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江南,中国城镇污泥处理处置技术的发展现状与趋势——基于大数据和温室气体排放的分析 来源:中国给水排水 作者:魏亮亮
时间：2024-02-16
焦点提醒：中国城镇污泥处置措置手艺的成长近况与趋向——基在年夜数据和温室气体排放的阐发 来历:中国给水排水 作者:魏亮亮 
本期将推出哈尔滨工业年夜学魏亮亮副传授团队的一篇最新综述，内容翔实，首要是基在年夜数据和温室气体排放阐发，论述我国城镇污泥处置措置手艺的成长、近况和瞻望将来成长趋向，相干研究功效的取得有助在深入熟悉我国城镇污泥处置措置手艺利用与成长的潜伏纪律，为将来我国城镇污泥处置措置手艺优选供给手艺支持；另外，相干研究成果可为全球规模相干成长中国度污泥的可延续措置供给鉴戒。
该研究获得国度天然科学基金（No. 51878213）、黑龙江省天然科学基金（YQ2020E022）和城市水资本与情况国度重点尝试室（No. 2020TS01）的帮助。研究功效以“Development, current state and future trends of sludge management in China: Based on exploratory data and CO2-equivaient emissions analysis”为题，颁发在Environment International（SCI, IF=7.577, 1区top）
研究布景
跟着我国城镇污水搜集系统日益完美和污水处置举措措施的不竭扶植运转，市政污泥产量急剧增添。在曩昔的几十年里，我国当局在污水处置方面实行了严酷有用的治理，并获得了较为显著的成绩；在污水处置进程中，部门污水中的污染物转化进入城镇污泥，因为我国城镇污泥发生量年夜、汗青欠账多，城镇污泥的高效处置措置仍被认为是提高污水处置效力的一个主要冲破点。
当前，地盘操纵、燃烧、卫生填埋和建材操纵是我国利用最普遍的污泥处置措置手艺线路，但我国幅员广宽，分歧地域污泥处置措置手艺的利用差别较年夜，对分歧地域污泥处置措置手艺的合用性和潜伏纪律进行研究，对优化我国污泥处置措置意义严重，并可为分歧类型的成长中国度污泥处置措置供给经验鉴戒。另外，污泥处置措置进程中会发生年夜量的温室气体（GHG），该进程严峻受污泥处置措置工艺选择的影响，是以恰当工艺手艺的选择在必然水平上能够实现污泥处置措置进程中GHG排放的有用节制。我们普遍搜集了1978年以来，特殊是2009年—2019年间我国污泥处置措置的根本数据，从我国分歧地域污泥处置措置手艺的散布特点入手，对分歧区域分歧汗青阶段污泥产量、手艺选择的差别等汗青数据睁开阐发，重点阐发了好氧堆肥、厌氧污泥消化、燃烧、深度脱水、干燥和热水解处置手艺的时空散布；最初经由过程比力污泥处置措置进程中温室气体排放的区域进献，并评估了污泥处置措置体例的改变对GHG排放潜伏的影响。相干研究功效的取得有助在深入熟悉我国城镇污泥处置措置手艺利用与成长的潜伏纪律，为将来我国城镇污泥处置措置手艺优选供给手艺支持；另外，相干研究成果可为全球规模相干成长中国度污泥的可延续措置供给鉴戒。
本研究触及到的数据部门来历在住房和城乡扶植部官方的统计数据，数据获得链接以下：http://www.mohurd.gov.cn/xytj/tjzljsxytjgb/jstjnj。关在污泥处置举措措施散布和处置能力的统计首要来自相干数据的统计和清算。
中文摘要
本研究基在我国污泥处置措置的汗青数据，从污泥来历、处置措置手艺线路选择、分歧手艺的时空散布特点等方面临1978年以来我国污泥处置措置的潜伏纪律进行了系统研究。截至2019年末，全国共建成运转城镇污水处置厂5476座，年污泥产量达3904万t（含水率按80%计，以下同）。上述污泥中的29.3%经由过程地盘操纵得以终究措置，其次为燃烧（26.7%）和卫生填埋（20.1%）。在污泥处置手艺方面，污泥燃烧、好氧堆肥、热水解和厌氧消化是我国当前污泥处置的支流手艺，2019年上述工艺对应的污泥处置能力别离为27122、11250、8342和6944t/d。在地区散布上，污泥燃烧和干化是华东地域利用最为普遍的污泥处置手艺；东北地域、华东地域和华中地域则为污泥好氧堆肥手艺；另外，厌氧消化举措措施在华东、华北和华中地域亦普遍扶植。在曩昔的30年间，污泥处置能力获得年夜幅晋升，与此同时因为污泥措置带来的温室气体排放总量也急剧爬升，在2019年到达108.18×108kg（二氧化碳排放当量），遍地理手艺的进献率呈以下趋向：污泥燃烧（45.11%）＞卫生填埋（23.04%）＞地盘操纵（17.64%）＞制造建筑材料（14.21%）。在此根本上，针对当前我国污泥措置进程中CO2排放当量高、处置手艺区域成长不服衡、不变性差和污土壤地操纵措置程度低等现实问题，对我国污泥措置面对的挑战进行了分解，对将来污泥措置进行了瞻望。最初，连系我国分歧区域污泥处置措置汗青经验，和欧美列国污泥处置措置特点，对成长中国度的污泥处置措置提出了建议。
图文导读
统计数据显示1987年我国城镇污泥发生量为2.47×105t（80%含水率；以下同），逐步增至2020年的2.13×106t、2005年的2.96×106t、2009年的1.92×107t、2015年的2.73×107t，至2019年增至3.90×107t。整体上，2005年—2010年间我国城镇污泥发生量呈迸发式增加，年均增加率为44.9%（2010年—2019年时代则为7.3%）。在2019年，山东省会镇污泥发生量最高，到达3.86×106t（占全国污泥总量9.86%），浙江次之（占9.19%），再次为广东（9.08%）、江苏（8.43%）、河南（6.11%）和河北（5.22%）。响应的，北京、湖南、辽宁、陕西、上海、湖北、安徽、湖南、山西、重庆等10个省市合计占比为32.78%，其余15个省市仅占19.33%。
统计成果显示，我国人均污泥产量和万吨污水发生量区域差别较着，如2019年我国人均污泥发生量为28.05kg/a，此中北京、天津和浙江人均数据最高，污泥发生量别离为81.9、70.4和62.5 kg/a。整体而言，中国北方15个省分的平均人均污泥产量（30.65kg/a）比南边省分（25.84kg/a）高18.6%。与之近似的是，2019年中国每万吨污水处置污泥产量为5.94t，此中北方地域15个省的平均污泥产量(7.36t)远远高在南边16个省分（5.07t）。
Pearson相干性的阐发成果显示，我国分歧区域人均国内出产总值（GDP）与人均污泥产量具有较着的相干性，申明经济成长和污水举措措施投资对我国污泥产量的影响更加显著。对城镇化程度而言，北方14省（不含北京）跟着城镇化率增添，万吨污水污泥产率呈降落趋向；南边15省则呈相反趋向。
今朝，污泥措置的首要手艺线路有卫生填埋、燃烧、建材出产、地盘操纵等，在2019年，我国市政污泥中约29.3%经由过程地盘操纵进行措置，其次是燃烧（26.7%）和卫生填埋（20.1%），而建筑材料操纵（15.9%）和其他体例（8.0%）进献较小。图2显示，地盘操纵是我国污泥措置的首要手艺线路，可是其比例从2009年的60.9%逐年降落到2019年的29.3%。与此同时，燃烧措置从2009年的6.2%上升到2019年的26.7%；而2009年时，卫生填埋仅占污泥措置总量的3.71%，2019年这一数字上升到了20.1%。从这些成果我们能够清晰看出，近年来中国污泥的措置策略产生了较年夜的转变，逐步从无序堆放向地盘操纵、燃烧逐步改变，并趋在多元化，这注解中国当局在污泥的平安和尺度化措置方面获得了庞大的前进。
地盘操纵（间接操纵或堆肥后）和燃烧是欧洲污泥措置的两种首要工艺。德国、英国、西班牙、法国和波兰是欧洲污泥产量最多的5个国度，其发生的污泥量干重别离为915万t（2015年）、880万t（2009年）、605万t（2009年）、585万t（2017年）和295万t（2017年）。因而可知，中国的污泥发生量较着高在欧洲国度，2017年中国的污泥发生量为3250万t，别离比同期的德国和法国超出跨越2.63倍和4.57倍。
经由过程对国内200余个污泥处置项目扶植和运转材料的统计阐发，发觉2009年—2019年在中国7个行政区内6种典型污泥处置手艺（厌氧消化、好氧堆肥、燃烧、干燥、深度脱水、热水解）的污泥处置能力显现快速增加。此中，污泥好氧堆肥项目在2011年—2015年时代扶植结果最为凸起，污泥厌氧消化项目在2014年—2019年时代处置能力晋升最为敏捷，污泥燃烧处置项目在2017年—2019年间晋升敏捷，相对应的污泥深度脱水和热水解项目处置能力在2013年—2016年间敏捷晋升。由数据阐发能够看出，燃烧和洽氧污泥堆肥是我国利用最普遍的污泥处置手艺，至2019年分析处置能力别离到达27122t/d和11250t/d（含水率80%）。
图4 六种典型污泥处置手艺在中国分歧区域的地舆散布和处置能力概况
对污泥厌氧消化，2000年在中国建成举措措施的总处置能力为386t/d，到2019年增加至6944t/d。具体来讲，我国厌氧污泥消化装备散布较为普遍，此中华东和华北地域消化处置能力别离占全国的27.1%和18.7%。
污泥堆肥作为最普遍的污泥处置手艺线路之一，在曩昔10年显现出爆炸式增加。2009年建成的污泥堆肥厂处置能力约为3����APP00t/d，到2019年已提高至11250t/d。今朝，污泥堆肥工艺在我国东北地域普遍扶植运转（2019年污泥处置能力达5202 t/d），占全国堆肥污泥总量的46.5%；其次是华东地域（2510t/d）、华中地域（1430t/d）和华北地域（862 t/d），与此同时，西北、华南和西南地域的处置能力较低。
至2019年末，污泥燃烧手艺在我国的分析处置能力到达27122t/d，在六种典型污泥处置手艺中处置能力最高。此中华东地域的燃烧污泥总量占全国总量的70.3%，其次是华北地域（7.5%）、西南地域（6.8%）和华南地域（5.9%），而东北、西北和中部地域污泥进行燃烧处置的比例较低。污泥干燥厂的地舆散布与燃烧厂类似，2012年污泥干燥处置能力为350t/d，2019年升至4615t/d，年均增加44.5%。该项手艺的区域处置能力呈以下趋向：华东地域（45.9%）＞华南地域（23.5%）＞华中地域（13.0%）＞华北（9.5%）＞西北地域（8.0%）。
一样地，污泥深度脱水和热水解手艺最近几年来在中国也获得了快速的利用。2010年—2015年，年夜量污泥深度脱水装配被建成（处置能力由200t/d增添到4970t/d），年均增加率为70.8%。截至2019年末，我国污泥深度脱水项目处置能力约为6410t/d，此中，华东地域对污泥深度脱水的进献率到达36.8%，其次是华南地域（34.8%）和华中地域（20.3%）。
污泥热水解项目处置能力从2014年的2122t/d增添到2019年末的8342t/d。整体而言，华北地域是污泥热水解厂扶植的重点地域（进献高达73.46%），其次是华东地域（13.6%）、华中地域（7.6%）和华南地域（5.4%）。
经计较，2009年我国污泥燃烧、建筑材料操纵、卫生填埋和地盘操纵温室气体排放量（108kg，二氧化碳当量）别离为5.17、1.63、34.33和2.39。此中，卫生填埋和燃烧别离进献了78.88%和11.88%。到2019年我国因污泥处置措置发生的温室气体排放总量增添了2.49倍，到达108.18×108kg（二氧化碳当量）。六种典型措置手艺线路进献率呈以下趋向：污泥燃烧（45.11%）＞卫生填埋（23.04%＞污土壤地操纵（17.64%）＞建材操纵（14.21%），此中污泥燃烧和卫生填埋排放的GHG别离为48.80×108和24.93 ×108kg。在2009年—2019年间，华东地域一直为我国污泥措置中温室气体排放最多的地域，2009年占那时全国总排放量的41.35%（17.99×108kg，二氧化碳当量），2019年则进献了44.83%（48.50×108kg，二氧化碳当量）。整体来讲，中国由污泥措置引发的人均GHG排放量远低在日本和年夜大都欧洲国度，例如，2017韶华东地域GHG排放量为10.74kg/人，远低在日本（24.89kg/人，二氧化碳当量）和荷兰（44.12kg/人，二氧化碳当量）。但是因为生齿密度高，中国的温室气体排放总量不成轻忽。2017年，华东地域的CO2排放总当量为43.74×108kg，远高在德国的31.76×108kg（欧洲最高）和日本的31.53×108kg。
当前，我国7个行政区污泥处置手艺线路差别显著，且分歧手艺散布极不平衡，首要特点和影响身分可总结以下：
（1）地域经济程度、城镇化率、本地当局政策撑持力度和地盘价钱会影响污泥处置措置手艺线路的选择。例如燃烧和干燥手艺固然投资年夜且能耗高，但其项目占地面积小，在我国东部和华北地域的利用较为普遍；而东北和华中地域则以好氧堆肥手艺作为首要的污泥处置工艺。
（2）我国污泥装备的处置能力在2009年—2019年显著提高，具体地，污泥堆肥处置能力在2011年—2015年间年夜幅晋升，厌氧消化则在2014年—2019年时代，燃烧处置为2017年—2019年时代，相对应的污泥深度脱水和热水解在2013年—2016年间飞速成长。
（3）污泥燃烧是我国城镇污泥措置进程中GHG排放的最首要进献者，占到全国污泥措置GHG总排放量的45.1%，该现象在华东地域尤甚。
（4）我国污泥经厌氧消化/好氧堆肥处置后，进行地盘操纵的比例约为26.5%，这一数据仍低在欧盟的50.0%。
（5）华东、华北地域分歧工艺线路和其预处置之间成立了慎密的联系，如热水解与厌氧消化手艺，污泥干化与污泥燃烧手艺。
当前，我国污泥处置措置面对的首要挑战以下：
（1）应高度正视中国污泥处置措置的区域不服衡，需要重点存眷我国西北和西南地域的污泥处置措置。
（2）应重点存眷污泥中高值物资的回用和资本化，建议对污泥能源转化率/资本化率应提出强迫性尺度；并提出污泥处置措置进程中温室气体排放应对办法。
（3）污泥的地盘操纵比率在中国仍处在较低程度。
（4）缺少污泥措置的强迫性尺度。
（5）污泥厂的扶植资金依然较低，2011年—2015年我国污泥处置投资仅占处置投资的7.58%，远低在发财国度的30%～50%。
基在我国污泥处置措置经验，对其他成长中国度的污泥进行可延续治理的建议：
（1）起首需评估相干的污泥处置措置手艺在成长中国度的经济合用性，并进行需要的温室气体排放环境核算。在项目扶植进程中高度正视污泥减量、地盘需乞降能源需求环境。
（2）对经济增加敏捷、生齿浩繁、地盘资本稀缺的地域，鼎力保举我国华东地域污泥处置措置模式。相反，对经济前提差、城市化率低的地域，应鼎力撑持污泥的资本化操纵。
（3）成长中国度的污泥措置能够进修中国曩昔40年间污泥从无序堆弃到策略性措置改变的成功经验。别的，成长中国度在制订污泥处置措置相干法令律例时不该轻忽健康问题、经济前提、泥土特征、手艺能力等，以成立可延续的污泥处置措置系统。
原题目:TOP006｜哈尔滨工业年夜学魏亮亮：中国城镇污泥处置措置手艺的成长近况与趋向——基在年夜数据和温室气体排放的阐发
