黑龍江省污水處理廠污泥處理處置工藝研究

黑龍江省課題組

一、黑龍江省污泥產(chǎn)量及處理處置現(xiàn)狀分析

城市污泥是污水處理過程中分離和產(chǎn)生的一種廢棄物，是由有機殘片、細菌菌體、無機顆粒、病原體、寄生蟲卵、膠體及重金屬等組成的極其復雜、散發(fā)大量臭氣的混合物。如果不進行專業(yè)處置處理，將對周圍環(huán)境、地下水等造成二次污染，構(gòu)成新的更大的環(huán)境污染威脅。

2017年，黑龍江省住房和城鄉(xiāng)建設廳調(diào)研結(jié)果顯示：2017年省內(nèi)涉市年產(chǎn)干污泥135833噸(折合80%含水率污泥679165噸)，其中：填埋64688噸(占47.6%)、土地利用58347噸(占43.0%)、焚燒1000噸(占0.7%)。2017年省內(nèi)縣年產(chǎn)干污泥16566噸(折合80%含水率污泥82830噸)，其中：填埋13748噸(占83.0%)、土地利用1528噸(占9.2%)、焚燒260噸 (占 1.6%)。

2017年，黑龍江省住房和城鄉(xiāng)建設廳對黑龍江省哈爾濱地區(qū)、佳木斯地區(qū)、牡丹江地區(qū)、綏化地區(qū)、雞西地區(qū)、黑河地區(qū)、雙鴨山地區(qū)、鶴崗地區(qū)等8個地區(qū)28座主要污水處理廠污泥的處理工藝進行了統(tǒng)計，全年共處理城鎮(zhèn)污泥100156噸(折合80%含水率污泥500780噸)。各地區(qū)污泥占黑龍江省污泥總產(chǎn)量的占比如下：哈爾濱地區(qū)占34.9%、佳木斯地占4.7%、齊齊哈爾地區(qū)占4.8%、牡丹江地區(qū)占9.1%、綏化地區(qū)占5.3%、雞西地區(qū)占3.1%、黑河地區(qū)占0.2%、雙鴨山地區(qū)占6%、鶴崗地區(qū)占2.4%、其他地區(qū)占29.5%，具體分布情況見圖1。上述處理處置的污泥中，厭氧發(fā)酵工藝占19.2%、填埋工藝占32.4%、好氧堆肥工藝占47.9%、其他工藝技術(shù)占0.5%。（見圖2）

圖1 黑龍江省各市區(qū)污泥產(chǎn)量占比分布圖

圖2 哈爾濱地區(qū)佳木斯地區(qū)、牡丹江地區(qū)、綏化地區(qū)、雞西地區(qū)、黑河地區(qū)、雙鴨山地區(qū)等7個地區(qū)28座主要污水處理廠污泥處理技術(shù)占比

二、黑龍江省污泥處理處置中存在的問題

1．填埋處置污泥占比過半，污泥處理處置二次污染隱患嚴重

黑龍江省處置污泥路線選擇上，經(jīng)填埋處置的污泥占總處置污泥量的56.20%，土地利用次之，占42.90%，焚燒占到0.90%。填埋處置是污泥應急處理處置方式，而黑龍江省大部分污泥送往垃圾填埋場或臨時填埋。送往垃圾填埋場既額外增加了垃圾量，縮短了填埋場服務年限，又因其含水率較高，給垃圾填埋場滲濾液系統(tǒng)增加大量負荷，甚至導致系統(tǒng)癱瘓。更嚴重的是部分污泥臨時填埋場運行過程未做好必要的防護措施，造成嚴重的環(huán)境次生污染問題。如2016年11月的中央環(huán)保督察報告中指出的“10余萬噸污泥整改后仍堆存嫩江行洪區(qū)”和2018年6月的中央第三環(huán)境保護督察報告中的“污泥堆存于嫩江行洪區(qū)，嚴重威脅嫩江水環(huán)境安全問題，齊齊哈爾市雖新建污泥臨時堆場并進行防滲處理，但選址在原堆存點旁邊，仍位于嫩江行洪區(qū)內(nèi)”，類似問題其他地區(qū)同樣存在。

2．污泥資源化處置占比較低，有效利用尤為不足，污泥資源化后的應用存在瓶頸

當前，黑龍江省僅42.90%的污泥經(jīng)處置后用于土地利用，而且上述處置污泥中大部分采用好氧堆肥的工藝，污泥中C、P等有價值物質(zhì)回收率偏低。并且用于土地利用中絕大部分僅用于園林綠化用土。而利用污泥制肥、生產(chǎn)燃料、建材等幾乎空白。此外，由于目前污泥資源化的安全性及有效性仍存在一定程度的風險，部分污泥資源化應用方式尚不滿足農(nóng)業(yè)部、環(huán)保部嚴格規(guī)定，使得污泥資源化應用受阻，也對污泥處理處置技術(shù)革新和突破提出了新的要求。

3．規(guī)?；勰嗵幚硖幹脤ξ勰嗫偺幹秘暙I大，小規(guī)模污水處理廠污泥處置需加強

據(jù)統(tǒng)計，哈爾濱、佳木斯、牡丹江、綏化、雞西、黑河、雙鴨山、鶴崗8個地區(qū)9座產(chǎn)泥量較大的污水處理廠(日產(chǎn)生污泥量＞50噸含水率80%的污泥)占到全部28座污水處理廠產(chǎn)泥量的68.1%。上述9座大型污水處理廠產(chǎn)生的污泥大部分經(jīng)污泥好氧發(fā)酵和厭氧處理進行了有效的處理，處理方式整體合理。2017年省內(nèi)各縣產(chǎn)生的污泥中83.0%的污泥被填埋處置，土地利用和焚燒處置分別僅占到9.2%和1.6%，處置方式有待進一步優(yōu)化。

4．污水廠升級達標面臨困難

2012年底國家環(huán)?？偩殖雠_了污泥需脫水60%以下的新標準，并規(guī)定了一年整改期限。但黑龍江省既有污水廠均執(zhí)行的是原80%含水率指標。受新征用地難（污水廠按噸水指標供地）、國家沒有扶持資金等因素影響，多數(shù)污水廠未能對污泥處置實施升級達標改造。

三、污泥處理處置示范項目調(diào)研情況

隨著國家對生態(tài)文明建設和環(huán)境保護工作的日益重視，各項環(huán)保政策頻繁出臺，環(huán)保指標不斷提升，尋找適宜黑龍江省北方嚴寒地區(qū)、運營成本合理的污泥處理處置工藝，研究污水廠提標改造方案，農(nóng)村小型一體化污泥處置方案等已成為業(yè)內(nèi)亟待解決的焦點問題。針對上述情況，課題組聘請了省內(nèi)從事污泥處理處置研究、設計、建設等具有理論知識及實踐經(jīng)驗的知名專家、學者，及環(huán)保、住建等行業(yè)相關(guān)部門領(lǐng)導，對國內(nèi)5個具有代表性的污泥處理處置示范項目進行了現(xiàn)場調(diào)研。具體調(diào)研項目如下表：

1．上海同臣環(huán)保有限公司污泥深度脫水技術(shù)

上海同臣環(huán)保有限公司是同濟大學在環(huán)保領(lǐng)域重點投資的國家高新技術(shù)企業(yè)和專業(yè)的污水和污泥處理設備及解決方案提供商，核心產(chǎn)品技術(shù)包括疊螺?式污泥脫水機、豎片?纖維濾布濾池及容壓?新型污泥深度脫水系統(tǒng)及汽化焚燒系統(tǒng)等。尤其新型污泥深度脫水系統(tǒng)，不再添加鐵鹽、石灰等，易于資源化。具有能耗低、占地省的優(yōu)點，適于既有污水廠污泥提標改造。

該公司研發(fā)的污泥深度脫水技術(shù)在哈爾濱、北京、上海、武漢、濟南、成都、西安、廣州等城市得到了應用。

2．上海白龍港污泥厭氧消化項目

上海白龍港污泥消化采用單級中溫厭氧消化工藝，設計消化溫度為35℃ (采用套管逆流的方式利用熱水在池外對污泥進行加熱)，系統(tǒng)由勻質(zhì)池、消化池、沼氣處理、沼氣利用及加熱系統(tǒng)組成，污泥消化池采用卵形結(jié)構(gòu)，共8座，總?cè)莘e為99200立方米，池體最大直徑為25米，高度為44米，是國內(nèi)處理規(guī)模最大的污泥厭氧消化系統(tǒng)。污泥停留時間為24.3天，污泥攪拌采用導流筒導流，螺旋槳機械攪拌。沼氣處理采用濕式脫硫和干式脫硫串聯(lián)形式。濕式脫硫采用THIOPAQ生物脫硫塔系統(tǒng)，用來去除沼氣中的H2S；系統(tǒng)進泥含固率約5%。上海白龍港污泥厭氧消化設施每日可產(chǎn)生沼氣44512 立方米，消化處理后的污泥產(chǎn)量為151噸干污泥/天。目前，消化池降解率達到40%的運行指標。運行成本約150元/噸污泥。

5個具有代表性的污泥處理處置項目情況表

3．鎮(zhèn)江市餐廚廢棄物及生活垃圾協(xié)同厭氧消化項目

該項目采用熱水解+厭氧消化技術(shù)路線，其原理是利用高溫高壓蒸汽預處理技術(shù)破壞污泥中微生物細胞壁和細胞結(jié)構(gòu)，使污泥中的胞外聚合物和大分子有機物發(fā)生裂解，在改善污泥的可生化降解性、降低污泥粘度和含水率的同時，能有效提升污泥厭氧消化效率。項目一期建設規(guī)模為260噸/日(餐廚廢棄物140噸/日，污泥120噸/日)，占地45畝，該項目餐廚廢棄物服務范圍包括主城區(qū)及丹陽、揚中和句容三個下轄市。項目總投資17836.12萬元，其中設備購置費9843.65萬元，工程費4135.3萬元。項目采用“餐廚源頭預處理+污泥熱水解+污泥和餐廚廢棄物協(xié)同厭氧消化+沼渣深度脫水太陽能干化+沼氣凈化提純制天然氣”工藝方案，運行效果良好，日產(chǎn)生沼氣7000-7500立方米/日。項目產(chǎn)生的沼氣除鍋爐自用外，剩余部分經(jīng)提純、加壓后直接并入市政管網(wǎng)；產(chǎn)生的沼渣經(jīng)高干脫水后，用于土壤改良、園林綠化等；產(chǎn)生的沼液可提純作為液態(tài)肥用于苗木培育種植。運行成本約170元/噸污泥。該技術(shù)在黑龍江省牡丹江市、佳木斯市得到成功應用。

4．秦皇島盧龍縣污泥智能好氧發(fā)酵工程

該項目位于河北省盧龍縣飲馬河流域王深港大橋東，處理規(guī)模每日30噸污泥(含水率80%)，采用CTB智能控制好氧發(fā)酵工藝，建設形式為一體化智能好氧發(fā)酵設備，項目總投資1000萬元。好氧發(fā)酵周期10-12天，發(fā)酵溫度55-70℃，持續(xù)時間不少于6天；經(jīng)發(fā)酵后，污泥好氧發(fā)酵產(chǎn)品含水率小于40%，發(fā)酵產(chǎn)物能夠達到國家有關(guān)市政污泥資源化利用的衛(wèi)生學指標，可以作為基質(zhì)、土壤改良劑、有機肥，直接用于草坪、花卉、荒地、育苗基質(zhì)、苗圃、觀賞植物、草皮、草地、公園、高速公路綠化帶和高爾夫球場等。工作場所惡臭氣體允許濃度滿足《工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準》GBZ1及《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》GBZ2，發(fā)酵產(chǎn)品指標符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》（GB/T 23486-2009），臭氣排放滿足GB14554-93《惡臭污染物排放標準》二級排放標準。該項目采用的一體化智能好氧發(fā)酵設備具有如下優(yōu)勢：(1)過程智能控制；(2)供氧高效均勻；(3)功能高度集成，占地面積節(jié)約；(4)處理規(guī)模靈活；(5)周期短，投資省；(6)無二次污染；(7)發(fā)酵周期短；(8)運行成本低；(9)發(fā)酵產(chǎn)品穩(wěn)定，用途廣泛等。CTB智能控制好氧發(fā)酵工藝在全國已完成污泥處理處置項目50余項。運行成本約100元/噸污泥。

該技術(shù)除南方外，已應用于滿洲里污泥處理處置項目。

5．黑龍江北安市市政污泥堆肥項目

該項目采用達因動態(tài)高溫好氧快速堆肥技術(shù)(DAYIN-RDB技術(shù))，該技術(shù)具有如下優(yōu)點：一是適宜高溫發(fā)酵處理的有效活性生物菌種；二是與其微生物發(fā)酵處理配套的處理設備，如：數(shù)控翻拋車、模塊式一體機等。主要技術(shù)特點為：(1)微生物發(fā)酵時間為8-10天（同類工藝發(fā)酵周期最短），升溫快，有機成分降解率高、不受季節(jié)氣溫限制，堆肥效率高，運行成本低；(2)發(fā)酵車間占地面積小，空間利用率高，土建成本低；(3)專用攪拌、翻混設備自動化程度高，具有曝氣功能；(4)工藝為完全好氧微生物發(fā)酵過程，無滲濾液產(chǎn)生，無需添加曝氣設備及滲濾液收集、處理等設備，設備投資少。該項目專用的DAYIN-RBD微生物可將發(fā)酵時間由傳統(tǒng)發(fā)酵的25天縮短至8天，有效減少了發(fā)酵時間和廠區(qū)占地，進而降低了工程投資和運行費用。本項目采用的動態(tài)好氧堆肥工藝具有以下技術(shù)特點：發(fā)酵時間短，升溫快，有機成分降解率高；發(fā)酵池占地面積?。ㄅc傳統(tǒng)堆肥工藝相比較），堆肥效率高；攪拌、翻動設備自動化程度高，運行管理方便；無滲濾液、無曝氣系統(tǒng)；工程投資少，運行費用屬同類工藝最低，為80元/噸泥。

目前，DAYIN-RDB技術(shù)已成功應用于20余座污泥及有機固廢處置的項目，尤其適合東北、華北、內(nèi)蒙等高緯度、寒冷地區(qū)的市政污泥無害處理。除北安市外，湯原縣清源污水處理廠污泥處置項目也采用同類工藝，2臺一體機日處理4噸泥，運營成本60元/噸泥。并且該工藝輔料采用黑龍江省內(nèi)豐富的廉價資源秸稈、稻殼等，可以促進資源的循環(huán)利用。

四、示范工藝在黑龍江省的適用性分析

污泥厭氧消化項目、協(xié)同厭氧消化技術(shù)和好氧堆肥技術(shù)在黑龍江省均具有良好的適用性，其中厭氧消化技術(shù)的優(yōu)勢在于能夠產(chǎn)生大量的有價值的沼氣產(chǎn)品，并能實現(xiàn)污泥處理處置過程的碳減排；好氧堆肥技術(shù)能夠產(chǎn)出有價值的生物肥料，總體運行成本較厭氧消化技術(shù)低。

近年來高溫熱水解+厭氧消化污泥處理技術(shù)由于其獨特的優(yōu)勢在國內(nèi)應用比較成功，大有擴大推廣的趨勢。熱水解技術(shù)自身能夠?qū)崿F(xiàn)污泥的減量化、無害化、穩(wěn)定化：熱水解使污泥含固率提高、脫水性能增強，從而實現(xiàn)污泥處理的減量化；高溫高壓過程使病原菌滅活，實現(xiàn)污泥處理的無害化；熱水解后有機物通過固液分離轉(zhuǎn)移至濾液中，使得干污泥中可生化降解的有機物減少50%以上，從而達到穩(wěn)定化。污泥熱水解過程包括固體物質(zhì)溶解液化和有機物水解兩個過程。污泥經(jīng)熱水解處理后，污泥上清液中的溶解性物質(zhì)濃度大幅提高，尤其以污泥中蛋白質(zhì)和糖類的溶出最為突出，能改善污泥的脫水性能和厭氧消化性能。相較于傳統(tǒng)的超聲和臭氧氧化法，熱水解技術(shù)對污泥有機物胞外聚合物的破壁能力更強，有利于后續(xù)的污泥生化處理，熱水解后污泥通過固液分離裝置分離為干化污泥和濾液。

更為重要的是熱水解+厭氧消化工藝雖然一次性投資稍大于普通的厭氧消化和高溫好氧發(fā)酵處理工藝，但是由于其能夠大幅度提高甲烷氣的產(chǎn)出量，因此建成后的總體綜合運行成本要低于普通的厭氧發(fā)酵和高溫好氧發(fā)酵工藝。

五、對黑龍江省未來污泥處理處置工作的建議

黑龍江省污泥處理處置工作主要面臨兩大問題。一是黑龍江省處置污泥填埋占比過半，大批已建成污水處理廠污泥處置亟待提標改造，次生污染隱患嚴重；二是未來污泥處置中心應如何建設，以及隨著農(nóng)村環(huán)境治理工作的大力推廣，農(nóng)村污水處理廠污泥處置方案應如何確定。綜合調(diào)研情況，建議如下：

1．建議省發(fā)展改革委會同環(huán)保、住建、國土、財政等部門，針對亟待整治的城市污泥次生污染問題，盡快制定出臺相關(guān)政策、規(guī)劃、方案，強化污泥污染控制，保護綠色生態(tài)環(huán)境。如：大批既有污水處理廠污泥處置達標改造，是解決目前污泥次生污染的源頭問題。政府應盡快制定達標改造有關(guān)政策文件，明確標準，限定期限，鼓勵資源化，變廢為寶，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟。達標改造鼓勵采用PPP模式。省或地方財政可給予適當獎補。確因原批用地指標限制無法進行達標改造的，可在區(qū)域內(nèi)規(guī)劃建設污泥處置中心。

2．未來污泥處置中心的建設在充分考慮實現(xiàn)污泥穩(wěn)定化、減量化、無害化、資源化的同時，突出資源化。尤其國家已頒布《農(nóng)用污泥污染物控制標準》（2019年6月1日實施），為解決污泥農(nóng)用提供了廣大市場。同時，還應充分吸納國際上先進的污泥綜合利用理念，推廣再生、協(xié)同處置技術(shù)，突出閉環(huán)經(jīng)濟模式，實現(xiàn)生活和垃圾變廢為寶、循環(huán)利用。

未來農(nóng)村污水處理廠污泥處置因規(guī)模超小，原則上提倡采用一體化處置方式。國內(nèi)已有小型一體化處置設備，如大連瀚能環(huán)境科技有限公司的單戶多級AO凈化罐及多戶集中多級AO泥膜一體化設備。但適宜農(nóng)村超小規(guī)模的污泥處置設備尚有待進一步進行專項研發(fā)。

3．污泥的最終處置路線的選擇要建立在全面的泥質(zhì)分析基礎上，要突出污泥處理處置副產(chǎn)品的產(chǎn)品化開發(fā)。建議將污泥厭氧消化技術(shù)、熱水解厭氧消化技術(shù)和污泥好氧堆肥技術(shù)作為大中城市污泥處理處置的首選；將污泥好氧堆肥技術(shù)作為中小城市及縣城污泥處理處置的首選；將污泥深度脫水技術(shù)和衛(wèi)生填埋技術(shù)作為城鎮(zhèn)污泥處理處置的應急措施；將污泥的土地利用等作為污泥處理處置未來的主要發(fā)展方向。

課題組成員名單

組長：

侯毅剛 黑龍江省工程咨詢評審中心

副組長：

朱建忠 黑龍江省工程咨詢評審中心

成員：

魏亮亮 哈工大環(huán)境工程院

趙慶良 哈工大環(huán)境工程院

黃 春 黑龍江省城市規(guī)劃設計研究院

高 超 黑龍江省城市規(guī)劃設計研究院

白云健 哈爾濱市政設計院

張煥新 哈爾濱市政設計院

鄭永杰 齊齊哈爾大學環(huán)境科學與工程學科

陶 永 黑龍江省生態(tài)環(huán)境廳土壤處

王維明 黑龍江省住房和城鄉(xiāng)建設廳城建處

張志方 黑龍江省工程咨詢評審中心

張美靜 黑龍江省工程咨詢評審中心

晁 鷗 黑龍江省工程咨詢評審中心