编者按：碳中和运行已成为未来污水处理厂运行重要内容。因此，作为资源和能源载体的剩余污泥将不再是污水处理的“负担”，进而可能变成回收资源与能源的紧俏原料。本期回顾2016年发表文章，梳理早期关于污泥处理、处置的理念与观念。这篇文章综述了5年前国内外剩余污泥处理、处置情况，着重介绍了污泥厌氧消化能源利用的基本情况与趋势，提出变传统“污泥减量”模式为“污泥增量”发掘能源方法。针对我国市政污水COD普遍偏低情况，文章阐明有机固体废弃物与污泥共消化才是污泥增量的“对症良药”。尽管污泥共消化实现的碳中和严格意义上说属于“伪中和”，但这种利用废弃外源有机物能源转化并实现污水处理碳中和的方式并非无可取之处，只是相较潜能巨大的污水余温热能来说显得有些出力不讨好。
01、国内外剩余污泥能源转化现状
国外： 朝碳中和运行目标迈进
欧美及周边一些亚洲国家相继颁布了面向21世纪污水理碳中和运行的路线图，并付诸实践。例如荷兰早在2008年便提出了污水处理的 NEWs 概念，美国推行的“Carbon-free Water” ，日本发布“Sewerage Vision 2100”，以此实现污水处理碳中和目标。
然而，具有足够的剩余污泥量，方能保证其在厌氧消化过程中转化为碳中和运行的自给自足所需能量。为此，欧美等国家通过结合前端筛分COD技术或后端厌氧共消化技术，以最大化“污泥增量”方式从污水或外源有机物中通过厌氧消化获取能源(CH4)，并已完全或部分实现碳中和运行目标。
国内： 为消除“负担”而提倡污泥减量
因认识导致的政策问题普遍存在着“重水轻泥”现象，往往只处理污水而很少涉及污泥处置，2014 年我国污水处理厂污泥处理能力(近95% 为非能源利用方式，或虽有设施而实际不用) 约为1 100×104 t/d，而污泥实际产量为3 250×104 t/d，污泥处置缺口达60%以上。大量未经任何有效处理处置的污泥直接给水体、大气带来严重的“二次污染”，导致黑臭水体、雾霾等环境现象加剧。
一方面现有技术能源转化效率低。但随着厌氧消化强化技术的研究增多，在今后将能显著提升污泥能源转化效率的水平。因此，污泥厌氧消化转化能源并不存在技术障碍。更重要的是因为政府目前尚无政策甚至资金支持。我国污泥处理、处置费用投资只占污水处理费用总投资的20%~45% ，而国外一般水平即高达50%。我国虽在“十二五”期间新增污水处理及相关投资额4 300亿元，但其中污泥处理、处置设施投资仅347亿元，占比仅为8% ，导致目前污泥成为“负担”的尴尬局面。
污泥非能源化处置症结
减量化→稳定化→无害化→资源化是国内处理处置剩余污泥等固体废弃物的一般导则。然而只要污泥实现能源化，其他“三化“将随之实现，不攻自破。将之前的污泥处置思路顺序颠倒： 资源化→无害化→稳定化→减量化，就能诱导污泥能源化方式成为污泥处置的首要目的。当然，污泥能源化首当其冲的污泥处置策略需要政府给予宏观政策支持甚至予以经济补贴，这一点需要向欧洲国家学习。在欧洲，凡是利用污泥等有机固体废物转化甲烷用于发电都能获得政府的补贴。
02、污泥能源转化碳中和运行潜力
污水处理过程中产生的剩余污泥量完全取决于进水COD负荷的高低，COD负荷越高则产生的剩余污泥量就越大。一些欧美国家以碳中和为运行目标的污水处理实例表明，如果进水COD≤600 mg/L，采用传统处理工艺( 如A2/O等脱氮除磷工艺) 所产生的剩余污泥量通过厌氧消化转化能源很难完全满足(100%) 碳中和运行目标，一般达到70%碳中和运行率就已足矣。
图中绘出了能量平衡计算中剩余污泥(初沉+二沉) COD 截留率(污泥中总COD与进水COD之比)与碳中和率的关系曲线; 实例计算中53%的碳中和运行率对应于60%的污泥COD截留率，趋势表明，要想获得更大的碳中和运行率便需要有更多的污泥相对应，即所谓的“污泥增量”概念。
污泥COD截留率与碳中和运行率的关系
03、污泥增量方法与措施
A/B法A段浓缩COD
A段采用极短污泥龄(SRT=8~25 h) ，充分利用细菌对颗粒与胶体状COD初期生物絮凝、吸附性能以及对溶解性COD的直接吸收、降解性能从污水中有效分离COD，并在细菌表面吸附大量未降解的COD，最后可导致进水中70%～80% 悬浮状和溶解状COD通过中间沉淀池予以截留后送至厌氧消化转化能源。与二沉污泥相比，A段截留污泥可消化性较好，可产生甲烷含量较高的生物气。
定位于能源与磷回收的市政污水处理概念工艺
前端筛分COD技术
基于低能耗微滤装置，辅以化学混凝＋絮凝作用，最大程度隔离、浓缩污水中COD，使之用于厌氧消化转化甲烷，供污水处理厂自身能量消耗，降低污水处理厂对化石燃料能源的依赖，即以污水处理碳中和运行为目标，工艺流程如图所示。
德国CARISMO前端COD筛分及后续污水、污泥处理工艺
污泥共消化技术
针对我国进水COD负荷低、有机能源含量先天不足的市政污水，有时所含碳源甚至都不能够满足脱氮除磷的需要。在这种情况下，采用前端分离COD的做法显然不符实际，不得不考虑其他方式来实现碳中和运行目标。餐余垃圾、旱厕粪便、绿化草木等有机固体废弃物完全可以利用污水处理厂厌氧消化剩余空间，与剩余污泥一同共消化而转化能源，达到“1+1>2”的能量转化效果。
污泥共消化发挥了基质间的协同作用，提高了底物的降解速率和降解程度，使能源转化效率显著提高。图中列出了几种不同外源有机废弃物与剩余污泥共消化后呈现出的能量转化效果，剩余污泥与其他有机废弃物共消化潜力可见一斑。
不同种类/比例外源基质与污泥共消化能源转化效果
04、结语
污泥已经不是污水处理过程中的“负担”，而是实现为碳中和运行的所需能源载体。转变对剩余污泥处理、处置的观念与思路，变现行“减量化→稳定化→无害化→资源化”方式为未来“资源化→无害化→稳定化→减量化”策略势在必行。新理念下污泥资源化需要有政府宏观政策支持甚至是财政补贴，看似“贴钱”的举措却能带来利好的综合环境效益，在污泥增量方面，无必要实施污泥减量技术，而是应寻求与厨余垃圾等市政有机固体废弃物共消化的机会，才不致使我国的碳中和运行目标最终成为天方夜谭。
作者：李季，郝晓地等
来源： 水业碳中和资讯
