北京市污泥處置現狀及生態利用研究_處理處置技術
導讀:：污泥作為一種廢棄物。處理處置技術多樣化。污泥生態利用研究。北京市污泥處置現狀及生態利用研究。
關鍵詞：污泥，處理處置技術，北京污泥現狀，污泥處置規劃，生態利用
污泥作為一種廢棄物， 是在污水處理過程中分離出來的固體，每處理萬噸污水產生5～10噸含水率為80%左右的污泥。污泥成分及來源均比較復雜，其中含有大量的氮、磷、鉀等多種營養元素和有機質可利用成分;也可能含有有毒、有害( 二唖英) 、難降解的有機物( 多氯聯苯等) 、重金屬( 鋅、銅、鉻、砷、汞、鎘等)、病原菌及寄生蟲( 卵) 等物質， 大量未經處理的污泥任意堆放和排放都容易對環境造成了新的二次污染。因此污泥需要及時處理處置，以達到減量化、穩定化、無害化及資源化利用的目的。
污泥中有機質、氮、磷養分豐富, 是一種值得利用的肥源。北京市污泥中含有豐富的營養物質，2008年北京全市106萬噸濕污泥相當于尿素1.5萬噸、磷酸二銨2.3萬噸、硫酸鉀0.5萬噸和有機質12.9萬噸;但污泥中又含有各種各樣污染物質, 施用不當會造成土壤和地下水污染。按照2015年北京市污泥最終處置規劃，土地修復利用占有很大的比例，因此，開展泥質分析，研究污泥堆肥后符合園林綠化、礦山修復和沙化土地改良用工藝產品是十分必要。
1. 國內外污泥處理處置現狀
污泥處理處置的方式各個國家不盡相同，同一國家的小同地區也相差很大。目前污泥的處理處置手段包括排海、衛生填埋、焚燒以及土地利用等。一些發達國家的污泥處置及利用情況如下：
圖1污泥的主要處置與利用情況 %
污泥填埋占有很大的比例，約40%左右;污泥排海自20世紀90年代后被禁止;污泥焚燒由于價格昂貴處理處置技術，且焚燒過程中容易產生二噁英污染，在很多國家對污泥的焚燒處置都有著嚴格的限制;污泥農用比例在30%以上，但要嚴格控制其中的重金屬含量，而園林綠化、生態改良、市政綠化等土地利用方式表現出較好的應用前景。
我國常用的污泥處置方法包括：堆肥處理、衛生填埋、焚燒處理、水體消納和上地利用(排入江河湖海的方法)，但每種方式的具體比例還有待進一步統計。
2 北京市污泥處理處置現狀及存在的主要問題
北京市污泥總體狀況為產生量大，資源化利用率低。其中，中心城區建成污水處理廠9座，日處理能力256萬立方米，污水處理率達到95%;郊區衛星城建成污水處理廠16座，鎮級污水處理廠42座，污水處理率達到48%。2010年北京市污泥總量為3800噸，其中城區污泥量約為2500t/d，郊區污泥量約為1200t/d，預計2015年污泥年產量5000t/d，其中中心城區3200 t/d，郊區1800 t/d。目前，不足50%的污泥進行了堆肥和建材利用等處置和資源化利用，其余污泥進行簡單臨時堆置，缺乏有效的最終出路。
2.1 北京市污泥處理處置現狀
北京市現共有6處污泥處置設施，處理處置技術多樣化，包括清河熱干化廠、方莊和小紅門石灰干化廠、龐各莊堆肥廠、昌平區堆肥廠、北京水泥廠干化焚燒6座污泥處理設施，日處理能力為1810噸，處理能力不足污泥總產量的50%。
(1) 小紅門和方莊污泥鈣化處理廠
小紅門和方莊污泥鈣化廠處置能力分別為500噸/天和30噸/天，采用具有自主知識產權的增鈣熱干化工藝和裝備，該技術以氧化鈣為干化發熱劑取代外加熱源，工藝簡單，干化后污泥渣可用做路基材料或替代部分水泥原料。
(2)龐各莊和昌平污泥堆肥處理廠
龐各莊堆肥廠處理能力200噸/天處理處置技術，昌平堆肥廠處理能力80噸/天，堆肥技術該技術占地大、處置效率受季節波動明顯，但初始投資較小、熟化污泥可進行土地利用(農業、園林、綠化、生態修復等)。目前,該廠熟化污泥主要被周邊省、市的肥料廠以低價收購。
(3) 北京水泥焚燒處理廠
處理能力500噸/天，采用水泥窯余熱干化-焚燒技術，該技術使用進口干化設備，自動化程度高，但初始投資較大。干化后污泥作為水泥窯燃料替代部分焦煤。
(4) 清河熱干化處理廠
處理能力400噸/天 ，采用流化床間接熱干化技術，含水率由80%下降到10%,該技術全部使用進口裝置，以天然氣燃燒為熱源，主要構筑物包括冷卻水泵井、污泥運轉倉間、干燥車間、干料倉、生物除臭池，建筑面積1800平方米，初始投資和運行成本較大。干化后污泥含水率過低、惡臭嚴重，需密閉運輸和后期處置。
2.2北京市污泥處置存在的主要問題
污泥的最終安全消納包括處理和處置與資源化利用兩個階段;一為處理階段，主要對污泥進行穩定化、減量化和無害化處理，包括濃縮(調理)、脫水、厭氧消化、好氧消化、石灰穩定、堆肥、干化和焚燒等。二為處置與資源化階段，是污泥的最終安全消納過程，一般包括土地利用、填埋、建筑材料利用和焚燒等。當前北京市污泥處理處置存在的主要問題為：
(1) 污泥脫水減量化處理程度低。污泥只經過濃縮、脫水等常規處理過程，含水率仍高達80%，運輸過程易遺灑，并影響后續處置。
(2) 污泥處理設施嚴重不足發表。隨著污水處理量提高，污泥產量急劇攀升，導致污泥處理和最終處置率不足50%。大量污泥簡單堆置于廢棄沙坑和沙荒地，沒有進行穩定化和無害化處理，污泥中的污染物容易隨降雨發生遷移，再次進入土壤、水體，產生二次污染,夏季散發的臭味、孳生的蚊蠅影響周邊環境。
(3)資源化利用率低。污泥資源化處理設施只有龐各莊和昌平2座堆肥廠處理處置技術，產品用于土地改良和園林綠化,年產堆肥產品13.9萬噸，占污泥總量的13.1%。
(4)污泥處理處置政策、標準尚不完善。北京市污泥處理處置監管措施、資源化利用激勵政策尚未制定。目前征收的污水處理費不包含污泥處置費，污泥處置運營資金不足。
2.3北京市污泥處理處置規劃
污泥處置按照因地制宜、協同處置、技術多元和廠內處理優先的原則，綜合考慮技術成熟、經濟合理、運輸條件和征地困難等因素，城區采用熱干化+焚燒的處理處置方式，具有占地較小優點，且可實現污泥減量化、無害化、資源化，實現熱量的循環利用。具體包括三種處置方式熱干化+焚燒，輔以堆肥+農用，以及石灰干化+建材利用的方式，具體規劃如下見圖2所示。在三種主要利用方式中，水泥廠焚燒占31%的比例，主要利用水泥焚燒轉爐的余熱對污泥進行預干化，干化后污泥進入水泥焚燒爐，有機質熱量被利用，焚燒灰用作水泥原材料;污泥制生物碳土用于土地修復的規劃比例為47%，但目前該方式處理和利用方式能力不足，且污泥產品品質評價、利用方式和對環境的影響還需進一步研究;污泥干化后制燃料棒和建材等利用方式占有22%的比例，其熱值折合11萬噸標準煤。
|
小紅門熱干化 |
圖2 北京市城區污泥處理處置設施現狀及規劃圖
圖3北京市2015年城區污泥資源化利用規劃圖
(1)高碑店污泥干化工程
工程規模800噸泥/日,主要處理高碑店污水處理廠產生污泥(700噸濕泥/日)，高碑店污水廠緊鄰華能熱電廠，可就近利用附近華能熱電廠余熱，干化后污泥作為替代燃料補充部分干化所需熱量。
(2)小紅門污泥干化焚燒工程
小紅門污泥干化工程規模600噸/日，主要處理小紅門污水處理廠產生污泥(600噸濕泥/日)，配套建設焚燒設施，焚燒小紅門干化污泥及清河干化干化污泥。小紅門污水廠具有污泥消化設施，可以作為污泥干化的備用熱源，同時將熱干化后污泥焚燒處理處置技術，可以替換部分優質熱源。
(3)龐各莊污泥堆肥場擴建工程
擴建規模300噸/日，主要處理清河部分濕污泥，及吳家村、盧溝橋污水處理廠污泥。堆肥后污泥考慮改良廢棄礦山和沙化土壤。
(4) 琉璃河水泥焚燒處理工程
工程規模500噸泥/日,主要處理西部豐臺區及房山區的污泥，同時接納其他沒有處理的污泥，利用水泥窯的余熱進行干化后焚燒，焚燒灰作為水泥的原料。
3.污泥生態利用研究
用于生態利用的污泥其氮、磷、鉀等植物養分含量需達到一定的量，并且污泥中的重金屬和有毒物質不超過相應的污泥資源化利用泥質標準，因此開展泥質分析與評價，并進行堆肥產品土地利用對作物及土壤影響的研究，為污泥生態利用提供科學依據。
3.1北京市污泥品質分析
(1) 污泥營養成分分析
通過對北京市城區8個污水處理廠和郊區10個污水廠的污泥營養成分分析，結果表明污泥中的總養分和有機質含量均符合污泥農用泥質、園林綠化用泥質和土地改良用泥質標準的要求，且pH在中性范圍，因此，符合污泥生態利用的基本條件，如北京全市106萬噸濕污泥堆肥，相當于尿素1.5萬噸、磷酸二銨2.3萬噸、硫酸鉀0.5萬噸和有機質12.9萬噸發表。
表1 北京市污水處理廠污泥營養成分含量(干基)
|
檢測項目 |
總養分（g/kg） |
有機質（g/kg） |
pH |
|
城區 |
75.01 |
647.00 |
7.23 |
|
郊區 |
111.63 |
535.10 |
7.26 |
|
平均值 |
93.32 |
591.05 |
7.25 |
|
農用標準 |
≥30 |
≥200 |
5.5～9.0 |
|
園林標準 |
≥30 |
≥250 |
5.5～7.8 |
|
土地改良 |
≥10 |
≥100 |
6.5～10 |
(注：總養分=N+P2O5+K2O)
(2) 污泥重金屬含量分析
污泥中的主要有害成分重金屬是限制污泥土地利用的重要因素,表2的分析結果表明北京市污泥中重金屬含量相對較低，只有汞的含量超出污泥農用A級標準和酸性土壤園林利用及土壤改良標準，其余指標符合現行資源化利用的標準要求。隨著我市產業結構的調整，中心城區工業廢水逐年減少，生活污水比重逐年加大，城區污水處理廠污泥中重金屬含量逐年降低;郊區僅個別污水處理廠存在局部時段超標，正在進一步溯源追蹤調查。
污泥生態利用還需要進行堆肥熟化，因此堆肥過程控制可以降低堆肥產品的可揮發性汞的含量，且通過堆肥過程添加剪枝、落葉等園林廢棄物和碧糠、谷殼、秸桿等農業廢棄物作為高溫好氧發酵添加的輔助填充料來控制產品的重金屬含量。
表2 北京市污水處理廠污泥重金屬含量(干基) (mg/kg)
|
檢測項目 |
鉛 |
鎘 |
鉻 |
銅 |
鋅 |
鎳 |
砷 |
汞 |
|
|
城區 |
28.4 |
1 |
28.5 |
154.2 |
750.3 |
14.4 |
14.1 |
7.6 |
|
|
郊區 |
47.1 |
1.3 |
104.3 |
316.3 |
783.6 |
97.4 |
22.2 |
5.1 |
|
|
平均值 |
37.8 |
1.2 |
66.4 |
235.3 |
767.0 |
55.9 |
18.2 |
6.4 |
|
|
農用標準 |
A級 |
300 |
3 |
500 |
500 |
1500 |
100 |
30 |
3 |
|
B級 |
1000 |
15 |
1000 |
1500 |
3000 |
200 |
75 |
15 |
|
|
園林標準 |
酸性 |
300 |
5 |
600 |
800 |
2000 |
100 |
<75 |
5 |
|
堿性 |
1000 |
20 |
1000 |
1500 |
4000 |
200 |
15 |
||
|
土地改良 |
酸性 |
300 |
5 |
600 |
800 |
2000 |
100 |
<75
|
5 |
|
堿性 |
1000 |
20 |
1000 |
1500 |
4000 |
200 |
15 |
||
(3) 污泥微生物種類和數量分析
污泥中的病原菌、細菌等含量過高會影響土壤和環境質量，需要堆肥腐熟殺滅致病微生物。表3污泥微生物含量分析結果表明，糞大腸菌群值超過資源化利用標準的5個量級，細菌總數超過資源化利用標準的2個量級處理處置技術，需要經過妥善處理后才能滿足不同利用的需求。
表3 北京市污水處理廠污泥微生物含量
|
項目 |
糞大腸菌群值 |
細菌總數(MPN/g) |
|
平均值 |
3.0×10-7 |
1.8×107 |
|
園林綠化標準 |
＞10-2 |
/ |
|
土地改良標準 |
＞10-2 |
＜105 |
|
農用標準 |
≥10-2 |
/ |
3.2北京市污泥生態利用研究
由圖4污泥施用量與土壤重金屬含量關系可以看出，隨著污泥堆肥施用量的增加，土壤中鋅的含量也在增加，而Cd、Hg含量一直保持在一個比較穩定的低值，沒有顯著變化。原因是污泥中的Zn的含量遠大于Cd、Hg的含量，且Hg是易揮發性的物質，因此導致土壤積累量沒有明顯變化。若參考用二級土壤環境質量標準中Zn的標準(300mg/kg)，且不考慮Zn的植物吸收和遷移，則每年施用1.2kg/m2污泥可以施用的年數為29年。
圖4污泥施用量與土壤重金屬含量關系圖
4.結論及保障對策
(1) 北京市污泥最終處置的熱干化+焚燒、堆肥+農用及石灰干化+建材利用三種方式，充分結合了現狀及發展趨勢，符合北京市總體規劃要求;
(2) 北京市污泥經堆肥處理后滿足生態利用的標準，對土壤的影響較小，其污泥制生物碳土用于土地修復比例為47%的處置規劃現實可行;
(3)尚需完善投資運行機制、完善標準和監管體系，依托科技創新，推動污泥資源化利用示范工程建設。
參考文獻：
[1]張自杰，林榮忱，金儒霖.排水工程(第四版)[M]. 中國建筑工業出版社，2000年.
[2]朱小山，孟范平，趙希錦.城市污泥的處理技術及資源化展望[J]. 四川環境, 2002,21(4): 8-12.
[3]季冰，黎忠.污泥的處置及利用技術探討[J]. 人民珠江, 2009. 20(6): 60-63.
[4]Blais JF, Tyagi RD, Auelair JC.Bioleaching of metal from sewage sludge, microorganisms and growth kinetics[J]. 1993,27:101-110.
[5]北京市污水處理廠污泥處理處置及循環利用規劃方案(2010-2015).
[6]孫永明,郭衡煥,孫輝明.城市污泥在礦區廢棄地復墾中應用的可行性研究[J].環境科學與技術，2008,31(6):22-25.
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