武汉市污泥处理处置现状研究及建议分析

刘学军 朱海瀛 杨莎莎

(中钢集团天澄环保科技股份有限公司 武汉 430205)

0 引言

污泥是城镇污水处理厂污水处理的衍生污染物，成分复杂，有含水率高、有恶臭、有毒有害等污染特性，如不进行有效的处理处置而随意排放或堆埋，将会对土壤和地下水造成严重污染，同时也会带来恶臭、蚊蝇及病菌等污染。

随着武汉市城镇污水处理厂污水处理规模的不断增大，污泥产出量也越来越大，污泥的处理处置已成为武汉市环境综合治理工作中新的挑战和难点。因此，有必要对武汉市污泥处理处置的现状及发展进行调查和分析。

1 武汉市污泥产生现状及趋势预测

1.1 污泥产生现状及预测估算

截至2018年底，武汉市城镇污水处理厂污水处理规模约为350万t/d，预计到2020年和2030年，污水处理规模分别将达到370万t/d和450万t/d左右。统计数据显示，2007年、2010年、2015年武汉市污泥(含水率80%)的产出量分别为680，730，1 380 t/d。武汉市污水处理规模及污泥产出量具体情况如图1所示。

图1 武汉市污水处理规模及污泥产出量

取产泥率为5 t污泥(含水率80%)/万t污水对武汉市污泥产出量进行估算[1-3]，2018年污泥产出量估算约1 700 t/d，到2020年、2030年，污泥产出量预测分别将达到1 850，2 250 t/d，具体污泥产出量估算及趋势预测如图1所示。

1.2 污泥成分分析

选取龙王嘴、沙湖、南太子湖、三金潭、二郎庙及汤逊湖6个污水处理厂污泥为例，研究分析武汉市污泥成分性质[3-5]，如表1所示。

由表1数据及其他污水厂污泥成分可以看出武汉市污泥含水率约为75%～85%，有机物含量(VS)平均值约为45%，污泥干基燃烧热值约为2 000～2 500 kcal/kg，总养分[总氮+总磷+总钾]平均值约为6%，大部分污泥中重金属含量较低，部分污水厂污泥的Cd，Pb，Cu，Zn含量过高，主要是因为该部分污水厂接纳了部分的金属加工、制作等工业园废水，以及镀锌管材的大量使用导致废水中Zn含量增大[4-5]。

表1 武汉市污泥成分性质

2 武汉市污泥处理处置现状及形势

2.1 污泥处理处置现状

目前，武汉市已建成污泥处理处置厂4座，在建及规划建设5座，基本覆盖了主城区大部分的污水厂，除好氧堆肥、水泥窑热干化、协同焚烧3种处置方式外，其他方式处理后的污泥大部分采用填埋方式处置。武汉市污泥处理处置厂建设情况见表2。

表2 武汉市污泥处理处置厂建设情况

此外，也存在违法倾倒污泥的个例，如：2014年及2018年某污水厂及污泥处理运输单位在武汉主城区及远城区山坳内违法偷运、倾倒未经有效处理的污泥。

2.2 污泥处理处置面对的形势

“十三五”规划指出污水处理所产生的污泥处置将是今后国内环境保护和污染治理的主攻方向之一，由此可见污泥的处置问题将会提升到一个新的历史高度。

2017年发布的《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》要求到2020年底，地级及以上城市污泥无害化处置率达到90%，重点镇提高5个百分点，初步实现建制镇污泥统筹集中处理处置的发展目标。

2018年《水污染防治法》修正后实施，新增了对污泥处理处置费用、标准及去向的要求，从立法层面上体现了“泥水共治”的思想转变及未来趋势。

根据《武汉市水污染防治行动计划工作方案(2016-2020年)》要求，到2016年全市污水处理厂污泥无害化处理处置率达到95%以上，到2017年污泥无害化处理处置率达到100%，取缔非正规的污泥堆放点，但2018年仍有污泥违法倾倒的现象发生，说明武汉市污泥的处理处置距离规划要求仍有一段差距。

由此可见，武汉市污泥处理处置面临的政策压力会越来越大，面临的环保、生态要求会越来越高。

3 武汉市污泥处置问题及建议分析

3.1 污泥处理处置存在问题分析

污泥处理处置存在的首要问题是政府方和污水处理运营方普遍存在“重水轻泥”的思想认知，对污水处理产生的衍生污染物污泥的处理处置没有给予足够的关注和重视。

责任主体不明确一直是制约污泥处理处置设施建设和运行的关键因素。长期以来，大部分污水厂由政府通过特许经营模式转移至第三方公司运营，而没有对污泥处理处置进行规定和要求，导致污泥处理处置缺少政策可操作性的主体责任方及投资经济支撑[6]。

目前，武汉市污泥产出量已达到1 700 t/d左右，已建成的污泥处理处置设施能力远没有达到全覆盖治理要求，且大部分污泥仍以脱水干化后填埋处置为主，而武汉市现有的陈家冲垃圾填埋场污泥暂存库区和长山口垃圾填埋场两座填埋场已超负荷运转且容量趋向告罄，如陈家冲填埋场设计处理能力1 000 t/d，而实际处理能力已达到1 200 t/d；同时，简单的干化填埋未能较好的利用污泥中含有的有机物及氮、磷、钾元素。结合国家“十三五”规划和武汉市自身规划的要求，武汉市污泥无害化、减量化的任务紧迫，资源化利用的发展空间大、要求高。

3.2 污泥处理处置工艺分析

目前，国内外污泥处理处置方式主要有：厌氧消化处理、干化处理、材料化利用、好氧堆肥、燃烧、填埋[7]。

厌氧消化处理即利用厌氧微生物将污泥中的有机质转化成能源气沼气，有一定的经济效益和环境效益，缺点是投资相对较高，产生的沼液、污泥仍需后续处理。

干化处理分为机械干化和热干化。机械干化是利用挤压或高速旋转等物理手段来实现污泥的脱水干化；热干化主要是利用燃料燃烧热或工业余热对污泥进行干化处理。干化处理时污泥含水率可调、减容效果显著，缺点是耗能大、热干化尾气需处理等。干化后的污泥可以根据需要与其他处理处置方式联合处置，组合灵活度高。

材料化利用即利用污泥制水泥、砖、轻质陶粒、熔融石料、生化纤维板等[8]，但该技术路线的大规模应用限制因素较多，如污泥添加比例要求高、重金属固化及浸出浓度要求高、材料化产品应用领域受限等。

好氧堆肥可将污泥转变成富含腐殖质的有机肥料，肥料同时保留了污泥中的氮、磷、钾元素和有机质，可用于土地施肥或贫瘠地土壤改良等，但存在肥料重金属超标或土壤重金属富集的潜在风险，同时有占地面积大、耗时长的缺点。

燃烧工艺通过高温氧化、热解破坏污泥中的有机质及有毒、有害物质，从而达到无害化、减量化和资源化。污泥燃烧时多与其他垃圾协同燃烧，具有处理规模大、减容性好、产生热能等优势，而对应的技术、设备复杂，投资相对较高，燃烧尾气处理要求也较高。

现阶段我国污泥最终处置方式仍以填埋为主，但因污泥填埋影响填埋场稳定性，增加填埋场的恶臭、渗滤液、可燃易爆填埋气，以及占空间大、土地资源紧张等原因，填埋处置方式无论从技术上还是政策上总体处于濒临淘汰状况。

3.3 污泥处理处置建议分析

污泥处理处置工艺路线的确定不仅要对比各工艺路线本身的优缺点和适应性，还应重点考虑污泥成分性质、所属区域地理特点和条件、政策法规要求等因素。根据武汉市污泥处理处置的现状及面对形势，给出如下处理处置建议。

(1)参考污水处理特许经营模式，政府也可考虑采用授予第三方专业公司特许经营权来处理处置污泥，通过吸引社会资金的参与来促进城市公共环境的治理及改善。

(2)结合武汉市已有电厂、热电厂、垃圾焚烧厂可提供大量经济热源的便利条件，建议在青山热电厂、关山热电厂、武钢电厂、武昌电厂等热/电厂及青山、锅顶山等垃圾焚烧厂周边择址建设污泥处理设施，便捷利用已有热源对污泥进行热干化处理，干化后的污泥还可与垃圾掺烧，规避了污泥热干化和污泥燃烧的劣势，实现优势互补的效果。

(3)结合有机物及氮、磷、钾等元素含量较高的污泥成分性质，建议在较大规模污水厂周围或多个污水厂分布相对中心区域建设污泥厌氧消化集中处理中心，通过大规模、集中式处理可降低单位投资，提高厌氧产沼气的效率和产能，消化后的沼渣可进行干化后燃烧处置或好氧堆肥处置。

(4)近年来武汉市城市市政建设规模不断扩大，需要大量的场平填方用土、基建护坡土及园林绿化土；武汉市远城区的江夏、蔡甸及周边的大悟、黄石等区域有较多的废弃砖瓦厂、矿山用地、尾矿坑等点位存在土地覆盖、改造或复垦的用土需求，而热干化、厌氧消化或好氧堆肥后的污泥含丰富的有机质及氮、磷、钾等营养物质，可满足上述区域的用土量需求及营养需求，同时污泥也不会涉及到耕地种植和人类食物链，既有效解决污泥处置出路问题、治理环境污染，又能做到促进城市建设、实现生态循环。

4 结论

(1)以5 t污泥(含水率80%)/万t污水计，2018年武汉市污泥产出量估算约1 700 t/d，预测到2020年、2030年分别将达到1 850，2 250 t/d。

(2)武汉市已建成污泥处理处置厂4座，在建及规划建设5座，最终处置方式仍以填埋为主。

(3)随着污泥产出量的增加及政策要求的日益严格，污泥的处理处置已成为武汉市环境综合治理工作中的重点及难点，根据武汉市污泥处理处置的现状及面对形势，建议在电厂、热电厂、垃圾焚烧厂周围建设污泥热干化或燃烧处理设施，其他地区的污泥集中后进行厌氧消化处理，消化后的污泥进行干化后燃烧或好氧堆肥处理后用于土地覆盖、改造或复垦。