【科學強國】污泥處置行業的圍城與突破
媒體：中國小康網 2023-09-16 20:32
隨著工業的發展和城市人口的增加，工業廢水與生活污水的排放量日益增多，污泥的產出量也與日俱增。污泥中的有害成分如重金屬、有機污染物、寄生蟲、病原菌及臭氣已成為影響城市環境衛生的一大公害。
圖源/hellorf
長久以來，污泥處理一直是城市固廢處理的一大難題。作為污水的“孿生兄弟”，在污水處理技術創新、處理效率提升、資源化利用的政策驅動和市場背景下，污水處理廠排放的污泥如何進行科學處理日益成為關注的焦點，也越來越需要產業化解決。高難度的污泥處理處置問題時刻影響著我國環境。污泥處理處置這條早些年就被各界認定為千億級的賽道似乎仍舊不能痛快爆發，其背后有一些關鍵問題一直爭論不休，處理費用高昂、政府補貼是否到位、相關技術是否達標……這些都亟待解決。
“污泥圍城”困境
污泥是由水和污水處理過程所產生的固體沉淀物質，位于污水處理鏈的末端。近年來，隨著我國城市污水處理量不斷提高，如何處理污泥逐漸成為污水處理過程中面臨的主要矛盾。我國30多年來經濟快速發展，在污水處理廠規模居世界第一、固廢處置系統不斷釋放新創新效益的同時，夾在二者之間的污泥該怎么破?“重水輕泥”正讓一座座城市陷入“污泥圍城”的窘境。
2015年國務院印發《水污染防治行動計劃》，要求我國地級及以上城市污泥無害化處理處置率應于2020年底前達到90%以上;2017年發改委和住建部聯合印發的《“十三五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》，要求城鎮污水處理設施建設應由“重水輕泥”向“泥水并重”轉變，規劃中明確提出“十三五”期間城鎮污水處理及再生利用設施建設共投資約5644億元，其中新增或改造污泥無害化處理處置設施投資294億元，新增或改造污泥(按含水率80%的濕污泥計)無害化處理處置設施能力6.01萬噸/日;2020年發改委與住建部聯合印發《城鎮生活污水處理設施補短板強弱項實施方案》，明確提出要推進污泥無害化資源化處理處置。
數據顯示，我國城鎮污水處理廠處理規模已位居世界第一。截至2022年，全國共建成并投入運營4000多座城鎮污水處理廠，日總污水處理規模超過2億立方米，約占全球總污水處理規模的1/5。作為污水處理重要副產物，污泥也伴隨污水處理規模的擴大而大量產生。據統計，2019年我國污泥產量已超過6000萬噸(以含水率80%計)，預計2025年我國污泥年產量將突破9000萬噸，污泥處理市場規模或超千億。
但現實情況卻是，污泥衛生填埋的空間越來越小，許多垃圾填埋場已關閉，不斷產生的污泥無處可去。更為重要的是，陸地填埋能否達到國家規定的衛生標準，還需要打上一個大大的問號。而即便通過工藝技術將污泥轉化為化肥，也只能用于城市園林綠化，干化焚燒成本又高，無法消納大量污泥。不少專家表示，污泥處置的重點在于降低污泥含水率，如果把含水率降下來，可用性與可處理性就會上升，同時污泥量也會下降。據環保部信息，以2021年為例，我國污泥總量達到了7000多萬噸，但污泥脫水處理量僅為3800余萬噸，將將過半。污泥脫水，是污泥處置行業的癥結所在。
技術與政策，誰是主因
毋庸置疑，污泥處置的技術門檻比污水處理高得多，技術的限制使污泥處理的成本升高，效率較低。與此同時，整個行業基礎的政策規劃、規范標準等機制并沒有建立起來，這使得所謂技術創新也就成了無本之木，無源之水。
針對污泥處理處置，目前成熟的技術分為兩派。一派是干化焚燒技術，污泥干化后作為燃料，灰渣可填埋或作建材，如污泥焚燒后化學成分與黏土相近，可以代替黏土作為陶粒的配料。這是污泥無害化處理并充分利用其中能源的解決方案之一，也是國外多地使用的技術。然而，與國外污泥主要來源于生活污水不同，我國的雨污合流系統使得污泥成分復雜，熱值不高，焚燒時需外供能源煤或天然氣等，這使得污泥摻燒的處理成本高昂。在此背景下，大部分污水處理廠為保證污泥外運渠道通暢，往往還需補貼部分經費給水泥窯、制磚廠、電廠等協同處理的企業。同時，污泥燃燒造成的大氣排放問題，也制約著這個路線。另一派技術路線以堆肥進行土地利用為主，又分為厭氧發酵和好氧發酵兩種方法。利用污泥好氧堆肥技術生產有機肥，肥料中有機質含量高，經田間試驗證明肥效較好，但銷售難度較大。
無論是哪種處理方式，污泥都得先脫水。通過濃縮脫水，盡可能地降低含水率的污泥才方便運輸，并確保污泥有機物的穩定性，避免腐化后造成二次污染，以便于最終處置。從脫水到干化焚燒、好氧發酵、厭氧消化，污泥處理處置已成為污水處理系統運行中最復雜且花費最高的一部分。同時，在經費方面，國內污泥處理處置費用普遍不到污水廠總運行費用的20%，發達國家的這一費用占比大約為30%~50%。不少污泥項目運營人表示，單純的污泥處置費用很難覆蓋成本，達到利潤指標則更為困難。未成形的商業模式，制約著整個行業的技術創新與發展。
從十年間國家系列規劃和政策來看，污泥問題及相關付費機制已經得到政府層面的重視，但似乎成效并不顯著。2015年發布的《污水處理費征收使用管理辦法》，明確了“污水處理費的征收標準，按照覆蓋污水處理設施正常運營和污泥處理處置成本并合理盈利的原則制定”。2017年發布的《“十三五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》明確提出，城鎮污水處理收費標準要補償污水處理和污泥無害化處置的成本并合理盈利。2019年發布的《城鎮污水處理提質增效三年行動方案(2019—2021年)》再次要求，要盡快將污水處理費收費標準調整到位，原則上應當補償污水處理和污泥處理處置設施正常運營成本并合理盈利。
但正如環保行業的其他領域，污泥領域的發展同樣需要依賴政策的強力驅動。作為污水處理的最后一公里，污泥無疑是難啃的骨頭。盡管政策中不斷加大對污泥的看重程度，但整個污泥處置領域依舊缺乏連貫的規劃，也沒有相應的標準，這使得其落地受到阻礙。基于此，行業端也很難發展。當然，這種情況正在改善，去年9月，《污泥無害化處理和資源化利用實施方案》提出，“到 2025 年，全國新增污泥(含水率80%的濕污泥)無害化處置設施規模不少于2萬噸/日，城市污泥無害化處置率達到90%以上，地級及以上城市達到 95%以上”。這對行業來說是個好消息。
污泥是個大賽道，對于我國污泥處置市場而言，需求一直存在，技術路線與付費機制是否成熟是其能否快速擴張的關鍵所在。
破解“圍城之殤”，路在何方
盡管技術與付費機制還未達到最理想的匹配程度，但事實是我國污泥處理處置業正加速尋找污泥產出與消納的平衡關系，污泥處理處置有望“跑起來”。低成本、低難度、多方案是污泥處理處置的通路所在，目前更為迫切的則是城市規劃。
除了主流的“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”之外，大型燃煤電站正發揮著供電、供熱之外的作用，協同消納城市生產生活產生的污泥與生活垃圾。火電協同污泥資源化利用，是污泥處置的又一方案。在常州，未經處理的污泥經過電廠的干燥機加熱干化，而后被傳輸到原煤斗，與原煤按照比例充分混合，再被送至鍋爐焚燒。在此過程中，污泥散發的臭氣也被抽氣裝置吸收。由此，污泥在燃煤電廠變廢為寶。
據悉，自2020年投運以來，該污泥發電項目承擔了常州約三分之一的一般固廢無害化處置任務，已處理污泥21.4萬噸，解決了常州的“污泥圍城”之困。據測算，項目每年可節省標準煤1.71萬噸，減少二氧化碳排放4.53萬噸，每年可增發電量6000萬千瓦時，還可為建筑混凝土提供6300多噸無害泥渣。
用城市污泥發電，關鍵是讓污泥燃燒。生活污水處理廠送來的污泥含水量往往近80%，怎樣才能燒起來?污泥本身具有一定的熱值，但偏低，只有經過技術處理，才能變為燃料。形如烤箱的干燥機完成的正是這個任務，污泥經此“瘦身”，成為含水量在30%~40%的干污泥，以及由水蒸氣、廢氣組成的污泥乏氣。干化后的乏氣經過電廠循環水降溫后，形成冷凝廢水，前往獨立生化廢水處理系統，通過物理沉降、生化處理，達標后前往城市污水管網系統。
從技術角度出發，污泥發電不是新鮮事，其采取的依舊是脫水、燃燒的技術路徑。解決污泥問題，技術固然重要，當今更為重要的則是城市規劃。
浙江省規劃顯示，到2025年，推廣污泥集中焚燒無害化處理，污泥無害化資源化率超過90%。在紹興，污泥發電收獲頗豐。濱海污泥清潔化處置示范項目推行兩年來，截至今年7月26日，已累計發電2.6億千瓦時，消耗污泥80萬噸。據了解，該項目把原先適應大型燃煤火電廠的燒煤裝置小型化，其煙氣污染物排放遠低于同類型鍋爐國家標準，其中顆粒物和氮氧化物限值僅為國標的六分之一，二氧化硫限值僅為國標的三分之一。項目投入運行兩年來，已累計減排二氧化碳約30.6萬噸，減排二氧化硫約700噸，減排氮氧化物約1000噸，減排氮氧化物約860噸。
上海正在形成六大區域分片處理的污水污泥處置格局。為加快構建功能更加完善的污水污泥治理系統，2018年7月，上海發布了《上海市污水處理系統及污泥處理處置規劃(2017—2035年)》，提出“5010”的總體布局，即規劃建設50座城鎮污水處理廠(含初期雨水處理廠)、10座污泥處理廠。至2035年，上海全面實現城鄉污水管網全覆蓋、點源污染全收集全處理、面源污染綜合治理、水泥氣同治。
放在整個市政的角度看，污泥行業走熱本質上源于市政建設的升級，需求創造了價值，市政規劃深度影響著污泥處置行業。污泥處理處置產業鏈上游是污水處理企業、污泥工程建筑商、污泥設備供應商、化學藥品企業等;中游環節主體是從事污泥處理的企業;下游環節主體是制肥、建材、填埋等行業的企業。目前，消納污泥的僅僅是諸如電廠的中游企業，產業鏈打通之時，行業才能更進一步。
來源：《小康》·中國小康網
作者：袁凱
編輯：趙狄娜
隨著工業的發展和城市人口的增加，工業廢水與生活污水的排放量日益增多，污泥的產出量也與日俱增。污泥中的有害成分如重金屬、有機污染物、寄生蟲、病原菌及臭氣已成為影響城市環境衛生的一大公害。
圖源/hellorf
長久以來，污泥處理一直是城市固廢處理的一大難題。作為污水的“孿生兄弟”，在污水處理技術創新、處理效率提升、資源化利用的政策驅動和市場背景下，污水處理廠排放的污泥如何進行科學處理日益成為關注的焦點，也越來越需要產業化解決。高難度的污泥處理處置問題時刻影響著我國環境。污泥處理處置這條早些年就被各界認定為千億級的賽道似乎仍舊不能痛快爆發，其背后有一些關鍵問題一直爭論不休，處理費用高昂、政府補貼是否到位、相關技術是否達標……這些都亟待解決。
“污泥圍城”困境
污泥是由水和污水處理過程所產生的固體沉淀物質，位于污水處理鏈的末端。近年來，隨著我國城市污水處理量不斷提高，如何處理污泥逐漸成為污水處理過程中面臨的主要矛盾。我國30多年來經濟快速發展，在污水處理廠規模居世界第一、固廢處置系統不斷釋放新創新效益的同時，夾在二者之間的污泥該怎么破?“重水輕泥”正讓一座座城市陷入“污泥圍城”的窘境。
2015年國務院印發《水污染防治行動計劃》，要求我國地級及以上城市污泥無害化處理處置率應于2020年底前達到90%以上;2017年發改委和住建部聯合印發的《“十三五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》，要求城鎮污水處理設施建設應由“重水輕泥”向“泥水并重”轉變，規劃中明確提出“十三五”期間城鎮污水處理及再生利用設施建設共投資約5644億元，其中新增或改造污泥無害化處理處置設施投資294億元，新增或改造污泥(按含水率80%的濕污泥計)無害化處理處置設施能力6.01萬噸/日;2020年發改委與住建部聯合印發《城鎮生活污水處理設施補短板強弱項實施方案》，明確提出要推進污泥無害化資源化處理處置。
數據顯示，我國城鎮污水處理廠處理規模已位居世界第一。截至2022年，全國共建成并投入運營4000多座城鎮污水處理廠，日總污水處理規模超過2億立方米，約占全球總污水處理規模的1/5。作為污水處理重要副產物，污泥也伴隨污水處理規模的擴大而大量產生。據統計，2019年我國污泥產量已超過6000萬噸(以含水率80%計)，預計2025年我國污泥年產量將突破9000萬噸，污泥處理市場規模或超千億。
但現實情況卻是，污泥衛生填埋的空間越來越小，許多垃圾填埋場已關閉，不斷產生的污泥無處可去。更為重要的是，陸地填埋能否達到國家規定的衛生標準，還需要打上一個大大的問號。而即便通過工藝技術將污泥轉化為化肥，也只能用于城市園林綠化，干化焚燒成本又高，無法消納大量污泥。不少專家表示，污泥處置的重點在于降低污泥含水率，如果把含水率降下來，可用性與可處理性就會上升，同時污泥量也會下降。據環保部信息，以2021年為例，我國污泥總量達到了7000多萬噸，但污泥脫水處理量僅為3800余萬噸，將將過半。污泥脫水，是污泥處置行業的癥結所在。
技術與政策，誰是主因
毋庸置疑，污泥處置的技術門檻比污水處理高得多，技術的限制使污泥處理的成本升高，效率較低。與此同時，整個行業基礎的政策規劃、規范標準等機制并沒有建立起來，這使得所謂技術創新也就成了無本之木，無源之水。
針對污泥處理處置，目前成熟的技術分為兩派。一派是干化焚燒技術，污泥干化后作為燃料，灰渣可填埋或作建材，如污泥焚燒后化學成分與黏土相近，可以代替黏土作為陶粒的配料。這是污泥無害化處理并充分利用其中能源的解決方案之一，也是國外多地使用的技術。然而，與國外污泥主要來源于生活污水不同，我國的雨污合流系統使得污泥成分復雜，熱值不高，焚燒時需外供能源煤或天然氣等，這使得污泥摻燒的處理成本高昂。在此背景下，大部分污水處理廠為保證污泥外運渠道通暢，往往還需補貼部分經費給水泥窯、制磚廠、電廠等協同處理的企業。同時，污泥燃燒造成的大氣排放問題，也制約著這個路線。另一派技術路線以堆肥進行土地利用為主，又分為厭氧發酵和好氧發酵兩種方法。利用污泥好氧堆肥技術生產有機肥，肥料中有機質含量高，經田間試驗證明肥效較好，但銷售難度較大。
無論是哪種處理方式，污泥都得先脫水。通過濃縮脫水，盡可能地降低含水率的污泥才方便運輸，并確保污泥有機物的穩定性，避免腐化后造成二次污染，以便于最終處置。從脫水到干化焚燒、好氧發酵、厭氧消化，污泥處理處置已成為污水處理系統運行中最復雜且花費最高的一部分。同時，在經費方面，國內污泥處理處置費用普遍不到污水廠總運行費用的20%，發達國家的這一費用占比大約為30%~50%。不少污泥項目運營人表示，單純的污泥處置費用很難覆蓋成本，達到利潤指標則更為困難。未成形的商業模式，制約著整個行業的技術創新與發展。
從十年間國家系列規劃和政策來看，污泥問題及相關付費機制已經得到政府層面的重視，但似乎成效并不顯著。2015年發布的《污水處理費征收使用管理辦法》，明確了“污水處理費的征收標準，按照覆蓋污水處理設施正常運營和污泥處理處置成本并合理盈利的原則制定”。2017年發布的《“十三五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》明確提出，城鎮污水處理收費標準要補償污水處理和污泥無害化處置的成本并合理盈利。2019年發布的《城鎮污水處理提質增效三年行動方案(2019—2021年)》再次要求，要盡快將污水處理費收費標準調整到位，原則上應當補償污水處理和污泥處理處置設施正常運營成本并合理盈利。
但正如環保行業的其他領域，污泥領域的發展同樣需要依賴政策的強力驅動。作為污水處理的最后一公里，污泥無疑是難啃的骨頭。盡管政策中不斷加大對污泥的看重程度，但整個污泥處置領域依舊缺乏連貫的規劃，也沒有相應的標準，這使得其落地受到阻礙。基于此，行業端也很難發展。當然，這種情況正在改善，去年9月，《污泥無害化處理和資源化利用實施方案》提出，“到 2025 年，全國新增污泥(含水率80%的濕污泥)無害化處置設施規模不少于2萬噸/日，城市污泥無害化處置率達到90%以上，地級及以上城市達到 95%以上”。這對行業來說是個好消息。
污泥是個大賽道，對于我國污泥處置市場而言，需求一直存在，技術路線與付費機制是否成熟是其能否快速擴張的關鍵所在。
破解“圍城之殤”，路在何方
盡管技術與付費機制還未達到最理想的匹配程度，但事實是我國污泥處理處置業正加速尋找污泥產出與消納的平衡關系，污泥處理處置有望“跑起來”。低成本、低難度、多方案是污泥處理處置的通路所在，目前更為迫切的則是城市規劃。
除了主流的“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”之外，大型燃煤電站正發揮著供電、供熱之外的作用，協同消納城市生產生活產生的污泥與生活垃圾。火電協同污泥資源化利用，是污泥處置的又一方案。在常州，未經處理的污泥經過電廠的干燥機加熱干化，而后被傳輸到原煤斗，與原煤按照比例充分混合，再被送至鍋爐焚燒。在此過程中，污泥散發的臭氣也被抽氣裝置吸收。由此，污泥在燃煤電廠變廢為寶。
據悉，自2020年投運以來，該污泥發電項目承擔了常州約三分之一的一般固廢無害化處置任務，已處理污泥21.4萬噸，解決了常州的“污泥圍城”之困。據測算，項目每年可節省標準煤1.71萬噸，減少二氧化碳排放4.53萬噸，每年可增發電量6000萬千瓦時，還可為建筑混凝土提供6300多噸無害泥渣。
用城市污泥發電，關鍵是讓污泥燃燒。生活污水處理廠送來的污泥含水量往往近80%，怎樣才能燒起來?污泥本身具有一定的熱值，但偏低，只有經過技術處理，才能變為燃料。形如烤箱的干燥機完成的正是這個任務，污泥經此“瘦身”，成為含水量在30%~40%的干污泥，以及由水蒸氣、廢氣組成的污泥乏氣。干化后的乏氣經過電廠循環水降溫后，形成冷凝廢水，前往獨立生化廢水處理系統，通過物理沉降、生化處理，達標后前往城市污水管網系統。
從技術角度出發，污泥發電不是新鮮事，其采取的依舊是脫水、燃燒的技術路徑。解決污泥問題，技術固然重要，當今更為重要的則是城市規劃。
浙江省規劃顯示，到2025年，推廣污泥集中焚燒無害化處理，污泥無害化資源化率超過90%。在紹興，污泥發電收獲頗豐。濱海污泥清潔化處置示范項目推行兩年來，截至今年7月26日，已累計發電2.6億千瓦時，消耗污泥80萬噸。據了解，該項目把原先適應大型燃煤火電廠的燒煤裝置小型化，其煙氣污染物排放遠低于同類型鍋爐國家標準，其中顆粒物和氮氧化物限值僅為國標的六分之一，二氧化硫限值僅為國標的三分之一。項目投入運行兩年來，已累計減排二氧化碳約30.6萬噸，減排二氧化硫約700噸，減排氮氧化物約1000噸，減排氮氧化物約860噸。
上海正在形成六大區域分片處理的污水污泥處置格局。為加快構建功能更加完善的污水污泥治理系統，2018年7月，上海發布了《上海市污水處理系統及污泥處理處置規劃(2017—2035年)》，提出“5010”的總體布局，即規劃建設50座城鎮污水處理廠(含初期雨水處理廠)、10座污泥處理廠。至2035年，上海全面實現城鄉污水管網全覆蓋、點源污染全收集全處理、面源污染綜合治理、水泥氣同治。
放在整個市政的角度看，污泥行業走熱本質上源于市政建設的升級，需求創造了價值，市政規劃深度影響著污泥處置行業。污泥處理處置產業鏈上游是污水處理企業、污泥工程建筑商、污泥設備供應商、化學藥品企業等;中游環節主體是從事污泥處理的企業;下游環節主體是制肥、建材、填埋等行業的企業。目前，消納污泥的僅僅是諸如電廠的中游企業，產業鏈打通之時，行業才能更進一步。
來源：《小康》·中國小康網
作者：袁凱
編輯：趙狄娜
