北京市污泥消纳无害化处置技术探讨
安 琳，蒋 海，邓 茜，欧 芳
（北京城市排水集团有限责任公司，北京 100044）
摘 要：城市污水处理厂的污泥处置是污水处理事业的重要组成部分。综述了目前北京市污水污泥处理处置的现状以及其中存在的问题，介绍了目前常用的污泥处置技术及其国内外发展现状，着重分析了北京市污泥无害化处置应该采取的对策和技术，并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；污泥消纳；无害化处置
中图分类号： 文献标志码：B 文章编号：1009-7767（2012）01-0098-05
Discussion on Decontamination and Disposal Technology for Absorptive Sludge
An Lin，Jiang Hai，Deng Qian，Ou Fang
1 北京市污泥处理现状及问题
1.1 北京市污泥处理处置现状
污泥是污水处理的副产品，随着北京市规划中污水处理厂的陆续建成投产，污泥产量不断增加。截止到2009年，北京中心城区建成污水处理厂9座，日处理能力254万m3，污水处理率达到93%；郊区卫星城建成污水厂16座，乡镇建成污水厂42座，村级污水处理站370座，污水处理率达到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。
在北京，污水处理厂每处理1万t污水约会产生10t含水率80%的脱水泥饼，而随着污水处理量和处理标准的提高，污泥产量将进一步攀升。截止到2008年底，全市污泥（以含水率80%的泥饼计，以下同）年产量达到105.8万t（日产量2900t/d），其中中心城区89万t（日产量2440 t/d），郊区16.8万t（日产量460 t/d）。预计到2015年，污泥年产量将达183万t，其中中心城区117万t，郊区67万t。
目前北京市共有庞各庄堆肥场、清河热干化厂、北京水泥厂污泥干化设施、昌平区堆肥场和方庄石灰干化等5座污泥处理设施，年处置能力48万t，合1310 t/d。但是，北京市每天仍有约1600t的污泥采用临时方式处置，主要是倾泻到近郊区的农村堆存、处置、使用或是进行填埋，尚无稳定、可靠、安全的消纳处置途径，存在着污泥二次污染的严重隐患及环境风险。
近年来，随着城市化区域的扩展和城市管理水平的提高，这类初级无序分散消纳处置场的位置越来越远，运输距离大幅增加，消纳处置场地日渐萎缩，污泥处置费用急剧增长，给污水厂的建设和运行带来巨大困难和压力，急需寻找并建立可长期、稳定、安全消纳处置大量污泥的技术和途径。
1.2 北京市污泥处理处置的主要问题
1）现有污泥无害化处置设施严重不足
全市现有污泥处理处置设施5座，处理能力不足当前污泥产量的50%，其余污泥只经浓缩、脱水等常规处理，含水率仍高达80%。
2）临时处置消纳途径日渐萎缩
由于城市区域的扩展、农村城镇化建设的加快及退耕还林工程的实施，原本可以使用污泥做为农田肥料的地方越来越少，近郊消纳能力急剧萎缩。
3）未经无害化处置的污泥易造成环境污染
未经无害化处置的污泥中细菌总数、大肠杆菌、蛔虫卵等卫生学指标较高；机械脱水后的污泥有臭味、性状粘稠。因此大量污泥通过车辆运输至远郊区县进行临时堆置时，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存在污染空气、滋生蚊蝇等问题，给周围环境带来恶劣影响。此外，其对地下水、土壤等也有潜在的污染风险。
4）脱水后污泥运输问题日益突出
从目前的污泥处理工艺看，污泥含水率在80%左右，基本上可以满足污泥外运的要求，但其含水率仍很高、体积过大，这导致污泥运输量很大，运输费用高，随着污泥数量的不断增加以及消纳点越来越远，这一问题愈发突出。另外，由于交通管制、道路遗洒以及沿途乡镇村民的反对致使车辆被扣压等事件经常发生。
2 污泥处理处置技术
目前，污泥处理技术主要包括厌氧消化加脱水、堆肥、碱性稳定化、干化等，以实现污泥的无害化、减量化、稳定化为目标。污泥的最终处置途径主要有土地利用、填埋、焚烧及建材利用等，某些处置方式可以实现污泥的资源化利用。
2.1 海洋投弃
污泥中含有大量的有机物、重金属等有害物质，海洋投弃在某种程度上是一种把污染由陆地转移到海洋的消极方法。随着人们对海洋环境的逐渐重视，污泥投海的处置方式正越来越被大多数国家所禁止。1988年美国已禁止向大海倾投污泥。欧盟规定自1999年起，不得在水体中处置污泥。
2.2 填埋
填埋是指将污泥经过简单的灭菌处理后，直接倾倒于低地或谷地后加以封固。污泥的卫生填埋始于1960年，技术比较成熟，但是填埋需占用大量土地，污泥中含有的各种有毒有害物质易污染地下水。随着人口增加，土地资源匮乏，可供填埋的场地已十分有限，尤其在人口非常稠密的地区这种方法并不可行。
2.3 堆肥
堆肥是利用微生物作用，将污泥中的有机物分解，并杀灭传染病菌、寄生虫卵和病毒，提高污泥肥份的污泥处理技术。将污泥与其他有机物（如秸秆、稻草、锯末、树叶或生活垃圾）按一定比例混合，在潮湿环境下利用微生物群落对多种有机质进行氧化分解并转化成类腐殖质，产物可以用于园艺和农业肥料。
高温好氧堆肥技术是利用生物能将污泥彻底熟化降解的高效生化反应过程。污泥中的有机物在氧化作用下与好氧菌充分反应，放出热量，使堆肥物料自然产生高温，无论室外温度如何，均能保持60℃以上的高温。这种生化反应过程不需施加任何燃料。生物能使小分子有机物分解，大分子有机物降解稳定化。好氧发酵过程不产生甲烷等厌氧气体，只产生较小的臭味，持续高温可杀死病原体和杂草种子，彻底使污泥无害化。采用特殊添加物可使污泥中的重金属在碱性介质作用下稳定化、无害化。
目前常用的堆肥工艺有静态和动态堆肥两种，具体应用有条形静态通风垛和动态发酵仓等。
堆肥技术的主要优点为投资较小，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。
2.4 碱性物理稳定化
碱性物理稳定化是在污泥中加入石灰或水泥窑灰等碱性物质，使污泥pH＞12并保持一段时间，利用碱性物质放出的大量热能杀灭病原体、降低恶臭和钝化重金属。
污泥经碱性物理稳定处理后生产的改良土，可以用作建材原料，其中增加的钙、铁、铝元素为许多建材制品所接纳，并将污泥中的某些有害元素以“纯固”状态被固定，由其制成的水泥、建筑用砖、铺路路面等产品中某些有害元素的不良影响大大减少。
碱性物理稳定化技术的优点为建设投资小、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。
2.5 焚烧
焚烧可将污泥矿物化并释放出一定的能量，使污泥达到最大程度的减容。焚烧过程中，所有的病菌病原体被彻底杀灭，有毒有害的有机残余物被热氧化分解。污泥既可以单独焚烧，也可以和其他废液、废气和固体废弃物混烧。
污泥焚烧是否需要外加燃料，取决于污泥本身的热值（有机物含量）和污泥的含水率。机械脱水污泥焚烧前往往要进行干化处理，以便使污泥能够燃烧，从而减少辅助燃料的消耗量，降低运行成本。控制污泥焚烧造成的污染问题是当前研究的主要对象，故需要对尾气进行处理，以便达到规定的排放标准。污染严重的污泥（例如重金属含量或化学污染物超标的工业污泥）可考虑焚烧工艺，此外还应考虑对废热进行回收利用。
污泥焚烧技术的优点是处理时间短、占地面积小、残渣量少，达到了完全灭菌的目的。该法的缺点是工艺复杂、一次性投资大；设备数量多、操作管理复杂、能耗高、运行管理费高；焚烧过程需要重点关注产生的水、气、渣等排放物，如未经妥善处置，可能对环境产生潜在危险。
2.6 干化
污泥干化常见的工艺有自然干化和热干化。自然干化主要利用太阳能蒸发水分，因而投资低、成本低、干化效果好，但占地面积大，容易滋生蚊蝇、散发臭气。热干化主要是利用热能将污泥烘干至需要的含水率，热干化过程的高温（大于90℃）灭菌效果彻底，产品可完全达到杀菌卫生指标。热干化配有除臭设施，对周围环境影响小。
污泥含水率在10%以下时，微生物活性受到完全抑制，运输与储存过程中不会产生臭味等有机物腐化现象，即已经达到稳定，有利于长时间储藏和运输。污泥干化后呈颗粒或粉末状，保持了原有的营养成分，做农用肥料的市场可行性大为改善，基本不受运输条件、季节性需求变化的影响。
污泥干化技术的优点在于占用场地小、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、干化运行费用较高。
3 国内外污泥处理处置发展概况
3.1 国外污泥处理处置情况
污泥的土地利用是国外污泥处理处置的发展趋势，但即使在政策、法规、管理条例完善、健全的条件下，也存在污泥产品的推广、接受者的学习和适应过程，培育和发展产品市场是一个长期的过程。
从1996—1998年，农用是欧盟成员国污泥的最主要出路，约占总污泥产量的38%；卫生填埋是第2大处置方法，约占总污泥产量的37%；焚烧约占9%。各成员国之间比例各不相同，荷兰污泥农用占的比例非常小，约为4%；而在卢森堡污泥农用达到70%。其他污泥处置方法也被同时使用，例如在奥地利，堆肥后农用；在西班牙，允许条件下排海；在荷兰，堆肥；在丹麦，主要为制造水泥。
北美地区（美国、加拿大）虽然土地资源充足，但采用卫生填埋方式总体较少，污泥处理处置的技术路线一直以农用为主。目前，美国16000座污水处理厂年产710万t（干质量）污泥中约60%经厌氧消化或好氧发酵处理成生物固体，用做农田肥料，其余20%焚烧，17%填埋。
日本由于土地限制，污泥处理处置以焚烧后建材利用为主（占63%），土地利用占22%，填埋占5%，其他占10%。近年来，日本开始更加注重污泥的生物利用，逐步减少焚烧的比例。由于日本国土面积较小，因此污泥填埋的比例非常小。
3.2 国内污泥处理处置现状
我国早在“七五”期间就开始了污泥农业利用的尝试，天津、上海、北京、大连、秦皇岛、深圳等城市都进行了污泥堆肥、干化造粒和复合肥的研究和实践，但规模较小，农业利用仍处于起步阶段。[1-2]自20世纪80年代我国第1座污水处理厂——天津纪庄子污水处理厂建成投产后，所产污泥即由附近郊区农民用于农田。目前，我国城镇污水处理过程中产生的大量污泥还未普遍得到有效的处理处置，全国现有污水处理设施中有污泥稳定处理设施的还不到1/4，处理工艺和配套设备较为完善的还不到1/10。目前国内污水厂所产污泥的主要去向在垃圾填埋场与城市垃圾一起混埋，还没有污泥单独填埋处置场。随着污水处理率的不断提高，污泥大量的产出给垃圾填埋场带来巨大负担，并给城市垃圾处理又造成了影响，适宜填埋的场所显得越来越有限。
上海过去的市政污泥消纳以直接填埋处置为主，目前的污泥处置原则是“处理分散化，处置集约化，技术多元化”。上海石洞口污水厂于2004年建成1座规模为30t/d的污泥干化焚烧厂，将污泥干化后进行焚烧。该工程是国内第1个大型市政污水处理厂污泥焚烧工程。[3]
深圳计划建设3个环境园，将全市的污泥分别送往这3个环境园进行单独焚烧处置，其中2座800t/d污泥焚烧厂已经列入建设计划，1座利用深圳南山热电公司余热的污泥干化厂正在建设中。[4]
成都和石家庄根据自身情况，结合污泥处理处置的各种方法和方式进行了研究。成都市选择干化＋单独焚烧做为污泥处置的主要方式；石家庄市倾向于送往热电厂或水泥厂进行焚烧处置。
广西南宁市根据周边农田和林地广阔，又有种植木薯（制作工业酒精的作物）和速生桉（可造纸）的需求，提出“堆肥为主、干化为辅、优势互补、协调发展”的污泥处置原则，1座500t/d规模的污泥堆肥场已经列入建设计划。常州、富阳、南京等地已经将城市污泥送入热电厂与煤混烧发电利用。
目前，北京正在积极开展污泥处理处置设施规划、建设工作，清河污水厂污泥干化系统(400t/d)、大兴庞各庄污泥堆肥场(300t/d)以及方庄污水厂石灰干化工程(30 t/d)已经建成投产，北京水泥厂处置污泥工程(500 t/d)也已开始运行。北京市区2010年规划污泥产生量约为2500 t/d。根据总体规划，拟在市区的东部、北部、南部和西部各建设1座污泥堆肥场。但随着北京市近几年经济迅猛发展，中心城区人口越加密集，环境要求日益增加，且土地资源稀缺，以堆肥为主的处置路线已不尽合理，因此迫切需要重新探讨和研究适合北京市发展状况的污泥处理处置技术。
4 北京市污泥处理处置技术分析及选择
4.1 现状污泥泥质
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，污泥中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。以中心城区污泥为例，干污泥（含水率10%）的燃烧热值可达到11760kJ/kg，相当于0.47kg标准煤（热值25200kJ/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标准CJ/T 291-2008《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》、GB/T 23486-2009《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》和CJ/T 309-2009(B级)《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质标准》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。
根据对北京市污泥特性的分析，现况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，如：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。
4.2 北京市区域发展特征
北京城市化进程发展迅速，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、堆肥等污泥处理设施；郊区县城用地资源丰富，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。[5]
采用热干化，或热干化+焚烧联合工艺，最大限度地实现减量化、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，这些工业余热都可以为污泥减量化、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、植树造林等工程用肥、用土量巨大，耕地有机质含量相对较低，而含有丰富的养分、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。
4.3 北京市污泥处理处置技术路线
基于北京市产业结构状况、土地资源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有：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。
具体技术路线有如下3个：
1）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干化污泥的方式，干化后的污泥可供给工业锅炉作为替代燃料，具体流程见图1。
该方案的优势是湿污泥在污水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；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。
2）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，具体流程见图2。
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；缺点是需将污水处理厂的湿泥长距离输运，未进行减量化导致运输量较大，且运输过程中存在遗撒导致的环境问题，此外污泥处理量受水泥厂生产能力的限制。
3）对污泥产量较小、布局分散的污水处理厂，特别是郊区县城的污水厂，可采用堆肥+土地利用的处理处置方式，具体流程见图3。
该方案的主要优势是充分利用污泥中的有机质，实现了污泥处置的资源化，且建设投资小、运行费用低。但该方案占地面积较大，需将污水处理厂的湿泥长距离输运，未进行减量化导致运输量较大，且在运输过程中存在遗撒导致的环境问题。
5 结论与建议
北京市中心城区人口集中，土地资源紧张，且污泥产量巨大，需采用处理效率高、占地节省的污泥处理处置技术；郊区县城人口分散，土地资源相对丰富，且污泥产量小而分散，可采用堆肥的技术处理处置，实现污泥资源化利用。充分利用工业热源及土地资源，将污泥处置这一环境问题与工业、农业发展问题相结合，最终实现资源的循环利用。
结合北京市污泥处理处置现状及发展，提出以下工作建议：
1）进一步加强污泥处理处置设施的建设，加大对污泥无害化处理设施建设的投资力度，鼓励引导企业参与无害化处理设施建设和运营；
2）推行污泥处理处置企业运营标准，建立完善市场准入、服务标准、考核指标、运营监管等各项制度，完善运营机制；
3）完善相关标准和监管体系。加快建立污泥处理处置的技术标准体系，规范污泥处理处置及循环利用过程。在进行污泥产品的资源化利用时，必须满足相关标准要求；建立有毒有害污染物源头控制、环境影响、设施建设和运营、资源循环利用全过程跟踪监管体系，确保污泥处置和循环利用安全；建立污泥处理处置及循环利用信息公开制度，鼓励公众参与，实行社会监督。
参考文献：
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收稿日期：2011-10-24
作者简介：安琳（1967-），女，工程师，学士，主要从事污水污泥处理建设及管理工作。
注：本文刊载于《市政技术》2012年第1期，第98页至第102页。