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

3.2上下游协同

污水污泥、管渠污泥都来源于排水系统，污泥的碳减排需要和上游排水系统协同考虑。以污水污泥为例，污水的水质、污水处理工艺和处理效果决定了污泥泥质，污泥处理处置的工艺选择、能耗物耗和碳排放与污水系统密切相关。我国污泥的有机质含量显著低于发达国家，污泥泥质的改善对于污泥处理处置和整个排水系统的碳减排均具有重要意义。污泥的提质始于污水的提质，污泥处理处置的碳减排应和污水系统整体优化相结合，通过科学管理和技术改进实现协同降碳

3.2.1科学取消化粪池

化粪池可以将生活污水分格沉淀，但同时也会截留碳源，并通过厌氧过程产生大量CH4。根据第七次全国人口普查，我国城镇人口为90199万人，人均BOD产生量按50 g/(人·d)计，化粪池设置比例若为0.5，化粪池对BOD的去除率取60%[29]。根据IPCC计算公式计算得到我国城镇化粪池CH4年排放当量约为2778万t/a(以CO2计，下同)，接近全国污水处理厂碳排总量3246万t/a。化粪池减少了进入后续处理单元的富含有机质的悬浮固体量，从而影响后续污水处理系统产生的污泥性质。结合雨污混接改造、分流制改造科学取消化粪池，不仅可以改善污水浓度和C/N值、降低碳排放，还有利于改善污泥泥质，将原本在化粪池无序转化未能利用的有机质部分转移到污泥中，提高污泥的资源利用价值，同时降低因CH4散逸和污泥处理产生的碳排放。

3.2.2提升除砂性能

我国城镇污水处理厂进水普遍存在无机悬浮固体浓度高的现象，尤其是在南方地区，进水浓度低、碳源不足的问题导致许多污水处理厂取消了初沉池，无机颗粒去除的压力都集中在沉砂段，沉砂池的效果将对污水处理厂的正常运行和污泥泥质产生较大影响。一方面，我国污水进水中颗粒物粒径分布有别于发达国家。美国大部分地区污水处理厂进水中>200 μm的砂粒占50%以上 [30,31]，对我国南方某城市7座污水处理厂的调研显示，进水颗粒物中粒径>200 μm的占比<15%，沉砂池对进水颗粒物的去除率仅为5%~13%[32]，除砂效果远低于预期。另一方面，对污水处理厂除砂单元运行和设计的重视有待提升。通过优化沉砂池的停留时间、曝气量、流态等参数，可以提高无机颗粒的去除率。随着微细颗粒分离技术的发展，探索在进水端选择合适的技术分离进水中的粉砂，不仅对于提升污泥有机质水平具有重要意义，还有利于延长污水处理系统的设备使用寿命、提高运行稳定性，具有污水污泥协同提质、增效和减碳效益。

3.2.3优化污水处理工艺

污水处理工艺的选择和运行与污泥产量和泥质密切相关[33]，由于我国存在多个污水处理厂产生的污泥集中在独立设施处理的情况，污水处理和污泥处理往往具有各自独立的物理边界和管理边界，造成污水处理的设计、运行常常只考虑水质和需要处置的泥量，不关心泥质和后续污泥处理处置。污水处理工艺的选择和运行不应与污泥处理处置割裂，两者需协同考虑。奥地利因斯布鲁克市的斯特拉斯(Strass)污水处理厂以主流AB法和侧流厌氧氨氧化工艺相结合的方式使剩余污泥产量最大化，且污水中的有机质资源充分富集在污泥中，再通过污泥厌氧消化和热电联产，早在2005年其产能与耗能比值已达到108%[34]。对于现有污水处理厂，采用精细化智能管控，优化曝气和药剂投加，避免污泥内源代谢、过量加药，也有利于提升污泥的有机质含量和品质，达到污水与污泥协同节能降耗和减碳目的。

3.3跨行业协同

实现双碳目标是全社会共同的责任，需要各行各业的通力合作。这一目标的达成不应局限于单一行业的努力，而是需要跨行业之间的紧密协作和支持。每个行业在追求自身减排目标的同时，也应积极探索和其他行业协同减碳的机会。跨界协同不但为解决本行业问题提供新的解决思路，而且有助于加速整个社会向低碳转型的步伐，对于我国全面实现双碳目标具有重要意义。

污泥资源利用是排水行业和其他行业协同减碳的重要切入点。前文提到的污泥和其他物料协同厌氧消化、建材利用等均是排水行业和其他行业协同减碳的成功实践。近年来，我们开始以更开放和创新的态度探索新的资源化和协同减碳路径，充分挖掘污泥中的优质资源，并形成更具竞争力的跨行业产品，使环保行业在推动绿色低碳发展中发挥更积极的作用。

污泥作为污水处理产物，是微生物残体的聚集体，含有丰富的有机质、营养元素、肠道菌群及其代谢产物。热碱处理可以从污泥中高效溶出超过50%的氮元素，并保持高比例的有机氮形态，同时增加氨基酸、腐殖酸、植物原生激素等植物生长促进物质的产量[35]。研究表明，这种处理后的液相产物中的重金属含量符合肥料标准，并能促进作物生长，改善土壤微生物群落结构，提高土壤化肥的转化效率[36,37]。使用该技术处理的液相产物进行水稻种植时不减产，且无需使用农药，并可减少30%的化肥使用量。昭通市第二污水处理厂应用此技术处理污泥，其产物已成功用于多种农作物种植，替代部分化肥和农药，提升了作物品质。处理后的泥饼可用于烟草种植、矿山修复和制备吸附性板材。每吨含水率80%的污泥经热碱处理后资源利用的全链条碳排放为负值(-326~-253 kg，以CO2计)，通过污泥的跨行业资源利用，实现了传统人类粪便资源与农田循环的闭环。由于大幅度减少土壤化肥和农药残留，这一技术从根本上削减了农业面源污染，促进排水行业和农业的协同减污降碳。

04. 展 望

随着全球对气候变化的关注日益增强，污泥处理处置领域的技术选择将更加重视节能降耗和资源利用，对于污水污泥，应优先采用能源化和资源化途径，如高含固、协同厌氧消化，提高产气率、降低CH4散逸等排放。土地利用受限时，积极采用热解碳化工艺，采用焚烧工艺时应重视低品位余热的回收利用。对于管渠污泥和河湖底泥，重点在于去除杂质后无机颗粒的建材、工程利用，充分利用无机质替代天然黏土，减少自然资源开采，并尽量减少长距离运输带来的碳排放。

污泥处理处置的减碳策略将在系统思维的指导下得到进一步深化和发展，更加注重系统性和协同性。未来将不仅聚焦于单一环节的技术创新和优化，还将强化全链条协同、跨行业合作，促进上下游产业链的协同发展。通过综合运用高效节能技术、拓展污泥和其他物料的协同利用途径、优化上下游的协同管理、以及探索跨行业的协同减碳机会，有望在更广泛的范围内实现更深层次的碳减排效益。

编辑：赵凡