因此，德国提出如何回收污水污泥中磷资源的问题。
我们看一下中国的情况，表面上看中国的磷矿是非常丰富的。其实中国磷矿资源仅占世界总资源的7%。但是中国的富磷矿比例比较低。美国地质调查局(USGS), 中国已知的磷矿储量静态利用年限为37年。依据中国的学者研究结果，利用平均品位为23%以上的矿，也只能利用到2032年;一些预测也表明，中、高品位磷矿石仅能支持中国国内需求30年左右。由此可见，中国磷矿石资源稀缺性将不断提升。此外，磷矿在开发利用过程中对矿山及其周围环境的产生污染(废水、废气和噪声)。中国建成污水处理厂4063座，污水处理能力达1.78亿立方米/日，年产生含水量80%的污泥5000多万吨。目前中国的污泥大多进行填埋和土地的利用。这样的处置和利用方式还能维持多久?现在我们也必须思考这样一个问题。
德国联邦政府提出了回收污水污泥中磷资源的战略思想。早在2002年时，德国联邦政府的环境专家委员会提出建议“开发和进一步开发从废水和污泥中回收磷酸盐的热工艺”;2010年欧盟环境部长会议委托德国联邦州废物工作组评估可持续利用二次磷储备的行动建议，开展一系列这个领域的研究、规划、建造和工艺运作技术知识的交流和传播;2013年3月7日，在布鲁塞尔举行的欧洲可持续磷资源会议期间正式成立欧洲磷资源平台。
在过去十几年中，德国政府采取了一系列的资助计划，促进德国大学和工业界在磷回收领域几十年的联合研究。例如，2004-2011联邦教育、研究部(BMBF) /联邦环境部(BMU)启动“植物营养物循环利用，特别是磷资源”资助计划;2010: 联邦教育、研究部(BMBF)将磷资源纳入资源效率计划 (ProgRess)。今年新的一轮联邦教育、研究部(BMBF)资助计划“磷资源循环利用”也准备启动。
立法是实现磷资源循环利用的最重要的基础。在这儿简单回顾一下德国污泥条例的颁布与修订情况。1972年6月7日联邦立法机构颁布了在联邦范围内适用的第一部《废物处置法》，1982年为了规范农业、林业及园艺用地上利用污泥，颁布了第一部污泥条例;1992年4月15日联邦立法机构又根据污泥条例的实施经验和欧共体的污泥法规要求，对本条例进行了修订;2012年联邦德国对"肥料条例"进行修订，要求从2015年起，在农业、林业及园艺用地上施用的污泥必须遵守该条例的规定;2010年提出了"污泥条例"修订草案，经过长达七年的讨论和论证，于2017年9月27日"污泥条例"修订版通过联邦议会审查后正式生效。从此，德国污水污泥的利用开启了新篇章。
德国"污泥条例"在2017年9月27日最新修订时做出了重要的规定，这里仅介绍几点最核心的内容：从2029年或2032 年起(污水处理厂规模在 100，000 设计服务人口值或50，000设计服务人口值)全面禁止污泥的农用;污水污泥的生产单位有义务进行磷回收;污泥中磷含量至少为20gP/kg干固体时，必须采取磷回收措施;污泥中的磷回收率至少为50%(如果污泥中磷含量高于40g P/kg干固体，效率可低于50%)。或者承诺污泥进行单独焚烧或者协同焚烧，并从灰分/残余物中回收磷，要求磷回收率至少达到80%，或者对含磷灰分进行物质性利用或者根据废物填埋条例对含磷灰份进行长期存放，以便进行后续的磷回收。
德国还提出了其他相关的法律要求，比如2013年4月15日对"垃圾填埋条例"的修订，要求垃圾填埋场存放合格的污泥灰分;研发中间存储方案，对污泥单独焚烧的灰分进行临时存储，目的是为了以后能够对其中的磷进行回收。自2015年起，污泥的利用必须遵守德国肥料条例的限值，这将导致在农业、林业及园艺用地上利用污泥的比例继续减少，将不能在土壤中使用的污泥进行协同焚烧或单独焚烧。可以预见，在今后十年中从污水污泥中回收磷的技术在德国必将达到商业应用的水平。
简单谈一下德国城镇污水处理厂磷的物质流平衡问题。根据德国的调研结果，每人每天会产生2克的磷。其物质流如下图所示。由此可见，污水中的磷有90%进入到污泥当中。
城镇污水处理厂回收磷的可能的地点和方式有以下四种:出水，厌氧消化污泥，污泥处理工艺水，污泥焚烧灰分。
第一种方式的特点是磷的去除和磷的回收发生在污水处理厂出水点，放弃在污水处理过程中除磷。其优点是回收磷的措施整合在处理厂内部。但是由于污水处理厂出水中的磷酸盐浓度低，所以这种回收方式不经济;一旦磷回收工艺系统发生故障时，还可能无法满足磷的排放要求。因此这种措施在城市污水处理厂很难实现，仅具有理论上的意义。
第四种方式是从污泥焚烧的灰分中回收磷。与所有其他方法相比，灰分中的磷酸盐浓度最高，磷回收工艺系统处理的物流量最小，有机污染物质被永久性破坏，含磷灰很容易地进行长期储。单独焚烧污泥，从污泥灰分中回收磷，这是继污水处理厂的后续方法。污泥焚烧的灰分中不能直接进行土地利用，对土壤结构没有改良作用，必需要进行灰分解析回收磷，这种磷回收工艺花费目前还较高。通过比较可以看到，第四种方式是一个比较好的回收点。
目前磷回收的工艺技术繁多，在这儿不一一去谈。在此仅简单介绍两种德国亚琛工业大学环境工程研究所研发的磷回收工艺：PRISA工艺和PASCH工艺。
PRISA工艺是从污泥处理过程中产生的工艺水中回收磷(一次浓缩池上清液、厌氧消化池上清液、二次浓缩池上清液)。这三种工艺水中含磷的形态不一样。经过一定的化学处理之后，回收到是大家都非常熟悉的MAP。该回收工艺基于现有的污水处理工艺，仅需要在污水处理厂进行一些技术改进，与现有的污泥处理工艺整合。该回收工艺对污水处理工艺要求，必须采用强化生物除磷工艺，否则污泥处理过程的工艺水中的磷的含量就比较低，就不太适合PRISA回收工艺。磷回收率要大于50%，满足德国新"污泥条例"对于磷回收率的要求。
PASCH工艺的特点：PASCH工艺是从污泥焚烧的灰分中回收磷。该工艺磷回收率要大于90%;ISA研究所以及FraunhoferIME研究所的研究结果表明，污泥焚烧过程中有机污染物已经破坏，回收产品的无机杂质含量低，该产品具有良好的植物可利用性;IFEU研究所的研究结果，与其他回收工艺相比(例如协同焚烧、污泥直接农业利用等)，PASCH工艺的生态评估具有明显优势。示范项目运行结果表明，PASCH工艺具有较低的成本。
总结和展望：德国政界、科学和经济界经历了至少15年以上的共同努力，才奠定磷回收的法律基础，研究出了一些从污泥水中和焚烧污泥灰分中回收磷的工艺技术，这些技术已经完全可以投入运用，而且回收的产品质量和肥料效果都得到了证明。污泥单焚烧和后续磷回收可能是未来德国最常用的污泥处置利用方式。由于回收工艺的经济可行性尚待改善和提高，污水污泥灰烬的中间储存是必要的，污泥单独焚烧厂的焚烧能力仍需要扩建。目前尚不能达到回收设施系统的经济运行水平。
德国已经经过15年的努力，再加上12年的法规过渡期后将全面实现从城镇污水污泥中回收磷资源。现在是时候需要考虑中国的污泥处置利用方向问题。中国需要思考，是否应该借鉴德国的经验，引进在污水处理中和污泥处理、处置中进行磷资源回收的策略。之所以说现在就要考虑，这也是要考虑到法律的可操作性。磷资源回收的技术我们可以比较容易快速研发或引进(比如借鉴德国)，但是我们必须要有可支撑的法律体系来实现这个目标。从德国污泥处置利用途径的发展来看，目前焚烧为主导。而焚烧方式有污泥协同焚烧和单独焚烧两种，在德国过去十几年中协同焚烧是发展的主流方向(由于投资较低)。由于新修订的"污泥条例"要求回收污水污泥中磷资源，那么污泥就不太可能采用协同焚烧的方式(虽然法律没有禁止)。现在开始德国将要逐步转向单独焚烧方式，到2029年必将完全废弃协同焚烧的方式，出现投资的浪费。如果中国想避免这种重复投资(投资的浪费)，就应该借鉴德国的经验，尽早考虑中国的污泥处置利用方向问题。谢谢大家。
原标题:德国污水污泥磷资源回收技术与法规的最新发展
戴晓虎：污泥处理处置全链条技术现状与需求分析 原标题:2018年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会（第九届）成功召开 来源:中国给水排水
发布日期：2018-05-23 浏览次数：111
戴晓虎：污泥处理处置全链条技术现状与需求分析 来源:中国给水排水
- 近年来，随着中国城镇化水平不断提高，污水处理设施建设得到快速发展，但污水处理后所产生的剩余污泥也随之增多。由于污泥中含有大量有害病原菌、寄生虫卵、重金属等，如果处理不当，就会给环境带来严重二次污染。据统计，截至2017年底，中国城镇污水处理厂所产生的污泥量已突破5000万吨/年，其中有70%的污泥没有得到妥善处理。大量湿污泥随意外运、简单填埋或堆放，致使许多城市被“毒泥围城”，由此带来的社会问题也日益突出。目前全国各地的污泥处理设施尚不健全，已建成设施的处理水平良莠不齐。部分地区直接对污泥进行脱水干化后堆肥或填埋，尚未对污染物、病原体和重金属进行处理，不仅可能造成巨大的生态污染破坏隐患，还可能在运输填埋过程中发生爆炸等事故。因此，假设对污泥采取无害化处理方式，根据目前平均市场价格和污水排放量，未来将产生600亿的污泥处置设施建设投资。
2018年4月16日，河北省住房和城乡建设厅 李贤明 副厅长、中国市政工程华北设计研究总院有限公司 吴凡松总经理等领导莅临本次污泥大会并致辞。
河北省住房和城乡建设厅 李贤明 副厅长致辞
中国市政工程华北设计研究总院有限公司 吴凡松总经理致辞
800多名与会代表在会议期间紧张且愉快地进行了学习交流，纷纷表示期盼着中国给水排水杂志社组织的下次会议的召开。中国给水排水杂志社于2010年(第一届：秦皇岛)、2011年(第二届：青岛)、2012年(第三届：大连)、2013年(第四届：上海)、2014年(第五届：长沙)、2015年(第六届：江苏宜兴)、2016年(第七届：天津)、2017(第八届：北京)年分别举办了第1—8届污泥处理处置高级研讨会，此次是第九届，在大家的关心和支持下，它已成为业内影响力和规模最大的污泥处理处置行业会议。
4月18日，300多名与会代表参观了保定市城镇污水处理厂污泥处理中心工程和雄安新区千年秀林项目。
保定市城镇污水处理厂污泥处理中心工程简介
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项目概况
保定市城镇污水处理厂污泥处理中心项目是亚行贷款白洋淀生态建设与环境综合治理项目子项目之一，位于保定市溪源污水处理厂内，用于处理保定市鲁岗污水处理厂、银定庄污水处理厂和溪源污水处理厂三座污水处理厂产生的市政污泥。
本项目日处理市政污泥300吨(含水率80%)，总投资1.39亿元，采用“AAe高浓度高效率厌氧消化+板框脱水+沼气提纯”工艺，由中国市政工程华北设计研究总院设计，其核心技术设备AAe高浓度中温厌氧消化成套技术系统设备由艾尔旺新能源环境有限公司提供并建设实施。
本项目于2016年开工建设，2017年主体工程完工，目前正在调试启动准备阶段，即将投入运行。该项目的建成解决了困扰保定市污水厂运行的一大难题，杜绝污泥废弃造成的二次污染隐患，提取了污泥中的生物质能并获得新能源。促进保定市“低碳、高端、协调、善美”的城市发展建设，对我国污泥无害化处理资源化利用将起到良好的示范和推动作用。
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工艺技术特点
本项目采用“AAe高浓度高效率厌氧消化+板框脱水+沼气提纯”工艺。主要建设内容包括污泥预处理车间、AAe组合式高浓度厌氧消化反应器、排沙泵站、沼气净化车间、沼气火炬、沼气锅炉房、消化液脱水车间、变电站、水源空调站、控制中心、化验室、后处理车间等。
污水处理厂产生的市政污泥300t/d(含水率80%)在接收及预处理系统进行混合调配，使混合后的污泥含水率达到约90%(约600t/d)。在经过均质、增温等预处理后满足厌氧消化系统的进料要求。经物料泵送至AAe组合式高浓度厌氧消化反应器。污泥经过中温厌氧消化处理后，每天产生沼气约10000m³，沼气经过脱硫等净化处理后送至沼气利用系统。部分沼气供给沼气锅炉用于厌氧消化系统过程用能，剩余沼气提纯压缩为天然气外运销售。
厌氧消化后的消化液，经板框脱水，将污泥含水率降到60%，送至垃圾填埋场作为生态覆盖土。污泥脱水后的上清液回流至溪源污水处理厂处理达标后排放。
工艺流程示意图：
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工程照片
保定市城镇污水处理厂污泥处理中心工程鸟瞰图
核心设备：AAe组合式高浓度厌氧消化反应器
