污泥处理 | 争议中的污泥生物炭
随着市政公司寻求更多方法从剩余污泥中获取回收产品，使用剩余污泥生产生物炭成为最受关注的回收途径之一。该产品主要通过热解等先进污泥热转化技术产生稳定的固体形式炭。
优势众多
[图片来源：Aquatech]
推动这些先进热转化技术发展不仅是因为它们能够从污泥中回收有用的产品，还能解决人们对污泥中微污染物对土地污染的担忧。
随着污泥量不断增加，处置途径受到持续性限制压力，将剩余污泥转化为有用产品对于未来市政公司来说是一个有吸引力的选择。
为什么要从剩余污泥中生产生物炭？
污泥生物炭生产是一种显著减少污泥处理厂处理压力的方法，并且该产品具有许多迎合市场的特性。许多生物炭的高碳含量使其适合作为燃料燃烧，但生产商能够通过改变原料和生产条件来调整其物理/化学特性，使生物炭可以通过许多不同的方式提供附加值。
这些附加值包括生物炭用作吸附剂或土壤改良剂。例如，德国Pyreg公司将其污泥生物炭作为“磷肥”或“含磷生物炭”进行营销。
首席销售官Robert Kovach概述道：“并非所有生物炭都是一样的，当你用生物质制造生物炭时，你的碳含量和比表面积（比木质材料）更少，但磷含量更高，这对农业来说是有利的”。
Pyreg声称，其生产的生物炭具有与磷矿产出的重过磷酸钙磷肥类似功效，后者目前广泛用作农业肥料。
许多污泥生物炭生产商还指出，他们的产品几乎没有或根本没有存在于生物质中的微污染物，而目前许多地区农田中都散布着被微污染物污染的生物质
“人们对其它原料更满意，但我们确实有科学证明热解过程可以在多大程度上清理污泥”，国际生物炭倡议执行董事Wendy Lu Maxwell-Barton解释道：“该倡议是一个会员制组织，包括生物炭产品制造商、研究人员和政府机构”。
尽管德国等一些国家出于对其成分担忧而禁止在田间使用从污水污泥中提取的生物炭，但丹麦、捷克共和国和瑞典等其它国家却热衷于在农业环境中使用升级产品。
Kovach解释道：“随着污泥中PFAS和重金属问题变得更加突出，形成了多米诺骨牌效应，各国不再允许在田间排放剩余污泥，随之而来的是其它解决方案也被提了出来”。
通过将污泥炭作为污泥燃烧的方案，还有可能实现碳封存而不是焚烧烧过程中的碳释放。研究还表明，该产品能够防止土壤中其它温室气体的释放，例如，N2O和CH4。
产品量身定制
剩余污泥被广泛认为比使用稻草或木材生产生物炭更为便宜，并且因为污水处理厂不断的污泥产出也被证明是一种可靠、且可持续原料。使用原料混合物来调整最终产品特性也很常见，尽管每种原料输入比例通常必须保持一致，以保持生物炭特性相同——这对于某些领域的客户来说可能很重要承购行业。
例如，以色列Earth Biochar公司正在将堆肥市政污泥与木片混合，生产园艺肥料，该肥料可用于替代日趋被禁止的污泥堆肥废料。该公司选择这种混合物是为了利用木屑内部结构以及污水污泥中的矿物质，并且堆肥过程可以在污泥转化为生物炭之前去除污泥中的水分。该工艺现已获得以色列环保局批准，可以将其最终产品用作作物肥料。
总部位于英国的Standard Gas公司提供了一种不限原料的热解系统，该系统无需在进料变化时重新校准。该公司声称，原料多样性是一种更为经济的选择，因为与单独使用一种原料相比，它可以在混合物中添加额外能量。这有助于为系统提供动力并产生多余能量用于干燥，以及产生非常高热量的生物炭。
Standard Gas公司董事Richard Jackson评论道：“市政公司必须找到（沼渣）土地利用的替代方案。这可能需要为此付出更多费用，尤其是将它完全取缔；焚烧工艺要面对约85英镑/t的成本，还有高含水量的问题”。
他还概述说，该公司的工艺能够产生多余的热量，为干燥过程供能——这对于先进的热转换技术来说并不罕见。市政公司关注的一个主要问题是在进行热解或类似处理前污泥脱水所需要的能量。
消除障碍
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尽管剩余污泥生物炭被吹捧为市政公司获得碳汇额的一种方式——随着净零排放加速，这种情况在许多行业正在成为热点——但一些研究人员警告说，其在这一领域未来可能存在一些挑战。与其它原料相比，污泥生物炭的碳含量较低，可能对其竞争力产生负面影响。
污泥中的氮在热转化过程中也会损失，这可能被一些产品购买者视为负面影响，尽管这在农业应用之外不太重要。
一个关键的问题是生物炭（来自任何原料）能有多长的储碳时间，特别是与土壤混合时——这是一种物质自然分解的环境。那些希望利用碳封存市场抵消排放的人已经倾向于采用能够长时间的储碳方法——例如，直接在空气中进行碳捕获和储存——这意味着生物炭可能会在竞争中被击败。
然而，国际生物炭倡议指出，CO2清除跟踪网站cdr.fyi上显示的数据显示，2022年交付的碳汇中约80%是通过生物炭实现的。这表明市场目前对该产品有兴趣，对于那些寻求碳封存的人来说，它可能是一个更直接且成熟的解决方案。
该产品的一些拟议用途并不兼顾最终处置途径，例如，吸附——一种通过将污染物粘附到固体表面来从污水中分离成分的过程。这将产生大量被污染的生物炭，而这些生物炭最终可能仍会进入垃圾填埋场。然而，因为生物炭有潜在的实地应用可能，且市场对低成本吸附剂需求不断增加，所以，这个市场对市政公司仍然有吸引力。
主要市场
目前污泥生物炭主要市场在美国，干燥技术提供商Bioforcetech提供的Pyreg热解系统在该市场取得了巨大的成功。该公司通过将其专有BioDryer技术推向市场，克服了污泥干化的重大障碍。该技术使污泥达到堆肥早期阶段的温度，以去除水分，所用能源小于常规热干化机。该公司提供的热解系统已获得美国环保局批准，现在可以更轻松地在美国实施安装。
在欧洲，因为土地面积有限，并且禁止将污泥用于农业应用，生物炭被奉为解决污泥问题的方案。然而，该产品目前的一个主要障碍是它被排除在欧洲肥料产品法规之外，该法规旨在为回收肥料创建一个单一市场，并确立减少废弃物的重要性，以便更好地进入市场。
目前，由于对这些污染物的担忧，污泥生物炭被排除在监管之外。欧洲生物炭工业联盟——一个由生物炭生产商、批发商和精炼厂组成的协会——呼吁将污水污泥生物炭纳入法规中，理由是可以提高可去除产品微污染物的热转换技术数量的可见性。
