污水處理廠污泥處理處置的上海經(jīng)驗(yàn)及展望
行業(yè)動(dòng)態(tài)
污水處理廠污泥是污水處理的產(chǎn)物，剩余污泥所攜帶的有機(jī)物占比污水有機(jī)污染物的30%～50%，氮污染物20%～30%，磷約90%。如果簡(jiǎn)單處置污泥，甚至無(wú)組織堆放，極有可能重回水體，造成水體的二次污染，導(dǎo)致水環(huán)境治理效果大打折扣，難以達(dá)到水環(huán)境治理的目標(biāo)。由于受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、社會(huì)環(huán)境意識(shí)、環(huán)境治理階段目標(biāo)、城市發(fā)展規(guī)劃等諸多因素制約，水環(huán)境治理重心一直聚焦在污水的達(dá)標(biāo)治理上，而污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥，僅僅局限于“減量化”的廠內(nèi)脫水處理，對(duì)污泥更為重要的“穩(wěn)定化”、“無(wú)害化”、“資源化”等有效處置的科學(xué)性、必要性認(rèn)識(shí)不足，得不到行業(yè)、社會(huì)應(yīng)有的重視。尤其是從本世紀(jì)前10年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)污水處理設(shè)施建設(shè)速度迅猛，但對(duì)污泥處理處置設(shè)施的投資明顯未能與污水處理投資相匹配，污水處理和污泥處置規(guī)劃建設(shè)發(fā)展的不同步趨勢(shì)進(jìn)一步凸顯。
針對(duì)污泥處置產(chǎn)物指標(biāo)長(zhǎng)期滯后于水環(huán)境治理要求的嚴(yán)峻形勢(shì)，杜絕脫水污泥第二次污染環(huán)境的重大隱患，2015年4月國(guó)務(wù)院發(fā)布了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（即“水十條”）對(duì)污水處理產(chǎn)生的污泥，提出了明確的處理要求和階段性任務(wù)完成時(shí)間點(diǎn)，指出“推進(jìn)污泥處理處置。污水處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化處理處置，禁止經(jīng)處理處置不達(dá)標(biāo)的污泥進(jìn)入耕地。非法污泥堆放點(diǎn)一律予以取締。現(xiàn)有污泥處理處置設(shè)施應(yīng)于2017年底前基本完成達(dá)標(biāo)改造，地級(jí)及以上城市污泥無(wú)害化處理處置率應(yīng)于2020年底前達(dá)到90%以上”。上述要求有利于杜絕剩余污泥無(wú)組織堆放亂象，改變過(guò)去重水輕泥的治理思路，執(zhí)行泥水并治的治理新理念，對(duì)盡快提高污泥的有效處置率，實(shí)現(xiàn)污泥“穩(wěn)定化、無(wú)害化、資源化”的有效處置，意義重大。
本文將圍繞上海市污泥處置情況，在介紹污泥處置技術(shù)應(yīng)用概況的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹污泥干化焚燒的特點(diǎn)、運(yùn)行成本及優(yōu)化方向；同時(shí)，基于上海經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了污泥處理處置在技術(shù)方面的瓶頸問(wèn)題及未來(lái)發(fā)展方向。
1 上海市市政污泥處理基本情況
根據(jù)城市發(fā)展和環(huán)境治理需要，自2003年起上海市相繼建成了石洞口污泥處理一期工程，處理量64TDS/d（絕干污泥）；竹園污泥處理一期工程，處理量150TDS/d；白龍港污泥處理一期工程，處理量204TDS/d。其中，石洞口和竹園污泥處理項(xiàng)目主要采用干化焚燒處理工藝，白龍港污泥處理項(xiàng)目主要采用厭氧消化工藝。
經(jīng)統(tǒng)計(jì)測(cè)算，目前上海市市政污水處理總規(guī)模約800萬(wàn)t/d，污泥處理總量約7000t/d（含水率80%），到2035年預(yù)計(jì)污水處理規(guī)模約達(dá)到1200萬(wàn)t/d，污泥總量將增至10500t/d（含水率80%）。根據(jù)“水十條”及上海市第6輪環(huán)保3a行動(dòng)計(jì)劃（2015年-2017年環(huán)境保護(hù)和建設(shè)三年行動(dòng)計(jì)劃），上海市又相繼建成和正在建設(shè)的有石洞口污泥處理一期完善工程（處理量為72TDS/d），石洞口污泥處理二期工程（處理量為128TDS/d），白龍港污泥處理二期工程（處理量為486TDS/d，含一期厭氧消化后污泥），竹園污泥處理二期工程（處理量200TDS/d），浦東臨港污泥處理一期工程（處理量80TDS/d）以及青浦污泥處理項(xiàng)目（處理量為60TDS/d）。其中，竹園二期工程為干化工藝（干化后送外高橋電廠摻燒），其余均為干化焚燒工藝。石洞口污泥處理一期完善工程已運(yùn)行，其余石洞口二期污泥處理工程、白龍港二期污泥處理工程、竹園二期污泥處理工程都在調(diào)試中，浦東濱海一期、青浦污泥一期處理工程正處在建設(shè)之中。同期，上海的松江、青浦、奉賢等地區(qū)，投資興建過(guò)污泥好氧堆肥、污泥干化、污泥摻燒等小規(guī)模污泥處置工程。
截至2017年，上海市污水處理系統(tǒng)已基本形成石洞口、竹園、白龍港、杭州灣沿岸、嘉定及黃浦江上游、崇明三島六大區(qū)域分片處理格局，全市共有污泥處理設(shè)施30座，污泥無(wú)害化處理處置率達(dá)95%以上。
2 上海市污泥處理處置技術(shù)應(yīng)用概況
目前，國(guó)際主流的污泥處理處置技術(shù)在我國(guó)均有應(yīng)用，各地進(jìn)行選擇時(shí)常因地制宜確定主流及輔助性技術(shù)路線。上海市區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高，土地資源非常短缺，而污泥日產(chǎn)量卻巨大，干化焚燒作為徹底的污泥“減量化、無(wú)害化、資源化”的處置技術(shù)，成為《上海市污水處理系統(tǒng)及污泥處理處置專業(yè)規(guī)劃》（2017-2035）中所要求的主要選擇。同樣的道理，因崇明區(qū)規(guī)劃為生態(tài)島，工業(yè)污染極少，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥所含重金屬污染有限，污泥采用好氧發(fā)酵后可安全適用于各類綠化、農(nóng)地，而且崇明島有較多的土地可供使用，因此，上海市形成了以干化焚燒為主，其他方式（如電廠摻燒、好氧發(fā)酵、厭氧消化等）為輔的污泥處理處置技術(shù)方案。現(xiàn)對(duì)各處理處置技術(shù)的應(yīng)用概況介紹如下。
2.1 衛(wèi)生填埋
上海市污泥處置的起初主流工藝即為衛(wèi)生填埋，目前已被干化焚燒、厭氧消化等處置工藝所替代。上海市污泥的衛(wèi)生填埋發(fā)展歷程，可能就是全國(guó)其他城市污泥處置工藝將來(lái)發(fā)展的縮影。但是，作為末端處置技術(shù)的衛(wèi)生填埋，在不遠(yuǎn)的將來(lái)仍然是污泥處置中不可或缺的方法，只是被填埋的污泥不再是脫水污泥，而是經(jīng)其他工藝處置后的滿足衛(wèi)生填埋條件的其體積較原污泥縮減90%以上，甚至更高比例的殘余物。
2.2 好氧堆肥
好氧堆肥處理技術(shù)是對(duì)污泥等廢棄物進(jìn)行高溫好氧發(fā)酵，利用微生物的活性或廢棄物中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行生物分解，同時(shí)高溫殺滅病原體，使其達(dá)到“穩(wěn)定化、無(wú)害化、資源化”的一種污泥處理技術(shù)。經(jīng)好氧發(fā)酵后，污泥相關(guān)指標(biāo)達(dá)到規(guī)范要求后，通過(guò)深耕、播撒等方式施用于土壤中或土壤表面。堆肥產(chǎn)物可進(jìn)行污泥農(nóng)用、園林綠化、林地利用、土壤修復(fù)及改良等。上海市青浦、松江等郊區(qū)建設(shè)運(yùn)行過(guò)的好氧堆肥項(xiàng)目，基本沒(méi)有達(dá)到項(xiàng)目建設(shè)的初衷，使污泥通過(guò)好氧堆肥實(shí)現(xiàn)土地安全、可持續(xù)利用的目標(biāo)，還有很多的實(shí)際問(wèn)題有待解決。
2.3 厭氧消化
厭氧堆肥消化技術(shù)在發(fā)達(dá) 應(yīng)用較為廣泛，由于其污泥有機(jī)質(zhì)含量高（60%～80%），以及分解率較高，發(fā)達(dá) 污泥厭氧消化產(chǎn)生沼氣轉(zhuǎn)化的電能即可滿足污水廠處理時(shí)所需電力的33%～100%。由于泥質(zhì)分析、系統(tǒng)運(yùn)行管理污泥厭氧消化工藝操作復(fù)雜，運(yùn)行管理難度大、存在消防隱患等因素，到目前為止，我國(guó)穩(wěn)定運(yùn)行的污泥厭氧消化項(xiàng)目并不多，上海白龍港污泥厭氧消化工程是國(guó)內(nèi)較典型的厭氧消化工程之一。
2.4 干化焚燒
污泥干化焚燒是指在一定溫度和有氧條件下，污泥分別經(jīng)蒸發(fā)、熱解、氣化和燃燒等階段，其有機(jī)組分發(fā)生氧化（燃燒）反應(yīng)生成CO2和H2O等氣相物質(zhì)，無(wú)機(jī)組分形成爐灰/渣等固相惰性物質(zhì)的過(guò)程。流化床焚燒爐是目前單獨(dú)焚燒技術(shù)中應(yīng)用較多的焚燒裝置，主要有鼓泡式和循環(huán)式兩種，其中尤以鼓泡流化床焚燒爐應(yīng)用較多。污泥含水率在55%～65%時(shí)，熱值為4.8～6.5MJ/kg，可自持燃燒。焚燒是污泥減量化較徹底的處置工藝，也是上海市污泥處理處置的主要方式。污泥干化或焚燒后的無(wú)機(jī)灰末均可作為建材的原料使用。污泥的建材利用是一個(gè)資源化過(guò)程，要真正使其進(jìn)入良性循環(huán)，在降低污泥處理處置成本的同時(shí)，能保證建材本身的產(chǎn)品質(zhì)量，穩(wěn)定消納量，為建材市場(chǎng)所接受。上海市正在推進(jìn)污泥焚燒灰渣的建材利用，未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)焚燒灰渣全部資源利用。
2.5 干化協(xié)同焚燒/摻燒
借助已有的垃圾焚燒項(xiàng)目或電廠，利用其設(shè)施的處理或焚燒能力，將污泥干化至含水率30%后，按一定比例摻入垃圾焚燒爐或電廠焚燒。該技術(shù)系統(tǒng)投資少、見(jiàn)效快，在污泥處理設(shè)施相對(duì)缺乏的特殊時(shí)期，對(duì)污泥處理可發(fā)揮積極作用。由于污泥與垃圾、煤等物料特性畢竟相差較大，在摻燒過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生或給已有設(shè)施的生成運(yùn)行帶來(lái)較大的影響，如：當(dāng)污泥摻燒比過(guò)高時(shí)，容易出現(xiàn)爐膛結(jié)焦和鍋爐積灰現(xiàn)象，大大增加了檢修時(shí)間和頻次；煙氣處理成本較摻燒前，有較大的增幅，煙氣排放濃度不易控制，操作不當(dāng)有超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)；協(xié)同焚燒規(guī)模受到限制，往往難以覆蓋污泥全量處理需求。電廠摻燒是上海市污泥單獨(dú)焚燒路線的重要補(bǔ)充。
3 污泥干化焚燒成本及優(yōu)化方向
成本及影響因素是技術(shù)選擇的重要考慮因素。到目前為止，污泥干化焚燒技術(shù)能夠較為徹底的實(shí)現(xiàn)污泥“穩(wěn)定化、無(wú)害化、資源化”處置，且是較為成熟的技術(shù)，越來(lái)越多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、土地緊張的城市開(kāi)始考慮選擇該技術(shù)。上海市是國(guó)內(nèi)污泥干化焚燒工程較多、規(guī)模較大的城市，現(xiàn)重點(diǎn)介紹上海市及國(guó)內(nèi)其他城市相關(guān)工程在投資和成本方面的經(jīng)驗(yàn)，為干化焚燒技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考。
根據(jù)全國(guó)范圍內(nèi)已建成并正常運(yùn)行的同類污泥干化焚燒調(diào)研情況分析，扣除財(cái)務(wù)成本和投資收益，直接運(yùn)行成本，含人工費(fèi)、電費(fèi)、燃料費(fèi)（天然氣或輕質(zhì)柴油）、各類藥劑費(fèi)、大修費(fèi)及其他相關(guān)費(fèi)用（爐渣、飛灰處置外運(yùn)、環(huán)保監(jiān)測(cè)、資產(chǎn)保險(xiǎn)、綠化保安、行政管理等），約為450～500元/t（含水率80%）。費(fèi)用構(gòu)成比例大致是：人工費(fèi)占10%～12%、動(dòng)力費(fèi)占16%～18%，燃料費(fèi)占10%～15%、藥劑占15%～20%，大修占18%～20%，其他相關(guān)費(fèi)用占25%～30%。
經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，污泥處理能耗100～110kW·h/t污泥（含水率80%），對(duì)比“新建焚燒廠電耗指標(biāo)應(yīng)小于90kW·h/t垃圾”，能耗高約10%～20%。其動(dòng)力消耗主要工段占比：污泥接收及干化占22%～25%（干化13%）、焚燒占18%～20%，煙氣占25%～30%。
如果項(xiàng)目選址不在污水廠規(guī)劃廠界內(nèi)，離污水廠有較遠(yuǎn)的距離，則這類“孤島”污泥干化焚燒項(xiàng)目，為滿足污水排放環(huán)保要求，還需建設(shè)獨(dú)立的污水處理系統(tǒng)，確保污水經(jīng)凈化后達(dá)標(biāo)排放。同時(shí)，因無(wú)污水廠經(jīng)凈化的中水利用，干化冷凝過(guò)程中需新增部分自來(lái)水用量。因此，污水達(dá)標(biāo)處理及自來(lái)水使用將新增污泥處理成本約40～50元/t。該類“孤島”污泥干化焚燒廠成本約500～550元/t（含水率80%）。
針對(duì)干化焚燒技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合成本占比數(shù)據(jù)，未來(lái)可能降低成本的主要措施如下：
（1）隨著生活水平的提高， 污泥中有機(jī)質(zhì)含量將進(jìn)一步上升，其熱值勢(shì)必同步上升。在這種情況下，需補(bǔ)充天然氣（或輕質(zhì)柴油）量將會(huì)降低，當(dāng)污泥熱值常年超過(guò)12MJ/kg后，補(bǔ)充的燃料費(fèi)用將降至零。
（2）發(fā)展煙氣處理新工藝，降低煙氣處理的能耗和藥耗。
（3）合理規(guī)劃場(chǎng)址，力爭(zhēng)污泥項(xiàng)目在污水廠規(guī)劃廠界內(nèi)或緊鄰廠界外，避免“孤島”建廠，充分利用污水廠污水處理潛能和中水供給能力，避免污泥項(xiàng)目新增污水處理成本和新增自來(lái)水費(fèi)用的產(chǎn)生。
（4）裝備產(chǎn)業(yè)化成熟、國(guó)產(chǎn)化率提高，以及建設(shè)理念優(yōu)化等因素引發(fā)財(cái)務(wù)成本降低。
隨著污泥干化焚燒技術(shù)進(jìn)一步成熟，干化焚燒項(xiàng)目較大規(guī)模建設(shè)，干化焚燒裝備量產(chǎn)的增加、國(guó)產(chǎn)化率的提高，以及對(duì)簡(jiǎn)約、有效建設(shè)理念的重新認(rèn)識(shí)，建設(shè)投資將有較大幅度的下降。參考垃圾焚燒50～55萬(wàn)元/t垃圾的工程直接投資強(qiáng)度，將污泥干化焚燒處理規(guī)模?。ㄍ?wù)區(qū)域內(nèi)，污泥干化焚燒項(xiàng)目一般只有垃圾焚燒項(xiàng)目處理規(guī)模的1/3，甚至更少）、污泥接收系統(tǒng)+干化段設(shè)備及相關(guān)土建占項(xiàng)目投資約30%的投資增量等因素考慮在內(nèi)，在可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，將污泥干化項(xiàng)目投資強(qiáng)度控制在100萬(wàn)元/t污泥（含水率80%）以下，甚至更低，完全可以實(shí)現(xiàn)。該投資強(qiáng)度較目前的約120萬(wàn)元/t有近20%的下降幅度，對(duì)應(yīng)的財(cái)務(wù)成本也將有同幅度的下降。
綜上，如果能順利實(shí)現(xiàn)，生成運(yùn)行成本預(yù)計(jì)降低30%以上。
4 污泥處理處置技術(shù)瓶頸及發(fā)展方向
根據(jù)污泥處理理論技術(shù)和項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，污泥處理處置的絕大部分技術(shù)工藝原理明確、成熟，但由于各個(gè)項(xiàng)目在污泥泥性及其變化規(guī)律等方面具有其特殊性，在普遍性的技術(shù)理論與項(xiàng)目的特殊性相結(jié)合的時(shí)候，相關(guān)各方包括業(yè)主、設(shè)計(jì)方以及將來(lái)的設(shè)備供貨方，對(duì)項(xiàng)目的特殊性關(guān)注不夠、研究不夠透徹，再加上建設(shè)周期的偏緊、同類型項(xiàng)目偏少、可參考借鑒的經(jīng)驗(yàn)有限等因素，在諸多細(xì)節(jié)方面考慮不周全，常導(dǎo)致項(xiàng)目上馬后不能順利完成調(diào)試，很難迅速轉(zhuǎn)入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。
例如，干化焚燒技術(shù)中的熱干化技術(shù)，上海市普遍采用以蒸汽為熱媒的傳導(dǎo)式熱干化技術(shù)。原理很簡(jiǎn)單，即利用蒸汽熱源，通過(guò)干化機(jī)傳遞熱量，完成污泥的干化過(guò)程，同時(shí)干化機(jī)將干化污泥順利推出。但是，由于項(xiàng)目策劃時(shí)國(guó)內(nèi)在熱干化方面的成熟制造商較少，上海市污泥干化機(jī)多為國(guó)外進(jìn)口。而國(guó)外進(jìn)口干化機(jī)，是根據(jù)該國(guó)污泥的含砂量、有機(jī)含量、粘滯特性等，研制生產(chǎn)的。一旦干化的污泥特性有不同，在生產(chǎn)過(guò)程中，進(jìn)口干化機(jī)在工作穩(wěn)定性、檢修頻次、污泥脫水效率等使用性能方面，在可能有很多不盡人意的方面，甚至因?yàn)槲勰嗄嘈缘牟煌?，?dǎo)致干化機(jī)不能正常工作，從而引起后續(xù)焚燒線的停運(yùn)。因此，以干化焚燒技術(shù)的推廣為例，研制符合國(guó)內(nèi)泥質(zhì)的干化機(jī)，在降低投資成本的同時(shí)，提高干化機(jī)的工作效能，尤為重要和迫切。
在干化焚燒、厭氧消化、好氧發(fā)酵等傳統(tǒng)技術(shù)之外，創(chuàng)新污泥處理處置新工藝、新技術(shù)，也是污泥處置事業(yè)發(fā)展不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。例如，未來(lái)可考慮更為綠色的熱解技術(shù)作為焚燒的替代技術(shù)。污泥熱解工藝，在缺氧環(huán)境下，通過(guò)間接高溫加熱，切斷固體廢物中有機(jī)物質(zhì)的高分子鏈結(jié)構(gòu)，完全裂解有機(jī)物分子，使其分解重組，形成可燃?xì)怏w和干燥低分子鏈碳化固體物質(zhì)。熱裂解過(guò)程中產(chǎn)生的可燃?xì)怏w，一般為一氧化碳、氫氣、甲烷等低分子碳?xì)浠衔铮杀粺o(wú)害燃燒處理（燃燒熱能補(bǔ)充干化熱能），燃燒尾氣二氧化硫濃度低，且煙氣沒(méi)有二惡英和重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，較污泥焚燒的尾氣處理工藝簡(jiǎn)單、成本低；干燥低分子鏈碳化固體物質(zhì)為一般固體廢物，整個(gè)處理過(guò)程沒(méi)有危廢產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。與污泥焚燒技術(shù)相比，該技術(shù)在實(shí)現(xiàn)污泥“無(wú)害化、減量化、穩(wěn)定化、資源化”的處置過(guò)程時(shí)，運(yùn)行成本有明顯優(yōu)勢(shì)。在取得污泥有效處置的環(huán)境價(jià)值或者說(shuō)削減同等的環(huán)境污染當(dāng)量時(shí)，較少的運(yùn)行成本意味著更大的環(huán)境價(jià)值或更低的碳當(dāng)量排放，是持續(xù)環(huán)境污染總量下降的重要治理技術(shù)和裝備。
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