北京市污水處理廠污泥處理處置的概況及問題

王 濤，楊 明

（1.機械科學研究總院環(huán)保技術(shù)與裝備研究所，北京 100044；2.機械工業(yè)有機固廢處理與資源化利用工程技術(shù)研究中心，北京 100044）

北京市污水處理廠污泥處理處置的概況及問題

王 濤1,2，楊 明1

（1.機械科學研究總院環(huán)保技術(shù)與裝備研究所，北京 100044；2.機械工業(yè)有機固廢處理與資源化利用工程技術(shù)研究中心，北京 100044）

介紹了北京市污水處理廠污泥處理處置歷史和規(guī)劃編制情況。北京市中心城區(qū)經(jīng)歷了堆肥、熱干化、石灰干化、水泥窯協(xié)同焚燒、熱水解+厭氧消化等技術(shù)路線選擇過程，周邊區(qū)縣采用以堆肥為主的處理技術(shù)路線，處置方式均以土地利用為主。提出對上述處理處置技術(shù)路線的建議：1）土地利用方式符合北京地區(qū)實際情況但應關(guān)注相關(guān)標準的完善；2）厭氧消化系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、安全性和無害化程度應加以關(guān)注；3）區(qū)縣污泥堆肥設施可采用車間化運營模式；4）應設置應急設施。提出如果土地利用作為最終處置方式得到認可，根據(jù)“處置決定處理”的原則，對于上游處理技術(shù)應給于全面評估，以確定最佳可行處理技術(shù)方案。

北京市；污泥；處理處置；堆肥；厭氧消化；土地利用

前言

1956年，北京市最早的污水處理廠—酒仙橋污水處理廠（一級處理）建成投產(chǎn)，處理規(guī)模僅為0.9萬m3/d。之后數(shù)十年污水處理事業(yè)發(fā)展緩慢，污泥產(chǎn)生量較少，主要采用自然干化后直接農(nóng)用的處理處置方式。

隨著1990年開始全面推進城區(qū)污水治理工作，2000年開始郊區(qū)新城污水治理工作，2004年開始農(nóng)村污水治理工作，北京市的污水處理規(guī)模快速增長；到2008年，全市污水排放總量為13.4億m3，污水處理量10.5億m3，污水處理率78%；2014年全市污水排放總量更達到16.15億m3，污水處理量13.91億m3，污水處理率86%。伴隨污水處理規(guī)模和處理率的不斷提高，污泥處理處置工作也逐漸深入推進，尤其體現(xiàn)在規(guī)劃研究和技術(shù)路線選擇這兩個方面。

1 北京地區(qū)污泥處理處置行業(yè)規(guī)劃

2003年《北京市城市污水處理廠污泥處理處置規(guī)劃研究報告》通過專家評審，2004年總規(guī)劃修編時納入污泥處置廠布局和選址等方面內(nèi)容，擬采用堆肥和熱干化技術(shù)作為主導工藝路線，建設7個污泥集中處理項目，包括：東部樓梓莊（910t/d）、南部龐各莊（474t/d）、北部（457t/d）、西部（910t/d）4個堆肥項目，以及高碑店、小紅門、清河3個熱干化項目。

2012年4月，《北京市“十二五”時期水資源保護及利用規(guī)劃》頒布，確定按照“無害化、減量化、資源化”的原則，與污水處理廠同步集約建設污泥處置設施。形成“城六區(qū)建成8處污泥處置工程（注：原有清河、方莊、水泥廠3處，擴建龐各莊1處，新建高碑店、琉璃河、小紅門、鄭王墳4處，增加污泥處理規(guī)模2700t/d），實現(xiàn)污水處理廠污泥全處理；每個區(qū)縣至少建設1處污泥處置設施（注：規(guī)劃11個新城建設11項污泥循環(huán)利用工程，處理能力達到2405t/d），集中處理新城和鎮(zhèn)村污泥，實現(xiàn)污泥不外運”的污泥處置格局。

2013年4月，《北京市加快污水處理和再生水利用設施建設三年行動方案（2013～2015年）》頒布實施：

全市新建污泥無害化處理設施14處，新增無害化污泥處理能力3995t/d。其中：中心城區(qū)新建高碑店、鄭王墳污泥干化工程，實施龐各莊污泥堆肥場改擴建工程；新城新建污泥無害化處理設施11處（包括懷柔區(qū)、密云縣、延慶縣、房山區(qū)、門頭溝區(qū)、通州區(qū)、順義區(qū)、大興區(qū)、昌平區(qū)、平谷區(qū)、北京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)污泥無害化處理工程等）。

目前，北京市污水處理廠污泥處理處置工作正進入全面實施階段，與上述規(guī)劃內(nèi)容相比較有了較大變化。

2 北京中心城區(qū)污泥處理處置技術(shù)路線選擇

2.1 選擇歷程

北京中心城區(qū)對污泥處理處置技術(shù)路線的選擇分為三個階段：

（1）第一階段（2008之前）

北京地區(qū)最早系統(tǒng)開展污泥處理技術(shù)研究的是1985年北京市政污水處理研究所進行的污泥高溫堆肥工藝試驗。1997年北京市環(huán)境保護科學研究院在密云污水處理廠組織開展“污水污泥生產(chǎn)有機復合肥示范工程研究”,成為北京地區(qū)最早的污泥處理工程化應用示范。1999年，“北京城市污泥無害化農(nóng)用示范工程”被列入當年國債項目，建設承擔單位為北京城市排水集團和機械科學研究院等單位投資組建項目公司——北京漢新源科技發(fā)展有限公司，2002年6月該項目投入運行，即后來的龐各莊污泥消納場，也是北京市第一座具有真正意義的污泥處理工程。之后規(guī)劃中的東部樓梓莊堆肥項目和北部、西部堆肥項目紛紛進入立項、可行性研究階段，但最終由于選址、環(huán)評等因素未能進入實施期。這一階段北京中心城區(qū)污泥處理技術(shù)基本上以堆肥處理和土地利用處置方式為主。（注：在這一時期北京城市排水集團還曾與三河制磚廠聯(lián)合實驗污泥制磚建材利用，但由于北京市嚴禁黏土磚的生產(chǎn)銷售以及處理過程存在二次污染，最終停止；此外，高碑店、小紅門等兩座污水處理廠均設置了污泥厭氧消化系統(tǒng)。）

（2）第二階段（2008～2014年）

2008年中心城區(qū)污水排放量達到9億m3，污水處理量8.4億m3，污水處理率達93%，污泥壓力日益增加；而隨著《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）》（住建部、環(huán)境部、科技部，2009年2月28日）、《HJ-BAT-002城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置污染防治最佳可行技術(shù)指南（試行）》（環(huán)保部，2010年 2月）和《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南（試行）》（住建部、發(fā)改委，2011年3月）等文件的出臺，處理處置技術(shù)也有了更多的選擇。為配合北京奧運和城市建設，北京在幾年內(nèi)集中建設運行了清河熱干化項目，方莊、小紅門石灰干化項目，以及琉璃河、北京水泥廠水泥窯協(xié)同焚燒項目，這一階段不同形式的干化處理技術(shù)成為北京中心城區(qū)污泥處理技術(shù)的主流選擇，而焚燒代替土地利用成為最重要的處置方式。

（3）第三階段（2014年之后）

2014年，北京城市排水集團有限公司熱水解厭氧消化技術(shù)國際合作簽約，正式確定中心城區(qū)采用“污泥熱水解+高級厭氧消化+深度脫水”模式進行污泥處理，處置方式采用土地利用為主。

北京中心城區(qū)的污泥處理處置設施現(xiàn)狀見表1。

表1 北京中心城區(qū)污泥處理處置設施現(xiàn)狀一覽表

2.2 路線選擇思路分析

從上面論述可以看出，北京中心城區(qū)先后將5種技術(shù)納入污泥處理處置主導技術(shù)選擇行列，并均不同程度付諸于工程實踐，在實際應用過程中也清楚暴露出各自缺陷。

（1）堆肥

作為傳統(tǒng)技術(shù)的代表，堆肥體現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，龐各莊污泥項目到目前仍保持連續(xù)正常運行狀態(tài)，歷時13年，充分證明了這一點；早期規(guī)劃優(yōu)先選擇堆肥也正是基于這種原因。但堆肥技術(shù)的發(fā)展進步明顯落后于北京城市的發(fā)展速度。如樓梓莊等堆肥項目的下馬就反映了占地面積和臭氣污染問題制約著大型堆肥項目的實施推廣。此外，堆肥產(chǎn)物、土地利用等受到限制也直接影響了當時對此類工藝的選擇。

（2）熱干化

熱干化作為引進技術(shù)的代表恰好彌補了堆肥技術(shù)的缺陷，清河項目占地面積小且臭氣污染易于控制，但高昂的運行成本和潛在的危險性（粉塵）影響了此類技術(shù)在北京地區(qū)的應用，且后期處置也是一個主要問題。目前熱干化成品作為輔料運至龐各莊消納場繼續(xù)堆肥。

（3）石灰干化

石灰干化技術(shù)似乎具備上述兩種技術(shù)的全部優(yōu)點，如方莊國產(chǎn)系統(tǒng)和小紅門進口系統(tǒng)運行情況均良好。但該技術(shù)從根本上仍屬于增量化處理，添加消耗大量石灰資源，與減量化目標背道而馳，且碳排量高，最終處置受限，目前僅有填埋方式適用。上述問題注定該技術(shù)僅能作為小型、臨時處理項目的備選技術(shù)，無法滿足北京中心城區(qū)的要求。

（4）水泥窯協(xié)同處理

水泥窯協(xié)同處理曾一度成為污泥處理技術(shù)的熱點，尤其是其作為處理處置一體技術(shù)，顯示出得天獨厚的優(yōu)越性。但近些年霧霾治理限制了水泥行業(yè)的發(fā)展，在北京地區(qū)水泥窯本身已成為危險廢物處理的稀缺資源，無法滿足大規(guī)模應用的條件。此外，處理成本、二次污染、產(chǎn)品質(zhì)量等因素也限制了此類技術(shù)的推廣應用。

（5）熱水解+厭氧

熱水解+厭氧工藝作為北京中心城區(qū)污泥處理的主導工藝，與前面提到的規(guī)劃不符，被全面推廣具有突然性。該技術(shù)雖從理論上突破了傳統(tǒng)厭氧技術(shù)的桎梏，提升了厭氧消化技術(shù)的競爭力，但缺乏在國內(nèi)應用的實踐經(jīng)驗。

北京中心城區(qū)污水處理廠，污泥項目布局情況見表2。

綜上所述，北京中心城區(qū)對污泥處理處置技術(shù)路線的選擇與國內(nèi)污泥行業(yè)認知水平及技術(shù)發(fā)展息息相關(guān)，由于“十二五”計劃進度要求而作出的選擇，其最終效果如何，或者是否會出現(xiàn)新一輪的污泥處理設施規(guī)劃，還有待時間檢驗。

3 北京周邊區(qū)縣污泥處理處置技術(shù)路線選擇

相對于北京中心城區(qū)，周邊區(qū)縣污泥處理處置技術(shù)路線選擇起步較晚，主要處理處置技術(shù)可分為三類：

（1）堆肥

延慶、房山、門頭溝等多數(shù)區(qū)縣采用堆肥技術(shù)+土地利用模式類解決問題，主要基于穩(wěn)定性和經(jīng)濟性考慮。

（2）混燒

懷柔和順義兩區(qū)利用現(xiàn)有或在建垃圾焚燒項目的便利將污泥納入，形成垃圾與污泥的混燒系統(tǒng)，既解決了處理問題又解決了處置問題。

表2 北京中心城區(qū)污水處理廠，污泥項目布局情況

（3）熱水解+厭氧消化

密云采用了與中心城區(qū)類似的處理工藝。

北京中心城區(qū)污泥處理處置設施規(guī)劃見表3。

表3 北京中心城區(qū)污泥處理處置設施規(guī)劃一覽表

4 問題與建議

4.1 土地利用處置的標準

北京污泥處置方式的規(guī)劃目前或遠期均以土地利用為主。根據(jù)相關(guān)調(diào)研成果可看出：北京從環(huán)境容量角

度，可以滿足污泥土地利用要求（見表4）。

表4 北京市污泥土地利用容量分析

從泥質(zhì)角度分析，總體上可達到國內(nèi)最嚴格的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)》（CJ/T309-2009）A級污泥限值水平（中心城區(qū)Hg滿足B級污泥限值），但也存在個別污水處理廠的個別指標超標現(xiàn)象，如房山良鄉(xiāng)的Zn指標、密云的Ni指標等（見表5、表6）。

表5 2008年城區(qū)污泥重金屬情況（部分） （單位：mg/kg）

表6 2008年北京市郊區(qū)污水處理廠污泥重金屬含量（部分）（單位：mg/kg）

為實現(xiàn)污泥安全、可控利用，應根據(jù)北京市土地資源狀況，盡快開展地方標準制定工作，對于消納土地的類型、作物類型、施用量、使用頻率等，應給予明確指標要求，既要防止污泥土地利用帶來的實際危害，又要防止人為夸大風險水平造成的阻礙。

4.2 厭氧消化系統(tǒng)的穩(wěn)定性

截至2011年，國內(nèi)已建成市政污水處理廠3078座，其中配套建設厭氧消化系統(tǒng)的有50余座，在建設與運行方面積累了一些經(jīng)驗和教訓。其中影響厭氧消化系統(tǒng)正常運行的最主要原因是中國城鎮(zhèn)污水處理廠的水質(zhì)與發(fā)達國家存在差異。

（1）有機質(zhì)含量低

中國城鎮(zhèn)污水處理廠的污泥有機質(zhì)含量呈現(xiàn)地域和季節(jié)不均勻特點，總體水平較發(fā)達國家明顯偏低。有機質(zhì)含量低將直接影響厭氧消化過程的產(chǎn)氣率指標，從而影響系統(tǒng)能耗和運行成本。保守估計，有機質(zhì)含量低于60%的污泥很難在日后運行過程中實現(xiàn)設計經(jīng)濟指標，而北京中心城區(qū)的污泥有機質(zhì)含量為51.8%～68.9%，總體僅略高于臨界值。

（2）含砂量高

目前污水處理廠采用的沉砂系統(tǒng)主要用于去除污水中粒徑大于0.2mm、密度大于2.65t/m3的砂粒，以保護管道、閥門等設施免受磨損和阻塞。因此即使在除砂系統(tǒng)正常工作的前提下，部分砂粒也會隨污泥進入到污水生化反應系統(tǒng)和污泥處理系統(tǒng)。在污泥處理系統(tǒng)中，由于砂粒具有流動性差、易沉積的特點，會引起污泥管道堵塞、消化池底部積砂，從而影響消化池的正常運行和沼氣產(chǎn)量，并且磨損設備，尤其是機械式攪拌器。

此外，厭氧消化系統(tǒng)運行的安全性和無害化程度也是需要特別關(guān)注的問題。

4.3 區(qū)縣污泥處理設施的運行管理

相對于中心城區(qū)，區(qū)縣對于污泥處理設施缺乏建設和運行經(jīng)驗，從目前的工藝選擇上看，大多數(shù)采用好氧堆肥+土地利用模式進行處理處置。因此，如果能統(tǒng)一設計標準，按照污泥處理設施車間化模式集中管理運行，并實現(xiàn)運行標準、維修維護、原材料供應的統(tǒng)一，將降低項目運營風險，減少投資和運行成本，實現(xiàn)效益的最大化。

4.4 應急設施的考慮

在上述問題沒有明確結(jié)論的情況下，應急設施的設置顯得尤為必要。應急設施應考慮應急容量、后續(xù)處理方式、周圍環(huán)境影響、日常維護等問題。

5 結(jié)語

目前，我國在污水處理工藝選擇和優(yōu)化方面已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗，在污泥處理處置方面同樣可以借鑒污水處理的經(jīng)驗，在充分分析掌握中國泥質(zhì)特點的前提下，引入國外成熟技術(shù)時，應在本土化改良后謹慎適度推廣，否則將只能是事倍功半，甚至無功而返。如果土地利用作為最終處置方式得到認可，那么根據(jù)“處置決定處理”的原則，對于上游處理技術(shù)可據(jù)此給于全面評估，以確定最佳可行處理技術(shù)方案。

[1] 北京市污泥處理處置技術(shù)及產(chǎn)業(yè)政策需求分析與技術(shù)選擇研究報告[R]．北京： 北京城市排水集團有限責任公司科技研發(fā)中心，北京市水利科學研究所，2009，5．

[2] 王濤，王鑫潔．污泥厭氧消化技術(shù)現(xiàn)狀及應注意的問題[J]．中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013 （5）：49-54．

[3] 王濤．污泥堆肥技術(shù)現(xiàn)狀及處理處置過程中應注意的問題[J]．中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2014（2）：30-35．

General Situation & Problems of Sludge Treatment and Disposal in Beijing Sewage Treatment Plant

WANG Tao1,2, YANG Ming1
(1.Institute of Environmental Technology and Equipment, China Academy of Machinery Science, Beijing 100044; 2. Engineering Technical Center of Organic Solid Waste Treatment and Resource Utilization of Machinery Industry, Beijing 100044, China)

This paper introduces the history and planning of sludge treatment and disposal in Beijing disposal of sewage treatment plant. Beijing central city zone has experienced a technical route selection process of composting, hot dewatering, lime dewatering, cement kiln co-incineration, thermal hydrolysis + anaerobic digestion, the surrounding counties take compost as a dominical treat?ment technical route, and the land use is used as a main disposal mode. The paper puts forward suggestions for the above-mentioned treatment and disposal technical routes.

Beijing city; sludge; treatment and disposal; compost; anaerobic digestion; land use

X703

A

1006-5377（2016）11-0064-05