天津市張貴莊污泥處理工程工藝選擇

曹仲宏

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300051）

0 前言

張貴莊污水處理廠是天津中心城區最后一座大型污水處理廠，也是天津市目前總規模最大、處理標準最高、功能最全的污水處理工程項目。其建設內容包含20萬m3/d污水處理廠，6萬m3/d再生水廠和300 t/d（以80%含水率計）污泥處理工程。根據國家相關技術政策“城鎮污水處理廠新建、改建和擴建時，污泥處理處置設施應與污水處理設施同時規劃、同時建設、同時投入運行。污泥處理必須滿足污泥處置的要求，達不到規定要求的項目不能通過驗收。”張貴莊污泥處理工程處理工藝方案確定及實施，可實現在建設污水處理廠的同時解決污泥處理處置問題，防止二次污染，提高污泥資源化利用水平，維護良好生態環境，促進循環經濟和生態城市建設，對實現我國節能減排戰略具有重要意義。

1 發達國家污泥處理處置現狀及發展趨勢

污水和污泥是解決城市水污染問題同等重要又緊密關聯的兩個系統。污泥處理處置是污水處理得以最終實施的保障，在經濟發達國家，污泥處理處置是極其重要的環節，其投資約占污水處理廠總投資的50%～70%。

污泥處理處置方法主要有填埋、焚燒和多種形式的土地利用。由于各國具體情況不同，選擇的方法各有側重。

歐洲污泥處置最初的主要方式是填埋和土地利用，近幾年歐盟已接受了廢棄物綜合化管理體系的策略，實施對廢棄物（包括污泥）消納的層次化管理原則，即循環利用優先于焚燒，焚燒又優先于最終處置（填埋），總的趨勢是土地利用的比例越來越高，歐盟及絕大部分歐洲國家越來越支持污泥的土地利用。目前，德國、英國和法國每年產生的污泥（干重）分別為220萬t、120萬t和85萬t，作為農用方向土地利用的比例分別已達到40%、60%和60%。

北美地區雖然土地資源充足，但衛生填埋總體較少，污泥處理處置的技術路線一直是農用為主，且為污泥農用做了大量安全性評價工作。目前，美國16000座污水處理廠年產710萬t污泥（干重）中約60%經厭氧消化或好氧發酵處理成生物固體，用做農田肥料。另外，有17%填埋，20%焚燒，3%用于礦山恢復的覆蓋。

日本由于土地限制，污泥處理處置的主要技術路線是焚燒后建材利用為主，農用與填埋為輔。近年來，日本開始調整原有的技術路線，更加注重污泥的生物質利用，逐步減少焚燒的比例。

總體來看，歐美國家目前比較明確的將土地利用作為污泥處置的主要方式和鼓勵方向。土地利用主要包括三個方面：一是作為農作物、牧場草地肥料的農用；二是作為林地、園林綠化肥料的林用；三是作為沙荒地、鹽堿地、廢棄礦區改良基質的土壤改良。由于運輸距離、操作難度等客觀因素，污泥農用量又遠高于林用和土壤改良。另外，歐美普遍采用厭氧消化和好氧發酵技術對污泥進行穩定化和無害化處理[1]。

2 我國污泥處理處置的相關技術政策及原則

為推動在處理污水的同時妥善處理污泥，由我國住建部、環保部、科技部于2009年2月18日發布的《城鎮污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策（試行）》（建城[2009]23號）[1]規定：“城鎮污水處理廠新建、改建和擴建時，污泥處理處置設施應與污水處理設施同時規劃、同時建設、同時投入運行。污泥處理必須滿足污泥處置的要求，達不到規定要求的項目不能通過驗收。”鼓勵符合標準的污泥進行土地利用，提出在污泥濃縮、調理和脫水等實現污泥減量化的常規處理工藝基礎上，根據污泥土地利用要求和相應的泥質標準，分別選擇厭氧消化、高溫好氧發酵的污泥處理技術路線。鼓勵采用干化焚燒的聯用方式，提高污泥的熱能利用效率；鼓勵污泥焚燒廠與垃圾焚燒廠合建[2]。

環境保護部辦公廳于2010年11月26日發布的《關于加強城鎮污水處理廠污泥污染防治工作的通知》（環辦[2010]157號）要求：“污泥處理處置應遵循減量化、穩定化、無害化的原則。污水處理廠新建、改建和擴建時，污泥處理設施（污泥穩定化和脫水設施）應當與污水處理設施同時規劃、同時建設、同時投入運行。不具備污泥處理能力的現有污水處理廠，應當在本通知發布之日起2年內建成并運行污泥處理設施”。“污水處理廠以貯存（即不處理處置）為目的將污泥運出廠界的，必須將污泥脫水至含水率50%以下”。[3]

住房和城鄉建設部、國家發展和改革委員會共同組織編制的《城鎮污水處理廠污泥處理處置技術指南（試行）》（以下簡稱“技術指南”）（2011年3月）（建科[2011]34號）指出：“污泥處理處置設施建設時，相應安全設施的建設也必須執行同時規劃、同時建設、同時投入的原則，確保污泥處理處置設施的安全運行”。“污泥處理設施的工藝及建設標準應滿足相應污泥處置方式的要求。污泥處理設施尚未滿足污泥處置要求的，應加快改造，確保污泥安全處置”。在污泥的處理處置方案選擇上，首先調查本地區可利用土地資源的狀況，按照國家相關標準要求，結合污泥泥質及厭氧消化、好氧發酵等處理技術，優先研究土地利用的可能性；當污泥不具備土地利用條件時，可考慮采用焚燒或建材利用的處置方式；當污泥采用焚燒方式時，應首先全面調查當地的垃圾焚燒、水泥、熱電等行業的窯爐狀況，優先利用上述窯爐資源對污泥進行協同焚燒，盡可能發揮綜合效益；當污泥泥質不適合土地利用，且當地不具備焚燒或建材利用條件，可采用填埋處置[1]。

“技術指南”按照《城鎮污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策（試行）》的要求并參考國內外的經驗與教訓，明確提出我國污泥處理處置應符合“安全環保、循環利用、節能降耗、因地制宜、穩妥可靠”的原則[1]。

以上污泥處理處置政策的相繼發布及執行，從污泥處理處置設施的規劃、設計、環評、建設、驗收、運營和管理等方面為我國城鎮污水處理廠污泥處理處置技術方案選擇及全過程的管理提供了政策、技術上的強大支持，是進行污泥處理處置技術方案選擇的重要依據。

3 張貴莊污泥處理工藝方案選擇

根據“技術指南”我國的典型污泥處理處置方案可采用的及路線有：

厭氧消化后進行土地利用；

好氧發酵后進行土地利用；

工業爐窯協同焚燒；

機械熱干化后進行焚燒；

石灰穩定后進行填埋；

脫水污泥直接填埋。

以上典型污泥處理處置方案的綜合分析與評價見表1。

表1 典型污泥處理處置方案的綜合分析與評價[3]

“技術指南”指出“應首先調查本地區可利用土地的總體狀況，結合污泥泥質以及厭氧消化、好氧發酵等處理技術，研究污泥土地利用的可行性”，“當污泥不具備土地利用條件時，可考慮采用焚燒或建材利用的處置方式”，“當污泥泥質不適合土地利用，且當地不具備焚燒和建材利用條件，可采用填埋處置”。

污泥處理處置作為我國城鎮減排的重要內容，在“十二五”期間必須采取有效措施，因此國家積極鼓勵符合節能減排要求的污泥處理處置技術。根據“技術政策”和“技術指南”，污泥厭氧消化產生的沼氣收集利用及高溫好氧發酵等工藝對脫水污泥進行穩定化及無害化處理是符合國家倡導政策的污泥處理技術，應積極予以推廣應用。而受我國經濟水平及運行管理水平等的限制，符合環保要求的較低成本的污泥好氧發酵處理工藝具有更強的適用性。

污泥生物好氧發酵是在通過工程手段提供充足氧氣條件下好氧微生物對有機物進行分解的生物化學過程。污泥好氧發酵過程中，熱量來源于在微生物的作用下將有機物轉化為二氧化碳和水的過程，產生的熱量是好氧發酵過程的驅動力，可以把好氧發酵過程產生的熱量認為是一種生物能源。可生物降解的揮發性固體是這種生物能源的燃料、微生物降解有機物的過程消耗了氧、產生水、二氧化碳和熱量。污泥好氧發酵的特點主要包括：自身能產生一定的熱量，高溫持續時間長，不需外加熱源，即可達到無害化；使纖維素等難降解的物質分解，使堆體物料有了較高程度的腐殖化，提高有效養分；基建費用低、容易管理、設備簡單；產品臭味減輕、質地疏松、含水率低、容重小，便于運輸使用和后續加工成肥料。

按照我國污泥處理處置應符合“安全環保、循環利用、節能降耗、因地制宜、穩妥可靠”的原則，綜合考慮投資、經營成本和處置難度等因素，張貴莊污水廠的污泥處理方案采用好氧發酵+土地利用的技術路線。

4 結論

污泥好氧發酵技術能有效地利用微生物好氧發酵所產生的熱量，干化過程中除了強制通風所需的電耗外不需外加熱源，因此是一種非常節能的技術。在提倡可持續發展理念及能源危機不斷惡化的情況下，污泥好氧發酵對于節能減排、降低企業能耗具有重要意義。污泥好氧發酵采用秸稈等農業副產物作為輔料向污泥中添加，以得到較好的分散度、空隙率，適宜的含水率和合適的碳氮比以及較高的有機碳含量，在處理污泥的同時也解決了農業廢棄物的去處。據統計我國1989年的秸稈產量為60 449.3萬 t，1990年的產量為 68 432.1萬 t，秸稈產量很大且呈遞增趨勢，而每年的秸稈利用率很低，絕大多數被焚燒或被拋棄，因此利用秸稈作為輔料進行污泥發酵具有重要的經濟意義。

好氧發酵處理可使污泥穩定化，并能在高溫發酵時殺滅致病菌，其最終產物還能作為肥料或土壤調節劑，使有機物循環再利用，污泥好氧發酵產品的質量和市場前景也在逐步改善，其產品可以改良土壤已得到廣泛的認可，科學研究也顯示，其產品在農業、植草等方面還具有抵御病蟲害的作用[4]。因此，好氧發酵是符合可持續發展的污泥處理方法，具有廣闊的應用前景。

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部,環境保護部和科學技術部.城鎮污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策（試行）（建城[2009]23號）[Z].

[2]中華人民共和國環境保護部辦公廳.關于加強城鎮污水處理廠污泥污染防治工作的通知（環辦[2010]157號）[Z].

[3]中華人民共和國住房和城鄉建設部,國家發展改革委.城鎮污水處理廠污泥處理處置技術指南（試行）（建科[2011]34號）[Z].

[4]尹軍,譚學軍.污水污泥處理處置與資源化利用[M].化學工業出版社.