天津市张贵庄污泥处理工程工艺选择

曹仲宏

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300051）

0 前言

张贵庄污水处理厂是天津中心城区最后一座大型污水处理厂，也是天津市目前总规模最大、处理标准最高、功能最全的污水处理工程项目。其建设内容包含20万m3/d污水处理厂，6万m3/d再生水厂和300 t/d（以80%含水率计）污泥处理工程。根据国家相关技术政策“城镇污水处理厂新建、改建和扩建时，污泥处理处置设施应与污水处理设施同时规划、同时建设、同时投入运行。污泥处理必须满足污泥处置的要求，达不到规定要求的项目不能通过验收。”张贵庄污泥处理工程处理工艺方案确定及实施，可实现在建设污水处理厂的同时解决污泥处理处置问题，防止二次污染，提高污泥资源化利用水平，维护良好生态环境，促进循环经济和生态城市建设，对实现我国节能减排战略具有重要意义。

1 发达国家污泥处理处置现状及发展趋势

污水和污泥是解决城市水污染问题同等重要又紧密关联的两个系统。污泥处理处置是污水处理得以最终实施的保障，在经济发达国家，污泥处理处置是极其重要的环节，其投资约占污水处理厂总投资的50%～70%。

污泥处理处置方法主要有填埋、焚烧和多种形式的土地利用。由于各国具体情况不同，选择的方法各有侧重。

欧洲污泥处置最初的主要方式是填埋和土地利用，近几年欧盟已接受了废弃物综合化管理体系的策略，实施对废弃物（包括污泥）消纳的层次化管理原则，即循环利用优先于焚烧，焚烧又优先于最终处置（填埋），总的趋势是土地利用的比例越来越高，欧盟及绝大部分欧洲国家越来越支持污泥的土地利用。目前，德国、英国和法国每年产生的污泥（干重）分别为220万t、120万t和85万t，作为农用方向土地利用的比例分别已达到40%、60%和60%。

北美地区虽然土地资源充足，但卫生填埋总体较少，污泥处理处置的技术路线一直是农用为主，且为污泥农用做了大量安全性评价工作。目前，美国16000座污水处理厂年产710万t污泥（干重）中约60%经厌氧消化或好氧发酵处理成生物固体，用做农田肥料。另外，有17%填埋，20%焚烧，3%用于矿山恢复的覆盖。

日本由于土地限制，污泥处理处置的主要技术路线是焚烧后建材利用为主，农用与填埋为辅。近年来，日本开始调整原有的技术路线，更加注重污泥的生物质利用，逐步减少焚烧的比例。

总体来看，欧美国家目前比较明确的将土地利用作为污泥处置的主要方式和鼓励方向。土地利用主要包括三个方面：一是作为农作物、牧场草地肥料的农用；二是作为林地、园林绿化肥料的林用；三是作为沙荒地、盐碱地、废弃矿区改良基质的土壤改良。由于运输距离、操作难度等客观因素，污泥农用量又远高于林用和土壤改良。另外，欧美普遍采用厌氧消化和好氧发酵技术对污泥进行稳定化和无害化处理[1]。

2 我国污泥处理处置的相关技术政策及原则

为推动在处理污水的同时妥善处理污泥，由我国住建部、环保部、科技部于2009年2月18日发布的《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》（建城[2009]23号）[1]规定：“城镇污水处理厂新建、改建和扩建时，污泥处理处置设施应与污水处理设施同时规划、同时建设、同时投入运行。污泥处理必须满足污泥处置的要求，达不到规定要求的项目不能通过验收。”鼓励符合标准的污泥进行土地利用，提出在污泥浓缩、调理和脱水等实现污泥减量化的常规处理工艺基础上，根据污泥土地利用要求和相应的泥质标准，分别选择厌氧消化、高温好氧发酵的污泥处理技术路线。鼓励采用干化焚烧的联用方式，提高污泥的热能利用效率；鼓励污泥焚烧厂与垃圾焚烧厂合建[2]。

环境保护部办公厅于2010年11月26日发布的《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》（环办[2010]157号）要求：“污泥处理处置应遵循减量化、稳定化、无害化的原则。污水处理厂新建、改建和扩建时，污泥处理设施（污泥稳定化和脱水设施）应当与污水处理设施同时规划、同时建设、同时投入运行。不具备污泥处理能力的现有污水处理厂，应当在本通知发布之日起2年内建成并运行污泥处理设施”。“污水处理厂以贮存（即不处理处置）为目的将污泥运出厂界的，必须将污泥脱水至含水率50%以下”。[3]

住房和城乡建设部、国家发展和改革委员会共同组织编制的《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南（试行）》（以下简称“技术指南”）（2011年3月）（建科[2011]34号）指出：“污泥处理处置设施建设时，相应安全设施的建设也必须执行同时规划、同时建设、同时投入的原则，确保污泥处理处置设施的安全运行”。“污泥处理设施的工艺及建设标准应满足相应污泥处置方式的要求。污泥处理设施尚未满足污泥处置要求的，应加快改造，确保污泥安全处置”。在污泥的处理处置方案选择上，首先调查本地区可利用土地资源的状况，按照国家相关标准要求，结合污泥泥质及厌氧消化、好氧发酵等处理技术，优先研究土地利用的可能性；当污泥不具备土地利用条件时，可考虑采用焚烧或建材利用的处置方式；当污泥采用焚烧方式时，应首先全面调查当地的垃圾焚烧、水泥、热电等行业的窑炉状况，优先利用上述窑炉资源对污泥进行协同焚烧，尽可能发挥综合效益；当污泥泥质不适合土地利用，且当地不具备焚烧或建材利用条件，可采用填埋处置[1]。

“技术指南”按照《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》的要求并参考国内外的经验与教训，明确提出我国污泥处理处置应符合“安全环保、循环利用、节能降耗、因地制宜、稳妥可靠”的原则[1]。

以上污泥处理处置政策的相继发布及执行，从污泥处理处置设施的规划、设计、环评、建设、验收、运营和管理等方面为我国城镇污水处理厂污泥处理处置技术方案选择及全过程的管理提供了政策、技术上的强大支持，是进行污泥处理处置技术方案选择的重要依据。

3 张贵庄污泥处理工艺方案选择

根据“技术指南”我国的典型污泥处理处置方案可采用的及路线有：

厌氧消化后进行土地利用；

好氧发酵后进行土地利用；

工业炉窑协同焚烧；

机械热干化后进行焚烧；

石灰稳定后进行填埋；

脱水污泥直接填埋。

以上典型污泥处理处置方案的综合分析与评价见表1。

表1 典型污泥处理处置方案的综合分析与评价[3]

“技术指南”指出“应首先调查本地区可利用土地的总体状况，结合污泥泥质以及厌氧消化、好氧发酵等处理技术，研究污泥土地利用的可行性”，“当污泥不具备土地利用条件时，可考虑采用焚烧或建材利用的处置方式”，“当污泥泥质不适合土地利用，且当地不具备焚烧和建材利用条件，可采用填埋处置”。

污泥处理处置作为我国城镇减排的重要内容，在“十二五”期间必须采取有效措施，因此国家积极鼓励符合节能减排要求的污泥处理处置技术。根据“技术政策”和“技术指南”，污泥厌氧消化产生的沼气收集利用及高温好氧发酵等工艺对脱水污泥进行稳定化及无害化处理是符合国家倡导政策的污泥处理技术，应积极予以推广应用。而受我国经济水平及运行管理水平等的限制，符合环保要求的较低成本的污泥好氧发酵处理工艺具有更强的适用性。

污泥生物好氧发酵是在通过工程手段提供充足氧气条件下好氧微生物对有机物进行分解的生物化学过程。污泥好氧发酵过程中，热量来源于在微生物的作用下将有机物转化为二氧化碳和水的过程，产生的热量是好氧发酵过程的驱动力，可以把好氧发酵过程产生的热量认为是一种生物能源。可生物降解的挥发性固体是这种生物能源的燃料、微生物降解有机物的过程消耗了氧、产生水、二氧化碳和热量。污泥好氧发酵的特点主要包括：自身能产生一定的热量，高温持续时间长，不需外加热源，即可达到无害化；使纤维素等难降解的物质分解，使堆体物料有了较高程度的腐殖化，提高有效养分；基建费用低、容易管理、设备简单；产品臭味减轻、质地疏松、含水率低、容重小，便于运输使用和后续加工成肥料。

按照我国污泥处理处置应符合“安全环保、循环利用、节能降耗、因地制宜、稳妥可靠”的原则，综合考虑投资、经营成本和处置难度等因素，张贵庄污水厂的污泥处理方案采用好氧发酵+土地利用的技术路线。

4 结论

污泥好氧发酵技术能有效地利用微生物好氧发酵所产生的热量，干化过程中除了强制通风所需的电耗外不需外加热源，因此是一种非常节能的技术。在提倡可持续发展理念及能源危机不断恶化的情况下，污泥好氧发酵对于节能减排、降低企业能耗具有重要意义。污泥好氧发酵采用秸秆等农业副产物作为辅料向污泥中添加，以得到较好的分散度、空隙率，适宜的含水率和合适的碳氮比以及较高的有机碳含量，在处理污泥的同时也解决了农业废弃物的去处。据统计我国1989年的秸秆产量为60 449.3万 t，1990年的产量为 68 432.1万 t，秸秆产量很大且呈递增趋势，而每年的秸秆利用率很低，绝大多数被焚烧或被抛弃，因此利用秸秆作为辅料进行污泥发酵具有重要的经济意义。

好氧发酵处理可使污泥稳定化，并能在高温发酵时杀灭致病菌，其最终产物还能作为肥料或土壤调节剂，使有机物循环再利用，污泥好氧发酵产品的质量和市场前景也在逐步改善，其产品可以改良土壤已得到广泛的认可，科学研究也显示，其产品在农业、植草等方面还具有抵御病虫害的作用[4]。因此，好氧发酵是符合可持续发展的污泥处理方法，具有广阔的应用前景。

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部,环境保护部和科学技术部.城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）（建城[2009]23号）[Z].

[2]中华人民共和国环境保护部办公厅.关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知（环办[2010]157号）[Z].

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部,国家发展改革委.城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南（试行）（建科[2011]34号）[Z].

[4]尹军,谭学军.污水污泥处理处置与资源化利用[M].化学工业出版社.