张辰大师团队：双碳目标下城市多源污泥处理处置技术选择与发展趋势

随着城市化进程的快速推进、排水系统提质增效和“源网厂河一体”全要素水环境治理工作的开展，城市多源污泥产量显著增加，科学处理处置面临严峻挑战。分析了不同来源污泥的特性和面临的碳排放挑战，基于双碳目标提出了多源污泥有机质和无机质梯级利用的途径和适用技术，强调通过技术创新实现能耗和物耗的降低、温室气体的有效控制和资源的高效替代，并探讨了系统思维指导下的多元协同模式和减碳策略，包括多源物料协同、上下游协同和跨行业协同，以期在更广泛的范围内实现更深层次的减碳效益。

基金项目：国家重点研发计划 “固废资源化”专项项目(2020YFC1908700)

引用格式：张辰,段妮娜,赵水钎,等.双碳目标下城市多源污泥处理处置技术选择与发展趋势[J].环境工程,2025,43(7):1-9.

研究背景

在全球气候变化的大背景下，减少温室气体排放已成为国际社会普遍关注的重大议题。随着城市化进程的快速推进、排水系统提质增效和“源网厂河一体”全要素水环境治理工作的开展，污水污泥、管渠污泥、河湖底泥等产量均显著增加。多源污泥来源各异、组分复杂，科学处理处置面临严峻挑战。传统分散、单一、粗放、无序的处理处置方式已无法满足生态文明建设对再生资源和环境质量的高标准要求。多源污泥兼具污染和资源双重属性，其资源和能源的开发利用已成为解决污泥问题的重要途径和手段，并且是污水处理厂实现能源自给、水环境领域落实双碳目标的关键路径。

近年来，国内外出台了一系列政策文件，国内出台的《污泥无害化处理和资源化利用实施方案》(发改环资〔2022〕1453号)、《国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》(国发〔2021〕4号)、《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划纲要》(国发〔2021〕5号)等，旨在推动包括污泥处理处置在内的排水、固废行业的绿色、循环和低碳发展。欧盟于2020年更新了《循环经济行动计划》(circular economy action plan，CEAP)，不仅鼓励成员国采取措施促进资源高效利用，减少废物产生，还特别强调了污泥作为有机废弃物管理中的重要组成部分，应通过循环利用和低碳技术来降低环境影响。

多源污泥组成和特性不同，所适用的资源利用方式和处理技术也存在差异。目前，国内外基本形成了主流的处理处置技术体系。然而，在双碳目标下，如何基于泥质特性选择资源利用途径并进一步降低处理过程的碳排放，是实现污泥处理减污降碳协同增效的关键所在。本文基于不同来源污泥的特性，总结资源化利用的主要途径和双碳目标下的适用技术，并探讨在系统思维指导下多元协同的减碳策略。

01.多源污泥特性和碳排放挑战

1.1污水污泥

污水污泥来源于城镇污水处理厂的初沉池、二沉池和深度处理设施。国家住房和城乡建设部的统计数据[1]显示，2023年我国城市污水处理总量已达642.7亿m3，污水处理污泥总量已突破7527万t(以含水率80%计)。我国污泥有机质含量(以挥发性固体含量VS表示)通常为30%~70%，均值为50%。北方城市如北京、青岛等，污泥VS可达55%~70%，而南方城市如九江、芜湖、镇江等，VS一般仅为20%~50%。污泥富集了污水中大部分污染物质和资源物质，如果不妥善处理处置，在污染环境的同时将产生大量碳排放。根据住房和城乡建设部对全国城镇污泥处置量的统计，约28%进行土地利用，34%焚烧，18%建材利用，13%填埋，另有8%采用其他处置方式。由此估算，污泥处理处置产生的碳排放总量每年约为1440万t。

1.2管渠污泥

管渠污泥是排水管网养护过程中清捞出的沉积物，不仅包含了来自雨水和污水中的容易沉淀的颗粒物，还混有道路冲洗物、生活垃圾、砂石和来自建筑工地的泥沙等成分。目前，我国开展例行管渠清捞养护和管渠污泥处理的城市主要包括上海、北京、武汉、南京等。根据上海市管渠污泥采样分析数据，管渠污泥VS为17%~20%，无机质占比超过80%[2]。管渠污泥沉积于管网中，富集了污水中5%~30%的悬浮固体和污染负荷[3]，如不及时清捞处理，易在厌氧环境下产生大量CH4。研究表明，管渠污泥平均CH4产率可达0.13~2.09 g/(m2·d)[4]，由此造成的碳排放不容忽视。目前，管渠污泥的处理普遍采用多级筛分工艺，处理后的有机和无机筛渣多为填埋处置，有机筛渣填埋产生CH4是管渠污泥处理处置碳排放的主要来源。

1.3河湖底泥

河湖底泥是河流、湖泊中的泥沙、黏土和动植物残骸等经长时间物理化学和生物转化沉降于水体底部形成的沉积层。河湖底泥的VS通常为3%~15%，主要由腐殖质构成，还包括动植物腐败分解残留的蛋白质、脂肪、多糖等。这些有机质在缺氧环境下被微生物分解时会产生CH4，而在有氧条件下则主要产生CO2。因此，河湖底泥在自然状态下的碳排放取决于水体状态，受温度、水流速度、水体类型等因素影响，可占水体CH4排放的5%~20%[5,6]，黑臭水体的底泥碳排放往往也较高。河湖底泥经疏浚后，主流处理处置方式仍为脱水后填埋或弃土场处置。在运输、填埋或弃置过程中，有机质分解仍会产生CH4，长距离运输的能耗也是碳排放来源之一。

02.资源利用途径和技术选择

多源污泥处理处置过程中产生的碳排放主要包括以下几个方面：能源消耗和化学药剂使用导致的能量源碳排放、逸散性温室气体排放，以及资源回收和产物利用带来的碳补偿效应。当前，多源污泥处理处置的目标正朝着资源利用和能源回收的方向发展，通过技术创新实现能耗和物耗的降低、温室气体的有效控制和资源的高效替代已成为行业共识[7]。污泥中的有机质是能源资源禀赋的重要载体，有机质利用是污泥处理处置减碳增汇的重要途径。对于VS≥30%的污泥，如污水污泥，应优先通过能源化和资源化途径实现有机质的转化利用。对于VS<30%的污泥，如管渠污泥、河湖底泥，则宜优先考虑建材、工程利用，通过替代传统矿物资源降低碳排放。基于不同污泥的有机质含量可以选择适用的处理技术和利用途径，同时还要满足利用方式对污泥或处理产物环境和资源属性的要求，其技术路线如图1所示。

编辑：赵凡