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、黑龍江省污泥產量及處理處置現狀分析

城市污泥是污水處理過程中分離和產生的一種廢棄物，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、散發大量臭氣的混合物。如果不進行專業處置處理，將對周圍環境、地下水等造成二次污染，構成新的更大的環境污染威脅。

2017年，黑龍江省住房和城鄉建設廳調研結果顯示：2017年省內涉市年產干污泥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年省內縣年產干污泥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建設廳對黑龍江省哈爾濱地區、佳木斯地區、牡丹江地區、綏化地區、雞西地區、黑河地區、雙鴨山地區、鶴崗地區等8個地區28座主要污水處理廠污泥的處理工藝進行了統計，全年共處理城鎮污泥100156噸(折合80%含水率污泥500780噸)。各地區污泥占黑龍江省污泥總產量的占比如下：哈爾濱地區占34.9%、佳木斯地占4.7%、齊齊哈爾地區占4.8%、牡丹江地區占9.1%、綏化地區占5.3%、雞西地區占3.1%、黑河地區占0.2%、雙鴨山地區占6%、鶴崗地區占2.4%、其他地區占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%、其他工藝技術占0.5%。（見圖2）

圖1 黑龍江省各市區污泥產量占比分布圖

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

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增加大量負荷，甚至導致系統癱瘓。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，造成嚴重的環境次生污染問題。如2016年11月的中央環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”和2018年6月的中央第三環境保護督察報告中的“污泥堆存于嫩江行洪區，嚴重威脅嫩江水環境安全問題，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，仍位于嫩江行洪區內”，類似問題其他地區同樣存在。

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業部、環保部嚴格規定，使得污泥資源化應用受阻，也對污泥處理處置技術革新和突破提出了新的要求。

3．規?；勰嗵幚硖幹脤ξ勰嗫偺幹秘暙I大，小規模污水處理廠污泥處置需加強

據統計，哈爾濱、佳木斯、牡丹江、綏化、雞西、黑河、雙鴨山、鶴崗8個地區9座產泥量較大的污水處理廠(日產生污泥量＞50噸含水率80%的污泥)占到全部28座污水處理廠產泥量的68.1%。上述9座大型污水處理廠產生的污泥大部分經污泥好氧發酵和厭氧處理進行了有效的處理，處理方式整體合理。2017年省內各縣產生的污泥中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化。

4．污水廠升級達標面臨困難

2012年底國家環保總局出臺了污泥需脫水60%以下的新標準，并規定了一年整改期限。但黑龍江省既有污水廠均執行的是原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研情況

隨著國家對生態文明建設和環境保護工作的日益重視，各項環保政策頻繁出臺，環保指標不斷提升，尋找適宜黑龍江省北方嚴寒地區、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，農村小型一體化污泥處置方案等已成為業內亟待解決的焦點問題。針對上述情況，課題組聘請了省內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驗的知名專家、學者，及環保、住建等行業相關部門領導，對國內5個具有代表性的污泥處理處置示范項目進行了現場調研。具體調研項目如下表：

1．上海同臣環保有限公司污泥深度脫水技術

上海同臣環保有限公司是同濟大學在環保領域重點投資的國家高新技術企業和專業的污水和污泥處理設備及解決方案提供商，核心產品技術包括疊螺?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及汽化焚燒系統等。尤其新型污泥深度脫水系統，不再添加鐵鹽、石灰等，易于資源化。具有能耗低、占地省的優點，適于既有污水廠污泥提標改造。

該公司研發的污泥深度脫水技術在哈爾濱、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)，系統由勻質池、消化池、沼氣處理、沼氣利用及加熱系統組成，污泥消化池采用卵形結構，共8座，總容積為99200立方米，池體最大直徑為25米，高度為44米，是國內處理規模最大的污泥厭氧消化系統。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形式。濕式脫硫采用THIOPAQ生物脫硫塔系統，用來去除沼氣中的H2S；系統進泥含固率約5%。上海白龍港污泥厭氧消化設施每日可產生沼氣44512 立方米，消化處理后的污泥產量為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．鎮江市餐廚廢棄物及生活垃圾協同厭氧消化項目

該項目采用熱水解+厭氧消化技術路線，其原理是利用高溫高壓蒸汽預處理技術破壞污泥中微生物細胞壁和細胞結構，使污泥中的胞外聚合物和大分子有機物發生裂解，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，日產生沼氣7000-7500立方米/日。項目產生的沼氣除鍋爐自用外，剩余部分經提純、加壓后直接并入市政管網；產生的沼渣經高干脫水后，用于土壤改良、園林綠化等；產生的沼液可提純作為液態肥用于苗木培育種植。運行成本約170元/噸污泥。該技術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，處理規模每日30噸污泥(含水率80%)，采用CTB智能控制好氧發酵工藝，建設形式為一體化智能好氧發酵設備，項目總投資1000萬元。好氧發酵周期10-12天，發酵溫度55-70℃，持續時間不少于6天；經發酵后，污泥好氧發酵產品含水率小于40%，發酵產物能夠達到國家有關市政污泥資源化利用的衛生學指標，可以作為基質、土壤改良劑、有機肥，直接用于草坪、花卉、荒地、育苗基質、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《工業企業設計衛生標準》GBZ1及《工作場所有害因素職業接觸限值》GBZ2，發酵產品指標符合《城鎮污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質》（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酵設備具有如下優勢：(1)過程智能控制；(2)供氧高效均勻；(3)功能高度集成，占地面積節約；(4)處理規模靈活；(5)周期短，投資?。?6)無二次污染；(7)發酵周期短；(8)運行成本低；(9)發酵產品穩定，用途廣泛等。CTB智能控制好氧發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高溫好氧快速堆肥技術(DAYIN-RDB技術)，該技術具有如下優點：一是適宜高溫發酵處理的有效活性生物菌種；二是與其微生物發酵處理配套的處理設備，如：數控翻拋車、模塊式一體機等。主要技術特點為：(1)微生物發酵時間為8-10天（同類工藝發酵周期最短），升溫快，有機成分降解率高、不受季節氣溫限制，堆肥效率高，運行成本低；(2)發酵車間占地面積小，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酵過程，無滲濾液產生，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微生物可將發酵時間由傳統發酵的25天縮短至8天，有效減少了發酵時間和廠區占地，進而降低了工程投資和運行費用。本項目采用的動態好氧堆肥工藝具有以下技術特點：發酵時間短，升溫快，有機成分降解率高；發酵池占地面積?。ㄅc傳統堆肥工藝相比較），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；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、內蒙等高緯度、寒冷地區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豐富的廉價資源秸稈、稻殼等，可以促進資源的循環利用。

四、示范工藝在黑龍江省的適用性分析

污泥厭氧消化項目、協同厭氧消化技術和好氧堆肥技術在黑龍江省均具有良好的適用性，其中厭氧消化技術的優勢在于能夠產生大量的有價值的沼氣產品，并能實現污泥處理處置過程的碳減排；好氧堆肥技術能夠產出有價值的生物肥料，總體運行成本較厭氧消化技術低。

近年來高溫熱水解+厭氧消化污泥處理技術由于其獨特的優勢在國內應用比較成功，大有擴大推廣的趨勢。熱水解技術自身能夠實現污泥的減量化、無害化、穩定化：熱水解使污泥含固率提高、脫水性能增強，從而實現污泥處理的減量化；高溫高壓過程使病原菌滅活，實現污泥處理的無害化；熱水解后有機物通過固液分離轉移至濾液中，使得干污泥中可生化降解的有機物減少50%以上，從而達到穩定化。污泥熱水解過程包括固體物質溶解液化和有機物水解兩個過程。污泥經熱水解處理后，污泥上清液中的溶解性物質濃度大幅提高，尤其以污泥中蛋白質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。相較于傳統的超聲和臭氧氧化法，熱水解技術對污泥有機物胞外聚合物的破壁能力更強，有利于后續的污泥生化處理，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酵處理工藝，但是由于其能夠大幅度提高甲烷氣的產出量，因此建成后的總體綜合運行成本要低于普通的厭氧發酵和高溫好氧發酵工藝。

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，以及隨著農村環境治理工作的大力推廣，農村污水處理廠污泥處置方案應如何確定。綜合調研情況，建議如下：

1．建議省發展改革委會同環保、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，盡快制定出臺相關政策、規劃、方案，強化污泥污染控制，保護綠色生態環境。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政策文件，明確標準，限定期限，鼓勵資源化，變廢為寶，發展循環經濟。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，可在區域內規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污泥穩定化、減量化、無害化、資源化的同時，突出資源化。尤其國家已頒布《農用污泥污染物控制標準》（2019年6月1日實施），為解決污泥農用提供了廣大市場。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、協同處置技術，突出閉環經濟模式，實現生活和垃圾變廢為寶、循環利用。

未來農村污水處理廠污泥處置因規模超小，原則上提倡采用一體化處置方式。國內已有小型一體化處置設備，如大連瀚能環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。但適宜農村超小規模的污泥處置設備尚有待進一步進行專項研發。

3．污泥的最終處置路線的選擇要建立在全面的泥質分析基礎上，要突出污泥處理處置副產品的產品化開發。建議將污泥厭氧消化技術、熱水解厭氧消化技術和污泥好氧堆肥技術作為大中城市污泥處理處置的首選；將污泥好氧堆肥技術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和衛生填埋技術作為城鎮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 哈工大環境工程院

趙慶良 哈工大環境工程院

黃 春 黑龍江省城市規劃設計研究院

高 超 黑龍江省城市規劃設計研究院

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 齊齊哈爾大學環境科學與工程學科

陶 永 黑龍江省生態環境廳土壤處

王維明 黑龍江省住房和城鄉建設廳城建處

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