姚刚教授，德国亚琛工业大学环境工程研究所
姚刚：主持人您好，大家早上好。我是来自德国亚琛工业大学环境工程研究所的姚刚。首先感谢组委会对我们的邀请，特别是对中德水环境与健康研究中心的邀请。作为本次会议的支持单位，我们应该尽一点绵薄之力，所以今天给大家带来一个报告，介绍一下德国的一些新动态。
去年9月，在德国联邦教育与研究部的支持下，德方以亚琛工业大学为主导，中方包括四川大学等高校、科研院所、政府部门、企事业单位共同成立了“中德水环境与健康研究中心”联合科研平台。这是一个开放的平台，如果有同仁有兴趣加入这个平台，我们非常欢迎，请访问我们的网站：。
我今天报告的题目是《德国磷资源回收技术及法规最新进展》。为什么要讲这个问题呢？我们先来看一下背景。首先我们讲一下德国磷回收的必要性，磷是战略资源，另外德国面临的一个大问题是磷完全依赖进口。同时在污水、污泥处置过程中，德国在2000年就实现了污水深度处理、除磷、脱氮措施。污水经过深度处理后，90%的磷进入污泥中，德国早期有三分之一以上的污泥用于土地利用（农业、林业、土地改良），污泥中的磷可以通过土壤进入自然循环。后来德国掀起了一场关于污水污泥土地利用的热烈讨论，结果污水污泥的土地利用率大幅下降。现在已有4个联邦州实施了禁止污水污泥土地利用的禁令。从1991年到2016年，污泥的热处理（干化、焚烧）从10%增长到65%，这是污泥利用处置方向的根本性转变。这一变化导致污泥焚烧后的灰分含量不能作为磷直接土地利用。灰分中的磷如果直接用于土壤，植物很难吸收，因此如果将污泥焚烧后的灰分用于土壤，不仅肥效低，还会使土壤板结。因此德国提出了如何回收利用污水污泥中磷资源的问题。
我们再来看中国的情况，表面上看中国磷矿非常丰富，实际上中国磷矿资源只占世界总资源量的7%，而中国富磷矿占比却较低。美国地质调查局（USGS）统计，中国已知磷矿储量静态利用年限为37年，而根据中国学者的研究成果，平均品位在23%以上的矿山也只能利用到2032年；一些预测也显示，中、高品位磷矿储量静态利用年限为37年，而这些矿石只能支撑中国国内30年左右的需求。可见，中国磷矿资源的稀缺性将不断加剧。另外，磷矿的开发利用会对矿山及其周边环境造成污染（废水、废气和噪音）。中国已建成污水处理厂4063座，污水处理能力1.78亿立方米/日，每年产生含水率80%的污泥5000多万吨。目前，中国大部分污泥被填埋并用于陆地利用。这种处置利用方式还能维持多久？我们现在也必须思考这个问题。
德国联邦政府已提出从污水污泥中回收磷资源的战略构想。早在2002年，德国联邦政府环境专家委员会就提出“开发和进一步发展从废水和污泥中回收磷酸盐的热法工艺”；2010年，欧盟环境部长会议委托德国联邦国家废物工作组对二次磷储备可持续利用的行动建议进行评估，并开展一系列该领域的研究、规划、建设和工艺运行技术知识交流与传播；2013年3月7日，欧洲磷资源平台在布鲁塞尔召开的欧洲可持续磷资源大会期间正式成立。
近十年来，德国政府通过一系列资助计划，推动德国大学与工业界在磷回收领域开展数十年的联合研究。例如，2004-2011年联邦教育与研究部（BMBF）/联邦环境部 2010年：联邦教育与研究部（BMU）启动资助计划“植物养分回收，特别是磷资源”；2010年：联邦教育与研究部（BMBF）将磷资源纳入资源效率计划（）。今年，新一轮的联邦教育与研究部（BMBF）资助计划“磷资源回收”也即将启动。
立法是实现磷资源循环利用最重要的基础，这里简单回顾一下德国污泥条例的颁布与修改。 1972年6月7日，联邦立法机关颁布了第一部联邦范围的《污泥条例》，规定在农业、林业和园艺土地上使用污泥；1982年，颁布了第一部《污泥条例》，规范在农业、林业和园艺土地上使用污泥；1992年4月15日，联邦立法机关在借鉴《污泥条例》实施经验和欧共体污泥条例的基础上，通过了《污泥条例》，要求对此条例进行修订；2012年，德意志联邦共和国修改了《肥料条例》，要求自2015年起，在农业、林业和园艺土地上施用的污泥必须符合条例的规定；2010年，提出了《污泥条例》的修订草案，经过7年的讨论和论证，《污泥条例》修订版正式出台该法案经联邦议会审议通过后，于2017年9月27日正式生效，自此，德国污水污泥的利用翻开了新的篇章。
德国《污水污泥条例》在2017年9月27日最新修订版中作出了重要规定，这里仅列举其中最重要的几点：自2029年或2032年起（设计规模为10万的污水处理厂，或设计服务人口值为5万时，完全禁止将污水污泥用于农业用途；污水污泥生产单位有义务开展磷回收；污泥中磷含量至少为20gP/kg干固体时，必须采取磷回收措施；污泥中磷回收率至少为50%（如果污泥中磷含量高于40g P/kg干固体，效率可以低于50%）。或承诺对污泥进行单独焚烧或一起焚烧，并从残渣中回收磷，要求磷回收率至少达到80%，或对含磷灰烬进行物质利用或按照废物填埋场规定对含磷灰烬进行长期储存，以便随后进行磷回收。
德国还提出了其他相关法律要求，如2013年4月15日《垃圾填埋条例》修正案，要求垃圾填埋场必须储存符合要求的污泥灰分；开发单独污泥焚烧的中间储存方案；将灰分暂时储存起来，以便以后能够回收其中的磷。自2015年起，污水污泥的使用开始受到德国肥料条例限值的限制，这将导致污水污泥在农业、林业和园艺用地上的使用比例将不断减少，而不能在土壤中利用的污泥将通过联合焚烧或单独焚烧的方式处理。可以预见，从污水污泥中回收磷的技术将在未来十年内在德国达到商业化应用的水平。
我们先简单说一下德国城镇污水处理厂磷的物质流平衡，根据德国的研究成果，每人每天产生2克磷，物质流如下图所示，可以看出污水中90%的磷都进入了污泥中。
德国某市政污水处理厂磷的物质流平衡
城市污水处理厂磷的回收可能的地点和方式有四个：出水、厌氧消化污泥、污泥处理工艺水、污泥焚烧灰。
城市污水处理厂磷回收的可能位置和方法
表 1：城市污水处理厂中四种可能的磷回收位置和方法的比较
第一种方法的特点是磷的去除和回收发生在污水处理厂的出水点，放弃了污水处理过程中的除磷。它的优点是磷回收措施集成在处理厂内部。水中磷酸盐浓度较低，因此这种回收方法不经济；一旦磷回收工艺系统失效，可能无法满足磷的排放要求。因此，这种措施在城镇污水处理厂很难实施，仅具有理论意义。
第四种方法就是从污泥焚烧灰中回收磷。与所有其他方法相比，灰中的磷酸盐浓度最高，磷回收工艺系统处理的物料流量最小，有机污染物被永久性破坏，含磷灰容易长期保存。单独焚烧污泥，从污泥灰中回收磷是污水处理厂之后的后续方法。污泥焚烧灰不能直接用于土地利用，对土壤结构改良没有作用。回收磷需要进行灰分分析，而且这种磷回收工艺的成本还是比较高的。通过比较，我们可以看出第四种方法是更好的回收点。
目前磷回收技术有很多种，这里就不一一介绍了，这里简单介绍一下德国亚琛工业大学环境工程研究所开发的两种磷回收技术：PRISA工艺和PASCH工艺。
PRISA-工艺流程图
PRISA工艺是从污泥处理过程中产生的工艺水中回收磷（一级浓缩池上清液、厌氧消化池上清液、二级浓缩池上清液），这三种工艺水中的磷是以不同的形态存在，经过一定的化学处理后，就回收了大家熟悉的MAP。这种回收工艺是在现有的污水处理工艺基础上，只需要对污水处理厂进行一些技术改进和与现有的污泥处理工艺进行整合即可。该工艺要求必须采用强化生物除磷工艺，否则污泥处理工艺的工艺水中磷含量会比较低，不适合采用PRISA回收工艺。磷回收率必须大于50%才能满足德国污水污泥条例中新的磷回收要求。
PASCH 流程图
PASCH工艺特点：PASCH工艺是从污泥焚烧灰中回收磷，该工艺磷回收率大于90%；ISA研究所和研究院的研究结果表明，污泥焚烧过程中有机污染物已被破坏，回收产物无机杂质含量低，工厂利用率好。根据IFEU研究所的研究结果，PASCH工艺的生态评估优于其他回收工艺（如联合焚烧、污泥直接农业利用等）。优势明显：示范项目结果表明PASCH工艺成本较低。
总结与展望：经过德国政界、科学界和经济界至少15年的共同努力，磷回收的法律基础已经建立，并开发了一些从污泥水中回收磷和从污泥焚烧灰中回收磷的技术。这些技术已完全投入使用，回收产品的质量和其肥料效果也已得到证实。污泥焚烧和随后的磷回收可能是未来德国处理污泥的最常见方式。改进和增强是必要的，污泥灰的中间储存是必要的，单独的污泥焚烧厂的焚烧能力仍需扩大。回收设施系统的经济运行水平尚未实现。
德国已经做出了15年的努力，经过12年的监管过渡期，将全面实现城市污水污泥中磷资源的回收，现在是时候考虑我国污泥处置利用的方向了，我国需要思考是否要借鉴德国的经验，在污水处理和污泥处理处置中引入磷资源回收的策略。之所以现在要考虑，是要考虑法律的可操作性，快速制定或者引入（比如学习德国）是比较容易的，但要实现这个目标必须要有配套的法律体系。从德国污泥处置利用方式的发展来看，目前以焚烧为主，焚烧方式有共焚和单独焚烧两种，在德国过去十几年来，共焚一直是主流发展方向（因投入较低）。由于新修订的《污水污泥条例》要求对污水污泥中的磷资源进行回收利用，采用污水协同焚烧的方式的可能性不大（虽然法律并未禁止）。德国今后将逐步转向单独焚烧，到2029年将彻底放弃协同焚烧方式，这将造成投资的浪费。中国如果想避免这种重复投资（投资浪费），应该借鉴德国的经验，尽早思考中国污泥处置利用的方向。谢谢。
附件1：姚刚教授报告PPT。
附件2：800余名污泥行业代表齐聚河北保定共商发展——打造中国污泥处理处置核心品牌生态系统
中国给水排水2018中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会（第九届）成功举办
800余名污泥行业代表齐聚河北保定共商发展——打造中国污泥处理处置核心品牌生态系统
2018年4月15日至18日，“2018中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会（第九届）”在河北保定成功举办。本次会议由中国给水排水杂志社、爱尔万新能源环境股份有限公司、中国市政工程华北设计研究总院有限公司主办，中国建筑科技集团有限公司、上海富杰环保科技有限公司、德国施维因机械有限公司、威立雅水务工程（北京）有限公司、国美（天津）水技术工程有限公司、天津创业环保集团有限公司、苏伊士新创有限公司、中国市政工程华北设计研究总院有限公司西安分公司、普拉克环保系统（北京）有限公司、上海离心机械研究所有限公司、景津环保股份有限公司、广州圣奇能源设备有限公司、上海敖江生态环境科技有限公司、北京恩萨工程技术有限公司、亚洲环保科技股份有限公司联合承办，保定市宝安区人民政府、济南普华会展服务有限公司承办。有限公司等单位给予了大力支持；河北省住房和城乡建设厅、保定市城市管理综合执法局、河北省城镇给水排水协会、中国工业节能与清洁生产协会、中国市政工程中南设计研究院有限公司、保定市排水总公司、污泥安全处置与资源化利用技术国家工程实验室、河北农业大学城乡建设学院、国家污泥处理处置产业技术创新战略联盟、中国给水排水战略联盟、中国污泥处理处置战略联盟、中国给水排水品牌委员会、北京宏源龙嘉环保科技有限公司、青岛欧仁环保科技有限公司、中瑞（天津）环境科技发展有限公司、天津益信环境工程有限公司、德国亚琛工业大学环境工程研究所、北京北派建设有限公司、中德水环境与健康研究中心、天津水务集团有限公司、天津市水务集团有限公司、天津华博水务有限公司等单位也给予了大力支持，本次活动得到了中国给水排水杂志社、慧聪水业网、中华水网、中国水业网()、中国给水排水杂志社、亚洲环保杂志社、水处理技术杂志社等多家媒体的报道，在此表示最诚挚的感谢！
近年来，随着我国城镇化水平的不断提高，污水处理设施建设发展迅速，但污水处理后产生的剩余污泥也随之增多。由于污泥中含有大量有害病原体、寄生虫卵、重金属等，若处理不当，会对环境造成严重的二次污染。据统计，截至2017年底，我国城镇污水处理厂产生的污泥量已超过5000万吨/年，其中70%未被处理，大量的湿污泥被随意外运、简单填埋或堆放，导致许多城市被“毒污泥”包围，由此引发的社会问题日益突出。目前，全国各地的污泥处理设施尚不健全，已建设施的处理水平参差不齐，有的地方直接对污泥进行脱水干化处理后再进行堆肥或填埋，尚未对其中的污染物、病原体和重金属进行处理。这不仅可能造成巨大的生态污染和破坏，还可能在运输过程中造成损坏，填埋过程中发生爆炸等事故。因此，假设污泥进行无害化处理，按照目前市场平均价格和污水排放量计算，未来将产生600亿的污泥处置设施建设投资。
与会代表就我国污泥处理处置的路径、技术发展与瓶颈、城镇污泥综合解决方案、市场化污泥处理设施建设与运营等问题进行了深入交流。由中国城市政府主办的“中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会”是我国污泥处理处置行业技术含量最高、规模最大、影响力最大的全国性学术会议，前八届分别在秦皇岛、青岛、大连、上海、长沙、宜兴、江苏、天津、北京举办。本次污泥大会精心遴选了50个报告，重点关注污泥处理处置的政策与市场、技术与应用、最新工程案例等。来自政府部门、协会等行业主管部门代表、各大科研院所专业技术人员、地方给排水公司及其下属污水处理厂代表、全国各地工程公司、设备制造商代表等800余人围绕污泥处理处置问题展开研讨，就相关问题进行了深入的交流与探讨。
2018年4月16日，河北省住房和城乡建设厅副厅长李先明、中国市政工程华北设计研究总院有限公司总经理吴凡松等领导出席污泥大会并讲话。
河北省住房和城乡建设厅副厅长李先明致辞
中国市政工程华北设计研究总院有限公司总经理吴凡松致辞
会议期间，800余名代表进行了热烈、愉快的交流，并纷纷表示对《中国给水排水》杂志社主办的下一届会议充满期待。继2011年（第二届：青岛）、2012年（第三届：大连）、2013年（第四届：上海）、2014年（第五届：长沙）、2015年（第六届：江苏宜兴）之后，2015年（第七届：天津）、2016年（第八届：北京）分别举办了第一至第八届污泥处理处置高级研讨会，今年是第九届，在大家的关心和支持下，研讨会已经成为行业内最具影响力、规模最大的污泥处理处置行业会议。
4月18日，300余名代表参观了保定市城镇污水处理厂污泥处理中心项目和雄安新区千年秀林项目。
保定市城镇污水处理厂污泥处理中心项目简介
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项目概况
保定市污水处理厂污泥处理中心项目是亚行贷款白洋淀生态建设与环境综合治理项目的子项目之一，位于保定西苑污水处理厂内，用于处理保定陆港污水处理厂污水以及丁庄污水处理厂、西苑污水处理厂三座污水处理厂产生的阴阳湖市政污泥。
该项目日处理市政污泥300吨（含水率80%），总投资1.39亿元，采用“AAe高浓度高效厌氧消化+板框脱水+沼气净化”工艺，由中国市政工程华北设计研究中心主办，其核心技术装备AAe高浓度中温厌氧消化成套技术系统装备由该院设计，由爱尔旺新能源环境有限公司提供并承建。
该项目于2016年开工建设，2017年主体工程竣工，目前正处于调试开机准备阶段，即将投入运行，此项目的建成解决了困扰保定市污水处理厂运行的一大难题，消除了二次污染隐患，提取了污泥中的生物质能，获得了新能源，将推动保定市“低碳、高端、协调、美好”的城市发展建设，对我国污泥无害化处理和资源化利用起到良好的示范推广作用。
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工艺技术特点
本项目采用“AAe高浓度高效厌氧消化+板框脱水+沼气净化”工艺，主要建设内容包括污泥预处理车间、AAe组合式高浓度厌氧消化反应器、砂泵站、沼气净化车间、沼气火炬、沼气锅炉房、沼液脱水车间、变电所、水源空调站、控制中心、实验室、后处理车间等。
污水处理厂产生的市政污泥300t/d（含水率80%）在接收及预处理系统进行混合搅拌，使混合污泥含水率达到90%左右（约600t/d）。经过污泥处理等预处理后，污泥满足厌氧消化系统进料要求。污泥由泵送至AAe组合式高浓度厌氧消化反应器，污泥经中温厌氧消化后，日产30%左右沼气，经脱硫等净化处理后送至沼气利用系统。沼气一部分供给沼气锅炉供厌氧消化系统过程能源使用，其余沼气经净化压缩成天然气对外销售。
厌氧消化后的消化液经过板框脱水处理，使污泥含水率降低至60%后送往填埋场作为生态覆盖土，污泥脱水后的上清液返回西苑污水处理厂处理，达标后排放。
工艺流程图：
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项目照片
保定市污水处理厂污泥处理中心项目鸟瞰图
核心设备：AAe组合式高浓度厌氧消化反应器