廣州市污泥處理處置技術(shù)路線及其經(jīng)濟性分析
行業(yè)動態(tài)
城市污水處理廠每天產(chǎn)生大量的污泥，其中水分高（達80%以上）、體積龐大、容易腐化發(fā)臭而導(dǎo)致其難處理。隨著市政污泥及工業(yè)污泥產(chǎn)量逐年遞增，歐盟很多 已經(jīng)制定并實施了相關(guān)環(huán)境法令，嚴禁含有可生物降解有機物的污泥進行填埋，鼓勵對其進行焚燒處理。我國環(huán)保部出臺的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置污染防治可行技術(shù)指南（試行）》（2010年）及《污水處理廠污泥處理處置可行技術(shù)導(dǎo)則（征求意見稿）》（2008年）中明確把污泥焚燒作為我國污泥處理處置可行技術(shù)之一，該方法是一種具有減量化、無害化、資源化及回收能源等優(yōu)點的污泥處置技術(shù)。污泥起始含水量高達95%～99.5%，因此必須進行脫水處理，但目前各類機械脫水后污泥含水率比較高，導(dǎo)致污泥摻燒實施困難。而通過優(yōu)選脫水的調(diào)理劑與投加量，對濃縮池、壓濾機等關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施的運行進行優(yōu)化，投加調(diào)理劑是可以達到脫水目標的。因此有必要深入分析污泥深度脫水-干化各類組合技術(shù)，選擇適合廣州市污泥處理的技術(shù)路線。
污泥處理處置技術(shù)路線的選擇必須考慮多方因素，如對污泥特性的認識、污泥利用的潛在風(fēng)險、污泥處理處置費用的征收、是否適用我國國情等。污泥處理處置必須遵循因地制宜的原則，而且目前針對廣州市污水處理廠污水污泥的處理處置技術(shù)路線及其經(jīng)濟性分析的研究并不多。故從廣州市城市污泥的產(chǎn)生處理現(xiàn)狀、危害、政策制度及各技術(shù)路線的優(yōu)缺點分析，得出客觀準確的技術(shù)路線，為廣州市污泥處理處置技術(shù)路線的選擇提供參考。
1 廣州市城市污水污泥的產(chǎn)生及其危害
1.1 廣州市城市污水污泥的產(chǎn)生狀況
廣州市污水處理廠現(xiàn)有量為48座，而且按建設(shè)規(guī)劃在逐步增建落成使用。根據(jù)《廣州市污水治理總體規(guī)劃修編》（2007～2020）和廣州市水務(wù)局的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，2011全年廣州市各大污水處理廠年產(chǎn)濕污泥（含水率80%）總量約61萬t（1671.4t/d），其中，中心城區(qū)日產(chǎn)污泥產(chǎn)量占75.6%。隨著污水收集率的提高和管網(wǎng)、污水廠建設(shè)速度的加快，預(yù)計2020年，廣州市污水處理廠污泥產(chǎn)量達到5778.75t/d（折算含水率80%，以1萬t污水產(chǎn)1.0～1.4t污泥干基計量）。廣州市城市污水污泥產(chǎn)生量的逐年劇增已超過現(xiàn)有污泥處理處置設(shè)施設(shè)備的處理負荷量，如何高效環(huán)保地解決污泥所引發(fā)的環(huán)境問題及其處理處置問題已被提到議事日程。
1.2 廣州市城市污水污泥的危害
廣州市中心城區(qū)的市政污泥具有以下特點：含水率較高，有機質(zhì)比例偏低；寄生蟲卵、病原微生物等致病物質(zhì)超標較普遍；部分污水廠污泥存在Cu、Zn、Cr等重金屬超標現(xiàn)象；含有多氯聯(lián)苯等難降解有機物。
具有以上泥質(zhì)特點的污泥若只實行簡單填埋處理會嚴重侵占土地資源同時容易滋生有害致病物質(zhì)；農(nóng)用則容易造成土地、作物等的重金屬污染，更嚴重的是若防滲透技術(shù)不夠?qū)?dǎo)致潛在的土壤和地下水污染，造成二次污染。若進行焚燒按照廣州市目前垃圾焚燒廠實際設(shè)計分析，大量污泥摻入焚燒將影響焚燒廠的正常運行，同時增加煙氣處理的成本，增加二惡英的產(chǎn)生，從而污染大氣環(huán)境，危害城市居民的健康。
2 污泥處理處置現(xiàn)狀
2.1 國內(nèi)污泥處理處置與利用現(xiàn)狀
根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國污泥農(nóng)用約占13.51%，綜合利用約占5.41%，陸地填埋約占63.06%，露天堆放約占1.80%，外運約占14.42%，焚燒約占1.80%，總體污泥處置利用效率較低。
2.2 廣州市污泥處理處置與利用現(xiàn)狀
廣州市由污水處理廠產(chǎn)生的污泥的脫水工藝多為“重力濃縮+機械脫水”，經(jīng)脫水減量后運輸至其他處置單位進行填埋、制磚、制有機肥料等處置。
廣州市中心城區(qū)與非中心城區(qū)污水處理廠的濕污泥產(chǎn)量、處置方式與地點都存在一定差距，其中目前中心城區(qū)污水處理廠各方面發(fā)展較完善，廣州市大部分污水廠污泥在處理后的含水率達到了設(shè)計時（含水率80%）的要求，且按建設(shè)規(guī)劃至2016年底基本完成全市48座污水處理廠的污泥干化減量設(shè)施建設(shè)，污泥在廠內(nèi)干化減量至含水率30%～40%，要實現(xiàn)全面廠內(nèi)減量干化的目標就要面臨污水處理廠的大幅改造建設(shè)。
但目前廣州市污水處理廠的污泥處理與處置仍然存在處理率不高，處理處置途徑、處置方式的監(jiān)管方式還不夠完善，監(jiān)管還不夠到位，缺乏長遠的、系統(tǒng)性的規(guī)劃，污泥處理處置設(shè)施配套嚴重不足，部分污泥處置環(huán)節(jié)不符合 污泥相關(guān)政策及標準。
3 污泥處理處置技術(shù)路線
3.1 污泥處理處置技術(shù)路線
污泥處理處置系統(tǒng)的決策應(yīng)該基于減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化的原則。與“四化”處理處置原則相對應(yīng)的污泥處理方法主要包括：濃縮（調(diào)理）、脫水、厭氧消化、好氧消化、堆肥、干化和焚燒等。污泥處置及消納的方法主要包括：土地利用、填埋、建筑材料利用等。
目前處理后的污泥泥質(zhì)符合 規(guī)范性排放標準要求并能在實際生產(chǎn)中實施的主要污泥處理處置技術(shù)路線有：
（1）對污泥進行脫水/深度脫水+熱干化后，進行衛(wèi)生填埋/（水泥窯/焚燒后灰渣）建材利用/焚燒發(fā)電/園林或土地利用。
（2）污泥摻加石灰穩(wěn)定化后進行衛(wèi)生填埋。其中石灰穩(wěn)定-衛(wèi)生填埋因為需要大量的石灰物料消耗，石灰穩(wěn)定使污泥固含量不減反增，石灰提高了污泥泥體的堿度，使氨氣的釋放量大幅度提升，雖然氨氣釋放濃度未達到感覺閾值，但存在產(chǎn)生空氣“二次污染”的風(fēng)險，也會造成資源浪費。故石灰穩(wěn)定-衛(wèi)生填埋技術(shù)主要作為污泥處置應(yīng)急方式。
3.2 污泥處理處置各技術(shù)路線的優(yōu)缺點
針對我國現(xiàn)有可行的污泥處理處置技術(shù)路線的適用泥質(zhì)、減量程度、經(jīng)濟成本、資源再生利用程度和限制因素進行多方面分析比較，如下表所示：
工藝路線 | 適用泥質(zhì) | 優(yōu)勢 | 缺點 | 主要限制因素 |
1.脫水干化→衛(wèi)生填埋 | 重金屬超標/不超標污泥 | 污泥量顯著減小，污泥穩(wěn)定，減小運輸成本 | 泥質(zhì)要求高，占用土地資源，有二次污染的風(fēng)險 | 需總量限制 |
2.脫水干化→建材利用 | 污泥顯著減小，滅菌徹底，污泥穩(wěn)定，可實現(xiàn)資源再生利用 | 產(chǎn)生一定運輸成本和較大的煙氣待處理問題 | 煙氣處理問題 | |
3.脫水干化→焚燒發(fā)電 | 污泥顯著減小，污泥穩(wěn)定，節(jié)省焚燒廠的燃料消耗，可產(chǎn)生電能資源 | 產(chǎn)生較大的煙氣待處理問題 | 煙氣處理問題 | |
4.脫水干化→土地利用 | 重金屬不超標污泥 | 基本實現(xiàn)污泥穩(wěn)定化和無害化，可實現(xiàn)資源再生利用 | 產(chǎn)品不能久置，泥質(zhì)要求高，需后續(xù)處置連續(xù)化，需求條件苛刻 | 后續(xù)處置條件苛刻，安全監(jiān)控 |
5.石灰穩(wěn)定→衛(wèi)生填埋 | 重金屬超標/不超標污泥 | 可用于污泥的應(yīng)急處置 | 運輸成本較高，消耗大量石灰物料，泥質(zhì)要求高，增加后續(xù)污泥處理處置的總量 | 經(jīng)濟效益低下 |
各處理處置方式在經(jīng)濟效益及資源再生利用方面差距明顯。其中脫水干化→土地利用技術(shù)的后續(xù)處置條件較為苛刻的限制因素，其處理后的泥質(zhì)必須達到《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》（GB4284）的標準，泥質(zhì)中的重金屬含量及有機致病物質(zhì)都必須控制在規(guī)定標準的較低水平內(nèi)。石灰穩(wěn)定→衛(wèi)生填埋技術(shù)的應(yīng)用局限性較大，該處置手段不但會占用原有土地面積而且該處理過程有臭氣廢氣的釋放且泥質(zhì)必須符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋泥質(zhì)》（CJ/T 249）的要求，以上兩種技術(shù)在實際生產(chǎn)中應(yīng)用范圍都不大。而脫水干化→建材利用技術(shù)與脫水干化→焚燒發(fā)電技術(shù)雖在處理過程中存在一定的煙氣處理問題但目前的技術(shù)發(fā)展足以很好的解決這一問題，并且兩者的處理效果穩(wěn)定、減量明顯且經(jīng)濟效益顯著，同時亦可實現(xiàn)資源再生利用，實際生產(chǎn)中也常采用這兩種技術(shù)進行污泥處理處置。
4 廣州市污泥處理處置的組合技術(shù)路線
根據(jù)《廣州市城鎮(zhèn)生活污水處理廠廠內(nèi)污泥干化減量工作方案》規(guī)定，可以確定未來廣州市污泥處理的技術(shù)方向為就地廠內(nèi)脫水干化減量后，將處理后的污泥運輸?shù)疆惖鼗蚓偷剡M行進一步的合理處置。
廣州市大部分污水處理廠原已建設(shè)有重力濃縮池，具備就地廠內(nèi)濃縮的硬件設(shè)施設(shè)備條件。目前廣州市所有的污水處理廠均采用機械脫水。正在使用的脫水機有帶式壓濾脫水和離心脫水。但現(xiàn)有的脫水設(shè)備的脫水能力普遍僅達到含水率80%的要求，需要升級改造脫水設(shè)備才可以達到深度機械脫水的技術(shù)要求。
焚燒爐自持燃燒熱值一般為1000～1100kcal/kg，國內(nèi)污水處理廠污泥的干基低位熱值一般在2000～3000kcal/kg，例如干基低位熱值為2800kcal/kg、含水率80%的脫水泥餅實際熱值僅為67kcal/kg，更多的濕污泥的熱值是負值，若采用污泥焚燒處置技術(shù)是遠不能滿足自持燃燒的要求，必須進行干化以提高其熱值。熱干化工藝應(yīng)根據(jù)后續(xù)的處理處置要求確定污泥熱干化的程度，泥質(zhì)及污泥的預(yù)處理程度對熱干化效率有較直接的影響。
通過對廣州市的污泥理化性質(zhì)、經(jīng)濟發(fā)展水平、制度政策等多方面分析，可以確定適合廣州市的污泥處理處置路線為：機械脫水+熱干化→異地或就地處置，但從經(jīng)濟和后續(xù)處理角度分析，不同的脫水程度與干化程度將對投資和運行成本及處置方式造成不同程度的影響，故做以下技術(shù)組合路線分類。
廣州市污泥處理處置的組合路線有：
（1）濃縮（99.3%～97%）+常規(guī)機械脫水（含水率97%～80%）+熱干化（含水率80%～40%）。
（2）濃縮（99.3%～97%）+深度機械脫水（含水率97%～60%）+熱干化（含水率60%～40%）。
（3）濃縮（99.3%～97%）+機械脫水（含水率97%～80%）+深度機械脫水（含水率80%～60%）+熱干化（含水率60%～40%）。
（4）強化濃縮（99.3%～96%）+深度機械脫水（含水率96%～60%）+熱干化（含水率60%～40%）。
經(jīng)過一系列的污泥脫水干化處理后，可將污泥就地處置或運輸至水泥廠作建筑利用/電廠用作焚燒發(fā)電/垃圾焚燒廠直接焚燒。
5 技術(shù)路線的成本分析及經(jīng)濟性分析
5.1 技術(shù)路線的成本分析
以上4種組合技術(shù)路線是可以達到同樣的脫水干化效果的，即技術(shù)上是可行的。因此，技術(shù)路線的選擇主要還是取決于4種技術(shù)路線的經(jīng)濟成本。其成本對比如下表所示：
污泥處理技術(shù)方式 | 含水率變化 （%） | 單位投資成本 （萬元/tDS） | 運行成本 （以干基計，元/tDS） | |
機械脫水方式 | （1）濃縮+常規(guī)機械脫水 | 99.3→97→80 | 60～100 | 離心脫水250～300 |
帶式壓濾100～150 | ||||
（2）濃縮+深度機械脫水 | 99.3→97→60 | 70～100 | 260～300 | |
（3）濃縮+機械脫水+深度機械脫水 | 99.3→97→80→60 | 130～200 | 420～500 | |
（4）強化濃縮+深度機械脫水 | 99.3→96→60 | 60～80 | 230～270 | |
熱干化方式 | ①80→40 | 220～300 | 2500～2850 | |
②60→40 | 80～110 | 625～713 | ||
根據(jù)上表數(shù)據(jù)可知，方式（3）濃縮+機械脫水+深度機械脫水技術(shù)因其技術(shù)效果與其他技術(shù)路線相同或近似，但脫水方式卻累贅重復(fù)，導(dǎo)致其投資及運行成本都遠高于其他技術(shù)設(shè)計路線，這樣的技術(shù)路線設(shè)置是不合理的；方式（1）濃縮+常規(guī)機械脫水的成本主要來自脫水機的電耗和絮凝劑的投加量；方式（2）以污泥調(diào)理+隔膜板框壓濾技術(shù)為例，濃縮+深度機械脫水成本主要來自壓榨泵和液壓裝置的電耗和藥劑的投加量；方式（4）強化濃縮+深度機械脫水較普通機械脫水成本略高，但組合技術(shù)路線的投資和運行成本主要決定于熱干化系統(tǒng)。
熱干化系統(tǒng)的成本取決于污泥干化過程中水分的蒸發(fā)量及其所耗費的能量。通常來說，將含水率為80%的污泥干化至40%以下的蒸發(fā)量是含水率由60%干化至40%蒸發(fā)量的3.5～4.5倍。因此，將含水率為80%的污泥干化至40%以下所消耗的能量比是含水率由60%干化至40%的單位處理成本的4倍。投資上可以節(jié)省約50%。盡量減少熱干化系統(tǒng)的處理負荷，是降低投資和處理成本的關(guān)鍵。
5.2 技術(shù)路線的經(jīng)濟分析
建設(shè)一整套濕污泥濃縮+機械脫水+熱干化處理設(shè)備系統(tǒng)，必須同時考慮各技術(shù)路線的投資成本及運行成本，以求確定技術(shù)效果與總經(jīng)濟成本都為較佳的技術(shù)路線。
對于污泥熱法干化系統(tǒng)，脫水泥餅的含水率每降低1%，每噸污泥（含水率80%）干化的能源成本可以降低1～3元/月（隨干化熱源不同而變化）。即經(jīng)過機械脫水后的污泥含水率越低，熱干化技術(shù)的運行成本便可隨之降低，從而降低總成本，但同時應(yīng)注意相應(yīng)的深度機械脫水投資及運行成本的增加。
根據(jù)上表數(shù)據(jù)，從能耗、投資運營成本及技術(shù)工藝的合理性分析，可以得知：
技術(shù)路線（3）無論從投資、運行成本和工藝的合理性來說，都沒有任何優(yōu)勢，故不考慮選用；
技術(shù)路線（1）投資成本要比技術(shù)路線（2）、（4）都要高，而運行成本因能耗高也遠高于技術(shù)路線（2）、（3）、（4），脫水效果也略遜于技術(shù)路線（2）、（4），同樣從經(jīng)濟角度并不建議采用技術(shù)路線（1）。
技術(shù)路線（2）、（4）同屬于“濃縮+深度脫水+熱干化”的工藝路線，以處理100tDS/d（含水率為80%）為例，1t含水率為80%的濕污泥可折算為0.2t的污泥干基，技術(shù)路線（2）的單位投資總成本為210萬元/tDS，運行總成本為20260元；技術(shù)路線（4）的單位投資總成本為190萬元/tDS，運行總成本為19600元，由以上數(shù)據(jù)可見，技術(shù)路線（2）、（4）的投資運行成本數(shù)額相差并不大，但技術(shù)路線（4）的成本稍低。且若次啊用技術(shù)路線（2）、（4）替換現(xiàn)有脫水設(shè)備，原有投資可在1～2年內(nèi)抵消。在可以達到相同脫水干化效果的前提下，優(yōu)先考慮機械脫水方式的單位投資成本及運行成本可知，組合技術(shù)路線（4）略優(yōu)于（2）。
因此，綜合以上分析，污泥處理組合技術(shù)路線（4）是較佳的組合技術(shù)路線選擇。
6 結(jié)論
綜合廣州市污泥處理處置現(xiàn)狀，基于減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化的原則，通過對其污泥含水率高、重金屬超標等理化性質(zhì)，結(jié)合廠內(nèi)污泥干化減量的方案政策以及污泥處理處置組合技術(shù)路線的優(yōu)缺點和經(jīng)濟性分析，可以得知強化濃縮（含水率99.3%～96%）+深度機械脫水（含水率96%～60%）+熱干化（含水率60%～40%）→就地處置或運輸至水泥廠作建筑利用/電廠用作焚燒發(fā)電/垃圾焚燒廠直接焚燒（其中污泥干化單位投資總成本為190萬元/tDS，運行總成本為19660元）為較符合廣州市污泥處理處置現(xiàn)狀的組合技術(shù)路線設(shè)計。
