本文看點
➤ 國內污泥處理處置形勢
➤ 污泥處理處置目標
➤ 污泥處理處置技術現狀
➤ 污泥處理處置的發展方向
重水輕泥——我國污泥產量大、污泥處理處置形勢嚴峻
數據
➢污水廠數量 (2017)：3900座，污水處理能力：1.8億m3/d
➢目前污泥年產量：>4000萬噸，預計2020年產泥量：6000萬噸
l 污泥處理處置投資占總投資的30%、運行占總運行費用的50%以上；
➢ 污泥中含原水30-50%有機物、30-50%TN、95%TP；含重金屬、病原菌、持久性有機物；
污水提標改造，污水消毒、四類水、再生水等快速推進，而污泥問題卻沒有得到解決；
污泥是污水處理中的“世界難題”，污泥處理處置現狀與我國污水處理差距甚大，遠遠落后發達國家，與我國大國地位及生態文明建設不相符；
新一輪環保督查中，污泥問題依然十分突出。
1、污泥處理處置標準粗放、落地困難、差距大
污泥處理處置的各類標準
由上圖可見，污泥處理處置標準繁多，但和實際需求相比，到底污泥要處理到什么水平？哪種標準才真正符合要求？其實，標準繁多，有時會導致無法考核監管。
2、處置決定處理，污泥處置出路不清晰
（1）土地利用
水十條：禁止處理處置不達標的污泥進入耕地污泥土地利用標準（食物鏈和非食物鏈）單元技術的銜接，環境經濟效益全生命周期評估。
缺點及弊端：污泥無處可去。
（2）焚燒/填埋/建材
處理單元技術的銜接，減量化技術應用，實現焚燒量最低，新技術開發。
缺點及弊端：公眾接受度低，成本太高。
（3）填埋
我國現有填埋場將滿負荷運行臨時過渡性的技術路線不符合未來發展趨勢。、
缺點及弊端：無地可埋。
針對污泥處理處置標準粗放、考核監管不明確、出路不清晰等現狀及弊端，“水十條”中提出穩定化、無害化和資源化的污泥處理處置目標。
污水處理設施產生的污泥應進行穩定化、無害化和資源化處理處置。
——“水十條”
技術
1、科技創新的必要性
污泥中富含有機物和營養物質，隨著污水資源化研究的深入，污泥資源化領域的研究已成為全球研究熱點。
我國城市污泥量大，質差，在世界范圍內十分罕見；國外既有污泥處理處置理論和技術無法切實解決當前面臨的特殊困境，迫切需要通過科技創新，形成我國污泥綠色低碳安全的理論體系和系統性解決方案。
污泥的資源化
能源、資源短缺、全球氣候變化、糧食安全、土壤礦化，全球磷資源的短缺等現實問題，污泥資源化也越來越受到重視，污泥資源化能源化符合目前科技發展水平。
國外發達國家成功經驗，回收污水運行能耗50-60%、污泥氮、磷回收，可替代一部分氮、磷肥需求，污泥有機質土壤改良。
2、科學問題、目標導向
問題：
➢ 污泥水分的去除；
➢污泥中“污染物”資源化；
➢ 污泥難降解污染物去除與穩定；
➢ 污泥產物的環境行為及交互屬性。
目標導向：
➢污泥水的結合賦存形態；
➢污泥水的高效去除原理及方法；
➢ “污染物”存在形態；
➢ 生物反應過程物質遷移轉化及微生物調控機制；
➢ 物理化學過程物質轉化原理；
➢污泥復雜體系多級多相/分質分相資源回收方法；
➢ 重金屬、微塑料、持久性有機物賦存及轉化機制；
➢ 污泥產物環境行為與交互屬性；
➢污泥處理處置風險評估與碳排放基準；
➢ 污泥殘渣制備功能材料原理。
3、污泥處理技術創新核心：穩定化、減量化
污泥處理技術路線多樣化、穩定化、減量化是共性工藝
4、污泥含水率高是污泥處理的瓶頸
污泥濃縮：含水率從99%下降到95%，體積將減少200公斤；
污泥脫水：含水率從95%下降到80%，體積將減少到50公斤；
污泥深度脫水：可將含水率降低到60%，體積減少到25公斤；
污泥干化：含水率降至40%以下體積降至17公斤；
污泥焚燒：分解有機物，灰渣。
核心：污泥減量與改性。
1、污泥穩定化與減量化的技術和發展方向
污泥厭氧消化是污泥處理技術，是較經濟的污泥減量化穩定化資源化技術，與末端污泥焚燒是互補關系。
2、污泥厭氧消化技術研究熱點
➢ 有機質轉化效率較低（max. 50%）、停留時間較長（18d)、沼氣產率0.8-1.0、甲烷含量65%；
➢ 微生物定向調控機制？微量污染物的賦存形態及遷移轉化？
➢ 沼渣（原污泥量的20-50%）的最終出路？
➢ 沼液單獨處理達標排放成本較高？植物激素？富里酸生成機制與調控？
3、技術瓶頸與發展方向
識別污泥有機質賦存形態及其與厭氧生物轉化的聯系；
揭示微生物間電子傳遞機制與調控種群互營代謝；
開發污泥高效厭氧消化新技術及闡明物質流特征。
4、轉化機制與強化策略
（1）污泥有機質厭氧生物轉化屏障-污泥結構特征
（Dai et al. Water Res. 2017, 115: 220-228; Xu et al. Water Res. 2017, 126: 329-341; Duan et al. Water Sci. Technol. 2016, 74: 2152-2161）
微米級砂粒和有機結合態金屬改變了污泥胞外有機質的空間構象，限制了污泥生物轉化潛勢。
（2）污泥有機質厭氧生物轉化-微生物種間DIET
（Shawn et al., Nature. 2015, 526: 531-535; Summers et al., Science. 2010, 330: 1413-1415; Morita et al., Mbio. 2011, 2: 1-8; Rotaru et al., Energ. Environ. Sci, 2014, 7: 408-415. ）
微生物種間電子交換新機制：DIET，引入導電材料強化微生物種間的DIET
5、消化副產物回收利用
（1）高含固污泥厭氧消化沼渣制備碳基光/電催化材料
➢ 污泥前體向高活性光/電催化劑的控制轉化，是一種高附加值資源化利用途徑；
➢ 利用沼渣制備合成高效、穩定的多相催化劑；
➢ 高催化速率。
➢ 鐵催化位點與污泥中二氧化硅結合；
➢污泥中重金屬作為可見光活性基團；
➢ 優越的可見光Fenton活性。
（Yuan et al. Chinese J. Catal. 2016, 37: 735-742; Yuan et al. Environmental Science: Nano 2017, 4:17-26）
（2）高含固污泥厭氧消化沼渣穩定化機制研究
沼渣胡敏酸芳香結構重聚顯著，高含固厭氧消化過程有機質趨于穩定；
沼渣胡敏酸芳構重聚意味著芳香位點增加，通過控制植物毒性物質分布影響發芽指數。
6、污泥/有機質高效協同厭氧消化
協同消化優勢的機理：平衡對于厭氧消化比較重要的物料參數，如常量微量元素、營養物質、C/N、pH、可降解有機質比例、抑制性物質、甲烷含量的調控、傳質影響機理等。
生物質廢棄物協同厭氧消化技術
7、污泥及生物質廢棄物資源化研究熱點
（1）能源和營養物質回收
➢ 作為污水除磷脫氮的補充碳源：總氮和磷去除率平均提高約30%(Xiang Li et al., 2011)；
➢ 產甲烷：1g COD~0.35m3甲烷，即12530kJ/g COD (Daigger, 2009)；
➢ 產氫：最大能達到0.27 l H2/g COD (Prasertsan et al., 2008)；
➢ 制PHA：轉換效率高達36.9% mg C/mg C (Takabatake et al., 2002; Yan et al. 2006)；
➢ 微生物燃料電池（MFC）：理論上1kg COD能轉化成4 kWh電能 (Halim, 2012)；
➢ 生物柴油：美國污水廠每年可產生大約1.4×106 m3的生物柴油，相當于全美柴油需求量的1% (Dufreche et al., 2007)；
➢ 熱解/水熱制生物碳土：碳減排12% (Woolf et al., 2010)；
➢ 提取蛋白：蛋白最大化回收80-90% (Chishti et al., 1992; Hwang et al., 2008)；
➢ 制氮肥：干污泥中N含量3-4% 多為有機氮(US, EPA), 若污水中的氮全部利用，可占氮肥產量的30% (WERF, 2011)；
➢ 制磷肥：美國：干污泥中含P2-3%，1t干污泥含的P價值7美元(Jordan, 2011)；日本：將污水中的磷（每年5萬噸）回收可解決磷礦進口的20%。
（2）金屬提取
➢ 提取Ag, Cu, Au等：美國估算，1t干污泥含價值480美元的Ag, Cu, Au, Pt等13種主要金屬(Jordan Peccia, 2011)，1噸污泥焚燒灰含Au,,Ag約2kg(Cornwall,2015)。
（3）材料化轉化
➢ 制吸附材料：污泥富含C,Si和有機物，通過物理、化學活化或熱解等可制成多孔吸附材料，KOH活化法效果較好，產品比表面積>1800m2/g(Smith, 2009)；
➢ 制催化材料：污泥中的金屬，SiO2和有機固體使之具備制成金屬摻雜的多孔催化材料的優勢。現已證實可通過易操作的物理化學方法以污泥制負載TiO2可見光光催化材料，負載鐵多相光Fenton催化材料等(Yuan,2014,2015)；
➢ 制儲能材料：污泥經過熱解碳化后能得到具有N，S，Fe共摻雜的活性碳材料，該碳材料具有優越的儲能和電化學性能(Yuan, 2015), 但離商業化還有距離。
結語
● 我國環境容量缺乏，污泥量大，污泥泥質差，污泥問題十分嚴峻；
● 相比污水處理（提標、四類水等），污泥處理處置的投入和重視程度嚴重滯后，污水處理任務沒有完成；
● 處置決定處理，處置途徑不暢是我國污泥處理處置的關鍵問題；
● 觀念、理念的轉變是解決污泥問題的核心；
● 污泥的泥質、泥量隨著管網提質會有所改變，永久性措施需慎重考慮；
● 面臨氣候變化，能源資源短缺等問題，“資源循環、綠色、健康”的未來技術創新的重點，污水污泥中“污染物”資源化回收利用是未來發展趨勢。
