姚剛：主持人好，大家早上好。我是來自于德國亞琛工業(yè)大學(xué)環(huán)境工程研究所的姚剛。首先感謝組委會對我們的邀請，尤其是對“中德水環(huán)境與健康研究中心”的信任。作為這次會議的支持單位，我們應(yīng)該做一點(diǎn)小小的貢獻(xiàn)，所以今天給大家?guī)硪粋€報告，介紹一下德國的一些新動態(tài)。
今天給大家?guī)淼膱蟾骖}目是“德國污水污泥磷資源回收技術(shù)與法規(guī)的最新發(fā)展”。為什么要談這個問題呢?看一下背景情況。首先談?wù)勗诘聡M(jìn)行磷回收的必要性。磷是一種戰(zhàn)略資源，除此之外，德國很大的一個問題是磷完全依賴于進(jìn)口;同時在污水和污泥處置過程中，德國在2000年已經(jīng)實現(xiàn)了污水深度處理、除磷脫氮措施全面實施。污水經(jīng)過深度處理后有90%的磷都進(jìn)入了污泥中去。早期德國的污泥有1/3以上進(jìn)行土地利用(農(nóng)用、林用、土地改良)，污泥中的磷可以通過土壤進(jìn)入到自然循環(huán)利用。后來污泥的土地利用在德國有過激烈的討論，其結(jié)果是污泥的土地利用率出現(xiàn)明顯下降?，F(xiàn)在有四個聯(lián)邦州已經(jīng)實施禁止污泥的土地利用。從1991年到2016年污泥的熱處理(干化、焚燒)，從10%增加到65%，這是一個污泥利用和處置方向的根本性轉(zhuǎn)變，這樣的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致污泥焚燒后的灰分不能直接進(jìn)行磷的土地利用。如果灰分中的磷直接用于土壤，植物很難吸收，所以焚燒污泥灰分用到土壤中，不僅肥效低，還會板結(jié)土壤。因此，德國提出如何回收污水污泥中磷資源的問題。
我們看一下中國的情況，表面上看中國的磷礦是非常豐富的。其實中國磷礦資源僅占世界總資源的7%。但是中國的富磷礦比例比較低。美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS), 中國已知的磷礦儲量靜態(tài)利用年限為37年。依據(jù)中國的學(xué)者研究結(jié)果，利用平均品位為23%以上的礦，也只能利用到2032年;一些預(yù)測也表明，中、高品位磷礦石僅能支持中國國內(nèi)需求30年左右。由此可見，中國磷礦石資源稀缺性將不斷提升。此外，磷礦在開發(fā)利用過程中對礦山及其周圍環(huán)境的產(chǎn)生污染(廢水、廢氣和噪聲)。中國建成污水處理廠4063座，污水處理能力達(dá)1.78億立方米/日，年產(chǎn)生含水量80%的污泥5000多萬噸。目前中國的污泥大多進(jìn)行填埋和土地的利用。這樣的處置和利用方式還能維持多久?現(xiàn)在我們也必須思考這樣一個問題。
德國聯(lián)邦政府提出了回收污水污泥中磷資源的戰(zhàn)略思想。早在2002年時，德國聯(lián)邦政府的環(huán)境專家委員會提出建議“開發(fā)和進(jìn)一步開發(fā)從廢水和污泥中回收磷酸鹽的熱工藝”;2010年歐盟環(huán)境部長會議委托德國聯(lián)邦州廢物工作組評估可持續(xù)利用二次磷儲備的行動建議，開展一系列這個領(lǐng)域的研究、規(guī)劃、建造和工藝運(yùn)作技術(shù)知識的交流和傳播;2013年3月7日，在布魯塞爾舉行的歐洲可持續(xù)磷資源會議期間正式成立歐洲磷資源平臺。
在過去十幾年中，德國政府采取了一系列的資助計劃，促進(jìn)德國大學(xué)和工業(yè)界在磷回收領(lǐng)域幾十年的聯(lián)合研究。例如，2004-2011聯(lián)邦教育、研究部(BMBF) /聯(lián)邦環(huán)境部(BMU)啟動“植物營養(yǎng)物循環(huán)利用，特別是磷資源”資助計劃;2010: 聯(lián)邦教育、研究部(BMBF)將磷資源納入資源效率計劃 (ProgRess)。今年新的一輪聯(lián)邦教育、研究部(BMBF)資助計劃“磷資源循環(huán)利用”也準(zhǔn)備啟動。
立法是實現(xiàn)磷資源循環(huán)利用的最重要的基礎(chǔ)。在這兒簡單回顧一下德國污泥條例的頒布與修訂情況。1972年6月7日聯(lián)邦立法機(jī)構(gòu)頒布了在聯(lián)邦范圍內(nèi)適用的第一部《廢物處置法》，1982年為了規(guī)范農(nóng)業(yè)、林業(yè)及園藝用地上利用污泥，頒布了第一部污泥條例;1992年4月15日聯(lián)邦立法機(jī)構(gòu)又根據(jù)污泥條例的實施經(jīng)驗和歐共體的污泥法規(guī)要求，對本條例進(jìn)行了修訂;2012年聯(lián)邦德國對"肥料條例"進(jìn)行修訂，要求從2015年起，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)及園藝用地上施用的污泥必須遵守該條例的規(guī)定;2010年提出了"污泥條例"修訂草案，經(jīng)過長達(dá)七年的討論和論證，于2017年9月27日"污泥條例"修訂版通過聯(lián)邦議會審查后正式生效。從此，德國污水污泥的利用開啟了新篇章。
德國"污泥條例"在2017年9月27日最新修訂時做出了重要的規(guī)定，這里僅介紹幾點(diǎn)最核心的內(nèi)容：從2029年或2032 年起(污水處理廠規(guī)模在 100，000 設(shè)計服務(wù)人口值或50，000設(shè)計服務(wù)人口值)全面禁止污泥的農(nóng)用;污水污泥的生產(chǎn)單位有義務(wù)進(jìn)行磷回收;污泥中磷含量至少為20gP/kg干固體時，必須采取磷回收措施;污泥中的磷回收率至少為50%(如果污泥中磷含量高于40g P/kg干固體，效率可低于50%)?；蛘叱兄Z污泥進(jìn)行單獨(dú)焚燒或者協(xié)同焚燒，并從灰分/殘余物中回收磷，要求磷回收率至少達(dá)到80%，或者對含磷灰分進(jìn)行物質(zhì)性利用或者根據(jù)廢物填埋條例對含磷灰份進(jìn)行長期存放，以便進(jìn)行后續(xù)的磷回收。
德國還提出了其他相關(guān)的法律要求，比如2013年4月15日對"垃圾填埋條例"的修訂，要求垃圾填埋場存放合格的污泥灰分;研發(fā)中間存儲方案，對污泥單獨(dú)焚燒的灰分進(jìn)行臨時存儲，目的是為了以后能夠?qū)ζ渲械牧走M(jìn)行回收。自2015年起，污泥的利用必須遵守德國肥料條例的限值，這將導(dǎo)致在農(nóng)業(yè)、林業(yè)及園藝用地上利用污泥的比例繼續(xù)減少，將不能在土壤中使用的污泥進(jìn)行協(xié)同焚燒或單獨(dú)焚燒?？梢灶A(yù)見，在今后十年中從污水污泥中回收磷的技術(shù)在德國必將達(dá)到商業(yè)應(yīng)用的水平。
簡單談一下德國城鎮(zhèn)污水處理廠磷的物質(zhì)流平衡問題。根據(jù)德國的調(diào)研結(jié)果，每人每天會產(chǎn)生2克的磷。其物質(zhì)流如下圖所示。由此可見，污水中的磷有90%進(jìn)入到污泥當(dāng)中。
城鎮(zhèn)污水處理廠回收磷的可能的地點(diǎn)和方式有以下四種:出水，厭氧消化污泥，污泥處理工藝水，污泥焚燒灰分。
第一種方式的特點(diǎn)是磷的去除和磷的回收發(fā)生在污水處理廠出水點(diǎn)，放棄在污水處理過程中除磷。其優(yōu)點(diǎn)是回收磷的措施整合在處理廠內(nèi)部。但是由于污水處理廠出水中的磷酸鹽濃度低，所以這種回收方式不經(jīng)濟(jì);一旦磷回收工藝系統(tǒng)發(fā)生故障時，還可能無法滿足磷的排放要求。因此這種措施在城市污水處理廠很難實現(xiàn)，僅具有理論上的意義。
第四種方式是從污泥焚燒的灰分中回收磷。與所有其他方法相比，灰分中的磷酸鹽濃度最高，磷回收工藝系統(tǒng)處理的物流量最小，有機(jī)污染物質(zhì)被永久性破壞，含磷灰很容易地進(jìn)行長期儲。單獨(dú)焚燒污泥，從污泥灰分中回收磷，這是繼污水處理廠的后續(xù)方法。污泥焚燒的灰分中不能直接進(jìn)行土地利用，對土壤結(jié)構(gòu)沒有改良作用，必需要進(jìn)行灰分解析回收磷，這種磷回收工藝花費(fèi)目前還較高。通過比較可以看到，第四種方式是一個比較好的回收點(diǎn)。
目前磷回收的工藝技術(shù)繁多，在這兒不一一去談。在此僅簡單介紹兩種德國亞琛工業(yè)大學(xué)環(huán)境工程研究所研發(fā)的磷回收工藝：PRISA工藝和PASCH工藝。
PRISA工藝是從污泥處理過程中產(chǎn)生的工藝水中回收磷(一次濃縮池上清液、厭氧消化池上清液、二次濃縮池上清液)。這三種工藝水中含磷的形態(tài)不一樣。經(jīng)過一定的化學(xué)處理之后，回收到是大家都非常熟悉的MAP。該回收工藝基于現(xiàn)有的污水處理工藝，僅需要在污水處理廠進(jìn)行一些技術(shù)改進(jìn)，與現(xiàn)有的污泥處理工藝整合。該回收工藝對污水處理工藝要求，必須采用強(qiáng)化生物除磷工藝，否則污泥處理過程的工藝水中的磷的含量就比較低，就不太適合PRISA回收工藝。磷回收率要大于50%，滿足德國新"污泥條例"對于磷回收率的要求。
PASCH工藝的特點(diǎn)：PASCH工藝是從污泥焚燒的灰分中回收磷。該工藝磷回收率要大于90%;ISA研究所以及FraunhoferIME研究所的研究結(jié)果表明，污泥焚燒過程中有機(jī)污染物已經(jīng)破壞，回收產(chǎn)品的無機(jī)雜質(zhì)含量低，該產(chǎn)品具有良好的植物可利用性;IFEU研究所的研究結(jié)果，與其他回收工藝相比(例如協(xié)同焚燒、污泥直接農(nóng)業(yè)利用等)，PASCH工藝的生態(tài)評估具有明顯優(yōu)勢。示范項目運(yùn)行結(jié)果表明，PASCH工藝具有較低的成本。
總結(jié)和展望：德國政界、科學(xué)和經(jīng)濟(jì)界經(jīng)歷了至少15年以上的共同努力，才奠定磷回收的法律基礎(chǔ)，研究出了一些從污泥水中和焚燒污泥灰分中回收磷的工藝技術(shù)，這些技術(shù)已經(jīng)完全可以投入運(yùn)用，而且回收的產(chǎn)品質(zhì)量和肥料效果都得到了證明。污泥單焚燒和后續(xù)磷回收可能是未來德國最常用的污泥處置利用方式。由于回收工藝的經(jīng)濟(jì)可行性尚待改善和提高，污水污泥灰燼的中間儲存是必要的，污泥單獨(dú)焚燒廠的焚燒能力仍需要擴(kuò)建。目前尚不能達(dá)到回收設(shè)施系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。
德國已經(jīng)經(jīng)過15年的努力，再加上12年的法規(guī)過渡期后將全面實現(xiàn)從城鎮(zhèn)污水污泥中回收磷資源?，F(xiàn)在是時候需要考慮中國的污泥處置利用方向問題。中國需要思考，是否應(yīng)該借鑒德國的經(jīng)驗，引進(jìn)在污水處理中和污泥處理、處置中進(jìn)行磷資源回收的策略。之所以說現(xiàn)在就要考慮，這也是要考慮到法律的可操作性。磷資源回收的技術(shù)我們可以比較容易快速研發(fā)或引進(jìn)(比如借鑒德國)，但是我們必須要有可支撐的法律體系來實現(xiàn)這個目標(biāo)。從德國污泥處置利用途徑的發(fā)展來看，目前焚燒為主導(dǎo)。而焚燒方式有污泥協(xié)同焚燒和單獨(dú)焚燒兩種，在德國過去十幾年中協(xié)同焚燒是發(fā)展的主流方向(由于投資較低)。由于新修訂的"污泥條例"要求回收污水污泥中磷資源，那么污泥就不太可能采用協(xié)同焚燒的方式(雖然法律沒有禁止)?，F(xiàn)在開始德國將要逐步轉(zhuǎn)向單獨(dú)焚燒方式，到2029年必將完全廢棄協(xié)同焚燒的方式，出現(xiàn)投資的浪費(fèi)。如果中國想避免這種重復(fù)投資(投資的浪費(fèi))，就應(yīng)該借鑒德國的經(jīng)驗，盡早考慮中國的污泥處置利用方向問題。謝謝大家。
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來源:中國給水排水 作者:姚剛
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