北京市污水处理厂污泥处理与处置探讨

北京市污水处理厂污泥处理与处置探讨崔小浩1李五勤1谢文征2张军2崔希龙2邓茜2熊建新3黄鸥4黄炳彬5(1北京市发展和改革委员会,北京100031;2北京城市排水集团有限责任公司,北京100044;3北京市水务局,北京100038;4北京市市政工程设计研究总院,北京100082;5北京市水利科学研究所,北京100048)摘要通过对北京市城市污水处理与污泥处理处置现况的分析,结合北京市城市污泥的特性,参照国内外污泥处理处置技术,提出适合北京市的污泥处理处置技术路线,并对北京市的污泥处置的规划原则、方案进行初步探讨,同时提出北京市污泥处置工作的建议和意见,为今后的污泥处置规划、项目建设、运行监管等提供参考。关键词污水处理厂污泥处理处置堆肥干化焚烧北京市自20世纪80年代末以来,北京市以举办亚运会和奥运会为契机,加大污水处理和污水资源化工作力度,实现了跨越式发展。到2008年,中心城区建成污水处理厂9座,处理能力254万m3/d,污水处理率达93%,郊区卫星城建成污水处理厂16座,乡镇建成42座,村级污水处理站370座,污水处理率达48%。全市年污水处理能力达到10.5亿m3,其中中心城区8.4亿m3,郊区2.1亿m3。对于北京市的污水处理厂,目前每处理1万m3污水约产生10t含水率80%的泥饼,而随着污水处理量和处理标准的提高,污水处理的副产物污泥产量将进一步攀升。产量巨大的污泥如不经妥善处置和管理,将对首都污水处理厂的安全稳定运行带来巨大压力,并对北京市周边环境构成严重威胁。因此,如何合理规划城市污泥的处置方案,加快建设污泥处理处置设施,健全污泥处理处置的监管体系和政策支持,已成为北京市城市发展的重要课题。1北京市污泥处置现况及存在问题北京2008年全市污泥年产量达到105.8万t(2900t/d,以含水率80%计,以下同),其中中心城区89万t,郊区16.8万t。预计2015年全市污泥年产量将达到184万t,其中中心城区117万t,郊区67万t。目前北京市污泥处理处置主要存在以下问题:活性炭。特别是嘉兴贯泾港水厂通过引入上向流BAC吸附池结合后置微絮凝强化砂滤工艺,最终实现了砂滤出水、出厂水浊度≤0.1NTU,砂滤出水中≥2μm的颗粒数≤30个/mL,极大提高了城市供水水质,有效保障了城市供水水质安全。参考文献1吴素花,董秉直,乔铁军,等.BAC滤池对浊度和颗粒数的控制研究.中国给水排水,2007,23(23):42～452张金松.安全饮用水保障关键技术与示范体系.见:城镇饮用水安全保障技术研究讨论会论文集.深圳,2004.36～433徐兵,贺尧基.嘉兴地区水厂生物预处理与深度处理的生产实践.中国给水排水,2007,23(8):56～584何元春,林浩添,张菊梅,等.给水生物处理工艺微生物特性研究.给水排水,2007,33(12):22～265李小伟,刘丽君,杨宇峰,等.生物活性炭滤池水生动物的控制研究.给水排水,2007,33(11):7～126宋仁元,沈大年.城市供水水质标准的制定和实施对策.中国给水排水,2004,20(6):89～927戴婕,陈伟,张群,等.Actiflo澄清池及FiltrafloTGV锰砂滤池在给水厂中的应用.给水排水,2008,34(1):7～11通讯处:314000嘉兴市洪波路常秀街口嘉兴嘉源给排水有限公司生产技术科E2mail:jxbox@sina1com(1)处理和处置设施严重不足。目前全北京仅有清河热干化厂、北京水泥厂污泥干化设施、庞各庄堆肥场、昌平区堆肥场和方庄石灰干化等5座污泥处理设施,年处理处置能力48万t(1310t/d),不足当前污泥产量的50%,其余污泥只经浓缩脱水常规处理,含水率仍高达80%。(2)未经无害化处置的污泥环境影响恶劣。大量脱水污泥通过车辆运输至远郊区县进行临时堆置,不仅在运输过程中存在遗洒、臭气以及交通压力等问题,而且在临时堆置地点会有明显的臭味,孳生蚊蝇等,给周围环境带来恶劣影响。此外对地下水、土壤等也有潜在的污染风险。(3)污水处理厂运行费用不足。目前污泥运行费用中仅包含污泥外运费,达不到进一步处置所需的成本,并且随着各区县政府对污泥堆置的限制,污泥运输距离会进一步增加,带来成本增高。2北京市污泥特性分析北京市污水处理厂以收集和处理生活污水为主,工业废水较少,污泥特性主要表现为:(1)营养物质丰富。2009年北京市污水处理厂的泥质化验资料表明,污泥含有丰富的营养物质,中心城区污水处理厂污泥氮、磷、钾和有机质含量分别为3.1%、1.9%、4200mg/kg和62%,郊区污泥氮、磷、钾和有机质含量分别为4.4%、2.6%、740mg/kg和54%。(2)有较高的热值。以中心城区为例,干污泥(含水率10%)的燃烧热值可达到2800kcal/kg,相当于0.47kg标准煤(热值6000kcal/kg)。(3)重金属及有毒有机物符合标准要求。随着北京市产业结构的调整,工业废水逐年减少,生活污水比例逐年加大,城市污水处理厂污泥中重金属含量逐年降低。2006年以来,城区污水处理厂污泥重金属指标已基本满足现行资源化利用相关标准《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》(CJ/T2912008)、《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T234862009)和《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质标准》(CJ/T3092009)(B级)要求。郊区污泥重金属指标基本符合标准要求。仅个别污水处理厂存在局部时段超标,正在进一步溯源追踪调查。随着建设绿色北京进程的推进,产业结构将进一步优化,可以预计,污泥的重金属和有毒有机物质含量将持续降低。根据北京市污泥特性的分析,污水处理厂污泥有机养分丰富,热值较高,重金属离子及有毒有机物质含量较低,因此污泥处置有广泛的途径:采用土地利用方式可实现有机养分的资源化利用;采用焚烧方式可实现热值的利用。3国内外污泥处理处置技术概述当前,国内外污泥处理处置主要有填埋、堆肥、干化、焚烧等多种方式。填埋措施简单,但占地大、环境风险较大,填埋场地容量有限,对于用地紧张的城市不适宜采用,也有些城市已明令禁止采用。堆肥是利用微生物分解污泥中有机物,并杀灭传染病菌、寄生虫卵和病毒,提高污泥肥分的污泥处理技术,产物可用于园艺和农业肥料。其优点为投资较小,运行费用较低;缺点是占地面积大,受外部因素如气候、堆肥产品出路等影响大。污泥热干化指利用燃烧燃料所产生的热量或其他工业余热,通过专门的工艺和设备,使污泥失去部分水分的过程。其优点为占地小、处理能力大、减量率高、卫生化程度高、最终处置途径具有较广泛的适用性和灵活性等;缺点是建设投资大,运行费用较高。石灰干化技术是利用混合设备将污泥与生石灰等固化剂充分搅拌接触,通过物理化学反应达到降低含水率、去除臭味、杀灭微生物和病原菌并有效钝化重金属的效果。其优点是建设投资小,设施建设周期短;缺点是石灰需求量大,易受到石灰来源不稳定以及产品出路不确定的影响。污泥焚烧是破坏所有有机质,杀死一切病原体,并最大限度地减少污泥体积。其优点是占地小,且可最大限度地实现污泥的减量化、无害化;缺点是污泥焚烧过程中需要重点关注产生的水、气、渣等排放物,如未经妥善处置,可能造成二次污染。从发达国家的成功经验看,各国均根据各自的国情、生活水平和污泥特性等,制定了与其管理制度和经济发展水平相适应的技术与政策体系。欧美等西方发达国家处置方式以土地利用为主,如美国土地利用占60%以上,欧洲也有50%,并呈逐年递增趋势。日本由于土地资源紧张,污泥处置以焚烧为主,但其土地利用所占比例一直保持在15%左右。4北京市污泥处理处置技术路线探讨北京城市发展迅速,中心城区人口密集,用地紧张,不适宜在城区内建设占地较大的填埋、堆肥等设施,郊区县用地资源丰富,可采用堆肥方式处置污泥;石灰干化方式减量化程度有限,对于污泥产量较大的城区,不宜大规模采用,但可作为过渡期污泥处理处置方式;采用热干化或热干化焚烧联合工艺,最大限度实现污泥减量化、无害化,可以在用地紧张的中心城区采用,如能够充分利用各种工业余热,可以降低运行成本,实现资源的循环利用。目前,北京市区及周边分布着数家规模较大的水泥厂、热电厂,这些工业余热都为污泥减量化、无害化及资源化利用提供稳定途径;此外,北京市园林绿化、沙荒地治理、植树造林等用肥、用土量巨大,耕地有机质含量相对较低,而含有丰富养分、有机质的污泥经无害化处理后,再采取土地利用方式进行消纳,可有效解决污泥循环利用问题。综上所述,基于北京市产业结构、土地资源等情况,以及污泥可循环利用途径,从技术可行性角度分析,适宜北京市的污泥处理处置主要方式为:①中心城区采用热干化+焚烧为主的处理处置技术(可考虑充分利用各种工业余热);②郊区县城可采用堆肥+土地利用的处理处置技术。具体有如下3条技术路线:4.1工业余热或沼气干化对临近工业热源(如热电厂),或自身具有污泥消化设施的污水处理厂,可以考虑采用工业余热或沼气等污泥干化方式,干化后的污泥可供给工业锅炉作为替代燃料。工艺流程见图1。图1热电厂提供热源干化方式该方案的优势是湿污泥在污水处理厂内即可实现减量化,可避免大量湿污泥的远距离运输;同时实现无害化,降低环境污染,且工业余热一般较天然气等一次能源价格低廉,可降低干化运行成本;可利用水泥厂、热电厂等现有工业锅炉实现污泥的热值利用,不需新建污泥焚烧炉,降低建设投资。其缺点是受限于周边是否具有充足的工业热源。该处置方式对中心城区,且临近工业余热(如工业蒸汽、沼气)的污水处理厂较适合。4.2水泥窑干化+焚烧对距离水泥窑较近的污水处理厂,可采用湿泥外运至水泥窑,利用水泥窑余热干化+窑内焚烧的方式。工艺流程见图2。图2水泥厂提供干化热源方式该方案的优势是充分利用水泥厂的余热,实现余热的资源化利用。但该方案需将污水处理厂的湿污泥长距离运输,运输量较大,且在运输过程中存在遗洒导致的环境问题,此外污泥处理量受水泥厂生产限制。4.3堆肥+土地利用对污泥产量较小,布局分散的污水处理厂,特别是郊区县污水处理厂,可采用堆肥+土地利用的处理处置方式。工艺流程见图3。图3堆肥+土地利用的处理处置方式该方案的主要优势是充分利用污泥中的有机质,实现资源化,且建设投资小,运行费用低。但该方案占地较大,需将污水处理厂的湿泥长距离输运,运输量较大,且在运输过程中也存在遗洒导致的环境问题。5北京市污泥处置规划按照建设资源节约型、环境友好型社会和人文北京、科技北京、绿色北京的发展战略,以无害化为基础,以循环利用为导向,按照政府主导、企业参与、城乡统筹、分级管理的总要求,建立和完善污泥处理处置的设施体系、运营体系、监管体系和政策标准体系。根据因地制宜、协同处置、技术多元、循环利用的原则,以干化和焚烧方式为主,堆肥等土地利用方式为辅。中心城区用地紧张,优先采用干化方式,郊区县土地资源相对丰富,优先采用堆肥方式,并按照近、远期规划,逐步建设污泥处置设施,实现全市污泥的无害化处置及资源化利用。污泥处置规划可根据各污水处理厂污泥产量,是否邻近工业热源等,确定处置方案:(1)对于处理规模较大,且邻近工业热源的污水处理厂,如高碑店污水处理厂临近华能热电厂,小红门污水处理厂内设有污泥消化设施,可作为干化热源,在污水处理厂内建设干化设施,干化后污泥产品作为工业锅炉的替代燃料,实现资源回收利用。(2)对于周边无工业热源,但距离水泥厂较近,且污泥产量不大的污水处理厂,如北小河、酒仙桥、北苑、肖家河等污水处理厂,可将湿污泥运至水泥厂,在水泥厂建设污泥干化设施,通过水泥窑余热干化污泥,干化后污泥作为水泥窑的原料及燃料,实现资源回收利用。(3)对于污泥产量小,且布局分散的污水处理厂,如中心城区的吴家村、卢沟桥污水处理厂,可运往庞各庄污泥堆肥场处置;郊区县土地资源相对丰富,可建设污泥堆肥集中处理设施,就地消纳。根据此规划,中心城区污泥处理处置工作通过在污水处理厂内建设干化设施,增加处理能力约1100t/d;利用水泥窑协同处置污泥约1100t/d;利用堆肥+土地利用方式,建设相应处理设施,增加处理能力约300t/d,可实现中心城区全部