WATER8848: 戴曉虎：低碳處理與資源利用驅(qū)動(dòng)的污泥技術(shù)創(chuàng)新路徑

一、‌技術(shù)邏輯重構(gòu)：污泥雙重屬性的協(xié)同轉(zhuǎn)化‌

1. ‌“污染物”與“資源”屬性統(tǒng)籌‌
   污泥作為污水處理副產(chǎn)物，其污染屬性要求無(wú)害化處理，而資源屬性則需挖掘有機(jī)質(zhì)、磷等成分的再利用價(jià)值。戴曉虎強(qiáng)調(diào)需建立基于泥質(zhì)特征的差異化處理方案，通過(guò)碳磷回收等技術(shù)實(shí)現(xiàn)污染治理與資源提取的協(xié)同增效13。

2. ‌低碳技術(shù)迭代方向‌
   污泥處理技術(shù)需向低能耗、高資源化率轉(zhuǎn)型，例如采用厭氧消化產(chǎn)沼氣技術(shù)替代傳統(tǒng)填埋，可降低碳排放強(qiáng)度30%以上47。戴曉虎團(tuán)隊(duì)提出“熱解氣化-生物炭土壤改良”技術(shù)鏈，實(shí)現(xiàn)碳封存與土壤修復(fù)雙重效益68。

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二、‌技術(shù)創(chuàng)新突破點(diǎn)‌

1. ‌全鏈條技術(shù)集成‌
   針對(duì)污泥處理中的高含水率、易腐特征，需整合“源頭減量-智能分選-高效轉(zhuǎn)化”全流程技術(shù)，如膜濃縮脫水系統(tǒng)可將含水率從80%降至60%，降低后續(xù)處理能耗48。

2. ‌跨領(lǐng)域技術(shù)融合‌
   引入第三代半導(dǎo)體材料改進(jìn)監(jiān)測(cè)設(shè)備靈敏度，結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建污泥處理全生命周期碳足跡追溯體系，提升監(jiān)管精準(zhǔn)度16。

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三、‌產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐與挑戰(zhàn)‌

1. ‌現(xiàn)有技術(shù)瓶頸‌
   我國(guó)污泥處理設(shè)施建設(shè)滯后，約40%污泥仍采用簡(jiǎn)易填埋，導(dǎo)致溫室氣體泄漏風(fēng)險(xiǎn)。戴曉虎指出需突破脫水效率低、資源化產(chǎn)品附加值不足等核心問(wèn)題15。

2. ‌典型案例示范‌
   深圳污泥處理項(xiàng)目采用“熱水解+厭氧消化”工藝，沼氣發(fā)電量達(dá)1.2億千瓦時(shí)/年，碳減排量相當(dāng)于種植6萬(wàn)公頃森林17。

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四、‌政策與市場(chǎng)雙輪驅(qū)動(dòng)‌

1. ‌標(biāo)準(zhǔn)體系完善‌
   需建立污泥處理碳核算標(biāo)準(zhǔn)，將碳排放強(qiáng)度納入環(huán)保督察指標(biāo)，推動(dòng)企業(yè)采用《水污染防治領(lǐng)域減污降碳協(xié)同技術(shù)指南》68。

2. ‌綠色金融賦能‌
   通過(guò)碳賬戶關(guān)聯(lián)貸款利率，對(duì)采用膜法水處理等低碳技術(shù)的企業(yè)給予20%利率補(bǔ)貼，引導(dǎo)資本流向污泥資源化項(xiàng)目37。

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未來(lái)趨勢(shì)

戴曉虎預(yù)測(cè)，污泥處理將形成‌“無(wú)害化筑基-資源化增值-低碳化引領(lǐng)”‌的三階段發(fā)展路徑。到2030年，污泥資源化率有望突破70%，通過(guò)磷回收技術(shù)可替代30%的磷礦進(jìn)口需求34。技術(shù)創(chuàng)新需聚焦負(fù)碳工藝開(kāi)發(fā)，如藻菌共生系統(tǒng)同步實(shí)現(xiàn)碳固定與污泥減量，推動(dòng)污水處理行業(yè)從“成本中心”向“價(jià)值中心”轉(zhuǎn)型78。

戴曉虎：低碳處理為目標(biāo)，資源利用為導(dǎo)向，驅(qū)動(dòng)未來(lái)污泥技術(shù)創(chuàng)新

污泥是城鎮(zhèn)污水處理的副產(chǎn)物，它具有“污染物”和“資源”的雙重屬性。根據(jù)污泥來(lái)源、產(chǎn)量和泥質(zhì)特征，統(tǒng)籌確定污泥低碳處理處置方案，以資源利用為導(dǎo)向，合理選擇污泥處理處置技術(shù)，是推動(dòng)污泥低碳處理和資源化利用，推動(dòng)水污染防治領(lǐng)域減污降碳協(xié)同增效的關(guān)鍵舉措。

“如果污泥沒(méi)有得到有效處理，不僅會(huì)造成嚴(yán)重環(huán)境污染與資源浪費(fèi)，污水處理設(shè)施效益也將大打折扣。”這是污泥聯(lián)盟理事長(zhǎng)、同濟(jì)大學(xué)戴曉虎教授于7月20日在深圳舉行的污泥處理處置產(chǎn)業(yè)鏈座談會(huì)上所做的闡述。

污泥處理處置產(chǎn)業(yè)鏈座談會(huì)邀請(qǐng)了多位行業(yè)內(nèi)權(quán)威專家、學(xué)者、企業(yè)代表及污泥運(yùn)行管理負(fù)責(zé)人參加，圍繞“堅(jiān)持系統(tǒng)思維科學(xué)處理，推進(jìn)污泥處理處置全產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展”為主題開(kāi)展了專題匯報(bào)與交流，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新。

會(huì)上，戴曉虎從污泥無(wú)害化處理和資源化利用的現(xiàn)狀、新要求、研究進(jìn)展三方面進(jìn)行了詳細(xì)論述。

 

 

污水成效顯著，污泥短板嚴(yán)重

戴曉虎首先從污泥處理的重要意義入手，介紹了污泥無(wú)害化處理和資源化利用現(xiàn)狀。

他指出，近年來(lái)，我國(guó)城鎮(zhèn)污水收集處理能力顯著提升，但污泥處理設(shè)施建設(shè)總體仍顯滯后，短板嚴(yán)重，是世界唯一沒(méi)有“泥水”統(tǒng)籌的國(guó)家，污泥資源化利用水平仍需增強(qiáng)。 

戴曉虎強(qiáng)調(diào)，污泥作為污水處理的過(guò)程產(chǎn)物，富集了污水中50%的污染物質(zhì)，如果污泥沒(méi)有得到有效的處理，將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染與資源浪費(fèi)，污水處理設(shè)施的減排效益將大打折扣。

中國(guó)污泥無(wú)害化與資源化，經(jīng)歷了從無(wú)到有、由點(diǎn)到線、由線到面的發(fā)展歷程。2022年，《污泥無(wú)害化處理和資源化利用實(shí)施方案》出臺(tái)，污泥無(wú)害化處理和資源化利用工作站在了新的起點(diǎn)。無(wú)害化為目標(biāo)、資源化為手段，減污降碳協(xié)同推進(jìn)、溫室氣體降低排放、資源高效回收利用，污泥無(wú)害化處理和資源化利用向著“綠色、低碳、健康”方向發(fā)展。 

戴曉虎介紹，目前，我國(guó)污泥處理處置形成了4條主流技術(shù)路線： 

（1）厭氧消化+土地利用；

（2）好氧發(fā)酵+土地利用；

（3）干化焚燒+灰渣填埋/建材利用；

（4）深度脫水+應(yīng)急填埋。

 

 

“碳污雙指標(biāo)”驅(qū)動(dòng)未來(lái)污泥技術(shù)創(chuàng)新

戴曉虎指出，污泥具有污染和資源雙重屬性，且具有復(fù)雜特性，這給污泥無(wú)害化處理和資源化利用工作提出了新要求。

雙重屬性：污泥既是一種污染物，含有重金屬、病原體和新興污染物；同時(shí)污泥也是一種可以利用的資源，其含有的碳是寶貴的生物質(zhì)能源，氮可回收做氮肥，磷可作為重要的戰(zhàn)略性資源。

復(fù)雜特性：是指污泥具有多介質(zhì)（固-液-氣三相），多組分、易腐�。�類蛋白、類多糖、類脂質(zhì)、無(wú)機(jī)物質(zhì)、惰性物質(zhì)、水分），有毒有害物質(zhì)（重金屬、病原微生物、持久性有機(jī)物），多重交互作用（易腐-惰性有機(jī)分子交聯(lián)超分子結(jié)構(gòu)）的性質(zhì)。 

基于此，一系列政策出臺(tái)，加快實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)生活方式綠色變革，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展建立在資源高效利用和綠色低碳發(fā)展。 

2021年。國(guó)務(wù)院發(fā)布《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》，循環(huán)經(jīng)濟(jì)助力降碳行動(dòng)，提出加強(qiáng)大宗固廢綜合利用，健全資源循環(huán)利用體系，大力推進(jìn)生活垃圾減量化資源化。

2023年，《甲烷排放控制行動(dòng)方案》出臺(tái)，這是首份對(duì)甲烷排放控制進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)的政策性文件�！斗桨浮诽岢黾訌�(qiáng)垃圾和污水處理甲烷排放控制，推進(jìn)垃圾處理甲烷排放控制，加強(qiáng)污水處理領(lǐng)域甲烷收集利用；推進(jìn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域甲烷排放控制，推進(jìn)畜禽糞污資源化利用，科學(xué)控制腸道發(fā)酵甲烷排放，有序推進(jìn)稻田甲烷排放控制。 

2022年，國(guó)家發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合印發(fā)《污泥無(wú)害化處理和資源化利用實(shí)施方案》，這是與污泥無(wú)害化處理和資源化利用直接相關(guān)的政策方針，直指污泥這一城市環(huán)境治理領(lǐng)域的“老大難”問(wèn)題，明確了“十四五”時(shí)期我國(guó)污泥無(wú)害化處理和資源化利用的基本原則、主要目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)和保障措施。《實(shí)施方案》堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向、注重系統(tǒng)施策，將打開(kāi)污泥治理新局面。 

《實(shí)施方案》提出到目標(biāo)：2025年，城市污泥無(wú)害化處置率達(dá)到90%以上，地級(jí)及以上城市達(dá)到95%以上�！秾�(shí)施方案》指出，提升設(shè)施效能，評(píng)估現(xiàn)有工程設(shè)施；建立健全設(shè)施普查建檔制度；優(yōu)化現(xiàn)有處理設(shè)施；補(bǔ)齊設(shè)施缺口，優(yōu)化管網(wǎng)配置，建設(shè)集中處理設(shè)施，提高設(shè)施綜合效益；強(qiáng)化管理措施，因地制宜選擇處理方式，積極推廣污泥土地利用，合理減壓填埋規(guī)模，有序推進(jìn)污泥焚燒，加大推廣污泥能量物質(zhì)回收利用。 

《實(shí)施方案》還提出主要措施：

1、因地制宜選擇處理方式，遵循“綠色、循環(huán)、低碳、生態(tài)”理念，合理化技術(shù)路線，因地制宜合理選擇污泥處理處置全鏈條技術(shù)路線； 

2、鼓勵(lì)土地利用，源頭控制污泥品質(zhì)，提升污泥穩(wěn)定化和衛(wèi)生化水平，鼓勵(lì)處理后污泥用于土地利用；

3、壓減衛(wèi)生填埋，推廣衛(wèi)生填埋處置，鼓勵(lì)采用資源化利用等替代方案限制污泥填埋處理，合理壓減填埋規(guī)模；

4、有序推進(jìn)焚燒，有序推進(jìn)污泥單獨(dú)焚燒，對(duì)于具備協(xié)同焚燒條件的地區(qū)采用協(xié)同焚燒的方式，發(fā)揮協(xié)同效益；

5、加強(qiáng)能量、物質(zhì)回收利用，加大推廣污泥能量和物質(zhì)回收利用，積極鼓勵(lì)污泥綠色固液分離、高效厭氧/好氧、高參數(shù)焚燒等資源化新技術(shù)的開(kāi)發(fā)。

戴曉虎強(qiáng)調(diào)，污泥處理處置傳統(tǒng)技術(shù)路線有種種弊端，生物轉(zhuǎn)化效率低、深度脫水能耗高、氮磷資源浪費(fèi)、填埋高碳排放，這些都是低碳背景下需要解決的瓶頸和難題。在“碳污雙指標(biāo)” 的驅(qū)動(dòng)之下，污泥處理處置技術(shù)需高效回收生物質(zhì)能、需低耗固液分離技術(shù)、需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)資源回收、需提升資源化處置水平，因此，污泥無(wú)害化處理和資源化利用的新要求將推動(dòng)污泥技術(shù)的創(chuàng)新和進(jìn)步。

 

 

圍繞污泥全鏈條處理處置與資源化持續(xù)攻關(guān)

同濟(jì)大學(xué)戴曉虎教授團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜的“污泥全鏈條處理處置與資源化關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用”曾獲評(píng)2021年度中國(guó)生態(tài)環(huán)境十大科技進(jìn)展。多年來(lái)，團(tuán)隊(duì)圍繞污泥全鏈條處理處置與資源化深耕細(xì)作，基于厭氧消化、固液分離、熱解炭化、生物自養(yǎng)脫氮、氮磷資源回收、生物基燃料等工藝原理及處置方式，開(kāi)展了一系列研究工作。

 

 

1、厭氧消化：提出污泥高級(jí)厭氧調(diào)控理論方法

團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)污泥復(fù)雜結(jié)構(gòu)解析，揭示了污泥生物抗降解機(jī)制，突破了重構(gòu)固液界面、誘導(dǎo)電子-質(zhì)子傳遞新原理，率先提出了污泥高含固厭氧消化理論，創(chuàng)建了污泥高級(jí)厭氧消化增效調(diào)控理論體系。

 

 

2、厭氧消化：攻克污泥高含固/協(xié)同厭氧消化技術(shù) 

這一技術(shù)揭示了污泥假塑性流體特性，構(gòu)建了高含固污泥流變本構(gòu)方程，提出了高含固厭氧消化理論，突破了高含固抑制反饋調(diào)控方法，實(shí)現(xiàn)高含固厭氧工程推廣應(yīng)用，高含固厭氧消化有機(jī)負(fù)荷提高2-4倍，反應(yīng)器容積為傳統(tǒng)厭氧消化的1/3，現(xiàn)已成為主流技術(shù)。  

 

 

3、固液分離：拓展了污泥水分分型理論 

通過(guò)建立基于水分分型的梯級(jí)脫水模型方法，發(fā)現(xiàn)結(jié)合水的空間位阻和界面親和是污泥水-固分離關(guān)鍵礙阻因子，突破了污泥水-固微尺度賦存狀態(tài)的原位可視化、無(wú)損定量化瓶頸。

 

 

4、固液分離：基于液相極性調(diào)控的水-固分離新方法 

基于液限極性調(diào)控的污泥新型調(diào)理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了污泥水-固分離由非選擇性破壁溶胞向界面極性力靶向削減的變革式創(chuàng)新。

 

 

5、固液分離：基于水分結(jié)晶的污泥脫水調(diào)理新技術(shù)

基于水分結(jié)晶的污泥新型調(diào)理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了污泥水-固分離由顆�；炷�/絮凝向水分定向遷移的變革式創(chuàng)新。

同濟(jì)大學(xué)戴曉虎教授團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜的“污泥全鏈條處理處置與資源化關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用”曾獲評(píng)2021年度中國(guó)生態(tài)環(huán)境十大科技進(jìn)展。多年來(lái)，團(tuán)隊(duì)圍繞污泥全鏈條處理處置與資源化深耕細(xì)作，基于厭氧消化、固液分離、熱解炭化、生物自養(yǎng)脫氮、氮磷資源回收、生物基燃料等工藝原理及處置方式，開(kāi)展了一系列研究工作。

 

 

6、固液分離：開(kāi)發(fā)梯級(jí)高壓壓濾污泥固液分離新方法 

將污泥固液分離過(guò)程抽象為多孔體系中水的滲流過(guò)程，轉(zhuǎn)盤式擠壓油缸，適用多種污泥，無(wú)需熱源蒸汽，常規(guī)藥劑調(diào)理，含水率低至30%，無(wú)臭味無(wú)粉塵。

 

 

7、固液分離：全球首創(chuàng)低溫真空脫水干化一體化技術(shù)裝備 

攻克了壓濾脫水耦合真空干化的梯級(jí)驅(qū)水精準(zhǔn)調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)，提出了基于低品位熱源的污泥真空干化新方法，綜合能耗比傳統(tǒng)技術(shù)降低65%。

 

 

8、固液分離：水源熱泵耦合污泥低溫真空干化技術(shù) 

該技術(shù)作為污泥脫水干化模式的變革，真空干化溫度60-80℃，水源熱泵回收污水低品位熱源即可滿足真空干化需求，解決了污水源熱泵耦合污泥低溫真空干化的工程技術(shù)難題，率先建成了我國(guó)首個(gè)水源熱泵-壓濾脫水-真空干化一體化系統(tǒng)示范工程，節(jié)省污泥干化能耗30%以上，牽頭編制了中國(guó)水協(xié)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

 

 

9、熱解炭化：突破分散式定向熱解轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)和裝備

該技術(shù)及裝備開(kāi)發(fā)了低熱值入爐泥尾氣重整提升產(chǎn)物能量份額的新型炭化關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)開(kāi)發(fā)了間接/直接傳熱耦合的復(fù)合熱解反應(yīng)器，提升了能源利用效率及處理效率。

 

 

10、生物自養(yǎng)脫氮：SPND耦合驅(qū)動(dòng)沼液自養(yǎng)脫氮 

基于沼液自養(yǎng)脫氮抑制機(jī)制，新型SPND耦合驅(qū)動(dòng)兩段工藝實(shí)現(xiàn)了沼液高效自養(yǎng)脫氮，新型SPND耦合驅(qū)動(dòng)兩段工藝實(shí)現(xiàn)沼液高效自養(yǎng)脫氮。

 

 

11、氮磷資源回收：基于物質(zhì)形態(tài)定向轉(zhuǎn)化的氮磷回收 

基于酸性離子交換樹(shù)脂靶向清潔磷提取技術(shù)，開(kāi)發(fā)了沼液不加堿負(fù)壓汽提脫氨新方法，污泥釋磷效率>50%，氨氮回收率達(dá)83-90%。

 

 

12、生物基燃料：生物基甲烷重整制氫高值轉(zhuǎn)化

 

 

13、生物基燃料：污泥等有機(jī)固廢協(xié)同“氣化+X”高值利用 

開(kāi)發(fā)了與污泥、沼渣等有機(jī)固廢相匹配的“氣化+X”耦合產(chǎn)品高值利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了氣化產(chǎn)品氣高值化利用。

 

 

最后，戴曉虎對(duì)污泥低碳處理與資源化利用新技術(shù)的研究做了總結(jié)和展望。

 

污泥處理新技術(shù)研發(fā)重點(diǎn)突破方向

戴曉虎指出，污泥處理無(wú)害化是根本目標(biāo)，資源化是核心手段，從全生命周期角度秉持“綠色、低碳、循環(huán)”理念，以實(shí)現(xiàn)污泥無(wú)害化資源化技術(shù)創(chuàng)新的突破。 

信息、材料、生物等多學(xué)科的交叉融合，先進(jìn)分析與表征手段、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的應(yīng)用，促使新的污泥處理處置技術(shù)和方法不斷涌現(xiàn)。 

基于污泥生物源的特征，在雙碳和甲烷行動(dòng)方案的政策背景下、污泥的減污降碳協(xié)同增效是未來(lái)的重要任務(wù)，高效生物轉(zhuǎn)化、氮磷資源回收、低耗固液分離、生物基燃料及生物基化學(xué)品等是未來(lái)研究的重點(diǎn)方向。

 

 作者戴曉虎。本文版權(quán)歸原作者所有

戴曉虎：低碳處理為目標(biāo)，資源利用為導(dǎo)向，驅(qū)動(dòng)未來(lái)污泥技術(shù)創(chuàng)新