净水技术| 西南院副总工刘波—成都中心城区污泥处理处置实例分析
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西南院副总工刘波—成都市中心城区污泥处置实例分析
（本文素材主要来自“2019西南地区污泥处理处置创新技术及资源化利用技术论坛上”的发言，已经专家授权。为方便阅读，编辑进行整理加工并补充部分内容）
刘波 中国市政工程西南设计研究总院有限公司 副总工 教授级高级工程师
主要从事城市自来水厂、污水处理厂、污泥处理厂、市政给水排水、建筑给水排水的设计工作，所参与并主持的各类项目超过上百项，取得了一定的成绩，积累了丰富的经验。
污泥处理和处置作为解决污泥问题的两个不同阶段，两者的关系处置是决定处理，处理必须满足处置要求。污泥处理处置路线需根据污泥泥质特性、地域环境、经济社会发展情况等特点综合考虑选择。本文以区域为立足点，探讨污泥处理处置出路，重点分析成都市中心城区的污泥处理案例。
壹
污泥处理处置出路分析和建议
根据《城镇污水处理厂污泥处置分类》GB 23484—2009中的规定，污泥处置分类包括：土地利用、卫生填埋、建材利用和污泥焚烧。E20研究院数据显示，当前全国污水处理厂产生的污泥，52.89%以上以卫生填埋的方式进行处理处置，14.97%进行了土地利用，6.24%以焚烧的方式进行处理，7.84%经处理处置后进行了建筑材料利用，约18.07%去向不明。GEP Research报告显示，预计2020年，我国污泥卫生填埋占比约34%，焚烧约25%，污泥的土地利用占比约21%，建材利用率达20%。
数据来源：GEP Research报告
卫生填埋
城市土地有限、同时填埋可能会面临二次污染的问题，污泥填埋只能作为短期措施，目前很多大型城市均面临了土地短缺的问题，例如成都、上海、广州、北京等。上海市2035规划表示将原有的深度脱水+卫生填埋作为应急保障措施。
磷是不可再生资源，我国磷矿资源仅占世界总资源的7%。根据美国地质调查局的数据，中国已知磷矿储量静态利用年限为37年，污泥磷资源的回收意义重大。由于我国目前还不完全具备磷资源回收的条件，可以未雨绸缪，制定相应的填埋过渡措施，对含磷脱水污泥/灰分进行存放，便于后续的磷回收。德国在2013年对“垃圾填埋条例”的修订，要求垃圾填埋场存放合格的污泥灰分。
土地利用
污泥中富集了污水中约55%的有机质、30%~45%的N和85%~95%的P，加以利用将成土壤营养物质的来源，是极具潜力的污泥处置方向之一。但是污泥中含有的重金属、有机污染物、病原体等有毒有害物质会污染土壤、地表水与地下水，造成二次污染。我国不同区域地理气候、工业布局、经济发展水平，可能导致污泥中重金属的含量有所差异。研究表明东南方地区的城市污泥中重金属Zn、Cu、Cd、Cr、Ni含量均处于较高水平，这可能与该地区工业密集程度高及人类活动开发程度高有关。考虑到污泥的潜在安全性风险和大众对于农用的认可度低，目前污泥土地利用主要是用于园林利用和土地改良，污泥的园林利用非常多样化，包括应用于城市绿化的生产、建设、维护的“大园林”和家庭养花的“小园林”。重庆市污泥园林利用的消纳量在800~1000 t/d。
建材利用
污泥建材利用相对广泛，如制砖、制造水泥、陶粒、纤维板，需要在周边配套水泥厂等，很容易受到行业市场、地方政策的影响。
图片来源：网络
污泥焚烧
污泥焚烧是实现污泥最大的减量化的一种手段，可以根据污泥的热值情况，进行单独焚烧，或者与垃圾、工业锅炉、热电厂掺烧，相对比较灵活。目前污泥与垃圾、热电厂掺烧的较多，单独焚烧的案例相对较少。其中单独焚烧不适合污泥规模较小的项目。目前，我国大多数地区还是污泥采用以焚烧为主手段。根据上海市2035规划，主城区及周边地区污泥处理处置方式以独立焚烧为主，协同焚烧为辅，处理后污泥建材利用，原有深度脱水设施规划保留，作为应急保障；其它地区污泥处理处置为属地化组团处理，处理方式以干化焚烧为主、好氧发酵后土地利用为辅。
出路建议
（1）对于大中型城市来说，由于污泥量大，采用单一的方式进行污泥具有较大的风险，难以满足污泥处理处置需求。建议考虑以污泥焚烧为主，建材利用及土地利用为辅（应急）的处理处置方案。至于污泥是采用单独焚烧还是协同焚烧，应结合当地的实际情况进行具体分析。单独焚烧根据热值的情况可采用半干化+焚烧、全干化+焚烧和直接焚烧。
成都：污泥单独半干化焚烧+垃圾掺烧为主的工艺，辅助生物制肥和制砖的工艺。
上海：污泥半干化+焚烧的工艺。上海的青浦：污泥半干化+焚烧。
南京主城区或江宁区：采用污泥干化焚烧。
深圳：采用的污泥半干化+焚烧。（上洋）。
广州：污泥半干化+焚烧工艺。
常州：污泥热值较低，污泥全干化（含水率60%~70%）+焚烧。
香港：污泥热值较高，能达到15 MJ/kg，污泥直接焚烧。
（2）对于中小型城市来说，污泥量不大，污泥单独焚烧投资较大，运行成本较高，建议根据当地的实际情况采用协同焚烧或建材利用的方式进行处理处置。当做建材利用或协同焚烧时，均需进行干化，干化工艺包括低温热干化、高温干化（薄层、转盘、浆叶、两段式干化）均可采用。（规模20 t~200 t/d）
资阳市污泥处理规模100 t，采用低温热干化工艺，干化后的污泥（70% DS）送附近的砖厂制砖。不排除今
眉山市在采用附近的铝厂烟气余热干化后，送新威能源焚烧和机砖厂制砖。
泸州采用的是热水解工艺，和餐厨垃圾和园林垃圾一起处理后进行脱水干化，之后再进行后续处理。
（3）对于小型城市、城镇，污泥量极小，污泥处理处置相对灵活，协同焚烧、建材利用均可使用，另外，若园林绿化需求量消纳量足够，也可采用好氧堆肥。（规模20 t/d以下）
理县包括下属的小城镇：污泥规模低于10 t，正在考虑采用低温热干化或高温好氧发酵工艺，最终方案的确定取决于周围是否有消纳渠道。
泸州叙永、古蔺考虑采用高干脱水后添加辅料制作燃料棒送砖厂制砖。
贰
成都市中心城区污水处理厂现状
成都市中心城区2018年底前共有7座污水处理厂（一、二厂已经关停），随着2016年第三、四、五、八污水处理厂扩能提标项目的实施，以及正在实施的第六、七、九污水厂的提标改造工程，至2020年，设计处理规模将达到205 万m3/d。各污水处理厂的规模见下表。
成都市中心城区已建（拟改建）污水厂规模表
成都市中心城区已建（拟改建）污水厂处理工艺及排放标准
此外，城市近郊还包括：
（1）成都市中和污水处理厂一期工程（成都市第十净水厂，设计规模5 万m3/d）
（2）成都市中和污水处理厂二期工程（30 万m3/d）
（3）郫县合作三期（10 万m3/d）、安德污水处理厂（2 万m3/d）
（4）简阳空港新城污水处理厂（10 万m3/d）等；
因此，中心城区加上近郊，污水处理总规模将达到262 万m3/d。
叁
成都中心城区污泥处理现状及规划
现状污泥量及污泥产率（2018年）
中心城区实测污水量已达到178.9 万m3/d；总泥量约1412 t/d（20% DS）；2018年由于污水水质较淡，平均产泥率约1.58 tDS/万m3，而2016年和2017平均分别为1.61和1.69 t/万m3；最高月平均产泥率约1.8 tDS/万m3（2016年和2017最高月分别为1.85和1.96 t/万m3）。虑到今后各污水厂均由一级A标提升到《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》DB51/2311-2016（简称两江标准），污泥量在现有的基础上有增加的趋势。在污泥处理设施的规模确定基础上，按最高月污泥产率进行设计，预计产泥率约2.0 tDS/万m3（上海按照1.2倍）。
污泥处理处置现状
2012年以前，成都市中心城区第一~第八污水厂的污泥，按设计和环评的要求送成都市固体废弃物处置场进行卫生填埋。
2013年，第一城市污水污泥处理厂一期工程建成投产，设计规模400 t/d（20%DS）），采用“污泥半干化+焚烧”工艺；其中污泥半干化采用薄层干化机（设计进/出泥20%/35%），污泥焚烧采用鼓泡式流化床焚烧炉，污泥焚烧减量后的收尘灰和飞灰送成都市固体废弃物卫生处置场卫生填埋。该污泥处理厂自2013年投入运行以来，已正常运行5年以上，日处理污泥在400 t/d以上，并已通过环保验收。
2015年至今，又开始进行成都市第一城市污水污泥处理厂二期工程的建设，仍采用“污泥半干化+焚烧”工艺，设计规模为200 t/d（20%DS），目前该项目正在实施过程中，预计2019年年底建成投产。
另外，成都市排水公司会同设计单位还对“好氧发酵+养殖蚯蚓”处理工艺（200 t/d（20%DS））、“水泥窑协同处置污泥”（300 t/d（20%DS））、“热电厂掺烧工艺”（400 t/d（20%DS））等工艺进行了研究，但这些工艺到目前为止或由于不成熟、或可持续性较差等各种原因均难以实施。目前污泥一期、二期工程的处理能力仅为600 t/d(20%DS)，还远远不能满足中心城区各污水处理厂污泥处理需求。为解决污泥处置的问题，各污水厂污泥处置还有2种途径：外运至污泥处理公司进行制砖等建材利用；送某污泥处理公司进行生物制肥（好氧发酵+养殖蚯蚓）；但是目前上述处置方式仍存在一定问题，亟待需求更加可靠的处置途径。
污泥处理厂现状及规划
为解决当前中心城区污水厂的污泥处理问题，拟采用多模式协同处理污泥，具体如下表。
污泥处理厂现状及规划表
肆
第一污泥处理厂一期
第一污泥处理厂一期采用半干化+焚烧工艺，目前污泥厂主要接收的是成都市第九净水厂净化污水产生的污泥。第九净水厂目前每天大约会处理一百万吨污水，大概会产生600 t污泥。污泥厂主要包括接收储运、干化、焚烧、余热回收、烟气处理五大系统，焚烧系统产生的880℃的烟气，会通过余热回收系统，再次进入系统。而400 t的污泥经过处理，会减量为40 t的粉状灰渣。
工程服务范围
原计划是接纳成都市中心城区已建的9座污水处理厂的污泥处理，实际是仅处理第九污水处理厂的污泥。
污泥厂厂址及占地面积
原规划厂址位于成都第六污水处理厂南侧的预留地上，后来按环保的意见，进行了调整：
调整后的位置位于：成都市锦江区大安桥村4组，位于成都市第九污水处理厂东北面的地块上。
占地面积约3.53 ha（52.95亩），并预留了发展用地3.73 ha（55.95亩）。
设计规模
400 t/d（20% DS）
污泥泥质
根据2007~2009年成都市第一~四污水处理厂的实测数据：污泥含水率为68%~83%，大部分在80%以下；污泥有机份在20.7%~77.1%，大部分在60%以上，且有逐年提高的趋势；污泥绝干低位热值在7.94~14.43 MJ/kg，加权平均绝干基低位发热值为10.88 MJ/kg（2601.48 kcal/kg）；加权平均挥发份为44.71%；污泥含砂量高；重金属离子含量较高，尤其是汞等重金属离子。
对中心城区污泥厂污泥的评价
根据《城镇污水处理厂污泥处置（焚烧用泥质）标准》的要求，主要从外观、理化指标、污染物指标分析：
外观
污泥用于单独干燥焚烧或单独不经干燥直接焚烧时，其外观呈泥饼状，本工程接纳的污泥满足要求。
理化指标及监测结果
污染物指标
结论
本污泥厂所接纳的污泥含水率符合干燥焚烧或直接助燃焚烧的要求，可以用于焚烧，但低位热值、挥发成份偏低，不能满足自持燃烧的条件。因此，在采用焚烧处理需添加辅助燃料，並注意对烟气中重金属元素的处理。
污泥处理工艺流程
污泥处理采用“半干化+焚烧处理工艺”，烟气处理采用“湿法脱酸”工艺；臭气处理采用“一体化生物除臭装置+活性碳吸附装置”工艺。共分2条生产线，各设干化机、焚烧炉、烟气处理系统1套。
污泥接收料仓接收400 t/d含固率20%的机械脱水污泥，通过螺杆泵送入高位料仓；
高位料仓的污泥通过螺杆泵将其送入薄层干化系统进行半干化，污泥含固率从20%提升至30～38%；
干化后的污泥通过柱塞泵将其送入流化床焚烧炉进行焚烧；
焚烧产生的热烟气，首先进入高温空预器将焚烧炉所需的流化空气加热至400℃，然后烟气进入余热锅炉继续回收其热量，所产生的蒸汽作为干化机的热媒。
从余热锅炉排出的烟气进入烟气处理系统，烟气经“湿法脱酸，预留干法脱酸接口”净化处理后达标排放。
焚烧产生的收尘灰和飞灰储存在收尘灰仓、灰仓中定期外运。
卧式薄层干化机属间接加热的形式，采用蒸汽为热媒，其干化所需蒸汽一部份由余热锅炉供给，不足部份由补充热源的燃气锅炉供给。
臭气处理采用“一体化生物除臭装置+活性碳吸附装置”工艺。
主要设计要点：
设计进泥含固率17~27%，低位热值12.13 MJ/kg，设计范围7.9~13.8 MJ/kg。
干化机选用薄层干化机，适应范围50~110%。出泥含固率35%，适应范围：28~39%。
焚烧炉采用鼓泡式流化床焚烧炉，适应范围70~110%，采用布风管形式。燃烧区温度850~870℃，停留时间大于2 S。
空气预热器烟气进出口温度：850/662 ℃；流化风的温度20/425 ℃。
余热锅炉进出口温度：662/220 ℃。
静电除尘器效率大于98%；布袋除尘器大于99.9%。
烟气排放量：27611 Nm3/单条线。
臭气处理量：86200 m3/d。
设计天然气耗量34.32 Nm3/t。
实际运行情况
自2013年开始运行以来，已正常运行5年以上，平均日处理污泥量均在400 t/d以上（实际415 t/d左右），烟气排放标准满足国家的相关要求（特别是NO化合物基本在30 mg/l以下，远低于国家及欧盟标准），在2016年已通过环保验收。主要特点：
原计划处理来自各厂的污泥，实际处理的仅为九厂的污泥。
污泥热值得到了大幅度提高，平均低位热值从10.88 MJ/kg提升到13 MJ/kg以上，最高达到16 MJ/kg。
根据运行情况，对部分工艺流程进行了技改优化，如增设湿法脱硫塔；烟烟换热器更换为蒸汽换热器；高位储存料仓设备漏泥整改等措施。
燃气、水、电、药的耗量均低于设计值，特别是2018年平均耗气量仅为14.33 Nm3/t湿泥，电耗为76.67 kw·h/t湿泥；冬季基本可以不添加天然气。
每日收尘灰和飞灰的产生量约41 t/d（54.74 m3/d），污泥焚烧减量率均在90%以上。
污泥厂正联合高校展开灰渣的后续利用开发，包括制砖、铺路等建材利用和灰渣中磷回收的前沿技术。
伍
第一污泥处理厂二期介绍
工程服务范围
仍处理第九污水处理厂的污泥。
污泥厂厂址及占地面积
成都市锦江区大安桥村4组，位于成都市第九污水处理厂东北面的地块上。位于现有污泥一期南侧预留的地块上。占地面积约1.90 ha（28.50亩）。
设计规模
200 t/d（20% DS）
污泥泥质
根据2015~2018年成都市第九污水处理厂的实测数据：污泥含水率75 .71%~84.85%，大部分在80%以下；污泥有机份在44.58%~74.15%，大部分在60%以上；污泥绝干低位热值在8~15.9 MJ/kg左右，加权平均绝干基低位发热值为13.08 MJ/kg，设计绝干基低位发热值确定为15.0 MJ/kg；其他如含砂量、重金属和一期差不多。因此，污泥也适合采用干化焚烧工艺进行处理处置。
污泥处理工艺流程
污泥处理采用“半干化+焚烧处理工艺”，烟气处理采用“湿法脱酸，预留干法接口”工艺；臭气处理采用“一体化生物除臭装置+活性碳吸附装置”工艺。共设1条生产线，设干化机、焚烧炉、烟气处理系统1套。
优化设计方案
由于仅处理九厂的污泥，且污泥处理规模较小，取消了污泥高位储存仓，直接将污泥接收仓存储容积加大由原来的50 m3提高到150 m3。
由于热值提高，通过热平衡计算，在设计热值情况下，干化机出泥含固率由一期的35%降低到33.2%，并在30~38%可调。
由于薄层干化机停留时间较短，为保证焚烧炉的稳定运行，为调节进炉含水率，在接收料仓底部增设了湿污泥泵，在炉前增加了混合料仓，调节能力5%左右。
一期烟烟换热器运行中容易出现腐蚀、堵塞问题，后改为蒸汽换热器，运行良好。故二期直接采用蒸汽换热器。
干化机冷凝气直接送焚烧炉焚烧。
建设情况
2016年年底污泥厂二期工程有望完工。另外设计处理规模为800吨/日的三期工程，项目已经过核准。三期工程建好后，成都市中心城区的8座净水厂产生的污泥，都可以得到有效处理。
陆
问题及建议
污泥厂厂址的选择（特别是干化焚烧厂）应尽量靠近大型污水处理厂，便于废水的排放处理。
在有条件的情况下，污泥尽可能采用掺烧的模式，当采用单独焚烧时，应落实是否有更经济热源的途径，以节约运行成本。
污泥热值是能否采用干化焚烧处理的重要参数，建议污水厂运营部门应对污泥进行长期检测。
对于干化焚烧项目而言，脱水污泥含固率的高低，会影响污泥处理厂污泥处理辅助燃料的耗量，适当提高脱水污泥含固率，会降低污泥处理系统的运行成本，建议污水厂尝试调整污泥脱水药剂品种和投量，力求提高脱水污泥含固率，综合考虑污泥处理总成本，寻求较经济的模式。
目前干化焚烧工艺在国内仍处于起步阶段，经验不多，今后还需对其设备选型、运行进行进一步研究。
原文：刘波
编辑：Eva
2019年水系统智能化技术研讨会
主办单位： 中国土木工程学会水工业分会
承办单位：重庆大学、山东省城市供排水水质监测中心、青岛理工大学、《净水技术》杂志社
会议时间、地点：2019年9月20~22日、山东济南
征文截止时间：2019年8月16日
具体信息点击了解：