污泥協同處理處置國內外現狀及發展趨勢分析

張 寧

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

0 引言

隨著我國城鎮化進程加快推進，城市污水集中收集率不斷提高，污泥產生量不斷增加，目前我國污水污泥的年產生量已超過7 000 萬t（以含水率80%計）。污泥處理處置不僅要穩定可靠，還要綠色低碳。三部委聯合發布的《污泥無害化處理和資源化利用實施方案》[1]建議有效利用本地垃圾焚燒廠、火力發電廠、水泥窯等窯爐處理能力，協同焚燒處置污泥；加大污泥能源資源回收利用，推廣污泥沼氣熱電聯產技術。污泥協同處理處置能夠發揮協同效益、降低成本、節約和替代原生資源、有效減少碳排放。

目前我國污泥協同處理處置技術已有較多工程應用，但在相關法規標準支撐和運行水平提升方面仍不夠完善。因此，本研究聚焦國內外污泥協同處理處置情況，梳理常用技術路線及其工藝特點，從應用情況、相關法規標準等方面總結國內外應用現狀，并分析現存問題和發展趨勢，為我國污泥協同處理處置規范發展提供參考。

1 污泥協同處理處置國內現狀

為鼓勵和規范污泥協同處理處置技術應用，我國發布了一系列政策文件和技術指南。2020 年國家發改委和住建部印發了《城鎮生活污水處理設施補短板強弱項實施方案》，提出將垃圾焚燒發電廠、燃煤電廠、水泥窯等協同處置方式作為污泥處置的補充。2022 年三部委印發的《污泥無害化處理和資源化利用實施方案》鼓勵污泥協同處置、統籌城市有機廢棄物綜合協同處理。生態環境部發布的《城鎮污水處理廠污泥處理處置污染防治最佳可行技術指南（試行）》、住建部和發改委發布的《城鎮污水處理廠污泥處理處置技術指南（試行）》對三類協同焚燒的技術要點作出了規定。

根據住建部數據統計，截至2021 年，污泥焚燒工藝占總處置量比例達34%，土地利用工藝占總處置量比例為28%。污泥協同處理處置主流路線可分為協同焚燒和協同厭氧消化兩大類，其中協同焚燒主要利用垃圾焚燒廠、火力發電廠、水泥窯三類窯爐，協同厭氧消化可與餐廚垃圾等有機廢棄物協同處理后進行土地利用。

1.1 污泥與生活垃圾協同焚燒

目前我國垃圾焚燒廠平均負荷率約為60%，多數地區生活垃圾焚燒能力有剩余，尤其是廣東、浙江等地。污泥與生活垃圾性質相似，焚燒工藝和污染物控制要求也相近，因此可最大程度依托原有生活垃圾焚燒線和煙氣處理系統協同焚燒污泥，充分利用現有產能、降低建設投資成本。

1.1.1 相關法規和標準

政策上，國家鼓勵污泥與生活垃圾協同焚燒。2022 年，國家發改委等部門發布了《關于加快推進城鎮環境基礎設施建設指導意見的通知》，提出強化設施協同高效銜接，推動生活垃圾焚燒設施摻燒市政污泥等廢棄物，實現焚燒處理能力共用共享。同年，《關于加強縣級地區生活垃圾焚燒處理設施建設的指導意見》發布，鼓勵開展生活垃圾與農林廢棄物、污泥等固體廢物協同處置，推廣園區化建設模式。

對于污染控制，生活垃圾焚燒廠配備的煙氣凈化設施可有效處理污泥焚燒特征污染物，污泥與生活垃圾協同焚燒時煙氣排放需滿足《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485—2014）的要求，污染防治措施和標準較為健全。

1.1.2 技術應用現狀

根據2018-2021 年數據統計，我國污泥焚燒處置項目中，生活垃圾協同焚燒項目數量約占28%。典型項目有：上海市松江區污泥與生活垃圾協同焚燒工程，污泥協同規模96 t/d（以干基計），將污泥從含水率60%～80%干化至30%后入爐，平均摻比控制在5%～10%[2]；浙江嘉興海寧市垃圾焚燒廠，污泥協同規模120 t/d，將污泥從含水率80%干化至40%后入爐，最大摻比可達20%；青島市小澗西二期生活垃圾焚燒與污泥協同處置工程，污泥協同規模100 t/d（以干基計），將污泥從含水率不高于80%干化至40%后入爐，平均摻比約9.2%[3]。

由于脫水污泥含水率較高、熱值較低，一般需進行干化再進入焚燒爐焚燒，并常以生活垃圾焚燒廠產生的飽和蒸汽作為干化熱源。實際工程中，在平衡成本和效益的考慮下，常將污泥干化至含水率35%～50%后入爐，此狀態可避開污泥黏滯區、便于進料，又可保持與垃圾焚燒廠MCR 工況設計熱值相當的低位熱值（約1 800～2 400 kJ/kg）[4]。一般經驗認為，污泥摻燒比不超過10%時對原垃圾焚燒廠影響較小[5，6]。

1.2 燃煤電廠污泥摻燒

隨著我國能源結構低碳化轉型加速推進，煤電清潔化發展迅速，國家鼓勵煤炭和新能源優化組合，因地制宜發展生物質能等其他可再生能源。污泥進入燃煤電廠協同焚燒時，煤具有高熱值，污泥可改善煤的著火性能，剩余熱量還可用于發電，具有顯著資源化利用效益。

1.2.1 相關法規和標準

2017 年，國家能源局和環境保護部聯合發布了《關于開展燃煤耦合生物質發電技改試點工作的通知》（國能發電力[2017]75 號），提出依托現役煤電高效發電系統和污染物集中治理設施，兜底消納污水處理廠、水體污泥等生物質資源，開展燃煤耦合垃圾發電、燃煤耦合污泥發電技改項目；在此基礎上，2018 年發布了《關于燃煤耦合生物質發電技改試點項目建設的通知》（國能發電力[2018]53 號），明確了84 個燃煤耦合生物質發電技改試點項目名單，其中耦合污泥的項目29 個。2019 年，國家發改委發布《產業結構調整指導目錄》將“燃煤耦合生物質發電”作為新增鼓勵產業列入目錄中。

對于污染控制，由于電廠燃煤鍋爐配套的煙氣凈化設施對污泥焚燒特征污染物去除效果較差（如二噁英等），且現行《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011）不適用于污泥摻燒后的污染控制，因此電廠摻燒存有爭議。對此需出臺相應控制標準以規范污染物排放，如上海制定了地方標準《燃煤耦合污泥電廠大氣污染物排放標準》（DB 31/1291—2021）。

1.2.2 技術應用現狀

根據2018—2021 年數據統計，在我國污泥焚燒處置項目中，污泥進入電廠摻燒項目數量約占30%。典型項目有：上海外高橋電廠污泥摻燒項目，設計摻燒規模224 t/d（以干基計），接收來自竹園污水處理廠含水率30%的干化污泥，平均摻比低于2%，最大摻比低于6%[7]；常熟發電廠污泥耦合發電項目，設計摻燒規模263 t/d（以干基計），通過9 條污泥干化生產線將含水率60%和80%的污泥干化至30%后入爐，平均摻比為2.66%[8]；浙能長興電廠污泥摻燒項目，設計摻燒規模40 t/d（以干基計），將含水率80%的污泥干化至35%后入爐，摻比為1%～2%。

污泥摻燒前通常需要進行干化，可利用鍋爐高溫煙氣作為熱源直接干化污泥，也可利用汽輪機抽汽作為熱源間接干化污泥[9]。污泥干化后與原煤一同進入磨煤機制粉。根據孟春霖等的統計結果[10]，如污泥進入循環流化床鍋爐摻燒，當含水率不高于80%且摻燒比不高于10%時，對系統運行和污染物排放影響較小；如污泥進入煤粉爐摻燒，當含水率不高于40%且摻燒比不高于5%時，對系統運行和污染物排放影響較小。

1.3 水泥窯協同處置污泥

我國水泥行業產能過剩，水泥企業紛紛推進綠色轉型，向集約、環保、多元化發展。利用水泥窯協同焚燒污泥時，高溫煅燒可分解污泥中有機物、殺滅病原體，水泥熟料礦物水化過程可固化重金屬[11]，最終污泥灰渣成為水泥熟料一部分，實現安全處理處置和資源化利用。

1.3.1 相關法規和標準

為推動水泥行業綠色轉型，國家在政策上對水泥窯協同處置廢棄物給予支持。2016 年，生態環境部發布了《水泥窯協同處置固體廢物污染防治技術政策》，主要包括源頭控制、清潔生產、末端治理、二次污染防治以及鼓勵研發的新技術等內容。2017年，14 部委聯合印發的《循環發展引領行動》提出因地制宜推進現有水泥窯協同處理污泥、生活垃圾等。

對于污染控制，水泥窯爐內較高溫度使有機污染物分解徹底，且多數重金屬易被固化至玻璃相中，二次污染風險較小；此外，相關標準規范較為全面，包括《水泥窯協同處置污泥工程設計規范》（GB 50757—2012）、《水泥窯協同處置固體廢物污染控制標準》（GB 30485—2013）、《水泥窯協同處置固體廢物技術規范》（GB/T 30760—2014）、《水泥窯協同處置固體廢物環境保護技術規范》（HJ 662—2013）、《城鎮污水處理廠污泥處置水泥熟料生產用泥質》（CJ/T 314—2009）等。

1.3.2 技術應用現狀

根據2018—2021 年數據統計，在我國污泥焚燒處置項目中，水泥窯協同處置污泥項目數量約占16%。典型項目有：廣州越堡水泥窯協同處置項目，設計規模為600 t/d（含水率40%），污泥在污水廠內脫水干化后送入水泥窯分解爐[12]；北京水泥廠協同處置項目，設計處理能力為500 t/d（含水率80%），脫水污泥在廠內經渦輪薄層干化將含水率由80%降至35%（半干化）或10%（全干化），投入分解爐上的預燃爐[11]；株洲市水泥窯協同處置項目，設計規模為300 t/d，包括含水率50%的干化污泥250 t 和80%的濕污泥50 t，干化污泥投入分解爐內[13]。

脫水污泥可直接送入回轉窯窯尾，不進行預烘干處理可節省費用，但也因此易造成煙室內溫度出現較大波動，影響水泥生產線的穩定運行。脫水污泥還可通過脫水、干化等設備，利用窯尾鍋爐余熱將污泥含水率干化至30%，然后送入分解爐燃燒，但該技術需要另外設置設備，投資較高，且干化過程中廢氣難以處理。

1.4 污泥與餐廚垃圾協同消化

由于我國污泥有機質普遍偏低，單獨厭氧消化時常面臨降解不徹底、產氣不佳等問題。隨著垃圾分類的全國推行，餐廚垃圾產量逐漸增加、集中處理需求增加。因此，污泥與餐廚垃圾協同消化處理可同時滿足兩種物料處理處置需求，相對于污泥單獨厭氧消化可提高進料有機質、增加產氣量，取得可觀的經濟效益與環境效益。

1.4.1 相關法規和標準

污泥與餐廚垃圾協同消化符合循環經濟理念。三部委聯合發布的《污泥無害化處理和資源化利用實施方案》提出，要統籌城市有機廢棄物的綜合協同處理。《循環發展引領行動》要求推動城鎮污水處理廠污泥與餐廚廢棄物、糞便、園林廢棄物等協同處理。技術標準方面，《污泥協同處理廚余垃圾工程技術標準》和《污泥協同處理廚余垃圾干式厭氧消化設備技術條件》兩部行標發布后將為污泥與廚余垃圾協同處理應用提供指導。

1.4.2 技術應用現狀

污泥與餐廚垃圾摻比可用C/N 表示，該指標決定了厭氧消化工藝是否能夠穩定運行、產氣性能是否良好。一般研究認為，厭氧消化適宜的C/N 一般為20～30[15]。典型項目有：鎮江市餐廚廢棄物及生活污泥協同處理工程，處理規模為餐廚垃圾120 t/d（含水率以85%計）與污水廠污泥120 t/d（含水率以80%計），實現物料減量率80%，年平均沼氣產量332 萬m3；大連夏家河污泥處理工程，處理規模為污泥600 t/d，餐廚垃圾200 t/d，城市糞便100 t/d，日供凈化生物質燃氣（天然氣標準）約2 萬m3；九江市城鎮污泥和餐廚垃圾處理處置工程，設計規模為污水廠污泥150 t/d（含水率以80%計）和200 t/d 餐廚垃圾。

2 污泥協同處理處置國外現狀

各國污泥處理處置路線受地域、產業、政策等多因素綜合影響。本節選取德國和日本作為研究對象，討論污泥協同處理處置技術國外應用情況。

2.1 德國

2.1.1 相關法規和標準

（1）污水污泥條例（Abkl?rV）

德國污水污泥條例（Abkl?rV）在2017 年進行修訂，要求當人口當量大于5 萬的污水處理廠產生的污水污泥含磷量不低于20 g/kg DS 時，須從污水污泥或其焚燒灰中回收磷；人口當量不超過5 萬的小型污水處理廠或含磷量小于20 g/kg DS 的情況不受制于該新修訂條例。從2029 年起（人口當量大于10 萬的污水處理廠）或從2032 年起（人口當量5～10 萬的污水處理廠），含磷量不低于20 g/kg DS 的污水污泥須采用磷回收工藝，磷回收率至少為50%以上（如污泥中磷含量高于40g/kg DS，回收率可低于50%）；或者承諾污泥進行單獨焚燒或協同焚燒并從灰渣中回收磷，回收率至少達80%；也可以對含磷灰分進行物質性利用，或根據廢物填埋條例進行長期存放，以便進行后續磷回收。

由于垃圾協同焚燒和水泥窯協同處置無法回收污泥中的磷，因此預計未來污泥協同處理處置比例將降低。以柏林為例，柏林水務部門目前運營6 座污水處理廠，產生的污泥中有60%進入水務部門自有的垃圾焚燒廠，剩余40%外運至其他電廠或水泥廠協同處置；為響應污水污泥條例的要求，計劃逐步取消外運協同處置，新建污泥單獨焚燒工程。

（2）第17 號聯邦排放控制條例（17.BImSchV）

該條例全稱為廢棄物焚燒和協同焚燒條例，于2013 年頒布，2021 年最新修訂。該條例規定了廢棄物單獨焚燒和協同焚燒大氣排放限值，其中協同焚燒限值適用于當廢棄物在電廠摻燒時提供的熱量輸入低于25%，或廢棄物水泥窯協同處置的情況。如未對協同焚燒工程設定固定排放限值，允許通過公式進行計算，其原理與歐盟2000/76/EC 指令的計算公式相似。

2.1.2 技術應用現狀

德國污泥協同處理處置以協同焚燒為主。目前三項主流技術中，電廠摻燒處理量最大，約占污泥產生量的23%；水泥窯協同處置約占7%，垃圾協同焚燒約占3%。

（1）燃煤電廠污泥摻燒

德國污泥電廠摻燒總規模為401 000 tDS/a；截至2016 年，經批準的燃煤電廠協同焚燒能力利用率低于50%。大多數電廠摻燒接收的污泥含固率在25%～35%，部分電廠只使用全干污泥，其他廠將全干污泥和脫水污泥混合后進入焚燒系統。

污泥摻燒比例控制出于兩方面考慮，一方面是大氣污染控制，尤其是揮發性較強的重金屬，需遵照17.BImSchV 法規的要求；另一方面是飛灰質量控制，飛灰通常用作建材，需要符合相應建材標準。大多數電廠中，污泥占燃料比例不超過5%被認為不會存在顯著問題。硬煤發電廠可摻比例達5%，褐煤發電廠可摻比例達10%。

由于污泥進入電廠摻燒成本較低，該方式在某些地區占主導地位（如北萊茵-威斯特伐利亞州）。一方面，2029 年污泥磷回收規定開始實行，將降低電廠摻燒污泥的能力；另一方面，德國逐步淘汰燃煤發電，電廠摻燒能力將持續下降。但精煉發電廠的粉煤灰磷回收是可行的。

（2）污泥與生活垃圾協同焚燒

2016 年，與垃圾協同焚燒的污泥量約42 320 t DS，典型項目如Asdonkshof 廢棄物處置中心運營的協同焚燒工程，污泥年焚燒量7 993 t；EEW 廢物能源利用公司在Groβr?schen 運營的協同焚燒工程，污泥年焚燒量2 185 t。污泥與生活垃圾協同焚燒時，污泥摻比不應超過20%。濕污泥應與垃圾充分混合，避免結塊。污泥的加入將顯著影響廢氣中的粉塵含量，煙氣處理時需考慮這一點。

由于德國現狀垃圾廠負荷較高，且未來只有磷含量低于20 g/kg 的污泥才能協同焚燒，因此從2029年起，生活垃圾協同焚燒污泥的處理能力可能下降。

（3）水泥窯協同處置污泥

德國污泥與水泥窯協同處置在2004—2006 年和2013—2016 年有明顯增長，2016 年干基處理量達到約125 000 t。2004—2006 年的增長主要是由于城市廢物技術導則規定了禁止未處理廢物填埋，2013—2016 年的增長主要是氣候和資源保護活動的興起。同垃圾協同焚燒相似，從2029 年起，水泥窯協同處置污泥能力可能下降。

進入水泥窯協同處置前，污泥通常需要進行干化。污泥投加量受磷和汞含量的影響，其中磷可以影響熟料質量；由于缺少煙氣凈化系統，污泥中含汞將增加大氣排放污染風險。此外，重金屬含量應滿足17.BImSchV 法規的要求。

2.2 日本

2.2.1 相關法規和標準

（1）建立循環型社會基本法

日本政府非常重視對各類廢棄物的循環利用，確立了減量控制（reduce）、回收利用（reuse）和循環再利用（recycle）的廢棄物循環利用“3R”原則。2000年，為了推進確保3R 實施和廢棄物妥善處理的循環型社會的構建，日本制定了《建立循環型社會基本法》，明確了循環型社會應抑制天然資源消耗和減少環境負荷，對資源循環利用和固廢處理的優先順位（控制產生→再使用→再生利用→熱回收→妥善處理）進行了法律規制。

（2）廢棄物管理和公共清潔法

日本于1970 年制定了《廢棄物管理和公共清潔法》，并多次修訂，是一部廢棄物管理方面的綜合性法律。日本的固體廢棄物綜合管理計劃包括：政策（監管、財政等）、技術（基礎設備和運營）、自愿措施（意識/ 教育、自我監管）、涵蓋廢棄物管理各方面的管理體系（廢棄物產生、收集、轉移、運輸、分類、處理、處置）、廢棄物特征和產量的數據和信息（包括未來趨勢）、評估現有廢棄物管理系統以確定是否滿足運營階段需要等。

（3）肥料取締法

日本的《肥料取締法》制定了污泥肥料質量標準和等級要求，提出砷、鎘、汞、鎘、鉻、鉛6 種污染物限值，規定了以防止重金屬累積為導向的施用原則。根據污泥肥料分類，污泥經濃縮、消化、脫水或干化后可制成下水污泥肥料；下水污泥肥料、糞尿污泥肥料等經焚燒可制成燒成污泥肥料，經發酵可制成污泥發酵肥料。

（4）大氣污染控制相關法規

日本受限于地域面積和地理環境，污泥焚燒在眾多處置手段中應用比例較高。污泥焚燒的污染物控制標準參考垃圾焚燒執行，主要包括《大氣污染防治法》和《二噁英類特別防治法定標準》。

《大氣污染防治法》是日本大氣污染對策重要的法律基礎，它對煙塵、揮發性有機物、汞、飛灰和NOx等作出排放限值確定原則和要求。《二噁英特別防治法定標準》則規定了不同處理規模新建和已建焚燒爐的二噁英排放標準。

2.2.2 技術應用現狀

日本年產生污泥干基量約為220 萬t，主要處理處置方式包括填埋、建材利用、土地利用、燃料化利用等。其中建材化利用為主要處理處置方式，約占40%，其次是填埋和土地利用。日本注重污泥中資源開發和能源回收，發布了一系列政策文件促進污泥的肥料化和燃料化，其目標為到2030 年能源化率提高至37%。

（1）協同焚燒

垃圾協同焚燒方面，日本高砂市、金澤市和北九州市等地均有應用，其中北九州市協同焚燒工程利用廢熱回收的蒸汽將脫水污泥干化到含水率40%后入爐焚燒。水泥窯協同處置方面，日本正在積極推行利用污水污泥和城市生活垃圾焚燒爐飛灰作為生產波特蘭水泥和混凝土骨料的替代原料，水泥公司Taiheiyo 還開發了一種專門標識為“生態水泥”的共處理水泥產品。目前，日本大力推廣將污泥制成固體燃料后送入電廠替代部分燃煤進行發電，污泥熱處理技術將從過去的單一焚燒向燃料化方式轉變。

（2）協同厭氧消化

協同厭氧消化主要將污水廠污泥與化糞池污泥、糞便、農村污泥、餐廚等進行混合消化，產生沼氣進行發電，具有可觀的經濟效益。典型案例見表1。

表1 日本協同厭氧消化案例

3 污泥協同處理處置發展趨勢

在綠色低碳和循環經濟全球化的今天，污泥協同處理處置將污泥與其他物料共同焚燒或厭氧消化，充分依托已有設備、發揮協同效應，可有效實現污泥能源回收、提升資源效益、降低投資和運行成本、減少碳排放，具有顯著經濟效益和應用潛力。在雙碳戰略背景下，我國能源結構正在面臨變革與優化，污泥協同焚燒將助力電力和水泥等傳統高耗能行業綠色轉型；此外，隨著我國垃圾分類全面實施，餐廚垃圾處理需求增長，協同厭氧消化具有廣闊的應用前景。

通過分析國外污泥協同處理處置經驗，可為國內技術應用提供參考。法規標準方面，國內應加快提出污泥協同處理處置的二次污染控制措施，合理制定大氣排放標準和煙氣處理設施新增要求；政策管理方面，由于涉及跨行業活動，相關部門和運行單位之間的銜接協調是難點，需以法規為指導，進一步出臺相關鼓勵政策和管理措施推動技術應用；技術落地方面，建議充分挖掘污泥能源和資源潛力，推進產物市場化、產品化。