摘要：調(diào)研了我國重點流域11座城市106座典型污水廠的污泥處理方式、處置途徑和技術(shù)路線。結(jié)果表明，我國重點流域污泥處置方式主要包括填埋、焚燒、建材利用和土地利用。填埋所占比例為53.79%，主要與城市生活垃圾進行混合填埋；焚燒所占比例為18.31%，以電廠協(xié)同焚燒為主，單獨焚燒所占比例較低；建材利用所占比例為16.08%，主要方式為制水泥和制磚；土地利用所占比例為11.01%，處置方式主要為園林綠化和土地改良。此外，基于調(diào)研探討了我國污泥處理處置發(fā)展方向。

隨著我國污水處理設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，污泥產(chǎn)生量日益增加，我國城鎮(zhèn)污泥產(chǎn)量已達到4300×104t/a（以含水率80%計），污泥處理處置所面臨的問題越來越嚴(yán)峻。

污泥處理處置現(xiàn)狀調(diào)研分析是污泥規(guī)劃的基礎(chǔ)，為此對我國重點流域具有代表性的城鎮(zhèn)污水處理廠的污泥處理方式、處置途徑、技術(shù)路線進行調(diào)研，全面分析污泥脫水、厭氧消化、好氧發(fā)酵、干化焚燒等污泥處理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和存在問題，對填埋、土地利用、建材利用等污泥處置方式在國內(nèi)外的應(yīng)用情況進行比較，并探討我國污泥處理處置的發(fā)展方向。

01 研究方法

調(diào)研時間跨度為2012年1月—2014年12月，調(diào)研范圍覆蓋太湖、巢湖、海河、遼河、滇池和三峽庫區(qū)及上游等6大流域，包括上海、常州、嘉興、太倉、無錫、合肥、天津、唐山、赤峰、昆明、重慶等11座城市的106座城鎮(zhèn)污水廠（見表1），總設(shè)計污水處理能力為1519×104m3/d，實際污水處理能力1 264×104m3/d，污泥年產(chǎn)生量為313×104t（污泥含水率80%），污水處理能力和污泥產(chǎn)量均達到全國總量的10%。污泥產(chǎn)量、污泥含水率等數(shù)據(jù)來自所調(diào)研污水廠的運行日報表，污泥處理設(shè)施運行工藝參數(shù)、處理成本等來自運行報表或者設(shè)計文件。

02 污泥處理現(xiàn)狀分析

2.1 污泥脫水

2.1.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

在調(diào)研范圍內(nèi)，污泥脫水方式主要包括帶式壓濾、離心和板框壓濾脫水。

① 帶式壓濾脫水與離心脫水

60%的污水廠污泥采用帶式壓濾脫水，32%的污水廠采用離心脫水。然而，采用帶式壓濾脫水的污泥量僅占總污泥量的32%，而離心脫水的污泥量所占比例高達61%，這是由于離心脫水在中大型污水廠中應(yīng)用較多的緣故。采用離心脫水的污水廠平均污水處理規(guī)模為31.75×104m3/d，平均污泥產(chǎn)量為36.08tDS/d，而采用帶式壓濾脫水的污水廠平均規(guī)模僅為7.37×104m3/d，平均污泥產(chǎn)量為7.21tDS/d。所有污水廠污泥帶式壓濾和離心脫水均采用陽離子PAM作為絮凝劑，帶式壓濾脫水平均藥劑投加量為4.37kg/tDS，脫水污泥含水率為73.06%～82.50%；離心脫水平均藥劑投加量為5.42kg/tDS，脫水污泥含水率為68.50%～79.30%，離心脫水藥劑投加量高于帶式壓濾脫水，而脫水污泥含水率更低。

② 板框壓濾深度脫水

約8%的污水廠采用板框壓濾深度脫水，調(diào)理方式主要為化學(xué)調(diào)理，藥劑包括PAM、鈣鹽（氫氧化鈣/氧化鈣）、鐵鹽（三氯化鐵/聚合硫酸鐵）、鋁鹽（三氯化鋁、聚合氯化鋁），不同工程藥劑投加比例相差較大，即使同一工程不同季節(jié)藥劑投加比例也會有顯著的波動，其原因可能有兩方面：a.冬春季節(jié)污泥有機物含量較高，脫水困難；b.冬春季節(jié)氣溫較低，不利于絮凝劑發(fā)揮作用。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，污泥板框壓濾脫水泥餅含水率一般可降至60%以下，處置方式包括填埋、電廠協(xié)同焚燒和水泥窯協(xié)同處置等。污泥深度脫水設(shè)施工程投資約8～10萬元/（t·d-1）（以80%含水率污泥計，下同），處理成本約80～120 元/t，其中藥劑成本約20～30 元/t。

2.1.2 存在問題

近年來污泥板框壓濾深度脫水技術(shù)在我國得到了越來越多的應(yīng)用，調(diào)理藥劑主要為氧化鈣、三氯化鐵、聚合氯化鋁等，藥劑投加量占污泥干質(zhì)量的30%～50%，一方面導(dǎo)致脫水泥餅干質(zhì)量大幅增加，減量化效果有限；另一方面顯著改變了污泥的pH、鹽分、電導(dǎo)率等理化指標(biāo)，不利于資源化利用。此外，添加石灰調(diào)理后污泥呈強堿性，調(diào)理和壓濾環(huán)節(jié)氨氣等臭氣組分極易散逸，脫水車間除臭問題亟需重視。

2.2 厭氧消化

2.2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

我國自“九五”期間開始推廣污泥厭氧消化技術(shù)，在“十一五”和“十二五”期間陸續(xù)頒布了多項政策和指南，鼓勵城鎮(zhèn)污水廠采用厭氧消化工藝進行污泥穩(wěn)定化。目前，國內(nèi)已建成污泥厭氧消化工程70余項。在本次調(diào)研的重點流域城市中，上海、天津、重慶、昆明等地均建有污泥厭氧消化設(shè)施，污泥總處理能力達262.5tDS/d，占重點流域城市污泥總量的11.66%。

對我國部分典型污泥厭氧消化工程的工藝參數(shù)進行了總結(jié)分析，具體結(jié)果如表2所示。表2中的數(shù)據(jù)主要來自設(shè)計文件、參考文獻和運行資料等，各工程均采用中溫厭氧消化工藝，消化溫度為33～42℃。

鎮(zhèn)江和襄陽工程采用了高溫?zé)崴忸A(yù)處理，鎮(zhèn)江和大連工程中污泥與餐廚垃圾協(xié)同厭氧消化。單位體積池容沼氣產(chǎn)率與物料含固率、有機物含量、停留時間等因素有關(guān)。上海、青島、鄭州厭氧消化工程污泥含固率均不超過5%，單位體積池容沼氣產(chǎn)率為0.45～0.59m3/（m3·d）；昆明、鎮(zhèn)江、大連、襄陽工程采用高含固厭氧消化，沼氣產(chǎn)率為0.80～1.78m3/（m3·d）。襄陽污泥有機物含量僅40%～60%，沼氣產(chǎn)率也明顯低于同樣采用基于熱水解的厭氧消化工藝的鎮(zhèn)江污泥工程，后者污泥與餐廚垃圾協(xié)同厭氧消化，單位體積池容沼氣產(chǎn)率高達1.78m3/（m3·d）。大部分工程沼氣凈化采用干式脫硫，或者干式、生物、濕式脫硫組合工藝，凈化后沼氣主要用于消化池加熱、污泥干化、發(fā)電以及提純壓縮天然氣對外出售。

2.2.2 存在問題

① 污泥有機物含量低、砂含量高，制約系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行。由于雨污合流、基建施工等問題，大量泥砂排入污水管網(wǎng)，而我國污水廠的沉砂池除砂效果普遍欠佳，導(dǎo)致污泥有機物含量低、砂含量高。國外污泥有機物含量約為60%～70%，而我國僅為30%～60%，一方面導(dǎo)致厭氧消化沼氣產(chǎn)率偏低，經(jīng)濟效益差；另一方面大量砂在消化池內(nèi)沉積、板結(jié)，不僅降低有效池容，影響設(shè)施穩(wěn)定運行，還會加劇設(shè)備磨損。

② 污泥資源化利用出路缺乏，制約厭氧消化綜合效益。一方面，部分污泥厭氧消化后仍然無法滿足土地利用等泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，存在病原菌超標(biāo)、散發(fā)臭味、有機酸燒苗、易結(jié)塊等問題。另一方面，由于缺乏穩(wěn)定的資源化消納途徑和消納容量，大部分污泥厭氧消化后仍然采用填埋方式處置，制約了厭氧消化綜合效益的發(fā)揮。

2.3 好氧發(fā)酵

2.3.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

好氧發(fā)酵為我國污泥處理污染防治最佳可行技術(shù)之一。調(diào)研范圍中，好氧發(fā)酵處理污泥量為188.87tDS/d，占重點流域污泥總量的比例為8.39%。約88.19%的發(fā)酵產(chǎn)物進行土地利用（園林綠化、土地改良等），剩余的11.81%填埋處置。

對我國部分典型污泥好氧發(fā)酵工藝概況進行了調(diào)研分析，結(jié)果見表3。表3中各好氧發(fā)酵工程進泥均為脫水污泥，含水率為74%～85%，有機物含量為30%～65%，重金屬指標(biāo)基本符合泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。常用輔料包括稻殼、秸稈、鋸末（木屑）、木塊、花生殼、稻草等，輔料添加質(zhì)量占污泥質(zhì)量的0～20%。返混料一般為陳化后的發(fā)酵產(chǎn)物，也有部分工程發(fā)酵產(chǎn)物未經(jīng)陳化直接返混，或添加菌種而無需返混。

污泥好氧發(fā)酵設(shè)備包括配料設(shè)備、供氧設(shè)備、除臭設(shè)備等。大部分工程設(shè)置有單獨的配料機、投料機、布料機等，也有部分工程以鏟車替代。供氧設(shè)備包括翻拋機、鏟車等，以及羅茨風(fēng)機、離心風(fēng)機等強制通風(fēng)或強制抽風(fēng)設(shè)備。大多數(shù)工程設(shè)有除臭設(shè)施，以生物濾池應(yīng)用最多。此外，還有噴淋除臭、離子除臭等方式。部分工程設(shè)有造粒機后處理設(shè)備。

以國內(nèi)8座污泥貯存、物料混合、強制通風(fēng)曝氣、除臭等環(huán)節(jié)齊全的好氧發(fā)酵工程為對象，對其建設(shè)與運行成本以及占地面積進行分析。好氧發(fā)酵工程規(guī)模為120～1000t/d，單位工程總投資為21～36萬元/（t·d-1），運行成本為79～200元/t，包括輔料費、電費、人工費、設(shè)備維修費等，其中輔料費占運行成本的比例約為50%，輔料費、電費、人工費之和占運行成本的比例約為80%～90%。劉洪濤等進行敏感性分析發(fā)現(xiàn)，輔料成本對運行成本的影響最大，其次是電費和人工費用。因此，合理控制輔料種類和用量、優(yōu)化曝氣和除臭模式、提高設(shè)備自動化水平對降低運行成本具有重要意義。