国内外污泥处理概述

国内外污泥处理概述国内污泥处理现状及趋势污水在处理的过程中将大局部污染物均转化到了污泥里，因此污泥中含有覆盖面极广的各类污染物，包括各种重金属、微量高毒性有机物(PCBs、AOX等)、大量细菌、病毒体和寄生虫卵等致病微生物，，如不妥善处理，将会引发环境卫生和污染问题，易造成二次污染。1、国内污泥处理总体情况〔缺乏〕2023年底，城镇污水处理厂已建2500多座，污水处理能力已到达1.22亿立方米。我国城市每年污泥产生量预计近3000万吨〔已含水率80%计〕。在我国，一些中小城市根本上没有建造污水处理设施，即使有污水处理厂的大中城市，其污泥处理设施90%以上不配套。已经建成的污水处理厂中，污泥未经任何处理就直接农用的占70%以上。即使在设有消化池的污水处理厂，消化后的污泥也只是稍加脱水后就直接农用，很难符合污泥农用卫生标准。污泥处置技术比兴旺国家较落后，大多未经预处理或仅经简单处理后，就直接农用、填埋或送垃圾场处理，甚至有的随意堆放。〔1〕“重水轻泥〞严重。80%污水处理厂建有污泥的浓缩脱水设施；80%污泥没有得到稳定化处理处置。〔2〕土地填埋、露天堆放和外运的污泥绝大局部属于随意处置，真正实现平安处置的比例不超过15-25%。2、污泥处理工艺从国内已运行的城市污水处理厂来看，污泥处理工艺包括污泥浓缩、稳定、脱水、最终处置四个主要过程。〔1〕污泥浓缩污泥浓缩主要包括重力浓缩法、气浮浓缩法、离心浓缩法等。适用性：①重力浓缩：适用于初沉污泥，化学污泥，生物膜污泥；②气浮浓缩：适用于剩余污泥产量不大的活性污泥法处理系统，尤其是生物除磷系统；③离心浓缩：适用于大中型污水处理厂；④机械浓缩：适用于各种生物污泥。它们的处理性能如表1所示：浓缩方法污泥类型浓缩后含水率〔%〕比能耗干固体〔kw·h/t〕脱除水〔kw·h/t〕重力浓缩初沉污泥90-951.750.20重力浓缩剩余活性污泥97-988.810.09气浮浓缩剩余活性污泥95-971312.18框式离心浓缩剩余活性污泥91-922112.29无孔转鼓离心浓缩剩余活性污泥92-951171.23表1几种浓缩方法的比能耗和含固浓度从表1可以看出，初沉污泥用重力浓缩法处理最为经济，对于剩余污泥来说，由于剩余污泥有机物含量高，浓缩困难，采用重力浓缩法效果不好，而采用气浮浓缩、离心浓缩那么设备复杂、费用高，不适合中国国情。所以，目前国内推行将剩余活性污泥送回初沉池与初沉污泥共同沉淀的重力浓缩工艺，试验研究说明这种工艺的初沉池出水水质好于传统工艺[7]。我国污泥重力浓缩方法占71.5%，机械浓缩占21.4%，气浮浓缩占7.1%。由于国内资金短缺，且污泥中有机物含量低，所以重力浓缩仍将是国内今后重要污泥减量手段。〔2〕污泥稳定污泥稳定，国内目前常用的污泥稳定方法是厌氧消化，好氧消化和污泥堆肥，并且污泥堆肥正处于不断研究阶段，而热解和化学稳定方法或者是由于技术的原因或者是由于经济、能耗的原因而很少被采用[8]。国内污泥稳定方法所占的比例：无污泥稳定占55.70%，厌氧消化占38.04%，污泥堆肥占3.45%，好氧发酵占2.81%。Ⅰ厌氧消化〔厌氧消化+土地利用〕污泥厌氧消化在我国存在明显的水土不服。在我国建设的约50座污泥厌氧消化设施中，可以稳定运营的只有20多座。主要原因是由于我国污泥泥质差，处理厂运行管理水平低。我国污泥含砂量较高、有机物含量较低、污泥可生化性差，消化设备运行的稳定性和产沼气率等指标普遍未到达国外标准；此外，我国缺乏朝气利用的鼓励机制，设备的投资费用高，系统运行较为复杂不易掌握。不过，在不断的研发和改进下，该技术已逐渐完善，采用碱解处理、热处理、超声波处理、微波处理等方法对污泥进行预处理，从而提高污泥水解速率，改善污泥厌氧消化性能。并通过工程经验的积累，企业也逐步掌握了较为全面的操作技能。因此，污泥厌氧消化技术在我国应用的瓶颈正不断被突破，未来将会得到进一步的开展，我们认为这会是未来的一个主流方向。图1污泥“厌氧消化+土地利用〞流程图Ⅱ好氧发酵〔好氧发酵+土地利用〕污泥好氧发酵技术具有稳定和杀菌的双重作用，污泥经发酵后转化为腐殖质，可限制性农用、园林绿化或改进土壤，从而实现污泥中有机质及营养元素的高效利用，设备投资少、运行管理方便。但长期以来人们对污泥好氧发酵技术存在占地面积大、发酵产品存在重金属污染等片面的认识，限制了其在我国的推广。然而，污泥好氧发酵工程可采用高效、快速、稳定、集约化的设计、运营模式，可实现占地面积的大幅缩小；此外，研究说明我国城市生活污泥的重金属超标比例约5%，污染风险较小，不应该成为限制污泥发酵产品土地利用的主要障碍。因此，在?城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南〔试行〕?中，好氧发酵+土地利用也被列为推荐技术路线。该技术在相对欠兴旺地区，应用前景较大。图2污泥“好氧发酵+土地利用〞流程图Ⅲ污泥堆肥堆肥一般分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。好氧堆肥是在有氧情况下有机物料的分解过程，其代谢产物主要是二氧化碳、水和热；厌氧堆肥是在无氧条件下有机物料的分解，厌氧分解最后的产物是甲烷、二氧化碳和许多低分子量的中间产物，如有机酸等。厌氧堆肥于好氧堆肥相比拟，单位质量的有机质降解产生的能量较少，而且厌氧堆肥通常容易发出臭气。由于这些原因，几乎所有的堆肥工程系统都采用好氧堆肥。由于长期无视对固体废物的管理以及技术装备等的缺乏，我国的堆肥产业目前仍处在一个开展初期，堆肥规模、堆肥厂的数量以及堆肥工艺水平根本停留在一个粗放式的简单加工阶段，与兴旺国家相比距离甚远，未来各类有机固体废弃物的处理任务将十分庞大，也预示着这一产业有着广阔的开展空间。另外，从我国农业生产的开展和市场需求看，未来有机肥的开展潜力也十分广阔。随着我国农业产业结构调整和“三绿工程〞的实施，优质、高效生态农业种植面积将逐年扩大，绿色食品、有机食品生产基地的扩大必然形成对有机肥的巨大需求。与此同时，国家对改善生态环境的巨大投入必将有效拉动林、草、花卉用肥需求的迅猛增长。〔3〕污泥脱水污泥脱水，国内现有的污泥脱水措施主要是机械脱水，而干化场由于受到地区、气候条件的限制很少被采用，污泥脱水技术在国内所占的比例为：无污泥脱水占48.65%，滚压、带式脱水占37.84%，干化场占10.81%，压滤脱水占1.35%，真空吸滤脱水占1.35%。经过脱水后，污泥含水率可降低到百分之五十五至百分之八十，视污泥和沉渣的性质和脱水设备的效能而定。污泥的进一步脱水那么称污泥干化，干化污泥的含水率低于百分之十。〔4〕最终处置Ⅰ海洋倾倒海洋倾倒操作简单．对于沿海城市来说其处理费用较低，但是海洋倾倒对海洋生态环境可能存在的影响。中国政府于1994年初接受3项国际协议，承诺于1994年2月20日起不在海上处置工业废物和污水污泥。Ⅱ污泥填埋污泥卫生填埋已开展成为一项比拟成熟的污泥处置技术，其优点是投资较少、容量大、见效快。但污泥卫生填埋高昂的运输费用，且并不能最终防止环境污染，而只是延缓了产生时间，还应和土地利用规划相结合。使其不会成为污泥最终处置的开展方向。Ⅲ污泥燃烧燃烧是利用污泥的有机成分较高，具有一定热值等特点来处置污泥。燃烧的技术优势在于其处理的彻底性，减量率可到达95％左右，其有机物被完全氧化，重金属〔除汞外〕几乎全被截留在灰渣中。燃烧一直存在以下几个问题：(1)投资和操作费用较高；(2)燃烧过程中产生飞灰、炉渣和烟气对环境影响大；(3)污泥中的有用成分未得到充分利用。3、现状总结〔1〕污泥主流处理方式总体：土地填埋占60-65%、污泥好氧发酵+农用约占10-15%、污泥自然干化综合利用占3-6%、污泥燃烧占2-3%、而污泥露天堆放和外运各占2%和15%。表2典型污泥处理方式综合分析表Ⅰ污泥浓缩初沉污泥用重力浓缩法处理最为经济，目前国内推行将剩余活性污泥送回初沉池与初沉污泥共同沉淀的重力浓缩工艺。Ⅱ污泥稳定国内目前常用的污泥稳定方法是厌氧消化，好氧消化和污泥堆肥。污泥厌氧消化在我国存在明显的水土不服，随着不断的研发和改进，该技术已逐渐完善，污泥厌氧消化技术在我国应用的瓶颈正不断被突破。好氧发酵+土地利用也被列为推荐技术路线。该技术在相对欠兴旺地区，应用前景较大。几乎所有的堆肥工程系统都采用好氧堆肥。由于长期无视对固体废物的管理以及技术装备等的缺乏，我国的堆肥产业目前仍处在一个开展初期，堆肥规模、堆肥厂的数量以及堆肥工艺水平根本停留在一个粗放式的简单加工阶段。同时污泥堆肥正处于不断研究阶段。Ⅲ污泥处置①污泥投海已被禁止。②干化+燃烧+灰渣填埋或建材利用——迎来阶段性增长干化燃烧可实现污泥较高程度的减量化、稳定化，当污泥中有毒有害物质含量很高且短期不可降低时尤为适用。干化燃烧工艺一般适用于用地紧张且经济兴旺的地区。虽然国内对碳减排和污泥生物质资源认识不断加深，但是在现阶段，在我国污泥厌氧消化和好氧发酵技术还未成熟的情况下，污泥干化燃烧在一定时期内可能会出现增长的态势，尤其是工业窑炉协同燃烧的方式。图3污泥“干化+燃烧〞流程图图4污泥“水泥窑协同燃烧〞流程图③深度脱水+填埋——目前的主流，但没有未来在我国应用最广泛的深度脱水是用氧化钙等无机药剂调理为核心，这种技术虽然可实现污泥的体积减量，但也伴随着污泥干质的大幅度增加，且影响污泥品质，不利于后续处理。因此，局部企业开始对深度调理新方式进行探索，如电渗析脱水、低温真空脱水等。图5污泥“深度脱水+填埋〞流程图4、趋势污泥处理的总体目标——减量化、稳定化、无害化、资源化。根据国情，应推广厌氧消化、污泥堆肥、干化燃烧工艺等技术，最终到达污泥土地利用是我国污泥最终处置手段中的较好选择。我国作为开展中国家，经济开展水平还不够高，污泥成分也不完全和国外相同，因此必须寻找适合国情的处理方法。我国是一个农业大国，但土地资源严重缺乏，世界上没有哪个国家遭遇的环境问题、土地资源问题、人口问题有中国那么严重，那么负担沉重，压力巨大。因此可以说，世界上没有哪个国家对肥料的需求像中国这样迫切，这就决定了我国必须认真考虑污泥的农用资源化问题。在平安、可靠、防止二次污染的前提下将污泥农用，既消除城市污染，又能促进农业的开展。因此污泥农用是符合我国国情的处置方法。技术路线：总的来说，我国目前污泥处置技术路线已根本形成，从建造投入、运营效果、资源再利用的角度来看，以厌氧消化和好氧发酵处理以及燃烧为主体的三种技术路线会是未来的主流。短期来看，深度脱水+填埋依然会是很多城市的首选，但会逐渐减少并被取代。燃烧方法在本阶段优势明显，但烟气治理趋严以及其带来的运行费用较高的问题是主要障碍，不过该技术依然会是短期内开展最快的技术手段；长期来看，厌氧消化会是主流，具有运行费用低，资源回收率高等优点。好氧发酵的优势在于其本钱低，会得到经济欠兴旺地区的青睐。国内主要案例大连东泰夏家河污泥处理厂〔1〕工程概况大连夏家河污泥处理厂2023年投产运行，处理能力600吨/天，以处理市政污泥为主，同时可处理工业污水处理产生的类似污泥、餐饮垃圾、厨余垃圾、过期食品、粪便残渣等可生物降解的其它有机废物。工程总投资15000万元，工程占地2.47公顷。主要采用进泥高含固率的厌氧消化工艺，沼气经提纯处理后，可日供生物燃气〔天然气品质〕16500m³，同时每年生产6万吨腐殖土，可作为园林绿化营养土或填埋场覆盖土。工艺流程创新点①处理物料含固率高〔8%-12%〕，厌氧消化效果好，产气效果好，自动化程度高，运行稳定。②设备采用现场安装，建设周期短。③解决了国内污泥厌氧消化多个难题，如发酵温度不恒定和加热困难、加热器结垢、搅拌不均、泥沙沉积堵塞、泡沫浮渣结盖、启动困难等〔4〕治理效果以日处理量600吨计，大连夏家河污泥处理厂工程将产生沼气和腐殖土等“清洁产品〞。沼气经提纯处理后，可日供天然气16500m³，将解决4万户居民的用气或一些工业用户的生产用气，相当于再建一个5万m³/日得焦炉煤气厂，每年将节约优质焦炭3750余吨，并减少7000立方废气以及11万吨废水的排放。工程每年还产生腐殖土6万吨，可作为园林绿化营养土或填埋场覆盖土；同时该工程达产后，每年可减排甲烷气体近4700吨，相当于每年减排温室气体二氧化碳10万吨。国家发改委已于2023年3月10日批准本工程为CDM工程。青岛麦岛污水处理厂污泥处置工程〔1〕工程概况青岛市麦岛污水处理厂污泥处理是山东省污泥资源化综合利用的标志性工程。工程采用中温消化+热电联产工艺，充分利用污泥消化产生的沼气。该工程设置2座一级中温厌氧消化池，单池有效容积为12700m³，处理来自初沉池、反冲洗沉淀池的油脂，池内保持温度35±2℃，污泥停留时间20天。污泥消化过程中产生的沼气用于沼气发电机，发电过程中产生的热水为消化池和厂房供热。通过沼气发电，可节省能源，从环境保护角度来看，污泥通过消化后更加平安。工艺流程〔3〕创新点实现了污泥完全稳定化；实现了污泥减量化-30%；实现污泥资源化，发电占65%的水厂用电；该厂的污泥消化，热电联产的成功，每年节省了标准煤4334吨，说明该工艺适合中国国情。〔4〕治理效果①发酵后的剩余污泥经脱水工艺被制成泥饼，可以用来填埋或变成有机肥料。②麦岛污水处理厂在污泥消化过程中每天至少可产生沼气15000m³，按照设计预期，每天可节电16000kw，节省费用近20000元。秦皇岛市绿港污泥处理厂〔1〕工程概况秦皇岛市绿港污泥处理厂工程位于秦皇岛海港区麻念庄北，总投资4980万元，设计日处理污泥200吨。该工程于2023年5月开始试运行，工程采用先进的自动控制生物堆肥处理技术〔第二代CTB技术〕，使污泥中的有机物发生生物化学降解，形成一种类似腐殖质土壤的物质，可有效杀灭病原菌、寄生虫卵，到达减量化、稳定化、无害化处理的目的。污泥经过无害化处理后转化成植物生长所需的营养土或有机肥。工艺流程污泥以园林绿化、农业利用为处置方式时，鼓励采用厌氧发酵和好氧堆肥等方式处理污泥。创新点温度-氧气-臭气在线监测和耦合，智能化控制系统；前期静态曝气发酵+后期动态匀翻处理工艺；生物发酵全过程的智能控制，实现处理过程无人值守，自动优化无害化的处理过程；通过好氧发酵过程中的通风策略优化，到达快速生物干化的目的；源头控制臭气产生，后期采用生物滤池除臭，使除臭本钱降低80%。治理效果本工程实现生物无害化处理的智能控制和污泥的资源化利用，解决了秦皇岛市城市污水处理厂的污泥排放和污染问题，是国内首个符合市政和环保标准〔臭气排放达标〕的标准化城市污泥生物发酵处理厂。4、北京水泥厂有限责任公司处置污水处理厂污泥工程工程〔1〕工程概况本工程工程是新建一座日处理污水厂污泥500吨〔平均含固率20%〕的处置中心，建设干化车间，利用水泥窑的余热，采用热干化工艺，对北京市城市污水处理厂的污泥进行干化，干化产品进水泥窑作为掺和料。干化过程产生的臭气直接排入水泥窑进行燃烧，干化所产生的冷凝废水经处理后作为干化过程中冷凝水循环使用难点：接受污泥来自多个污水处理厂，污泥具有含水率高、含油量高、杂质异物多等特点。〔2〕工艺流程〔3〕创新点有机物分解彻底，污泥中有害有机物可充分燃烧，即使是二恶英；回转窑容量大，工作状态稳定，处理量大；回转窑内材料为碱性，可吸收SO2；污泥灰渣中的重金属能被固定；窑体为现状设施，可减少基建投资；充分利用资源化效率高；有效地利用了水泥窑作为热源锅炉、燃烧炉和尾气净化装置，比单独建设污泥干化+燃烧装置节省了投资。上海市石洞口污水处理厂污泥干化燃烧处理工程〔1〕工程概况上海石洞口污水处理厂污泥处置系统工程，主要采用干化燃烧工艺，对脱水污泥进行集中处置，该工程总投资7500万元，设计处理能力为213吨/日〔含水率70%〕，实际运行中处理量为180吨/日〔汗水率80%〕。是全国第一家采用干化燃烧工艺对污泥进行综合处理处置的污水处理厂。工艺流程创新点对脱水污泥进行低温干化高温燃烧联合处理的工艺方案。同时污泥燃烧装置能兼顾燃烧干化污泥和煤。当污泥可以作为绿化基质土或其他用途时，干化污泥综合利用当污泥重金属含量严重超标或污泥出困难时，干化污泥燃烧提供干化所需热量。采用流化床干化工艺，可将脱水污泥含水率从70%左右降至10%左右〔最低可至5%〕.燃烧采用循环流化床燃烧炉，通过燃烧干化污泥，以导热油〔或蒸汽〕形式回收烟气中热量，并将回收的热量用于干化系统。该联合工艺可以到达能量的自平衡。治理效果化后污泥含水率低干化污泥燃烧性能好三、国际现状在污泥处理过程中，影响污泥性质稳定的是污泥中的有机物量，这些有机物含大量不稳定的腐殖质组分，极不稳定，在短时间内就会散发难闻的气味，因此需要进行稳定化处理，最终的脱水泥饼或者燃烧后的残渣还需要进一步处置。城市污水处理厂产生的污泥量与每个国家、每个地区污水处理负荷、处理方法以及污水组成等有关。通常情况下国外的城市污泥处理系统工艺流程一般有以下四类：〔1〕原污泥→浓缩→脱水→处置脱水滤饼；〔2〕原污泥→浓缩→脱水→燃烧→处置灰分；〔3〕原污泥→浓缩→消化→脱水→处置脱水滤饼；〔4〕原污泥→浓缩→消化→脱水→燃烧→处置灰分。日本：根据日本对318个污水处理厂的统计，污泥处理方式〔1〕占34%；方式〔2〕占8.8%；方式〔3〕占26%；方式〔4〕占5.7%；其它方式占25.5%。日本由于国土面积的受限，污泥处置方式以燃烧为主。美国：据美国环保署数据，自从1972年政府公布水净化条例以来，污泥量逐年快速的增加，2023年到达820万吨。下表3是1998年以后美国污泥产量和处理状况。年份1998200020052023有利利用〔百万吨〕〔干污泥〕土地利用2.83.13.43.9先进处理0.80.91.01.1其他有益利用0.50.50.60.7小计4.14.55.05.7处置〔百万吨〕〔干污泥〕地表处置/陆地填埋1.20.90.90.9燃烧1.51.61.61.5其它0.10.10.10.1小计2.82.62.62.5总计〔百万吨〕6.97.17.68.2表3美国污泥产量英国：在英国，根据资料，污水处理产生的污泥年产量为110.7万吨干污泥，表4列出了英国污水污泥的处理方法及处理量。处理方法处理量〔万吨/年〕百分比〔%〕厌氧处理60.354.5好氧处理2.11.9石灰处理1.41.3堆肥0.60.5方法不明1.71.5未经处理44.640.3表4英国污水污泥处理方法及处理量目前英国42%的污泥厌氧消化后回用于农田，填埋所占的比例较小，只占污泥处理量的8%，从长远的观点来看，将经过厌氧消化、化学或热处理、长时间堆放等适当处理后的污泥回用于农田，是英国污泥处置的开展方向。下面列出欧盟各国采用的污泥处理方法〔表5〕、世界主要国家污泥产量及其采用的处置方式〔表6〕。注：[a]有17%的污泥用未知方法进行了处理，其中可能包括堆肥。国

家污泥处理方法所占的比率〔%〕浓缩脱水厌氧消化好氧消化堆肥石灰法比利时5360672202丹

麦-95504015法

国--49170[a]0德

国-77641230希

腊0097300爱尔兰143319800意大利7590564400卢森堡-8081050荷

兰-53443500西班牙-70655-26表5欧盟各国采用的污泥处理方法国家产量〔干污泥〕〔百万吨/年〕处置方法〔%〕土地利用陆地填埋燃烧其他奥地利321356310比利时7.5315694丹

麦133733282法

国70505000德

国2502563120希

腊1.539700爱尔兰2.42818054意大利803455110卢森堡1.5811801荷

兰28.244533