我国城镇污泥处理处置产业化现状、发展及激励政策需求

随着我国经济发展过程中对环境保护意识的不断加强，城镇污水处理行业在过去的二十年里迅速发展，如我国城镇污水处理率从1998年的不足16.2%飙升至2017年底的95.0%，环境效益显著。在我国污水事业发展过程中，“重水轻泥”问题突出，对污泥处理处置设施的建设重视不够、投资不足，造成大量的城镇污泥未得到有效处置，污泥问题凸显;据统计，我国2018年上半年(1月~6月)城镇污泥年产量约为1800万吨(80%含水率)。

由于污水处理过程中约40%的污染物最终进入市政污泥，故我国较低的污泥处理处置率使得污泥的二次污染问题十分严峻。基于此，我国在《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》对污泥的处理处置提出了明确要求(到2020年底地级及以上城市污泥无害化处置率达到90%，其他城市达到75%)，结合国家生态文明建设和美丽中国建设的总体需求，特别是习总书记对“垃圾围城”、“雾霾频发”、“饮水不安全”、“土壤污染”、“黑臭河道”等环境问题的关注和总体部署，可以断定未来的五年之内我国城镇污泥处理处置工作将迅速推进，预计行业体量将达到千亿级。

在生态文明建设的重要关口，在巨大的行业/市场需求面前，我国污泥处理处置产业存在基础薄弱、技术创新不足、处理处置全流程设备智能控制低等问题，严重制约我国污泥产业发展。因此，在分析当前我国污泥处理处置产业发展的前提下，对未来市场需求进行分析;在此基础上提出政策导向，将无疑推动我国污泥处理处置产业化的长足发展。

1 污泥处理处置行业现状

1.1 污泥产量大、有效处置率低

据住房和城乡建设部“全国城镇污水处理管理信息系统”数据统计结果，2017年底我国已建成城镇污水处理厂5 192座，污水处理能力达1.93亿m3/日，为保障国家的污水减排目标实现和水环境改善，做出了巨大贡献。当前，我国污水处理厂每年产生的市政污泥已超过3 000万吨(含水率80%)，伴随污水处理量的增加剩余污泥也大量增加，污泥处理处置形势十分严峻。

我国目前污泥处理处置的方式主要包括污泥厌氧消化和好氧堆肥后的土地利用、焚烧、填埋、建材利用等。据住房和城乡建设部“城镇水务管理信息系统”统计，我国2018年上半年产生的1 800万吨市政污泥(含水率80%)中用于土地利用占26.5%，建材利用占14.4%，焚烧利用的占25.0%，卫生填埋的占24.1%，另有约9.3%的被其他方式综合处理。在上述处理处置的污泥中，采用露天堆放和外运的污泥部分未得到有效处置，在此过程中伴随着严重的重金属、有机污染物和细菌等有害物质的二次污染;采用卫生填埋处理的污泥虽然处理方法简单易行，但是污泥填埋占用大量土地资源，处理不当污泥的渗出液极易造成地下水污染。因此，无论从环境治理的迫切需要还是巨大的市场需求来谈，都要求我国污泥处理处置产业加快发展速度，以满足“美丽中国”建设下的环保需求和污染防治需求。

1.2 污泥处理处置工艺百花齐放，缺少引领工艺路线

我国常见的污泥处理技术包括传统厌氧消化、热水解+高含固厌氧消化结合、好氧堆肥、污泥焚烧、污泥热解气化处理技术、卫生填埋以及污泥水热干化等。

传统厌氧消化技术利用微生物厌氧条件将污泥中有机物转化为高值的甲烷等产品，且消化后的污泥可作为有机肥进行土地利用，从而实现污泥的减量化、无害化和资源化;青岛麦岛污水处理厂和大连夏家河等均采用该技术进行污泥处理，上述工艺运行稳定、环境和经济效益显著，但该技术易受污泥有机质含量的影响，且存在污泥消化时间较长、消化后污泥出路不畅等问题。其次关键设备和配套设施主要依靠进口，导致投资和运行费用偏高，这也导致该项技术在实际的工程应用大部分处于较差的运行状况。

热水解+厌氧消化技术利用高温高压蒸汽预处理技术破坏污泥中微生物细胞壁和细胞结构，使污泥中的胞外聚合物和大分子有机物发生裂解，在改善污泥的可生化降解性、降低污泥粘度和含水率的同时，能有效提升污泥厌氧消化效率，北京小红门污泥处理处置工程、长沙市污泥处理处置工程等均采用该技术;该技术依然存在以下主要问题：(1)设备操作复杂，运行维护费用高;(2)热水解消化液氨氮与COD浓度高且难处理;(3)热水解过程存在热量浪费等。

好氧堆肥技术利用微生物代谢作用，可将污泥中有机物转化为稳定的腐殖质，该技术在长春市污泥处理处置工程、秦皇岛污泥处理处置工程中得到了实际应用。该工艺具有自动化程度高、周期短、占地面积小等特点，但存在曝气量大、碳减排效果不突出、需要进行尾气除臭等问题。

污泥焚烧技术利用脱水后污泥具有一定热值的特点来处置污泥;由于我国市政污泥中有机质含量偏低，热值较低，一般与燃煤、生活垃圾等协同焚烧处理。如浙江嘉兴新嘉爱斯热电厂、富阳市污泥燃烧项目均采用该技术对污泥进行最终处置。该工艺对污泥处置彻底，但存在排放烟气、炉渣、飞灰以、噪声污染以及能耗高等问题;尽管污泥焚烧设备已经实现国产化，但设备和配套的烟气处理设施质量良莠不齐，运行状况较差。

污泥热解气化主要是在微正压、无氧或缺氧条件下将污泥加热，使污泥中的有机物等物质发生热裂解等反应，转化为热解油、可燃气体、生物炭等产物的过程，污泥的热解产物主要包括甲烷、一氧化碳、氢气、焦炭、焦油等。污泥热解气化具有反应彻底、二次产物少等优点。通常情况下，市政污泥中有机质热值偏低，故可通过优化调控进料C、H、O等元素的比例来全面提升污泥热解气化的经济性，如将污泥与其他原料混合后再进行热解气化。常见的污泥热解气化主要包括外热式固定床气化、微波热解、超临界气化等形式。

目前，我国污泥处理处置技术和工艺路线发展迅速，很多在工程实际中得以应用，但受限我国城镇污水厂运行处理水平、规模及城市建设发展的需求，我国污泥处理处置存在单元/组合工艺示范效果不佳、污泥处理工艺运行不当，及处理过程中的高能耗、高投资和二次污染等问题，导致未能形成具有引领污泥处理处置行业的工艺路线。

1.3 污泥处理设备良莠不齐、限制了污泥处理处置工程效能

随着我国污泥处理行业市场的增长，大量企业进军污泥设备制造行业。由于目前国内污泥设备行业发展不规范以及缺乏相关设备评价标准体系，导致目前国产污泥处理设备存在质量差、种类多、能耗高、缺乏国际竞争力、以及缺乏原始创新等问题，严重制约我国污泥处理处置行业发展。如当前污泥厌氧消化和厌氧发酵的处理处置设备、新兴的污泥干化焚烧设备主要依赖进口设备。与此同时，污泥设备制造领域缺乏行业领导企业，无法形成特色鲜明、创新能力强大和研发能力突出的污泥处理行业的龙头企业，在污泥处理处置等设备的研发方面与帕萨旺、LIPP、月岛、西门子以及威立雅等企业差距明显。因此，伴随着我国污泥处理市场的逐渐增长，污泥设备制造行业必须改革创新，形成具有核心竞争力的国际性企业。

1.4

污泥处理技术衔接不畅通、缺少成体系的设备清单污泥处理与污泥处置技术是相辅相成但又存在区别的过程。污泥处理是指对污泥进行无害化、稳定化和减量化的过程，一般包括污泥脱水、干化、热水解、消化和堆肥等。污泥的处置指污泥最终的消纳，一般包括卫生填埋、焚烧和土地利用等。当前，大部分团队在污泥处理处置的研究往往聚焦污泥处理或处置单元的单个技术，注重单个技术的开发研究而忽略该技术在整个污泥处理处置过程的功能作用，技术单元的之间的协调衔接不畅通;另外，将不同的单元处理技术进行集成化应用过程中，存在单体的运行效率与整体的效率提升不对称，缺少成体系的优化方案。污泥处理设备是污泥处理处置效率的重要保障，污泥处理设备设计研发时，研发者从设备的出厂考核指标出发，注重单个设备的性能开发，忽略单个设备在整体中的作用，往往导致整个污泥处理处置效率的降低。

2 行业发展需求分析

2.1 以服务生态文明和美丽中国建设的污泥处理处置总体布局

为导向环境保护事关人民群众切身利益，事关全面建成小康社会，污泥作为污水生物处理过程中的副产物，其能否得到有效处置关乎污水处理的成效。自十八大以来，“生态文明”建设被纳入国家“五位一体”中国特色社会主义总体布局，环境保护得到了前所未有的重视;在十九大中，习近平总书记更是指出“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计”。在建设美丽中国的大背景下，应将服务生态文明建设的污泥处理处置总体布局作为污泥处理处置行业革新的导向，全面落实《水污染防治行动计划》(水十条)中提出的“污水处理设施产生的污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置，禁止处理处置不达标的污泥进入耕地。非法污泥堆放点一律予以取缔。现有污泥处理处置设施应于2017年底前基本完成达标改造，地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上”的总体要求。因此，我们有必要将污泥的安全处置与习近平总书记强调要解决的“垃圾围城”等环境民生问题有效衔接，做好污泥的有效收运和集中处理，探索城镇污泥的跨境(界)运输及处置支路，结合生态文明建设新理念，探索污泥处理处置的新方向。

2.2 以面向污泥处理处置单元/组合技术升级换代的探索为前提

我国污泥具有有机质含量低、含砂量高等特征，对污泥实际处理处置过程产生了一系列明显影响。因此，在实际污泥处理处置过程中，需结合我国污泥泥质特征，提出单元技术和组合技术的全面革新。如在污泥厌氧消化时，采用碱预处理技术、化学氧化预处理技术、高压喷射预处理技术、生物强化技术、以及微波预处理技术等，通过对微生物细胞壁破坏和降解，提高有机物的降解和产气量;而好氧发酵过程中通过污泥与填料进行充分混合、搅碎以及控制含水率、C/N比等预处理手段，促进好氧发酵的进行。因此，根据污泥处理技术的需要，结合相对应的预处理技术，并探索预处理技术与污泥厌氧消化、污泥好氧堆肥等处理技术的组合应用，优化技术参数，使这些富有潜力的技术应用于工程实际中。另外，在传统的工艺中，常将污泥的浓缩脱水两道工艺分开，导致整个工艺的基建费用大、管理复杂、污泥易流失等问题的出现，针对上述问题，可将近期研发的污泥浓缩脱水一体化设备用于污泥的浓缩脱水，在提高系统效率的同时，降低整套处理设施的占地面积;在此基础上，提出污泥浓缩脱水新技术与现有污泥处理处置工艺匹配的工艺技术路线，提高多元化的污泥泥饼安全处置之路。在污泥焚烧方面，针对我国污泥有机质低、热值较低的实际问题，开发污泥与煤混烧发电技术、污泥与生活垃圾的发电技术以及利用工业锅炉的协同处理污泥技术的污泥焚烧技术。

2.3 以实现污泥处理处置终端产物的产品/商品化为动力

以解决污泥处理处置终端产物产品/商品化的“临门一脚”问题为出发点，在传统污泥处理处置要求无害化、减量化、资源化、稳定化的基础上，加入“产品化”。当前，污泥处理处置行业发展缓慢，除了技术问题之外，处理处置后污泥的最终出路是限制行业良性发展的主要问题。只有做到处理处置后污泥处的产品化，才能更有效的引入市场资本，降低污泥处理处置对政府补贴的过度依赖;才能真正激活我国污泥处理处置的潜力，实现我国污泥处理处置的可持续发展。另外，污泥中除了有毒有害的重金属、病原体、病虫卵及其他污染物外，还含有大量的有机物、氮、磷等高值物质，因此可通过技术创新打通污泥处理处置副产物的产品化之路。如经重金属有效控制的生化污水产生的污泥，经厌氧消化、好氧发酵后可实现污泥的土地化利用，实现污泥中有机碳的高效还田;厌氧消化过程产生的生物沼气经提纯后可并网销售，实现价值增值。污泥中的无机物含量较高，日本、德国等国家将其作为建材生产材料加以再生利用。针对污泥中含有大量的磷元素，加拿大的Ostara公司通过PearlR Process技术、荷兰的SNB公司通过铝盐沉淀技术从污泥焚烧飞灰中回收磷资源，获得了大量的高值产品。荷兰的Zutphen污水处理厂、Geestmerambacht污水处理厂、Bath污水处理厂从污泥中分别成功提取海藻酸盐胞外聚合物EPS、纤维素和羟基脂肪酸酯(PHA)，实现了污水处理厂向“资源回收工厂”的根本转变。总之，在污泥处理处置方面，我们可以充分借鉴国外相关经验，转变我国传统的污泥处置方式，以最终的产品化为导向，通过源头减排和末端控制，保障污泥的出路，并实现污泥处理处置过程的提质增效。然后通过污泥产品的经销反哺污泥技术开发，促进污泥行业的良性发展。