黑龙江省污水处理厂污泥处理处置工艺研究

黑龙江省课题组

一、黑龙江省污泥产量及处理处置现状分析

城市污泥是污水处理过程中分离和产生的一种废弃物，是由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、病原体、寄生虫卵、胶体及重金属等组成的极其复杂、散发大量臭气的混合物。如果不进行专业处置处理，将对周围环境、地下水等造成二次污染，构成新的更大的环境污染威胁。

2017年，黑龙江省住房和城乡建设厅调研结果显示：2017年省内涉市年产干污泥135833吨(折合80%含水率污泥679165吨)，其中：填埋64688吨(占47.6%)、土地利用58347吨(占43.0%)、焚烧1000吨(占0.7%)。2017年省内县年产干污泥16566吨(折合80%含水率污泥82830吨)，其中：填埋13748吨(占83.0%)、土地利用1528吨(占9.2%)、焚烧260吨 (占 1.6%)。

2017年，黑龙江省住房和城乡建设厅对黑龙江省哈尔滨地区、佳木斯地区、牡丹江地区、绥化地区、鸡西地区、黑河地区、双鸭山地区、鹤岗地区等8个地区28座主要污水处理厂污泥的处理工艺进行了统计，全年共处理城镇污泥100156吨(折合80%含水率污泥500780吨)。各地区污泥占黑龙江省污泥总产量的占比如下：哈尔滨地区占34.9%、佳木斯地占4.7%、齐齐哈尔地区占4.8%、牡丹江地区占9.1%、绥化地区占5.3%、鸡西地区占3.1%、黑河地区占0.2%、双鸭山地区占6%、鹤岗地区占2.4%、其他地区占29.5%，具体分布情况见图1。上述处理处置的污泥中，厌氧发酵工艺占19.2%、填埋工艺占32.4%、好氧堆肥工艺占47.9%、其他工艺技术占0.5%。（见图2）

图1 黑龙江省各市区污泥产量占比分布图

图2 哈尔滨地区佳木斯地区、牡丹江地区、绥化地区、鸡西地区、黑河地区、双鸭山地区等7个地区28座主要污水处理厂污泥处理技术占比

二、黑龙江省污泥处理处置中存在的问题

1．填埋处置污泥占比过半，污泥处理处置二次污染隐患严重

黑龙江省处置污泥路线选择上，经填埋处置的污泥占总处置污泥量的56.20%，土地利用次之，占42.90%，焚烧占到0.90%。填埋处置是污泥应急处理处置方式，而黑龙江省大部分污泥送往垃圾填埋场或临时填埋。送往垃圾填埋场既额外增加了垃圾量，缩短了填埋场服务年限，又因其含水率较高，给垃圾填埋场渗滤液系统增加大量负荷，甚至导致系统瘫痪。更严重的是部分污泥临时填埋场运行过程未做好必要的防护措施，造成严重的环境次生污染问题。如2016年11月的中央环保督察报告中指出的“10余万吨污泥整改后仍堆存嫩江行洪区”和2018年6月的中央第三环境保护督察报告中的“污泥堆存于嫩江行洪区，严重威胁嫩江水环境安全问题，齐齐哈尔市虽新建污泥临时堆场并进行防渗处理，但选址在原堆存点旁边，仍位于嫩江行洪区内”，类似问题其他地区同样存在。

2．污泥资源化处置占比较低，有效利用尤为不足，污泥资源化后的应用存在瓶颈

当前，黑龙江省仅42.90%的污泥经处置后用于土地利用，而且上述处置污泥中大部分采用好氧堆肥的工艺，污泥中C、P等有价值物质回收率偏低。并且用于土地利用中绝大部分仅用于园林绿化用土。而利用污泥制肥、生产燃料、建材等几乎空白。此外，由于目前污泥资源化的安全性及有效性仍存在一定程度的风险，部分污泥资源化应用方式尚不满足农业部、环保部严格规定，使得污泥资源化应用受阻，也对污泥处理处置技术革新和突破提出了新的要求。

3．规模化污泥处理处置对污泥总处置贡献大，小规模污水处理厂污泥处置需加强

据统计，哈尔滨、佳木斯、牡丹江、绥化、鸡西、黑河、双鸭山、鹤岗8个地区9座产泥量较大的污水处理厂(日产生污泥量＞50吨含水率80%的污泥)占到全部28座污水处理厂产泥量的68.1%。上述9座大型污水处理厂产生的污泥大部分经污泥好氧发酵和厌氧处理进行了有效的处理，处理方式整体合理。2017年省内各县产生的污泥中83.0%的污泥被填埋处置，土地利用和焚烧处置分别仅占到9.2%和1.6%，处置方式有待进一步优化。

4．污水厂升级达标面临困难

2012年底国家环保总局出台了污泥需脱水60%以下的新标准，并规定了一年整改期限。但黑龙江省既有污水厂均执行的是原80%含水率指标。受新征用地难（污水厂按吨水指标供地）、国家没有扶持资金等因素影响，多数污水厂未能对污泥处置实施升级达标改造。

三、污泥处理处置示范项目调研情况

随着国家对生态文明建设和环境保护工作的日益重视，各项环保政策频繁出台，环保指标不断提升，寻找适宜黑龙江省北方严寒地区、运营成本合理的污泥处理处置工艺，研究污水厂提标改造方案，农村小型一体化污泥处置方案等已成为业内亟待解决的焦点问题。针对上述情况，课题组聘请了省内从事污泥处理处置研究、设计、建设等具有理论知识及实践经验的知名专家、学者，及环保、住建等行业相关部门领导，对国内5个具有代表性的污泥处理处置示范项目进行了现场调研。具体调研项目如下表：

1．上海同臣环保有限公司污泥深度脱水技术

上海同臣环保有限公司是同济大学在环保领域重点投资的国家高新技术企业和专业的污水和污泥处理设备及解决方案提供商，核心产品技术包括叠螺®式污泥脱水机、竖片®纤维滤布滤池及容压®新型污泥深度脱水系统及汽化焚烧系统等。尤其新型污泥深度脱水系统，不再添加铁盐、石灰等，易于资源化。具有能耗低、占地省的优点，适于既有污水厂污泥提标改造。

该公司研发的污泥深度脱水技术在哈尔滨、北京、上海、武汉、济南、成都、西安、广州等城市得到了应用。

2．上海白龙港污泥厌氧消化项目

上海白龙港污泥消化采用单级中温厌氧消化工艺，设计消化温度为35℃ (采用套管逆流的方式利用热水在池外对污泥进行加热)，系统由匀质池、消化池、沼气处理、沼气利用及加热系统组成，污泥消化池采用卵形结构，共8座，总容积为99200立方米，池体最大直径为25米，高度为44米，是国内处理规模最大的污泥厌氧消化系统。污泥停留时间为24.3天，污泥搅拌采用导流筒导流，螺旋桨机械搅拌。沼气处理采用湿式脱硫和干式脱硫串联形式。湿式脱硫采用THIOPAQ生物脱硫塔系统，用来去除沼气中的H2S；系统进泥含固率约5%。上海白龙港污泥厌氧消化设施每日可产生沼气44512 立方米，消化处理后的污泥产量为151吨干污泥/天。目前，消化池降解率达到40%的运行指标。运行成本约150元/吨污泥。

5个具有代表性的污泥处理处置项目情况表

3．镇江市餐厨废弃物及生活垃圾协同厌氧消化项目

该项目采用热水解+厌氧消化技术路线，其原理是利用高温高压蒸汽预处理技术破坏污泥中微生物细胞壁和细胞结构，使污泥中的胞外聚合物和大分子有机物发生裂解，在改善污泥的可生化降解性、降低污泥粘度和含水率的同时，能有效提升污泥厌氧消化效率。项目一期建设规模为260吨/日(餐厨废弃物140吨/日，污泥120吨/日)，占地45亩，该项目餐厨废弃物服务范围包括主城区及丹阳、扬中和句容三个下辖市。项目总投资17836.12万元，其中设备购置费9843.65万元，工程费4135.3万元。项目采用“餐厨源头预处理+污泥热水解+污泥和餐厨废弃物协同厌氧消化+沼渣深度脱水太阳能干化+沼气净化提纯制天然气”工艺方案，运行效果良好，日产生沼气7000-7500立方米/日。项目产生的沼气除锅炉自用外，剩余部分经提纯、加压后直接并入市政管网；产生的沼渣经高干脱水后，用于土壤改良、园林绿化等；产生的沼液可提纯作为液态肥用于苗木培育种植。运行成本约170元/吨污泥。该技术在黑龙江省牡丹江市、佳木斯市得到成功应用。

4．秦皇岛卢龙县污泥智能好氧发酵工程

该项目位于河北省卢龙县饮马河流域王深港大桥东，处理规模每日30吨污泥(含水率80%)，采用CTB智能控制好氧发酵工艺，建设形式为一体化智能好氧发酵设备，项目总投资1000万元。好氧发酵周期10-12天，发酵温度55-70℃，持续时间不少于6天；经发酵后，污泥好氧发酵产品含水率小于40%，发酵产物能够达到国家有关市政污泥资源化利用的卫生学指标，可以作为基质、土壤改良剂、有机肥，直接用于草坪、花卉、荒地、育苗基质、苗圃、观赏植物、草皮、草地、公园、高速公路绿化带和高尔夫球场等。工作场所恶臭气体允许浓度满足《工业企业设计卫生标准》GBZ1及《工作场所有害因素职业接触限值》GBZ2，发酵产品指标符合《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》（GB/T 23486-2009），臭气排放满足GB14554-93《恶臭污染物排放标准》二级排放标准。该项目采用的一体化智能好氧发酵设备具有如下优势：(1)过程智能控制；(2)供氧高效均匀；(3)功能高度集成，占地面积节约；(4)处理规模灵活；(5)周期短，投资省；(6)无二次污染；(7)发酵周期短；(8)运行成本低；(9)发酵产品稳定，用途广泛等。CTB智能控制好氧发酵工艺在全国已完成污泥处理处置项目50余项。运行成本约100元/吨污泥。

该技术除南方外，已应用于满洲里污泥处理处置项目。

5．黑龙江北安市市政污泥堆肥项目

该项目采用达因动态高温好氧快速堆肥技术(DAYIN-RDB技术)，该技术具有如下优点：一是适宜高温发酵处理的有效活性生物菌种；二是与其微生物发酵处理配套的处理设备，如：数控翻抛车、模块式一体机等。主要技术特点为：(1)微生物发酵时间为8-10天（同类工艺发酵周期最短），升温快，有机成分降解率高、不受季节气温限制，堆肥效率高，运行成本低；(2)发酵车间占地面积小，空间利用率高，土建成本低；(3)专用搅拌、翻混设备自动化程度高，具有曝气功能；(4)工艺为完全好氧微生物发酵过程，无渗滤液产生，无需添加曝气设备及渗滤液收集、处理等设备，设备投资少。该项目专用的DAYIN-RBD微生物可将发酵时间由传统发酵的25天缩短至8天，有效减少了发酵时间和厂区占地，进而降低了工程投资和运行费用。本项目采用的动态好氧堆肥工艺具有以下技术特点：发酵时间短，升温快，有机成分降解率高；发酵池占地面积小（与传统堆肥工艺相比较），堆肥效率高；搅拌、翻动设备自动化程度高，运行管理方便；无渗滤液、无曝气系统；工程投资少，运行费用属同类工艺最低，为80元/吨泥。

目前，DAYIN-RDB技术已成功应用于20余座污泥及有机固废处置的项目，尤其适合东北、华北、内蒙等高纬度、寒冷地区的市政污泥无害处理。除北安市外，汤原县清源污水处理厂污泥处置项目也采用同类工艺，2台一体机日处理4吨泥，运营成本60元/吨泥。并且该工艺辅料采用黑龙江省内丰富的廉价资源秸秆、稻壳等，可以促进资源的循环利用。

四、示范工艺在黑龙江省的适用性分析

污泥厌氧消化项目、协同厌氧消化技术和好氧堆肥技术在黑龙江省均具有良好的适用性，其中厌氧消化技术的优势在于能够产生大量的有价值的沼气产品，并能实现污泥处理处置过程的碳减排；好氧堆肥技术能够产出有价值的生物肥料，总体运行成本较厌氧消化技术低。

近年来高温热水解+厌氧消化污泥处理技术由于其独特的优势在国内应用比较成功，大有扩大推广的趋势。热水解技术自身能够实现污泥的减量化、无害化、稳定化：热水解使污泥含固率提高、脱水性能增强，从而实现污泥处理的减量化；高温高压过程使病原菌灭活，实现污泥处理的无害化；热水解后有机物通过固液分离转移至滤液中，使得干污泥中可生化降解的有机物减少50%以上，从而达到稳定化。污泥热水解过程包括固体物质溶解液化和有机物水解两个过程。污泥经热水解处理后，污泥上清液中的溶解性物质浓度大幅提高，尤其以污泥中蛋白质和糖类的溶出最为突出，能改善污泥的脱水性能和厌氧消化性能。相较于传统的超声和臭氧氧化法，热水解技术对污泥有机物胞外聚合物的破壁能力更强，有利于后续的污泥生化处理，热水解后污泥通过固液分离装置分离为干化污泥和滤液。

更为重要的是热水解+厌氧消化工艺虽然一次性投资稍大于普通的厌氧消化和高温好氧发酵处理工艺，但是由于其能够大幅度提高甲烷气的产出量，因此建成后的总体综合运行成本要低于普通的厌氧发酵和高温好氧发酵工艺。

五、对黑龙江省未来污泥处理处置工作的建议

黑龙江省污泥处理处置工作主要面临两大问题。一是黑龙江省处置污泥填埋占比过半，大批已建成污水处理厂污泥处置亟待提标改造，次生污染隐患严重；二是未来污泥处置中心应如何建设，以及随着农村环境治理工作的大力推广，农村污水处理厂污泥处置方案应如何确定。综合调研情况，建议如下：

1．建议省发展改革委会同环保、住建、国土、财政等部门，针对亟待整治的城市污泥次生污染问题，尽快制定出台相关政策、规划、方案，强化污泥污染控制，保护绿色生态环境。如：大批既有污水处理厂污泥处置达标改造，是解决目前污泥次生污染的源头问题。政府应尽快制定达标改造有关政策文件，明确标准，限定期限，鼓励资源化，变废为宝，发展循环经济。达标改造鼓励采用PPP模式。省或地方财政可给予适当奖补。确因原批用地指标限制无法进行达标改造的，可在区域内规划建设污泥处置中心。

2．未来污泥处置中心的建设在充分考虑实现污泥稳定化、减量化、无害化、资源化的同时，突出资源化。尤其国家已颁布《农用污泥污染物控制标准》（2019年6月1日实施），为解决污泥农用提供了广大市场。同时，还应充分吸纳国际上先进的污泥综合利用理念，推广再生、协同处置技术，突出闭环经济模式，实现生活和垃圾变废为宝、循环利用。

未来农村污水处理厂污泥处置因规模超小，原则上提倡采用一体化处置方式。国内已有小型一体化处置设备，如大连瀚能环境科技有限公司的单户多级AO净化罐及多户集中多级AO泥膜一体化设备。但适宜农村超小规模的污泥处置设备尚有待进一步进行专项研发。

3．污泥的最终处置路线的选择要建立在全面的泥质分析基础上，要突出污泥处理处置副产品的产品化开发。建议将污泥厌氧消化技术、热水解厌氧消化技术和污泥好氧堆肥技术作为大中城市污泥处理处置的首选；将污泥好氧堆肥技术作为中小城市及县城污泥处理处置的首选；将污泥深度脱水技术和卫生填埋技术作为城镇污泥处理处置的应急措施；将污泥的土地利用等作为污泥处理处置未来的主要发展方向。

课题组成员名单

组长：

侯毅刚 黑龙江省工程咨询评审中心

副组长：

朱建忠 黑龙江省工程咨询评审中心

成员：

魏亮亮 哈工大环境工程院

赵庆良 哈工大环境工程院

黄 春 黑龙江省城市规划设计研究院

高 超 黑龙江省城市规划设计研究院

白云健 哈尔滨市政设计院

张焕新 哈尔滨市政设计院

郑永杰 齐齐哈尔大学环境科学与工程学科

陶 永 黑龙江省生态环境厅土壤处

王维明 黑龙江省住房和城乡建设厅城建处

张志方 黑龙江省工程咨询评审中心

张美静 黑龙江省工程咨询评审中心

晁 鸥 黑龙江省工程咨询评审中心