天津市張貴莊污泥處理工程工藝選擇

曹仲宏

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市 300051）

0 前言

張貴莊污水處理廠是天津中心城區(qū)最后一座大型污水處理廠，也是天津市目前總規(guī)模最大、處理標(biāo)準(zhǔn)最高、功能最全的污水處理工程項(xiàng)目。其建設(shè)內(nèi)容包含20萬m3/d污水處理廠，6萬m3/d再生水廠和300 t/d（以80%含水率計(jì)）污泥處理工程。根據(jù)國家相關(guān)技術(shù)政策“城鎮(zhèn)污水處理廠新建、改建和擴(kuò)建時(shí)，污泥處理處置設(shè)施應(yīng)與污水處理設(shè)施同時(shí)規(guī)劃、同時(shí)建設(shè)、同時(shí)投入運(yùn)行。污泥處理必須滿足污泥處置的要求，達(dá)不到規(guī)定要求的項(xiàng)目不能通過驗(yàn)收。”張貴莊污泥處理工程處理工藝方案確定及實(shí)施，可實(shí)現(xiàn)在建設(shè)污水處理廠的同時(shí)解決污泥處理處置問題，防止二次污染，提高污泥資源化利用水平，維護(hù)良好生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)城市建設(shè)，對實(shí)現(xiàn)我國節(jié)能減排戰(zhàn)略具有重要意義。

1 發(fā)達(dá)國家污泥處理處置現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

污水和污泥是解決城市水污染問題同等重要又緊密關(guān)聯(lián)的兩個(gè)系統(tǒng)。污泥處理處置是污水處理得以最終實(shí)施的保障，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，污泥處理處置是極其重要的環(huán)節(jié)，其投資約占污水處理廠總投資的50%～70%。

污泥處理處置方法主要有填埋、焚燒和多種形式的土地利用。由于各國具體情況不同，選擇的方法各有側(cè)重。

歐洲污泥處置最初的主要方式是填埋和土地利用，近幾年歐盟已接受了廢棄物綜合化管理體系的策略，實(shí)施對廢棄物（包括污泥）消納的層次化管理原則，即循環(huán)利用優(yōu)先于焚燒，焚燒又優(yōu)先于最終處置（填埋），總的趨勢是土地利用的比例越來越高，歐盟及絕大部分歐洲國家越來越支持污泥的土地利用。目前，德國、英國和法國每年產(chǎn)生的污泥（干重）分別為220萬t、120萬t和85萬t，作為農(nóng)用方向土地利用的比例分別已達(dá)到40%、60%和60%。

北美地區(qū)雖然土地資源充足，但衛(wèi)生填埋總體較少，污泥處理處置的技術(shù)路線一直是農(nóng)用為主，且為污泥農(nóng)用做了大量安全性評價(jià)工作。目前，美國16000座污水處理廠年產(chǎn)710萬t污泥（干重）中約60%經(jīng)厭氧消化或好氧發(fā)酵處理成生物固體，用做農(nóng)田肥料。另外，有17%填埋，20%焚燒，3%用于礦山恢復(fù)的覆蓋。

日本由于土地限制，污泥處理處置的主要技術(shù)路線是焚燒后建材利用為主，農(nóng)用與填埋為輔。近年來，日本開始調(diào)整原有的技術(shù)路線，更加注重污泥的生物質(zhì)利用，逐步減少焚燒的比例。

總體來看，歐美國家目前比較明確的將土地利用作為污泥處置的主要方式和鼓勵(lì)方向。土地利用主要包括三個(gè)方面：一是作為農(nóng)作物、牧場草地肥料的農(nóng)用；二是作為林地、園林綠化肥料的林用；三是作為沙荒地、鹽堿地、廢棄礦區(qū)改良基質(zhì)的土壤改良。由于運(yùn)輸距離、操作難度等客觀因素，污泥農(nóng)用量又遠(yuǎn)高于林用和土壤改良。另外，歐美普遍采用厭氧消化和好氧發(fā)酵技術(shù)對污泥進(jìn)行穩(wěn)定化和無害化處理[1]。

2 我國污泥處理處置的相關(guān)技術(shù)政策及原則

為推動在處理污水的同時(shí)妥善處理污泥，由我國住建部、環(huán)保部、科技部于2009年2月18日發(fā)布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策（試行）》（建城[2009]23號）[1]規(guī)定：“城鎮(zhèn)污水處理廠新建、改建和擴(kuò)建時(shí)，污泥處理處置設(shè)施應(yīng)與污水處理設(shè)施同時(shí)規(guī)劃、同時(shí)建設(shè)、同時(shí)投入運(yùn)行。污泥處理必須滿足污泥處置的要求，達(dá)不到規(guī)定要求的項(xiàng)目不能通過驗(yàn)收?！惫膭?lì)符合標(biāo)準(zhǔn)的污泥進(jìn)行土地利用，提出在污泥濃縮、調(diào)理和脫水等實(shí)現(xiàn)污泥減量化的常規(guī)處理工藝基礎(chǔ)上，根據(jù)污泥土地利用要求和相應(yīng)的泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，分別選擇厭氧消化、高溫好氧發(fā)酵的污泥處理技術(shù)路線。鼓勵(lì)采用干化焚燒的聯(lián)用方式，提高污泥的熱能利用效率；鼓勵(lì)污泥焚燒廠與垃圾焚燒廠合建[2]。

環(huán)境保護(hù)部辦公廳于2010年11月26日發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥污染防治工作的通知》（環(huán)辦[2010]157號）要求：“污泥處理處置應(yīng)遵循減量化、穩(wěn)定化、無害化的原則。污水處理廠新建、改建和擴(kuò)建時(shí)，污泥處理設(shè)施（污泥穩(wěn)定化和脫水設(shè)施）應(yīng)當(dāng)與污水處理設(shè)施同時(shí)規(guī)劃、同時(shí)建設(shè)、同時(shí)投入運(yùn)行。不具備污泥處理能力的現(xiàn)有污水處理廠，應(yīng)當(dāng)在本通知發(fā)布之日起2年內(nèi)建成并運(yùn)行污泥處理設(shè)施”?！拔鬯幚韽S以貯存（即不處理處置）為目的將污泥運(yùn)出廠界的，必須將污泥脫水至含水率50%以下”。[3]

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家發(fā)展和改革委員會共同組織編制的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南（試行）》（以下簡稱“技術(shù)指南”）（2011年3月）（建科[2011]34號）指出：“污泥處理處置設(shè)施建設(shè)時(shí)，相應(yīng)安全設(shè)施的建設(shè)也必須執(zhí)行同時(shí)規(guī)劃、同時(shí)建設(shè)、同時(shí)投入的原則，確保污泥處理處置設(shè)施的安全運(yùn)行”?！拔勰嗵幚碓O(shè)施的工藝及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足相應(yīng)污泥處置方式的要求。污泥處理設(shè)施尚未滿足污泥處置要求的，應(yīng)加快改造，確保污泥安全處置”。在污泥的處理處置方案選擇上，首先調(diào)查本地區(qū)可利用土地資源的狀況，按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合污泥泥質(zhì)及厭氧消化、好氧發(fā)酵等處理技術(shù)，優(yōu)先研究土地利用的可能性；當(dāng)污泥不具備土地利用條件時(shí)，可考慮采用焚燒或建材利用的處置方式；當(dāng)污泥采用焚燒方式時(shí)，應(yīng)首先全面調(diào)查當(dāng)?shù)氐睦贌?、水泥、熱電等行業(yè)的窯爐狀況，優(yōu)先利用上述窯爐資源對污泥進(jìn)行協(xié)同焚燒，盡可能發(fā)揮綜合效益；當(dāng)污泥泥質(zhì)不適合土地利用，且當(dāng)?shù)夭痪邆浞贌蚪ú睦脳l件，可采用填埋處置[1]。

“技術(shù)指南”按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策（試行）》的要求并參考國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，明確提出我國污泥處理處置應(yīng)符合“安全環(huán)保、循環(huán)利用、節(jié)能降耗、因地制宜、穩(wěn)妥可靠”的原則[1]。

以上污泥處理處置政策的相繼發(fā)布及執(zhí)行，從污泥處理處置設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、環(huán)評、建設(shè)、驗(yàn)收、運(yùn)營和管理等方面為我國城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)方案選擇及全過程的管理提供了政策、技術(shù)上的強(qiáng)大支持，是進(jìn)行污泥處理處置技術(shù)方案選擇的重要依據(jù)。

3 張貴莊污泥處理工藝方案選擇

根據(jù)“技術(shù)指南”我國的典型污泥處理處置方案可采用的及路線有：

厭氧消化后進(jìn)行土地利用；

好氧發(fā)酵后進(jìn)行土地利用；

工業(yè)爐窯協(xié)同焚燒；

機(jī)械熱干化后進(jìn)行焚燒；

石灰穩(wěn)定后進(jìn)行填埋；

脫水污泥直接填埋。

以上典型污泥處理處置方案的綜合分析與評價(jià)見表1。

表1 典型污泥處理處置方案的綜合分析與評價(jià)[3]

“技術(shù)指南”指出“應(yīng)首先調(diào)查本地區(qū)可利用土地的總體狀況，結(jié)合污泥泥質(zhì)以及厭氧消化、好氧發(fā)酵等處理技術(shù)，研究污泥土地利用的可行性”，“當(dāng)污泥不具備土地利用條件時(shí)，可考慮采用焚燒或建材利用的處置方式”，“當(dāng)污泥泥質(zhì)不適合土地利用，且當(dāng)?shù)夭痪邆浞贌徒ú睦脳l件，可采用填埋處置”。

污泥處理處置作為我國城鎮(zhèn)減排的重要內(nèi)容，在“十二五”期間必須采取有效措施，因此國家積極鼓勵(lì)符合節(jié)能減排要求的污泥處理處置技術(shù)。根據(jù)“技術(shù)政策”和“技術(shù)指南”，污泥厭氧消化產(chǎn)生的沼氣收集利用及高溫好氧發(fā)酵等工藝對脫水污泥進(jìn)行穩(wěn)定化及無害化處理是符合國家倡導(dǎo)政策的污泥處理技術(shù)，應(yīng)積極予以推廣應(yīng)用。而受我國經(jīng)濟(jì)水平及運(yùn)行管理水平等的限制，符合環(huán)保要求的較低成本的污泥好氧發(fā)酵處理工藝具有更強(qiáng)的適用性。

污泥生物好氧發(fā)酵是在通過工程手段提供充足氧氣條件下好氧微生物對有機(jī)物進(jìn)行分解的生物化學(xué)過程。污泥好氧發(fā)酵過程中，熱量來源于在微生物的作用下將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水的過程，產(chǎn)生的熱量是好氧發(fā)酵過程的驅(qū)動力，可以把好氧發(fā)酵過程產(chǎn)生的熱量認(rèn)為是一種生物能源?？缮锝到獾膿]發(fā)性固體是這種生物能源的燃料、微生物降解有機(jī)物的過程消耗了氧、產(chǎn)生水、二氧化碳和熱量。污泥好氧發(fā)酵的特點(diǎn)主要包括：自身能產(chǎn)生一定的熱量，高溫持續(xù)時(shí)間長，不需外加熱源，即可達(dá)到無害化；使纖維素等難降解的物質(zhì)分解，使堆體物料有了較高程度的腐殖化，提高有效養(yǎng)分；基建費(fèi)用低、容易管理、設(shè)備簡單；產(chǎn)品臭味減輕、質(zhì)地疏松、含水率低、容重小，便于運(yùn)輸使用和后續(xù)加工成肥料。

按照我國污泥處理處置應(yīng)符合“安全環(huán)保、循環(huán)利用、節(jié)能降耗、因地制宜、穩(wěn)妥可靠”的原則，綜合考慮投資、經(jīng)營成本和處置難度等因素，張貴莊污水廠的污泥處理方案采用好氧發(fā)酵+土地利用的技術(shù)路線。

4 結(jié)論

污泥好氧發(fā)酵技術(shù)能有效地利用微生物好氧發(fā)酵所產(chǎn)生的熱量，干化過程中除了強(qiáng)制通風(fēng)所需的電耗外不需外加熱源，因此是一種非常節(jié)能的技術(shù)。在提倡可持續(xù)發(fā)展理念及能源危機(jī)不斷惡化的情況下，污泥好氧發(fā)酵對于節(jié)能減排、降低企業(yè)能耗具有重要意義。污泥好氧發(fā)酵采用秸稈等農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物作為輔料向污泥中添加，以得到較好的分散度、空隙率，適宜的含水率和合適的碳氮比以及較高的有機(jī)碳含量，在處理污泥的同時(shí)也解決了農(nóng)業(yè)廢棄物的去處。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國1989年的秸稈產(chǎn)量為60 449.3萬 t，1990年的產(chǎn)量為 68 432.1萬 t，秸稈產(chǎn)量很大且呈遞增趨勢，而每年的秸稈利用率很低，絕大多數(shù)被焚燒或被拋棄，因此利用秸稈作為輔料進(jìn)行污泥發(fā)酵具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。

好氧發(fā)酵處理可使污泥穩(wěn)定化，并能在高溫發(fā)酵時(shí)殺滅致病菌，其最終產(chǎn)物還能作為肥料或土壤調(diào)節(jié)劑，使有機(jī)物循環(huán)再利用，污泥好氧發(fā)酵產(chǎn)品的質(zhì)量和市場前景也在逐步改善，其產(chǎn)品可以改良土壤已得到廣泛的認(rèn)可，科學(xué)研究也顯示，其產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)、植草等方面還具有抵御病蟲害的作用[4]。因此，好氧發(fā)酵是符合可持續(xù)發(fā)展的污泥處理方法，具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,環(huán)境保護(hù)部和科學(xué)技術(shù)部.城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策（試行）（建城[2009]23號）[Z].

[2]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部辦公廳.關(guān)于加強(qiáng)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥污染防治工作的通知（環(huán)辦[2010]157號）[Z].

[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,國家發(fā)展改革委.城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南（試行）（建科[2011]34號）[Z].

[4]尹軍,譚學(xué)軍.污水污泥處理處置與資源化利用[M].化學(xué)工業(yè)出版社.