北京市污泥处置现状及生态利用研究_处理处置技术
导读:：污泥作为一种废弃物。处理处置技术多样化。污泥生态利用研究。北京市污泥处置现状及生态利用研究。
关键词：污泥，处理处置技术，北京污泥现状，污泥处置规划，生态利用
污泥作为一种废弃物， 是在污水处理过程中分离出来的固体，每处理万吨污水产生5～10吨含水率为80%左右的污泥。污泥成分及来源均比较复杂，其中含有大量的氮、磷、钾等多种营养元素和有机质可利用成分;也可能含有有毒、有害( 二唖英) 、难降解的有机物( 多氯联苯等) 、重金属( 锌、铜、铬、砷、汞、镉等)、病原菌及寄生虫( 卵) 等物质， 大量未经处理的污泥任意堆放和排放都容易对环境造成了新的二次污染。因此污泥需要及时处理处置，以达到减量化、稳定化、无害化及资源化利用的目的。
污泥中有机质、氮、磷养分丰富, 是一种值得利用的肥源。北京市污泥中含有丰富的营养物质，2008年北京全市106万吨湿污泥相当于尿素1.5万吨、磷酸二铵2.3万吨、硫酸钾0.5万吨和有机质12.9万吨;但污泥中又含有各种各样污染物质, 施用不当会造成土壤和地下水污染。按照2015年北京市污泥最终处置规划，土地修复利用占有很大的比例，因此，开展泥质分析，研究污泥堆肥后符合园林绿化、矿山修复和沙化土地改良用工艺产品是十分必要。
1. 国内外污泥处理处置现状
污泥处理处置的方式各个国家不尽相同，同一国家的小同地区也相差很大。目前污泥的处理处置手段包括排海、卫生填埋、焚烧以及土地利用等。一些发达国家的污泥处置及利用情况如下：
图1污泥的主要处置与利用情况 %
污泥填埋占有很大的比例，约40%左右;污泥排海自20世纪90年代后被禁止;污泥焚烧由于价格昂贵处理处置技术，且焚烧过程中容易产生二噁英污染，在很多国家对污泥的焚烧处置都有着严格的限制;污泥农用比例在30%以上，但要严格控制其中的重金属含量，而园林绿化、生态改良、市政绿化等土地利用方式表现出较好的应用前景。
我国常用的污泥处置方法包括：堆肥处理、卫生填埋、焚烧处理、水体消纳和上地利用(排入江河湖海的方法)，但每种方式的具体比例还有待进一步统计。
2 北京市污泥处理处置现状及存在的主要问题
北京市污泥总体状况为产生量大，资源化利用率低。其中，中心城区建成污水处理厂9座，日处理能力256万立方米，污水处理率达到95%;郊区卫星城建成污水处理厂16座，镇级污水处理厂42座，污水处理率达到48%。2010年北京市污泥总量为3800吨，其中城区污泥量约为2500t/d，郊区污泥量约为1200t/d，预计2015年污泥年产量5000t/d，其中中心城区3200 t/d，郊区1800 t/d。目前，不足50%的污泥进行了堆肥和建材利用等处置和资源化利用，其余污泥进行简单临时堆置，缺乏有效的最终出路。
2.1 北京市污泥处理处置现状
北京市现共有6处污泥处置设施，处理处置技术多样化，包括清河热干化厂、方庄和小红门石灰干化厂、庞各庄堆肥厂、昌平区堆肥厂、北京水泥厂干化焚烧6座污泥处理设施，日处理能力为1810吨，处理能力不足污泥总产量的50%。
(1) 小红门和方庄污泥钙化处理厂
小红门和方庄污泥钙化厂处置能力分别为500吨/天和30吨/天，采用具有自主知识产权的增钙热干化工艺和装备，该技术以氧化钙为干化发热剂取代外加热源，工艺简单，干化后污泥渣可用做路基材料或替代部分水泥原料。
(2)庞各庄和昌平污泥堆肥处理厂
庞各庄堆肥厂处理能力200吨/天处理处置技术，昌平堆肥厂处理能力80吨/天，堆肥技术该技术占地大、处置效率受季节波动明显，但初始投资较小、熟化污泥可进行土地利用(农业、园林、绿化、生态修复等)。目前,该厂熟化污泥主要被周边省、市的肥料厂以低价收购。
(3) 北京水泥焚烧处理厂
处理能力500吨/天，采用水泥窑余热干化-焚烧技术，该技术使用进口干化设备，自动化程度高，但初始投资较大。干化后污泥作为水泥窑燃料替代部分焦煤。
(4) 清河热干化处理厂
处理能力400吨/天 ，采用流化床间接热干化技术，含水率由80%下降到10%,该技术全部使用进口装置，以天然气燃烧为热源，主要构筑物包括冷却水泵井、污泥运转仓间、干燥车间、干料仓、生物除臭池，建筑面积1800平方米，初始投资和运行成本较大。干化后污泥含水率过低、恶臭严重，需密闭运输和后期处置。
2.2北京市污泥处置存在的主要问题
污泥的最终安全消纳包括处理和处置与资源化利用两个阶段;一为处理阶段，主要对污泥进行稳定化、减量化和无害化处理，包括浓缩(调理)、脱水、厌氧消化、好氧消化、石灰稳定、堆肥、干化和焚烧等。二为处置与资源化阶段，是污泥的最终安全消纳过程，一般包括土地利用、填埋、建筑材料利用和焚烧等。当前北京市污泥处理处置存在的主要问题为：
(1) 污泥脱水减量化处理程度低。污泥只经过浓缩、脱水等常规处理过程，含水率仍高达80%，运输过程易遗洒，并影响后续处置。
(2) 污泥处理设施严重不足发表。随着污水处理量提高，污泥产量急剧攀升，导致污泥处理和最终处置率不足50%。大量污泥简单堆置于废弃沙坑和沙荒地，没有进行稳定化和无害化处理，污泥中的污染物容易随降雨发生迁移，再次进入土壤、水体，产生二次污染,夏季散发的臭味、孳生的蚊蝇影响周边环境。
(3)资源化利用率低。污泥资源化处理设施只有庞各庄和昌平2座堆肥厂处理处置技术，产品用于土地改良和园林绿化,年产堆肥产品13.9万吨，占污泥总量的13.1%。
(4)污泥处理处置政策、标准尚不完善。北京市污泥处理处置监管措施、资源化利用激励政策尚未制定。目前征收的污水处理费不包含污泥处置费，污泥处置运营资金不足。
2.3北京市污泥处理处置规划
污泥处置按照因地制宜、协同处置、技术多元和厂内处理优先的原则，综合考虑技术成熟、经济合理、运输条件和征地困难等因素，城区采用热干化+焚烧的处理处置方式，具有占地较小优点，且可实现污泥减量化、无害化、资源化，实现热量的循环利用。具体包括三种处置方式热干化+焚烧，辅以堆肥+农用，以及石灰干化+建材利用的方式，具体规划如下见图2所示。在三种主要利用方式中，水泥厂焚烧占31%的比例，主要利用水泥焚烧转炉的余热对污泥进行预干化，干化后污泥进入水泥焚烧炉，有机质热量被利用，焚烧灰用作水泥原材料;污泥制生物碳土用于土地修复的规划比例为47%，但目前该方式处理和利用方式能力不足，且污泥产品品质评价、利用方式和对环境的影响还需进一步研究;污泥干化后制燃料棒和建材等利用方式占有22%的比例，其热值折合11万吨标准煤。
|
小红门热干化 |
图2 北京市城区污泥处理处置设施现状及规划图
图3北京市2015年城区污泥资源化利用规划图
(1)高碑店污泥干化工程
工程规模800吨泥/日,主要处理高碑店污水处理厂产生污泥(700吨湿泥/日)，高碑店污水厂紧邻华能热电厂，可就近利用附近华能热电厂余热，干化后污泥作为替代燃料补充部分干化所需热量。
(2)小红门污泥干化焚烧工程
小红门污泥干化工程规模600吨/日，主要处理小红门污水处理厂产生污泥(600吨湿泥/日)，配套建设焚烧设施，焚烧小红门干化污泥及清河干化干化污泥。小红门污水厂具有污泥消化设施，可以作为污泥干化的备用热源，同时将热干化后污泥焚烧处理处置技术，可以替换部分优质热源。
(3)庞各庄污泥堆肥场扩建工程
扩建规模300吨/日，主要处理清河部分湿污泥，及吴家村、卢沟桥污水处理厂污泥。堆肥后污泥考虑改良废弃矿山和沙化土壤。
(4) 琉璃河水泥焚烧处理工程
工程规模500吨泥/日,主要处理西部丰台区及房山区的污泥，同时接纳其他没有处理的污泥，利用水泥窑的余热进行干化后焚烧，焚烧灰作为水泥的原料。
3.污泥生态利用研究
用于生态利用的污泥其氮、磷、钾等植物养分含量需达到一定的量，并且污泥中的重金属和有毒物质不超过相应的污泥资源化利用泥质标准，因此开展泥质分析与评价，并进行堆肥产品土地利用对作物及土壤影响的研究，为污泥生态利用提供科学依据。
3.1北京市污泥品质分析
(1) 污泥营养成分分析
通过对北京市城区8个污水处理厂和郊区10个污水厂的污泥营养成分分析，结果表明污泥中的总养分和有机质含量均符合污泥农用泥质、园林绿化用泥质和土地改良用泥质标准的要求，且pH在中性范围，因此，符合污泥生态利用的基本条件，如北京全市106万吨湿污泥堆肥，相当于尿素1.5万吨、磷酸二铵2.3万吨、硫酸钾0.5万吨和有机质12.9万吨发表。
表1 北京市污水处理厂污泥营养成分含量(干基)
|
检测项目 |
总养分（g/kg） |
有机质（g/kg） |
pH |
|
城区 |
75.01 |
647.00 |
7.23 |
|
郊区 |
111.63 |
535.10 |
7.26 |
|
平均值 |
93.32 |
591.05 |
7.25 |
|
农用标准 |
≥30 |
≥200 |
5.5～9.0 |
|
园林标准 |
≥30 |
≥250 |
5.5～7.8 |
|
土地改良 |
≥10 |
≥100 |
6.5～10 |
(注：总养分=N+P2O5+K2O)
(2) 污泥重金属含量分析
污泥中的主要有害成分重金属是限制污泥土地利用的重要因素,表2的分析结果表明北京市污泥中重金属含量相对较低，只有汞的含量超出污泥农用A级标准和酸性土壤园林利用及土壤改良标准，其余指标符合现行资源化利用的标准要求。随着我市产业结构的调整，中心城区工业废水逐年减少，生活污水比重逐年加大，城区污水处理厂污泥中重金属含量逐年降低;郊区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。
污泥生态利用还需要进行堆肥熟化，因此堆肥过程控制可以降低堆肥产品的可挥发性汞的含量，且通过堆肥过程添加剪枝、落叶等园林废弃物和碧糠、谷壳、秸杆等农业废弃物作为高温好氧发酵添加的辅助填充料来控制产品的重金属含量。
表2 北京市污水处理厂污泥重金属含量(干基) (mg/kg)
|
检测项目 |
铅 |
镉 |
铬 |
铜 |
锌 |
镍 |
砷 |
汞 |
|
|
城区 |
28.4 |
1 |
28.5 |
154.2 |
750.3 |
14.4 |
14.1 |
7.6 |
|
|
郊区 |
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 |
|
|
农用标准 |
A级 |
300 |
3 |
500 |
500 |
1500 |
100 |
30 |
3 |
|
B级 |
1000 |
15 |
1000 |
1500 |
3000 |
200 |
75 |
15 |
|
|
园林标准 |
酸性 |
300 |
5 |
600 |
800 |
2000 |
100 |
<75 |
5 |
|
碱性 |
1000 |
20 |
1000 |
1500 |
4000 |
200 |
15 |
||
|
土地改良 |
酸性 |
300 |
5 |
600 |
800 |
2000 |
100 |
<75
|
5 |
|
碱性 |
1000 |
20 |
1000 |
1500 |
4000 |
200 |
15 |
||
(3) 污泥微生物种类和数量分析
污泥中的病原菌、细菌等含量过高会影响土壤和环境质量，需要堆肥腐熟杀灭致病微生物。表3污泥微生物含量分析结果表明，粪大肠菌群值超过资源化利用标准的5个量级，细菌总数超过资源化利用标准的2个量级处理处置技术，需要经过妥善处理后才能满足不同利用的需求。
表3 北京市污水处理厂污泥微生物含量
|
项目 |
粪大肠菌群值 |
细菌总数(MPN/g) |
|
平均值 |
3.0×10-7 |
1.8×107 |
|
园林绿化标准 |
＞10-2 |
/ |
|
土地改良标准 |
＞10-2 |
＜105 |
|
农用标准 |
≥10-2 |
/ |
3.2北京市污泥生态利用研究
由图4污泥施用量与土壤重金属含量关系可以看出，随着污泥堆肥施用量的增加，土壤中锌的含量也在增加，而Cd、Hg含量一直保持在一个比较稳定的低值，没有显著变化。原因是污泥中的Zn的含量远大于Cd、Hg的含量，且Hg是易挥发性的物质，因此导致土壤积累量没有明显变化。若参考用二级土壤环境质量标准中Zn的标准(300mg/kg)，且不考虑Zn的植物吸收和迁移，则每年施用1.2kg/m2污泥可以施用的年数为29年。
图4污泥施用量与土壤重金属含量关系图
4.结论及保障对策
(1) 北京市污泥最终处置的热干化+焚烧、堆肥+农用及石灰干化+建材利用三种方式，充分结合了现状及发展趋势，符合北京市总体规划要求;
(2) 北京市污泥经堆肥处理后满足生态利用的标准，对土壤的影响较小，其污泥制生物碳土用于土地修复比例为47%的处置规划现实可行;
(3)尚需完善投资运行机制、完善标准和监管体系，依托科技创新，推动污泥资源化利用示范工程建设。
参考文献：
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