净水技术|薛重华：我国城镇污泥处理处置产业化现状、发展及激励政策需求
《净水技术》
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薛重华1，孔祥娟1，王 胜2，薛 茂2，魏亮亮2，赵冠舒2，宋旭刚2
(1.住房和城乡建设部科技发展促进中心, 北京, 100835; 2.哈尔滨工业大学环境学院, 黑龙江哈尔滨, 150090)
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。
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。
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。
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。
2.4
以清洁生产/梯级利用为目标的循环经济产业园区污泥处理处置为模式
工业园概念中提出可通过技术革新和创新实现工业生产废物的循环利用，在实现废物资源化的同时保障经济的持续发展。“十二五”期间，我国政府明确要以服务生态文明建设为前提，大力倡导并积极推进循环经济新理念。在污泥处理处置方面，我国先后建设了一批以服务污泥处理处置总体目标的固废综合处理产业园、静脉产业园等，对落实国家循环经济发展政策起到了良好的示范效应。如呼和浩特市循环经济环保科技示范园项目园区在处理市政污泥时，将产业园区工业生产余热和蒸汽用到污泥热水解处理单元中，实现了污泥的高效热解和干化；通过污泥和其他固废的协同燃烧，在实现污泥的有效处置的同时，生产电能，实现了污泥和其他固废的协同能源化处置。在此基础上，辅以必要的污水、废气及固废处理设施，能够保证园区内的污水、污泥以及焚烧产出的飞灰、臭气的零排放。因此，今后市政污泥的处理处置可以通过依托循环经济产业园、静脉产业园建设，在保证污泥有效处置的同时，实现余热、电、生物能等的梯级利用。
2.5
以智能化、精细化的污泥处理处置设备升级及研发为着力点
以污泥处理处置设备的智能化、精细化为发展法相，设定统一的污泥处理处置设备的生产标准、评价规范。将污泥处理处置设备生产与我国推行的工业建设4.0思想相结合，全面提高市场准入的门槛；通过智能化的设备研发生产，减少污泥设备运行过程中操作人员的数量。如在好氧发酵污泥处理处置工程建设中将物联网和工业化4.0的思路建设融入其中，建成集污泥智能化输送、智能化发酵、智能化除臭、智能控制平台和资源化于一体的智能化成套设备。该技术可实现好氧发酵过程的智能控制和无人值守，大幅降低人工成本，改善操作环境，并能有效控制二次污染产生。
2.6
以探索跨行业、部门的污泥处理处置产业全链条发展为保障
我国城镇污泥产量巨大，其处理处置涉及多行业、多部门权益；因此单一的行业政策难以满足污泥的及时有效的消纳，所以污泥处理处置行业要和其他资源化行业开展资源整和以及技术、生产对接，推动相关产业链的发展。例如将污泥处理处置与单独的厌氧发酵技术与污泥、粪便、秸秆、生活垃圾等固废共厌氧发酵技术相结合，提高污泥中能源物质的开发和副产物的价值。另外，污泥处理处置设施的建设、运行和污泥的最终处置涉及了国家发改委、住房和城乡建设部、环保部、农业部、工业和信息化部、财政部等多部分，因此，为了推动污泥处理处置的全面发展和污泥产品的最终合理处置，需要上述部门在充分调研的基础上，基于我国泥质现状，制定污泥处理处置的核心技术路线，并通过政策引导，大力推进污泥处理的处置；因此，我们需要结合市场实际需求，通过多部门、跨行业的政策、标准制定，实现污泥处理处置全链条的打通，实现污泥处理处置产业升级和更新换代。
3
以污泥处理处置产业化跨越式发展为导向的激励政策
3.1
现有国内污泥处理处置产业发展政策
为保障污泥处理处置行业的健康发展，住建部、环保部、发改委、财政部、农业等部门以及地方政府需要实行多部门联动机制，在污泥处理处置项目审批、用电、用地、环评、资金补助、税收优惠政策落实等方面给予了一定的扶持。同时，各部门也通过协同推进污泥行业供给侧结构性改革，提高了污泥处理处置设备制造行业的核心竞争力，为污泥处理处置行业发展提供有力支撑。当前，我国污泥处理处置项目在建设及运行过程中享受的国家、地方政府污水处理产业化和循环经济的相关优惠政策主要包括：1) 减免部分企业所得税；2) 市政建设、园林绿化等部门在价格相等的条件下优先采购对污泥后处理和资源化产品 ；3) 建设用地以划拨或租赁方式为项目提供建设用地，收取零租金或象征性租金；4) 政府补偿特许期限内，因政策调整造成污泥处理处置企业损失，给予一定赔偿；5) 通过提高污水处理费标准或加大财政投入等措施，落实污水、污泥处理处置费用并及时拨付，保障污水、污泥处理处置设施的正常运行；6) 根据污泥贮存、预处理、运输、最终处置的成本和合理的利润，各地可核定污泥的处理处置价格；7) 将污泥处理处置工程列入住建部、环保部等部门重点扶持项目，通过设置专项资金或奖金对污泥处理处置项目提供财政补偿或对污泥处理处置示范工程技术进行奖励。
3.2
对我国污泥处理处置产业化激励政策的建议
虽然我国政府制定了一系列污泥处理处置相关的激励政策，但我国污泥处理产业基础相对薄弱，污泥处理处置能力低下，为确保污水处理效果、防治环境二次污染，改善城镇人居环境，必须通过行政性的引导加速污泥处理处置行业的健康发展。在此过程中，要加强政府引导和市场运作，建立企业投入为主、政府适当支持、社会资本积极参与的运营机制，充分发挥市场配置资源的决定性作用，引导和鼓励社会资本投入，实现污泥处理处置产业化的跨越式发展。需要指出的是，各地在制定污泥处理处置技术路线过程中，要坚持因地制宜、多元发展的思路，不同地区与不同种类的污泥要采取不同的经济适用的处理模式，宜填埋则填埋，宜沼气发酵则发酵，宜燃烧发电则发电，实现污泥就地就近利用，但在此过程中要突出污泥的资源化特征，以实现污泥处理处置副产物产品化为终极目标。
为实现污泥处理处置行业的良性发展，本文对我国污泥处理处置产业化激励性政策提出如下建议：
3.2.1
加强财税支持，鼓励污泥处理处置过程中的资源化开发利用
启动中央财政污泥处理处置资源化利用试点，整市/县推进污泥处理处置工作。鼓励地方政府利用中央财政补贴资金，对污泥处理处置资源化企业生产所需装备实行敞开补贴。落实污泥协同焚烧、单独焚烧发电上网标杆电价和上网电量全额保障性收购政策，降低单机发电功率门槛。对于污泥单独/协同焚烧的单位，污泥发电量应按照“发改价格〔2012〕801号《国家发展改革委关于完善垃圾焚烧发电价格政策的通知》”中第一条规定中的“以生活垃圾为原料的垃圾焚烧发电项目，均先按其入厂垃圾处理量折算成上网电量进行结算，每吨生活垃圾折算上网电量暂定为280千瓦时，并执行全国统一垃圾发电标杆电价每千瓦时0.65元（含税，下同）；其余上网电量执行当地同类燃煤发电机组上网电价”。污泥厌氧消化产生的生物天然气符合城市燃气管网入网技术标准的，经营燃气管网的企业应当接收其入网，并充分落实沼气和生物天然气增值税即征即退政策，支持生物天然气和沼气工程开展碳交易项目。
3.2.2
统筹解决用地用电问题，保障污泥处理处置工程的运行效能
落实污泥处理处置用地，并与土地利用总体规划相衔接。完善污泥处理处置用地政策，提高设施用地利用效率，提高污泥处理处置示范性工程项目用地占比及规模上限。将以污泥厌氧消化为主要原料的规模化生物天然气工程、大型沼气工程、燃烧发电项目、集中处理中心建设用地纳入土地利用总体规划，在年度用地计划中优先安排；落实污泥处理处置非工业用电政策。
3.2.3
加强科技及装备支撑，全面提升技术及装备水平
依托国家重大科技研发计划，加强污泥处理处置基础性技术研究，重点突破污泥源头减量技术、污泥高级厌氧消化技术等单元技术，鼓励地方采用低碳技术处理城镇污水厂污泥。重点支持工业园区污泥的协同处置成套技术，对典型工业园区余热、蒸汽、生物沼气、电、废酸废碱等综合利用进行探索性研究，对污泥的跨界处理提供技术支撑；探索污泥从预处理-处理-脱水-干化-综合利用为一体的全流程优化处理处置。研发污泥处理处置成套装备和关键设备及产品，努力实现污泥处理处置装备国产化。开展城镇污水厂污泥处理处置技术应用示范工程和资源化利用产业基地建设，带动市场需求，促进先进适用技术推广应用和装备国产化。
3.2.4
加强部门协作，实现跨部门协同解决方案
联合发改委、环保部、农业部等相关部门，建立城镇污泥处理处置设施建设、运营、监管的系列标准体系，建立健全符合国情的污泥资源化土地处理利用标准，解决现行标准不完备及标准之间不协调的问题；配合国土部制订城镇污泥处理处置设施建设用地和土地规划等政策标准；配合科技部制订城镇污泥处理处置技术创新平台的技术标准；配合工信部制订城镇污泥处理处置产业自主创新产品质量评价和准入标准。
3.2.5
制定污泥全流程处理处置技术标准，打通各标准间的壁垒
我国在近30年，尤其是最近10年，制定了一系列污泥处理处置相关的法律法规和技术标准，涉及污泥处理处置的标准30余项。目前已颁布部分污泥处理处置标准规范初具规模，但系统性不强，远未形成标准规范体系。因此，当前迫切需要研究并建立污泥处理处置过程中的基础标准、通用标准、产品标准3个层次的标准，并建立标准框架体系，主要包括：1) 结合最新颁布的《农用污泥污染物控制标准》(GB 4284-2018)，在保证污泥土地利用安全性的基础上，提出适合我国的土壤中重金属控制限值和重金属施用负荷限值；2) 制定并完善污泥厌氧消化/好氧发酵设施设计规程和操作规程等行业通用标准；3) 提出污泥厌氧消化、好氧发酵产品品质标准；4) 制定适合蔬菜和粮食等食物链作物肥料、非食物链作物污泥肥料标准；5) 打通污泥混合填埋、园林绿化、制砖、水泥熟料生产、单独焚烧、土地改良、农用及林地用泥泥质标准，建立集上述污泥标准于一体的污泥泥质标准，基于调研和科学研究，对相关的指标及参数进行优选；6) 制定污泥处理处置设施的检验标准、设计规程和运行操作规程等行业标准规范。
3.2.6
建立污泥处理处置市场、企业的多元发展模式
鼓励包括外资在内的民间资本进入我国污泥处理处置市场，通过合资、参股等形式参与我国污泥市场，促进本土公司与国外先进污泥处理处置企业合作，引进国外先进技术和理念；推动污泥处理处置企业通过参与一带一路项目、亚洲开发银行等国际组织合作，加快我国污泥产业的国际化发展；推动企业与具有污泥处理处置自主知识产权的高校、科研院所合作，使新技术和专利能够转化为生产力、竞争力，促进我国污泥产业的发展；污泥处置企业通过“工程总承包+托管运营”等商业模式，采用污泥处理处置企业的专业工程技术工艺，建设完成后并由其他专业企业进行托管运营，降低建设和运营风险成本。
4
展望
随着我国污泥处理处置方面的政策法规、行业标准的不断完善以及污泥市场潜能进一步释放，按照污泥处理处置的无害化、减量化、稳定化、资源化、商品化的总标准，同时坚持“安全环保、节能省地、循环利用、经济合理”的原则，因地制宜地进行污泥处理处置，我国污泥行业必将迎来跨越式的发展前景。
推荐参考
薛重华,孔祥娟,王胜, 等. 我国城镇污泥处理处置产业化现状、发展及激励政策需求[J].净水技术,2018,37(12):33-39.
Xue Chonghua, Kong Xiangjuan, Wang Sheng, et al. Industrialization status, development analysis and policy demands of municipal sludge treatment and disposal industry in China[J]. Water Purification Technology, 2018, 37(12):33-39.
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