威海市城市污水廠污泥處理方案建議

宋周兵，周杰煒，朱冠楠，賈 川

（1．上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)院，上海 200232；2．上海南匯自來水有限公司，上海 201300）

威海市城市污水廠污泥處理方案建議

宋周兵1，周杰煒1，朱冠楠2，賈 川1

（1．上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)院，上海 200232；2．上海南匯自來水有限公司，上海 201300）

綜述了國內(nèi)常見的污泥最終處理方案，對其技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和可行性進(jìn)行了分析和比選，并針對威海城市污水處理廠污泥的特性，提出了污泥近期可以考慮“以綜合利用為主，焚燒為輔，衛(wèi)生填埋配套”，遠(yuǎn)期則可以考慮“以干化焚燒為主，衛(wèi)生填埋為輔”的處理方式。

城市污水處理廠；污泥；處理方案

隨著城市化的進(jìn)展，環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)日益提高，污水處理量和污水處理程度也日益得到提高和發(fā)展，污泥的產(chǎn)生量也隨之大大增加。作為污水處理廠副產(chǎn)物的污泥，成分十分復(fù)雜，除含有大量的有機(jī)物和豐富的氮、磷、鉀、鈣等營養(yǎng)物質(zhì)外，還含有大量病原菌、寄生蟲（卵），以及銅、鋁、鋅、鉻、汞等重金屬和多氯聯(lián)苯、二惡英、放射性物質(zhì)等有毒有害物，并伴有惡臭，處理不當(dāng)極易造成二次污染和生態(tài)環(huán)境的破壞。因此，探索合適的污泥處理方案，已成為污水處理廠和管理部門共同關(guān)注的重要課題。在達(dá)到減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化的前提下，應(yīng)根據(jù)各地區(qū)的實(shí)際情況，綜合環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會等因素，選擇最佳的污泥處理方案。

1 國內(nèi)外城市污水廠污泥處理現(xiàn)狀

污水處理行業(yè)對污泥的處理已有60多a的歷史，污泥處理的技術(shù)比較成熟，其中采用污泥厭氧消化處理污泥最為成熟。歐美、日本等發(fā)達(dá)國家對污泥的處理，在20世紀(jì)60年代就已達(dá)到先進(jìn)的成套化水平。目前，采用厭氧消化處理污泥已占所產(chǎn)污泥量的1/2以上［1］。

近年來我國污水處理事業(yè)雖有較大的發(fā)展，但污泥處理起步較晚（20世紀(jì)80年代中期），雖然經(jīng)過近20多a的研究、探索，積累了一些對污泥處理的經(jīng)驗(yàn)，但在污泥最終出路方面尚屬試驗(yàn)研究階段。

2 城市污水廠污泥處理方案及比選

2.1 干化焚燒

目前焚燒工藝被世界各國認(rèn)為是污泥處理中最佳實(shí)用技術(shù)（BAT）之一。在歐洲、美國、日本等國家，該工藝已日漸成熟，它具有處理速度快，減量化程度高，能源再利用等突出特點(diǎn)。世界上最早將熱干燥技術(shù)用于污泥處理的是英國的Bradford公司。1910年，該公司首次開發(fā)了轉(zhuǎn)窯式污泥干化機(jī)并將其應(yīng)用于污泥干化實(shí)踐。

污泥干化焚燒是今后我國提倡的方向，尤其是采用有焚燒后余熱干燥污泥體現(xiàn)了節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的思想。目前，污泥焚燒的主流工藝采用流化床焚燒爐，當(dāng)污泥的含水率達(dá)到38%以下時(shí)就可不需要輔助燃料直接燃燒［2］。通過焚燒可利用污泥中豐富的生物能發(fā)電并使污泥達(dá)到最大程度的減容。焚燒的主要缺點(diǎn)是容易形成二次污染物。污泥焚燒在發(fā)達(dá)地區(qū)應(yīng)用普遍，奧地利目前90%以上的污泥都付費(fèi)外運(yùn)焚燒，日本有61%的污泥和生活垃圾一起焚燒處理［3］。

2.2 衛(wèi)生填埋

衛(wèi)生填埋操作相對簡單，投資費(fèi)用較小，處理費(fèi)用較低，適應(yīng)性強(qiáng)，但占地面積大，加劇城市土地資源緊缺。如果防滲技術(shù)不達(dá)標(biāo)，將導(dǎo)致潛在的土壤和地下水污染。

表1 常見的污泥處理技術(shù)比較

圖1 污泥摻燒工藝流程

污泥填埋是歐洲，特別是希臘、德國、法國，前幾年中應(yīng)用最廣泛的處置工藝。將來填埋仍然是垃圾和污泥處理中不可缺少的方法。對于不能資源化而須從使用循環(huán)中排除的廢物，目前最合適的最終處置途徑是填埋［4］。因污泥的衛(wèi)生填埋會對生態(tài)環(huán)境造成不可避免的影響，美國環(huán)保局估計(jì)未來的幾十年內(nèi)將關(guān)閉約5 000個(gè)填埋場。發(fā)達(dá)國家正逐漸減少污泥衛(wèi)生填埋的比例。

2.3 堆肥

堆肥化技術(shù)是從20世紀(jì)60年代迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)新興生物處理技術(shù)，利用污泥的微生物進(jìn)行發(fā)酵的過程，在污泥中加入一定比例的秸稈、稻草、木屑或生活垃圾等膨松劑和調(diào)理劑，利用微生物群落在潮濕環(huán)境下對多種有機(jī)物進(jìn)行氧化降解并轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)類。

目前發(fā)達(dá)國家則多采用現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)酵倉工藝，污泥連續(xù)發(fā)酵工藝不僅消除了污泥惡臭對環(huán)境的影響，還通過高溫發(fā)酵殺滅病原菌、寄生蟲卵，有效去除污泥中的有毒有害物質(zhì)。污泥經(jīng)堆肥處理后，質(zhì)地疏松，容量減小，污泥的肥效提高，含有多種植物生長促進(jìn)劑，易于被農(nóng)作物吸收。唐山、常州等地也有類似采用發(fā)酵倉處理污泥的成功案例［5］。

2.4 土地利用

污泥的土地利用是將污泥用于林地、市政園林、農(nóng)田、礦區(qū)等，可以最大限度地對污泥進(jìn)行資源利用、改善土壤性質(zhì)。其利用土壤的自凈能力對污泥進(jìn)行無害化處理，污泥中的有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)還可以改善土壤結(jié)構(gòu)，是良好的土壤改良劑，同時(shí)可回收利用有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)。美國在20世紀(jì)90年代以前，其污泥處理處置方式中土地利用僅占30%，而到2005年這個(gè)比例已經(jīng)增長到66%。在歐盟和美國，尤其考慮到有毒有機(jī)物和無機(jī)物的存在，污泥土地利用相關(guān)的指導(dǎo)方針和規(guī)則都十分嚴(yán)格［6］。

常見的污泥處理技術(shù)比較見表1。

3 威海市污水廠污泥處理方案選擇建議

3.1 結(jié)合垃圾焚燒發(fā)電廠（或燃煤電廠） 組合處理

3.1.1 直接摻燒

污泥摻燒工藝見圖1。

1）注意摻燒比例，以電廠負(fù)荷波動在允許范圍內(nèi)為度，具體有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可供參考。

2）需要增加的設(shè)備：污泥料倉、高壓污泥泵、污泥輸送管道和閥門、電控裝置等，還需要一定的土地以配合這些設(shè)備布置和污泥運(yùn)輸車輛的運(yùn)作。

3）處置成本與電廠的協(xié)議處置費(fèi)參考價(jià)150元/t。

4）國內(nèi)成功案例：常州。

5）存在問題：污泥含水率高，熱值很低，對電廠爐的燃燒穩(wěn)定性有影響。

本方案可推薦。

3.1.2 干化摻燒

干化摻燒工藝見圖2。

1） 在電廠建污泥干化車間，利用電廠蒸汽，采用間接加熱方式，將污泥烘干至含水率35%左右。然后送入電廠燃煤爐內(nèi)。

2） 需要增加的設(shè)備：濕污泥料倉、高壓污泥泵、烘干機(jī)（國產(chǎn)或進(jìn)口槳葉式或進(jìn)口流化床式）、干污泥料倉、污泥輸送管道和閥門、電控裝置等，需要一定的土地以配合這些設(shè)備布置和污泥運(yùn)輸車輛的運(yùn)作。

3） 處置成本：與電廠的協(xié)議處置費(fèi)約200元/t（主要是蒸汽費(fèi)、電費(fèi)、折舊費(fèi)等，前2項(xiàng)在電廠有價(jià)格優(yōu)勢）。

4） 案例：常州擬按此改造。

5） 存在問題：電廠配合工作量大。本方案可推薦。

3.2 結(jié)合垃圾填埋場組合處理

3.2.1 摻石灰后填埋

摻石灰填埋工藝見圖3。

圖2 干化摻燒工藝流程

圖3 摻石灰填埋處理工藝流程

1） 在填埋場建混合車間，用石灰與污泥混合，使污泥穩(wěn)定，并降低含水率。至少將含水率降至60%以下。

2） 需要增加設(shè)備：濕污泥料倉、高壓污泥泵、石灰倉、混合攪拌裝置及管道閥門電控等。需要土地。

3） 處置成本：250元/t（主要是石灰費(fèi)、填埋場庫容費(fèi)、電費(fèi)、折舊費(fèi)等）。

4） 案例：國外摻石灰案例，國內(nèi)尚無。

5） 存在問題：填埋庫容成倍增加。

本方案不推薦。

3.2.2 生物干化穩(wěn)定化后填埋

生物干化穩(wěn)定化再填埋工藝見圖4。

圖4 生物干化穩(wěn)定化再填埋工藝流程

1） 生物干化穩(wěn)定化的基本原理是利用污泥發(fā)酵（堆肥）原理使污泥發(fā)酵穩(wěn)定，并通過通風(fēng)降低污泥的含水率至35%左右（注意：發(fā)酵穩(wěn)定的污泥含水率相對穩(wěn)定，填埋后再吸水能力下降，這方面熱工烘干最好。主要原因是原脫水污泥中含有大量微生物體，具有生物活性，這也是污水廠污泥很難通過機(jī)械脫水進(jìn)一步降低含水率的原因。通過發(fā)酵或烘干后生物體死亡，生物活性大大降低）。

2） 需要增加的設(shè)備：5 000 m2的生物干化車間、膨脹料混合裝置、通風(fēng)裝置、翻堆機(jī)、除臭裝置等。

3） 處置成本：150元/t（主要是電費(fèi)、填埋庫容費(fèi)、折舊費(fèi)等）。

4） 案例：上海老港方案；廣州。

5） 存在問題：發(fā)酵停留時(shí)間長（15 d），車間用地面積大，發(fā)酵膨脹料（如秸稈供給不穩(wěn)定），發(fā)酵后污泥填埋比較可惜。

本方案可推薦。

3.2.3 利用填埋氣對污泥熱工烘干后填埋或利用

污泥干化填埋工藝見圖5。

圖5 污泥干化填埋工藝流程

1） 抽取填埋氣，通過沼氣凈化和鍋爐系統(tǒng)提供烘干熱源，將污泥穩(wěn)定化，并烘干至35%含水率，然后填埋，或者如重金屬含量達(dá)標(biāo)可以利用，或者再送焚燒發(fā)電廠焚燒。

2） 需要增加的設(shè)備：沼氣收集系統(tǒng)、沼氣凈化系統(tǒng)、沼氣鍋爐、污泥烘干裝置等。

3） 處置成本：150元/t（沼氣幾乎是免費(fèi)計(jì)算，填埋庫容費(fèi)、折舊、電費(fèi)等）。

4） 案例：暫時(shí)未見。類似于污泥消化產(chǎn)沼氣后焚燒利用再烘干污泥。類似于上海市白龍港設(shè)計(jì)方案。

5） 存在問題：填埋氣資源有限，原本可用于發(fā)電產(chǎn)生效益。

本方案可推薦。

3.2.4 單獨(dú)建設(shè)污泥干化焚燒廠

該工藝見圖6。

1） 污泥先進(jìn)行烘干，然后進(jìn)行焚燒，焚燒產(chǎn)生的熱量回收后用于前級烘干。當(dāng)污泥含水率低于75%時(shí)，熱量可以平衡，系統(tǒng)無需外加熱源，但是焚燒煙氣需單獨(dú)處理。

2） 需要增加的設(shè)備：污泥貯存裝置、污泥烘干裝置、干污泥中間料倉、污泥焚燒爐（流化床）、余熱鍋爐（或熱載體爐）、煙氣處理裝置等。

3） 處置成本：150～250元/t（與污泥含水率關(guān)系大，主要是電費(fèi)，如果含水率超過75%，輔助燃料成本要考慮天然氣或煤、折舊等）。

4） 案例：上海市石洞口。

5） 存在問題：污泥含水率、熱值對處理成本影響很大。

本方案可推薦。

圖6 污泥干化焚燒廠工藝流程

4 結(jié)論

隨著威海市城市的發(fā)展，污水處理率的提高，污泥產(chǎn)生量越來越大。從目前情況來看，國內(nèi)污泥處理利用技術(shù)還比較落后，根據(jù)相關(guān)規(guī)劃、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，威海市城市污水處理廠的污泥處置原則上近期可以考慮“以綜合利用為主，焚燒為輔，衛(wèi)生填埋配套”，遠(yuǎn)期則可以考慮“以干化焚燒為主，衛(wèi)生填埋為輔”的處理方式，使得污泥的處理更加符合威海市污泥處置的實(shí)際情況。

［1］趙麗君，張大群，陳寶柱．污泥處理與處置技術(shù)的進(jìn)展［J］．中國給水排水，2001（6）：23-25．

［2］Trevor Bridle．污泥的熱處理技術(shù)［C］//有機(jī)廢棄物管理與利用國際學(xué)術(shù)研討會論文集．南京：2000．

［3］ 周旭紅，鄭衛(wèi)星，祝堅(jiān)，等．污泥焚燒技術(shù)的研究進(jìn)展［J］．能源環(huán)境保護(hù)，2008，22 （4）：5-8，31．

［4］劉洪波，季民，崔勇，等．污泥處置技術(shù)與污泥規(guī)劃中的多元化處置設(shè)想［C］//污泥處理處置技術(shù)與裝備國際研討會論文集．北京：化工出版社，2003．

［5］趙麗君，楊意東，胡振苓．城市污泥堆肥技術(shù)研究［J］．中國給水排水，1999，15 （9）：58-60．

［6］ Riekerk H，Zasoski R J．Effects of Dewatered Sludge Applications to a Douglas Firforest Soil on the Soil， Leachate， and Groundwater Composition［C］//Sopper W E，Kerr S D （eds）．Utilizations of Municipal Sewage Effluent and Sludge on Forest and Disturbed Land．Uni Park：1979．

Sludge Treatment Plan for Weihai Municipal Wastewater Treatment Plant

Song Zhoubing1,Zhou Jiewei1,Zhu Guannan2,Jia Chuan1
（1．Shanghai Environmental Sanitary Engineering Design Institute,Shanghai 200232;2．Shanghai Nanhui Water Co．,Ltd,Shanghai201300）

Widely-used sludge treatment plans in China were summarized,and their technicality,economy and feasibility were analyzed and compared．Based on the characteristics of sludge in Weihai Municipal Wastewater Treatment Plant,an integrated solution was proposed．That is to say,for short-term plan,the sludge can be mainly treated by integrated utilization,combining with incineration and sanitary landfill．For long-term,it can be disposed by drying incineration along with sanitary landfill．

municipal wastewater treatment plant；sludge；treatment plan

X705

B

1005-8206（2011）04-0038-04

2011-04-21