武漢市污泥處理處置現(xiàn)狀研究及建議分析

劉學(xué)軍 朱海瀛 楊莎莎

(中鋼集團(tuán)天澄環(huán)保科技股份有限公司 武漢 430205)

0 引言

污泥是城鎮(zhèn)污水處理廠污水處理的衍生污染物，成分復(fù)雜，有含水率高、有惡臭、有毒有害等污染特性，如不進(jìn)行有效的處理處置而隨意排放或堆埋，將會(huì)對(duì)土壤和地下水造成嚴(yán)重污染，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)惡臭、蚊蠅及病菌等污染。

隨著武漢市城鎮(zhèn)污水處理廠污水處理規(guī)模的不斷增大，污泥產(chǎn)出量也越來(lái)越大，污泥的處理處置已成為武漢市環(huán)境綜合治理工作中新的挑戰(zhàn)和難點(diǎn)。因此，有必要對(duì)武漢市污泥處理處置的現(xiàn)狀及發(fā)展進(jìn)行調(diào)查和分析。

1 武漢市污泥產(chǎn)生現(xiàn)狀及趨勢(shì)預(yù)測(cè)

1.1 污泥產(chǎn)生現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)估算

截至2018年底，武漢市城鎮(zhèn)污水處理廠污水處理規(guī)模約為350萬(wàn)t/d，預(yù)計(jì)到2020年和2030年，污水處理規(guī)模分別將達(dá)到370萬(wàn)t/d和450萬(wàn)t/d左右。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2007年、2010年、2015年武漢市污泥(含水率80%)的產(chǎn)出量分別為680，730，1 380 t/d。武漢市污水處理規(guī)模及污泥產(chǎn)出量具體情況如圖1所示。

圖1 武漢市污水處理規(guī)模及污泥產(chǎn)出量

取產(chǎn)泥率為5 t污泥(含水率80%)/萬(wàn)t污水對(duì)武漢市污泥產(chǎn)出量進(jìn)行估算[1-3]，2018年污泥產(chǎn)出量估算約1 700 t/d，到2020年、2030年，污泥產(chǎn)出量預(yù)測(cè)分別將達(dá)到1 850，2 250 t/d，具體污泥產(chǎn)出量估算及趨勢(shì)預(yù)測(cè)如圖1所示。

1.2 污泥成分分析

選取龍王嘴、沙湖、南太子湖、三金潭、二郎廟及湯遜湖6個(gè)污水處理廠污泥為例，研究分析武漢市污泥成分性質(zhì)[3-5]，如表1所示。

由表1數(shù)據(jù)及其他污水廠污泥成分可以看出武漢市污泥含水率約為75%～85%，有機(jī)物含量(VS)平均值約為45%，污泥干基燃燒熱值約為2 000～2 500 kcal/kg，總養(yǎng)分[總氮+總磷+總鉀](méi)平均值約為6%，大部分污泥中重金屬含量較低，部分污水廠污泥的Cd，Pb，Cu，Zn含量過(guò)高，主要是因?yàn)樵摬糠治鬯畯S接納了部分的金屬加工、制作等工業(yè)園廢水，以及鍍鋅管材的大量使用導(dǎo)致廢水中Zn含量增大[4-5]。

表1 武漢市污泥成分性質(zhì)

2 武漢市污泥處理處置現(xiàn)狀及形勢(shì)

2.1 污泥處理處置現(xiàn)狀

目前，武漢市已建成污泥處理處置廠4座，在建及規(guī)劃建設(shè)5座，基本覆蓋了主城區(qū)大部分的污水廠，除好氧堆肥、水泥窯熱干化、協(xié)同焚燒3種處置方式外，其他方式處理后的污泥大部分采用填埋方式處置。武漢市污泥處理處置廠建設(shè)情況見(jiàn)表2。

表2 武漢市污泥處理處置廠建設(shè)情況

此外，也存在違法傾倒污泥的個(gè)例，如：2014年及2018年某污水廠及污泥處理運(yùn)輸單位在武漢主城區(qū)及遠(yuǎn)城區(qū)山坳內(nèi)違法偷運(yùn)、傾倒未經(jīng)有效處理的污泥。

2.2 污泥處理處置面對(duì)的形勢(shì)

“十三五”規(guī)劃指出污水處理所產(chǎn)生的污泥處置將是今后國(guó)內(nèi)環(huán)境保護(hù)和污染治理的主攻方向之一，由此可見(jiàn)污泥的處置問(wèn)題將會(huì)提升到一個(gè)新的歷史高度。

2017年發(fā)布的《“十三五”全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》要求到2020年底，地級(jí)及以上城市污泥無(wú)害化處置率達(dá)到90%，重點(diǎn)鎮(zhèn)提高5個(gè)百分點(diǎn)，初步實(shí)現(xiàn)建制鎮(zhèn)污泥統(tǒng)籌集中處理處置的發(fā)展目標(biāo)。

2018年《水污染防治法》修正后實(shí)施，新增了對(duì)污泥處理處置費(fèi)用、標(biāo)準(zhǔn)及去向的要求，從立法層面上體現(xiàn)了“泥水共治”的思想轉(zhuǎn)變及未來(lái)趨勢(shì)。

根據(jù)《武漢市水污染防治行動(dòng)計(jì)劃工作方案(2016-2020年)》要求，到2016年全市污水處理廠污泥無(wú)害化處理處置率達(dá)到95%以上，到2017年污泥無(wú)害化處理處置率達(dá)到100%，取締非正規(guī)的污泥堆放點(diǎn)，但2018年仍有污泥違法傾倒的現(xiàn)象發(fā)生，說(shuō)明武漢市污泥的處理處置距離規(guī)劃要求仍有一段差距。

由此可見(jiàn)，武漢市污泥處理處置面臨的政策壓力會(huì)越來(lái)越大，面臨的環(huán)保、生態(tài)要求會(huì)越來(lái)越高。

3 武漢市污泥處置問(wèn)題及建議分析

3.1 污泥處理處置存在問(wèn)題分析

污泥處理處置存在的首要問(wèn)題是政府方和污水處理運(yùn)營(yíng)方普遍存在“重水輕泥”的思想認(rèn)知，對(duì)污水處理產(chǎn)生的衍生污染物污泥的處理處置沒(méi)有給予足夠的關(guān)注和重視。

責(zé)任主體不明確一直是制約污泥處理處置設(shè)施建設(shè)和運(yùn)行的關(guān)鍵因素。長(zhǎng)期以來(lái)，大部分污水廠由政府通過(guò)特許經(jīng)營(yíng)模式轉(zhuǎn)移至第三方公司運(yùn)營(yíng)，而沒(méi)有對(duì)污泥處理處置進(jìn)行規(guī)定和要求，導(dǎo)致污泥處理處置缺少政策可操作性的主體責(zé)任方及投資經(jīng)濟(jì)支撐[6]。

目前，武漢市污泥產(chǎn)出量已達(dá)到1 700 t/d左右，已建成的污泥處理處置設(shè)施能力遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到全覆蓋治理要求，且大部分污泥仍以脫水干化后填埋處置為主，而武漢市現(xiàn)有的陳家沖垃圾填埋場(chǎng)污泥暫存庫(kù)區(qū)和長(zhǎng)山口垃圾填埋場(chǎng)兩座填埋場(chǎng)已超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)且容量趨向告罄，如陳家沖填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)處理能力1 000 t/d，而實(shí)際處理能力已達(dá)到1 200 t/d；同時(shí)，簡(jiǎn)單的干化填埋未能較好的利用污泥中含有的有機(jī)物及氮、磷、鉀元素。結(jié)合國(guó)家“十三五”規(guī)劃和武漢市自身規(guī)劃的要求，武漢市污泥無(wú)害化、減量化的任務(wù)緊迫，資源化利用的發(fā)展空間大、要求高。

3.2 污泥處理處置工藝分析

目前，國(guó)內(nèi)外污泥處理處置方式主要有：厭氧消化處理、干化處理、材料化利用、好氧堆肥、燃燒、填埋[7]。

厭氧消化處理即利用厭氧微生物將污泥中的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成能源氣沼氣，有一定的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，缺點(diǎn)是投資相對(duì)較高，產(chǎn)生的沼液、污泥仍需后續(xù)處理。

干化處理分為機(jī)械干化和熱干化。機(jī)械干化是利用擠壓或高速旋轉(zhuǎn)等物理手段來(lái)實(shí)現(xiàn)污泥的脫水干化；熱干化主要是利用燃料燃燒熱或工業(yè)余熱對(duì)污泥進(jìn)行干化處理。干化處理時(shí)污泥含水率可調(diào)、減容效果顯著，缺點(diǎn)是耗能大、熱干化尾氣需處理等。干化后的污泥可以根據(jù)需要與其他處理處置方式聯(lián)合處置，組合靈活度高。

材料化利用即利用污泥制水泥、磚、輕質(zhì)陶粒、熔融石料、生化纖維板等[8]，但該技術(shù)路線的大規(guī)模應(yīng)用限制因素較多，如污泥添加比例要求高、重金屬固化及浸出濃度要求高、材料化產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域受限等。

好氧堆肥可將污泥轉(zhuǎn)變成富含腐殖質(zhì)的有機(jī)肥料，肥料同時(shí)保留了污泥中的氮、磷、鉀元素和有機(jī)質(zhì)，可用于土地施肥或貧瘠地土壤改良等，但存在肥料重金屬超標(biāo)或土壤重金屬富集的潛在風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)有占地面積大、耗時(shí)長(zhǎng)的缺點(diǎn)。

燃燒工藝通過(guò)高溫氧化、熱解破壞污泥中的有機(jī)質(zhì)及有毒、有害物質(zhì)，從而達(dá)到無(wú)害化、減量化和資源化。污泥燃燒時(shí)多與其他垃圾協(xié)同燃燒，具有處理規(guī)模大、減容性好、產(chǎn)生熱能等優(yōu)勢(shì)，而對(duì)應(yīng)的技術(shù)、設(shè)備復(fù)雜，投資相對(duì)較高，燃燒尾氣處理要求也較高。

現(xiàn)階段我國(guó)污泥最終處置方式仍以填埋為主，但因污泥填埋影響填埋場(chǎng)穩(wěn)定性，增加填埋場(chǎng)的惡臭、滲濾液、可燃易爆填埋氣，以及占空間大、土地資源緊張等原因，填埋處置方式無(wú)論從技術(shù)上還是政策上總體處于瀕臨淘汰狀況。

3.3 污泥處理處置建議分析

污泥處理處置工藝路線的確定不僅要對(duì)比各工藝路線本身的優(yōu)缺點(diǎn)和適應(yīng)性，還應(yīng)重點(diǎn)考慮污泥成分性質(zhì)、所屬區(qū)域地理特點(diǎn)和條件、政策法規(guī)要求等因素。根據(jù)武漢市污泥處理處置的現(xiàn)狀及面對(duì)形勢(shì)，給出如下處理處置建議。

(1)參考污水處理特許經(jīng)營(yíng)模式，政府也可考慮采用授予第三方專(zhuān)業(yè)公司特許經(jīng)營(yíng)權(quán)來(lái)處理處置污泥，通過(guò)吸引社會(huì)資金的參與來(lái)促進(jìn)城市公共環(huán)境的治理及改善。

(2)結(jié)合武漢市已有電廠、熱電廠、垃圾焚燒廠可提供大量經(jīng)濟(jì)熱源的便利條件，建議在青山熱電廠、關(guān)山熱電廠、武鋼電廠、武昌電廠等熱/電廠及青山、鍋?lái)斏降壤贌龔S周邊擇址建設(shè)污泥處理設(shè)施，便捷利用已有熱源對(duì)污泥進(jìn)行熱干化處理，干化后的污泥還可與垃圾摻燒，規(guī)避了污泥熱干化和污泥燃燒的劣勢(shì)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的效果。

(3)結(jié)合有機(jī)物及氮、磷、鉀等元素含量較高的污泥成分性質(zhì)，建議在較大規(guī)模污水廠周?chē)蚨鄠€(gè)污水廠分布相對(duì)中心區(qū)域建設(shè)污泥厭氧消化集中處理中心，通過(guò)大規(guī)模、集中式處理可降低單位投資，提高厭氧產(chǎn)沼氣的效率和產(chǎn)能，消化后的沼渣可進(jìn)行干化后燃燒處置或好氧堆肥處置。

(4)近年來(lái)武漢市城市市政建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，需要大量的場(chǎng)平填方用土、基建護(hù)坡土及園林綠化土；武漢市遠(yuǎn)城區(qū)的江夏、蔡甸及周邊的大悟、黃石等區(qū)域有較多的廢棄磚瓦廠、礦山用地、尾礦坑等點(diǎn)位存在土地覆蓋、改造或復(fù)墾的用土需求，而熱干化、厭氧消化或好氧堆肥后的污泥含豐富的有機(jī)質(zhì)及氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可滿足上述區(qū)域的用土量需求及營(yíng)養(yǎng)需求，同時(shí)污泥也不會(huì)涉及到耕地種植和人類(lèi)食物鏈，既有效解決污泥處置出路問(wèn)題、治理環(huán)境污染，又能做到促進(jìn)城市建設(shè)、實(shí)現(xiàn)生態(tài)循環(huán)。

4 結(jié)論

(1)以5 t污泥(含水率80%)/萬(wàn)t污水計(jì)，2018年武漢市污泥產(chǎn)出量估算約1 700 t/d，預(yù)測(cè)到2020年、2030年分別將達(dá)到1 850，2 250 t/d。

(2)武漢市已建成污泥處理處置廠4座，在建及規(guī)劃建設(shè)5座，最終處置方式仍以填埋為主。

(3)隨著污泥產(chǎn)出量的增加及政策要求的日益嚴(yán)格，污泥的處理處置已成為武漢市環(huán)境綜合治理工作中的重點(diǎn)及難點(diǎn)，根據(jù)武漢市污泥處理處置的現(xiàn)狀及面對(duì)形勢(shì)，建議在電廠、熱電廠、垃圾焚燒廠周?chē)ㄔO(shè)污泥熱干化或燃燒處理設(shè)施，其他地區(qū)的污泥集中后進(jìn)行厭氧消化處理，消化后的污泥進(jìn)行干化后燃燒或好氧堆肥處理后用于土地覆蓋、改造或復(fù)墾。