污泥制作有機肥：污水廠污泥處理處置方式

【污泥制作有機肥：污水廠污泥處理處置方式】本文研究了我國重點流域11個城市106個典型污水處理廠的污泥處理方法、處置方法和技術路線。結果表明，我國重點流域的污泥處理方法主要包括填埋、焚燒、建材利用和土地利用。填埋比例為53.79%，主要與城市生活垃圾混合；焚燒比例為18.31%，主要由電廠共同焚燒，單獨焚燒比例較低；建材利用比例為16.08%，主要用于水泥制磚；土地利用比例為11.01%，處置方式主要為園林綠化和土地改良。此外，基于調查，探討了我國污泥處理處置的發(fā)展方向。

譚學軍，博士，教授級高級工程師，從事環(huán)境工程領域的技術研發(fā)工作。

隨著我國污水處理設施建設的快速發(fā)展，污泥產量不斷增加，我國城市污泥產量已達4300×104t/a污泥處理處置面臨的問題越來越嚴重（含水率80%）。

污泥處理處置現(xiàn)狀的研究分析是污泥規(guī)劃的基礎。因此，對我國重點流域具有代表性的城市污水處理廠污泥處理方法、處置方法和技術路線進行了研究，全面分析了污泥脫水、厭氧消化、好氧發(fā)酵、干焚燒等污泥處理技術的應用現(xiàn)狀和存在的問題，比較了填埋、土地利用、建材利用等污泥處理方法在國內外的應用，探討了我國污泥處理處置的發(fā)展方向。

01研究方法

調查時間跨度為2012年1月至2014年12月，涵蓋上海、常州、嘉興、太倉、無錫、合肥、天津、唐山、赤峰、昆明、重慶等11個城市的106個城市污水處理廠（見表1），總設計污水處理能力為1519×104m3/d，實際污水處理能力1264×104m3/d，污泥年產量為313×104t（污泥含水率80%），污水處理能力和污泥產量均達到全國總量的10%。污泥產量、污泥含水率等數(shù)據(jù)來自運行報表或設計文件，如污水處理廠運行日報表、污泥處理設施運行工藝參數(shù)、處理成本等。

污泥處理現(xiàn)狀分析

2.1污泥脫水2.1.1應用現(xiàn)狀在研究范圍內，污泥脫水方式主要包括帶式壓濾、離心壓濾和板框壓濾。①60%的污水廠污泥采用帶式壓濾脫水，32%的污水廠采用離心脫水。但帶式壓濾脫水的污泥量僅占總污泥量的32%，而離心脫水的污泥量高達61%，這是由于離心脫水廣泛應用于中大型污水處理廠。離心脫水污水處理廠平均污水處理規(guī)模為31.75×104m3/d，平均污泥產量為36.08tDS/d，采用帶式壓濾脫水的污水處理廠平均規(guī)模僅為7.37×104m3/d，平均污泥產量為7.21tDS/d。所有污水廠污泥帶壓濾和離心脫水均采用陽離子PAM作為絮凝劑，帶式壓濾脫水平均劑量為4.37kg/tDS，脫水污泥含水量為73.06%~82.50%；.42kg/tDS，脫水污泥的含水量為68.50%~79.30%，離心脫水劑的含水量高于帶式壓濾脫水，而脫水污泥的含水量較低。

②板框壓濾深度脫水約8%的污水廠采用板框壓濾深度脫水，調理方法主要是化學調理，藥劑包括藥劑PAM，鈣鹽(氫氧化鈣/氧化鈣)、鐵鹽(三氯化鐵/聚合硫酸鐵)、鋁鹽(三氯化鋁、聚合氯化鋁)，不同工程藥劑的比例相差很大，即使同一工程不同季節(jié)藥劑的比例也會有明顯的波動，可能有兩個原因:a.冬春污泥有機物含量高，脫水困難；b.冬春季節(jié)氣溫較低，不利于絮凝劑的作用。

研究發(fā)現(xiàn)，污泥板框壓濾脫水泥餅的含水量一般可降至60%以下，處理方法包括填埋、電廠焚燒、水泥窯處理等。污泥深度脫水設施項目投資約8~10萬元/（t·d-1)(含水率為80%的污泥，下同)t，藥劑成本約20~30元/t。

2.1.近年來，污泥板框壓濾深度脫水技術在我國得到了越來越多的應用。調理劑主要有氧化鈣、三氯化鐵、聚合氯化鋁等。藥劑量占污泥干燥質量的30%~50%。一方面脫水泥餅干質量大幅提高，減量效果有限；另一方面，污泥發(fā)生了顯著變化pH，鹽、電導率等物理化學指標不利于資源利用。此外，加入石灰調節(jié)后，污泥呈強堿性，調節(jié)壓濾過程中氨氣等異味成分容易散逸，脫水車間除臭問題亟待重視。

2.2厭氧消化2.2.我國自己的應用現(xiàn)狀“九五”在此期間，我們開始推廣污泥厭氧消化技術“十一五”和“十二五”在此期間，許多政策和指南相繼出臺，鼓勵城市污水處理廠采用厭氧消化技術穩(wěn)定污泥。目前，我國已建成污泥厭氧消化工程70余個。在本次調查的重點流域城市中，上海、天津、重慶、昆明等地均設有污泥厭氧消化設施，污泥總處理能力262.5tDS/d，占重點流域城市污泥總量的11.66%。

總結分析了我國一些典型污泥厭氧消化工程的工藝參數(shù)，具體結果如表2所示。表2中的數(shù)據(jù)主要來自設計文件、參考文獻和操作數(shù)據(jù)。各工程采用中溫厭氧消化工藝，消化溫度為33~42℃。

典型污泥厭氧消化工程工藝參數(shù)表2

鎮(zhèn)江、襄陽工程采用高溫熱水解預處理，鎮(zhèn)江、大連工程污泥與餐廚垃圾協(xié)同厭氧消化。單位體積池沼氣產量與物料固體含量、有機物含量、停留時間等因素有關。上海、青島、鄭州厭氧消化工程污泥固體含量不超過5%，單位體積池沼氣產量為0.45～0.59m3/（m3·d）；昆明、鎮(zhèn)江、大連、襄陽工程采用高含固厭氧消化，沼氣產量為0.80～1.78m3/（m3·d）。襄陽污泥有機物含量僅為40%~60%，沼氣產量明顯低于鎮(zhèn)江污泥工程，也采用了基于熱水解的厭氧消化工藝。后者污泥與餐廚垃圾協(xié)同厭氧消化，單位池容沼氣產量高達1.78m3/（m3·d）。大多數(shù)工程沼氣凈化采用干脫硫、干脫硫、生物脫硫和濕脫硫組合工藝。凈化后，沼氣主要用于消化池加熱、污泥干燥、發(fā)電和凈化壓縮天然氣。

2.2.2存在問題①污泥有機物含量低，砂含量高，制約了系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。由于雨污合流、基礎設施建設等問題，大量泥沙排入污水管網，而我國污水處理廠沉砂池的除砂效果普遍較差，導致污泥有機物含量低，砂含量高。國外污泥有機物含量約為60%~70%，而我國污泥有機物含量僅為30%~60%。一方面，厭氧消化沼氣產量低，經濟效益差；另一方面，大量砂沉積在消化池中，不僅降低了有效池容量，影響了設施的穩(wěn)定運行，而且加劇了設備的磨損。

②缺乏污泥資源利用的出路限制了厭氧消化的綜合效益。一方面，部分污泥厭氧消化后仍不能滿足土地利用等泥漿標準的要求，存在病原體超標、異味、有機酸燒苗、易結塊等問題。另一方面，由于缺乏穩(wěn)定的資源消耗方式和容量，大多數(shù)污泥厭氧消化后仍采用填埋處理，限制了厭氧消化的綜合效益。

2.3好氧發(fā)酵2.3.好氧發(fā)酵是我國污泥處理污染防治的最佳可行技術之一。在調查范圍內，污泥處理量為188.87tDS/d，重點流域污泥總量占8.39%。土地利用(園林綠化、土地改良等)約88.19%的發(fā)酵產品，其余11.81%填埋。

調查分析了我國一些典型污泥有氧發(fā)酵工藝的概況，結果見表3。表3中所有有有氧發(fā)酵工程的泥漿均為脫水污泥，含水量為74%~85%，有機物含水量為30%~65%。重金屬指標基本符合泥漿標準要求。常用輔料包括稻殼、秸稈、鋸末(鋸末)、木塊、花生殼、稻草等。輔料的添加質量占污泥質量的0~20%?；鼗炝弦话闶抢匣蟮陌l(fā)酵產品，有些工程發(fā)酵產品不老化直接回混，或者添加菌種而不需要回混。

表3典型污泥好氧發(fā)酵項目工藝概況

污泥好氧發(fā)酵設備包括配料設備、供氧設備、除臭設備等。大多數(shù)項目都有單獨的配料機、進料機、布料機等，有些項目被叉車取代。氧氣供應設備包括拋光機、叉車、羅茨鼓風機、離心鼓風機等強制通風或強制吸風設備。大多數(shù)項目都有除臭設施，最常用于生物過濾器。此外，還有噴霧除臭劑、離子除臭劑等方法。一些工程配備了造粒機的后處理設備。

以國內8個污泥儲存、材料混合、強制通風曝氣、除臭等環(huán)節(jié)為目標，分析其建設運行成本和占地面積。有氧發(fā)酵工程規(guī)模為120~1萬t/d，單位工程總投資21~36萬元/（t·d-1)運營成本為79~200元/t，包括輔料費、電費、人工費、設備維修費等，其中輔料費約占運營成本的50%，輔料費、電費、人工費之和約占運營成本的80%~90%。劉洪濤發(fā)現(xiàn)，輔料成本對運營成本影響最大，其次是電費和人工成本。因此，合理控制輔料的類型和用量，優(yōu)化曝氣除臭模式，提高設備自動化水平，對降低運營成本具有重要意義。

2.3.2.目前，我國已建成的污泥好氧發(fā)酵工程系統(tǒng)改進不均勻，運行管理水平差異較大。部分工程氣味收集處理環(huán)節(jié)缺失，或運行維護廣泛，容易產生二次污染，難以保證穩(wěn)定效果。迫切需要提高好氧發(fā)酵系統(tǒng)、設備自動化和精細管理的改進。

此外，調查發(fā)現(xiàn)，部分污泥有氧發(fā)酵過程中添加的輔助材料質量約為污泥質量的20%，輔助材料體積約為污泥體積的100%。大量添加輔助材料不僅增加了運行成本，而且導致發(fā)酵產品體積大幅增加，增加了后續(xù)處理成本。

此外，部分污泥有氧發(fā)酵后，由于缺乏穩(wěn)定的土地利用耗能力，長期堆放或填埋處理影響了有氧發(fā)酵的環(huán)境和經濟效益。

2.4干化焚燒2.4.1.我國現(xiàn)行政策鼓勵經濟發(fā)達的大中城市采用污泥焚燒工藝。在研究范圍內，焚燒處理的污泥量達到412.01tDS/d，占重點流域污泥總量的18.31%。污泥焚燒主要包括單獨焚燒、電廠焚燒和垃圾焚燒，其中污泥量最高，其次是污泥單獨焚燒。

污泥單獨焚燒工程通常由干燥系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)和公共設備統(tǒng)和公共設備。干燥機包括流化床干燥機、圓盤干燥機、薄層干燥機、葉片干燥機、帶式干燥機等，常用于焚燒爐流化床。例如，污泥干燥焚燒工程的設計和處理規(guī)模為64tDS/d，干燥系統(tǒng)采用流化床干燥機，熱量來自焚燒系統(tǒng)，污泥含水率為10%；焚燒系統(tǒng)采用熱載體流化床焚燒爐，爐溫為850℃以上需補充少量燃煤；煙氣凈化系統(tǒng)由半干噴淋塔和袋式除塵裝置組成，主要去除酸性氣體和捕獲顆粒物。

污泥電廠協(xié)同焚燒不需要另一個焚燒爐，干燥所需的熱量可以利用原爐低品位、低余熱，以降低工程投資和處理成本。例如，污泥回收項目的設計和處理規(guī)模為410tDS/d，污泥來自市政、印染、紡織、化纖、皮革等行業(yè)近300家企業(yè)。進廠污泥含水量70%~80%，超圓盤干化機出泥含水量35%~42%；干化污泥與煤混合，進入循環(huán)流化床焚燒；干化機廢氣冷凝，冷凝廢水處理達標后排放，未冷凝氣體由風機送入焚燒爐。

2.4.2.由于我國污泥含砂量高，設備在干燥焚燒過程中普遍存在磨損問題。例如，污水處理廠的污泥含砂量達到22.4%，而歐洲的污泥含砂量僅為6%~8%。污泥對流化床干燥機中的管式熱交換器、螺旋分離器和給料分配器內壁嚴重磨損。運行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，設備磨損引起的停車維護次數(shù)約占停車總數(shù)的50%，流化床干燥機換熱器中導熱油盤管磨損漏油引起的停車是維護的重點和難點，嚴重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

此外，我國大部分污泥焚燒方法都是電廠協(xié)同焚燒，迫切需要重視煙氣污染控制。電廠煙氣處理主要集中在除塵、脫硫和脫硝上，不完全適用于污泥焚燒煙氣污染控制。污泥摻入后，煙氣含水量增加，煙氣量顯著增加，導致高溫段煙氣停留時間縮短，影響二惡英等污染物的控制效果；此外，污泥和燃煤的火災溫度和燃燒時間不同，污泥粒徑小，部分未燃污泥顆粒（包括未降解污染物）更容易離開高溫區(qū)域；燃煤煙氣量是污泥煙氣量的2~3倍，污泥焚燒產生的污染物存在稀釋排放的隱患。

03污泥處置現(xiàn)狀分析分析

研究范圍內污泥的主要處置方法包括：土地利用、填埋場、建筑材料利用和焚燒。污泥處置污泥量的比例如圖1所示。填埋場仍然是我國重點流域最重要的污泥處置方法，占53.79%，焚燒和建筑材料分別占18.31%和16.08%，土地利用僅占11.01%。值得注意的是，雖然部分污泥處置方法被歸類為填埋場和土地利用，但存在隨機、無序的處置現(xiàn)象，并伴有二次污染的風險。

圖1不同污泥處理方法在我國重點流域的比例

污泥處理方法與國外發(fā)達國家的比較如圖2所示。

圖2各國污泥處置方法比較

在填埋方面，我國重點流域污泥填埋比例仍遠高于國外發(fā)達國家。德國禁止填埋有機物含量>3%的材料，主要是焚燒灰渣；日本的垃圾填埋場主要是焚燒灰渣或高溫熔化后的惰性熔渣。我國污泥主要在生活垃圾填埋場混合填埋。填埋前通常只進行脫水處理。污泥含水量和有機物含量高，滲濾液和填埋氣產量大，占地面積大，存在環(huán)境和安全隱患。

在土地利用方面，我國污泥土地利用率僅為11.01%，而澳大利亞、美國、德國、英國等國家污泥土地利用率均超過50%。我國重點流域污泥土地利用率低有兩個原因:①我國污泥中重金屬等污染物的總體含量高于國外發(fā)達國家，政府監(jiān)管部門和公眾對污泥土地利用的環(huán)境健康風險有更多的擔憂；②我國尚未建立與污泥土地利用相關的實施、監(jiān)督、監(jiān)測和指導細則，污泥土地利用缺乏可操作性。

在焚燒方面，我國污泥焚燒方法主要是電廠協(xié)同焚燒，單獨焚燒所占比例較小，而德國和日本主要是單獨焚燒，其中德國單獨焚燒所占比例達到59%。目前，我國還沒有污泥混合焚燒、摻合焚燒的法律、法規(guī)或標準，污泥電廠協(xié)同焚燒缺乏科學的監(jiān)督和規(guī)范?；痣姀S對煙氣中污染物的監(jiān)測和處理主要集中在二氧化硫、氮氧化物、煙塵濃度等方面，缺乏根據(jù)污泥煙氣污染物特點的控制措施。

在建筑材料利用方面，我國重點流域污泥建筑材料的利用方式主要是水泥窯協(xié)同處理和磚砌，少量用于燒制陶粒。國外發(fā)達國家污泥建筑材料的使用對象主要是焚燒灰渣。例如，2005年日本70%的污泥被焚燒，64%的污泥被回收并用作建筑材料。然而，我國大多數(shù)污泥建筑材料在使用前只進行機械脫水。污泥含水量和有機質含量高，含有堿性金屬氧化物（Na2O，K2O等)，直接用于制磚或制陶粒，不僅影響建筑材料的質量，而且存在二次污染的風險。

污泥處理處置技術路線分析

調查范圍內重點流域城市污泥處理技術路線概況見表4。

基于填埋處理的技術路線主要包括厭氧消化+干化+填埋，厭氧消化+深度脫水+填埋，好氧發(fā)酵+填埋，石灰穩(wěn)定+填埋、脫水/深度脫水+垃圾填埋場等。大部分污泥填埋前僅進行帶式脫水、離心脫水或板框壓濾深度脫水處理；一些城市有厭氧消化、好氧發(fā)酵等設施，但污泥仍在填埋，因為污泥的穩(wěn)定性不符合土地利用標準，或者土地利用出路受阻。

基于焚燒處理方法的技術路線主要包括熱干化+單獨焚燒，熱干化+合作焚燒垃圾，脫水/深度脫水+熱干化/太陽能干化+電廠協(xié)同焚燒，脫水/深度脫水+電廠協(xié)同焚燒等。大部分污泥在焚燒前經過熱干化或太陽能干化處理，以提高爐內污泥的熱值；部分污泥經板框壓濾深度脫水處理，污泥含水量降至60%左右；少數(shù)部分直接將含水量約為80%的帶式壓濾或離心脫水后的污泥混入爐中。

表42014年重點流域污泥處理技術路線概況

基于建筑材料使用的技術路線主要包括脫水+干化+水泥窯協(xié)同處理，脫水/深度脫水+水泥窯協(xié)同處理，脫水/深度脫水+建筑材料用于處理污泥的比例為16.08%，主要采用水泥窯協(xié)同處理，制磚制陶粒。使用前的主要處理方法是機械脫水或干燥。

基于土地利用的技術路線主要包括好氧發(fā)酵+土地利用，厭氧消化+脫水+土地利用，生物瀝浸+深度脫水+土地利用，自然干燥+土地利用，脫水+在土地利用方面，大部分污泥在土地利用前進行好氧發(fā)酵或厭氧消化穩(wěn)定處理，部分污泥在土地利用后深度脫水或自然干燥，部分污泥在土地利用后直接脫水。

展望污泥處理和處置的發(fā)展趨勢

近年來，隨著我國產業(yè)結構調整和環(huán)境治理力度的加強，污水處理廠進水工業(yè)廢水比例逐漸下降，污泥中重金屬含量日益下降，而有機物則呈逐漸上升趨勢。根據(jù)調查，2003年我國城市污泥有機物含量平均值為38.4%，2008年污泥有機物含量增加到41.1%，而2014年調查范圍內污泥有機物含量平均值進一步增加到50.4%，污泥熱值也相應增加。污泥處理在以往工程運行經驗的基礎上，更加注重處理與處理的有機銜接，更加注重減少和無害化，污泥焚燒比例逐漸增加，而填埋比例明顯降低。

郝曉迪認為，污泥干化焚燒是污泥處理/處理的最終方式，可以使灰分磷的回收更加有效。近年來，污泥干化焚燒技術路線在我國得到了越來越廣泛的應用。例如，上海白龍港污泥干化焚燒工程設計處理規(guī)模為486tDS/d，采用“脫水+干化+單獨焚燒”在處理過程中，利用余熱鍋爐回收污泥燃燒的熱量，產生的蒸汽用于污泥干燥，煙氣處理用于污泥干燥SNCR（爐內）/靜電除塵/干式反應器/活性炭噴射/袋式除塵/濕式脫酸/煙氣再熱/物理吸附工藝，然后通過煙囪排入大氣；離心脫水用于上海石洞污水處理廠二期污泥處理+干化+單獨焚燒工藝技術路線，設置2條污泥干化線和3條焚燒線，努力實現(xiàn)區(qū)域內污泥的全量、穩(wěn)定、高效的處理。

06討論

在調查的基礎上，對我國污泥處理處置的發(fā)展方向提出以下建議：①同樣重視源頭和末端控制，建立泥漿數(shù)據(jù)庫，將污水排入城市下水道水質標準，加強對城市污水處理廠重金屬等有毒有害物質的監(jiān)督控制，從源頭減少污泥中的污染物含量。同時，通過管理手段或工程措施，加強對城市排水管網泥強對城市排水管網泥沙的控制，減少污泥砂含量。此外，量、砂含量、熱值、重金屬等指標進行長期監(jiān)測，建立泥漿數(shù)據(jù)庫，為污泥的科學處理和處置提供技術支持。

②同時提出問題和質量導向，堅持綠色循環(huán)低碳，解決城市污泥處理處置存在的問題，滿足污泥處理處置的迫切需要，改善污泥“減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化”長期目標是滿足環(huán)境保護和環(huán)境質量改善的需要。在充分考慮城市特色、污泥產量和污泥特性的基礎上，積極采用新工藝、新技術、新材料、新設備，提高污泥處理工程的技術水平和先進性，減少污泥處理過程中的化學品消耗，溫室氣體排放和二次環(huán)境污染，充分利用污泥中的生物質能和營養(yǎng)物質。

③處理與處置充分聯(lián)系，加強精細管理結合城市總體規(guī)劃和產業(yè)布局、園林綠化、環(huán)保專業(yè)規(guī)劃，根據(jù)城市政策，根據(jù)當?shù)厍闆r采取措施，合理選擇污泥處理和消費方式，科學確定污泥處理技術路線，實現(xiàn)污泥處理與處理的充分聯(lián)系。此外，堅持精細管理的理念，注重運營管理經驗的積累，注重污泥處理設施運行數(shù)據(jù)的總結，根據(jù)不同季節(jié)污泥性質和污泥量的變化，調整運行模式和參數(shù)，最大化污泥處理設施的處理能力，降低污泥處理過程中的能耗和藥品消耗。

07結論

①我國重點流域的污泥處置方式主要包括填埋、焚燒、建筑材料利用和土地利用。填埋比例為53.79%，主要與生活垃圾混合；焚燒比例為18.31%，主要是電廠合作焚燒，單獨焚燒比例較低；建筑材料的使用比例為16.08%，主要是制作水泥和磚塊；土地利用比例為11.01%，處置方式主要是園林綠化和土地改良。