上海市城市污泥处理与处置方法探讨.docx
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上海市城市污泥处理与处置方法探讨
上海市城市污泥处理与处置方法探讨
本文针对上海污水厂污泥处理现状，通过分析国外在污泥处理与处置所走过的历程和经验教训，结合上海的实际情况，通过从经济、环境、技术等方面的比较，提出了上海城市污泥以集约化处理为主，分散处理为辅；近远结合，分期、分步实施；逐步实现污泥的稳定减量化和资源化的处置思路。
1 概述
在城市污水处理过程中，不可避免的将产生含有大量有机物、丰富的氮、磷以及重金属物质，含水率很高的污泥。
随着污水处理率及处理程度的提高，污泥产量不可避免的会随之愈来愈大，致使污泥的处置问题日益严重。
目前上海市城市污水处理厂有31余座，处理规模99万m3／d，日处理量近77万m3／d，其中仅5家有污泥消化或焚烧装置，由于运行经费、设备等问题，除南桥污水厂污泥消化运行正常、桃浦污水厂污泥焚烧正在调试外，其它都没有运行，目前污泥普遍采用的方法是经适当浓缩脱水后，运至市郊农村作农肥。
根据规划，至2005年，上海市城市污水量约530万m3／d，一级以上的污水处理率约70％，每天产生污泥量22260m3／d（含水量97.5％），如此大的污泥量如不加处理任意排放，将对城市的环境产生很大的影响，尤其是污水厂污泥中含有重金属、致病菌、寄生虫卵等危害人类健康的有机物，如处理不当将污染土壤和作物及水体。
从目前上海市污泥处理的情况来看，主要存在着以下几个方面的问题：
（1）污泥处理率及污泥设施配套率低，污泥处理设施的规模仅占目前污泥量的25％左右，且现有的污泥处理设施由于年久失修，设备老化、标准低，大部分设施无法进行污泥消化处理。
（2）上海城市污水厂污泥现采用简单的浓缩、脱水，并未进行无害化处理，如作农用，将对作物生长以及人类的健康造成危害。
（3）近年来，郊县农民更加习惯于施用化学肥料，致使污泥出路越来越不畅。
因此，如何处理处置城市污泥已成为城市管理部门提高管理水平的重要研究内容之一。
2 国外当前的污泥处理技术及其发展趋势展望
（1）欧洲联盟（EU）国家当前的污泥处理技术
目前国外广泛采用的污泥处置技术可以归纳为三大类：
①土地处置，包括污泥农用和应用于森林或园艺；②单独或者与生活垃圾等共同填埋；③热处置。
表1表示1984年欧盟各国污泥产量及其采用的处置方式。
表2表示1984年欧盟各国采用的污泥处理方法。
表1欧洲各国污泥产量以及其采用的处置方法（1984）
国家
人口（百万）
污泥量（干泥×1000／年）
处理方法（%）
农用
填埋
焚烧
其它
比利时
9.9
75
31
56
9
4
丹麦
5.1
130
37
33
28
2
法国
56
700
50
50
0
0
西德
62
2500
25
63
12
0
希腊
／
15
3
97
0
0
爱尔兰
／
24
28
18
0
54
意大利
57
800
34
55
11
0
卢森堡
0.4
15
81
18
0
1
荷兰
15
282
44
53
3
0
葡萄牙
～
200
80
13
0
7
西班牙
39
280
10
50
10
30
英国
57
1075
51
16
5
28
总量
301.8
6096
36
44
8
12
表2欧盟各国污泥脱水及采用的处理方法（1984）
国家
污泥处理方法所占的比率（%）
浓缩
脱水
厌氧消化
好氧消化
堆肥
石灰法
比利时
53
60
67
22
0
2
丹麦
～
95
50
40
1
5
法国
～
～
49
17
0*
0
西德
～
77
64
12
3
0
希腊
0
0
97
3
0
0
爱尔兰
14
33
19
8
0
0
意大利
75
90
56
44
0
0
卢森堡
～
80
81
0
5
0
荷兰
～
53
44
35
0
0
西班牙
～
70
65
5
～
26
英国
74
42
48
1
1
2
总比率
43
61
56
17
1
2
注：
*有17％的污泥用未知方法进行了处理，其中可能包括堆肥。
下图1～图2表示1994年欧盟各国采用的各处置方法比例及其采用的各种污泥稳定方法比例。
从上述图表可以看出，1994年欧盟各国76％的污水厂污泥在处置前进行了稳定化处理，其中厌氧消化是最常用的方法；在将污泥应用于农业的国家，采用消化方法处理污泥的比例更高，在消化法中，厌氧消化一般被大型污水厂采用，而好氧消化往往被小型污水厂采用。
除了英国（由于将污泥应用于排海），所有国家的污泥在处置前均进行了脱水处理。
（2）欧洲联盟（EU）国家的污泥处理技术发展趋势
由于可使用土地面积、处理成本、越来越严格的环境标准以及资源回收政策的普及等因素，欧盟国家普遍认识到污泥的填埋处置不是一种可持续的发展方法，许多成员国对填埋污泥的物理性质有了正式或实验性的限制，这种限制是基于促进污泥有机物质的利用以及减少填埋场甲烷气体和渗滤液的考虑而制定的。
也有观点认为污泥的热干燥是克服这种限制的一种解决办法，但是在对填埋污泥有机物总量进行限制的国家，这仅仅是一种短期的补救办法，故在不久的将来，德国、法国、丹麦以及其它国家，可能仅有污泥焚烧灰是适宜于填埋的污泥形式。
许多国家认识到在长远上污泥的农用是一条基本的出路，重金属、过量的有机物以及氮、磷等均是限制污泥农用的主要因素，但考虑到在过去的10年到20年间污泥性质的巨大变化，可以预见污泥农用的比例将会增加。
目前经焚烧处置的污泥在欧盟总的污泥处置量中仍只占较小的比例，但是污泥的焚烧处置不仅是一种有效降低污泥体积的方法，设计良好的焚烧炉不但能够自动运行，还能够提供多余的能量和电力，因此几乎所有的成员国均期望通过焚烧处置污泥来解决日益增长的污泥量和以前通过填理处置的部分污泥。
尽管也有一些其它的污泥处置方法（如土壤改良和堆肥产品化等），并且这些方法在一些国家也有其不容忽视的地位，但是除非有更有效的工艺，其对污泥出路的影响仍是比较小的。
由上述发展趋势可以预料各种污泥处置方法的比例将发生显著的变化，预计在2005年欧盟各国采用各污泥处置方式的比例如下：
回收利用占45％、焚烧占38％、填埋占17％。
3 污水厂污泥处置的主要方法及工艺选择
通过对国外，尤其是西方发达国家采用的污泥处置方法分析比较，可以看出，污泥的最终处置主要采用：
污泥农用、卫生填埋以及焚烧，影响要素可以归纳为：
①技术可靠程度；②处理费用和能力；③环境污染的危险性；④资源化利用价值及其它因素等。
表3是污泥农用、焚烧以及卫生填埋三种基本处置方法的概括比较。
表3三种主要污泥处置方法对照比较表
项目\处置方法
污泥农用
焚烧
卫生填埋
技术可靠性
可靠，有较长的应用时间和实践
可靠，国外有许多工程实例
可靠，有一定的实践经验
操作安全性
较好
较好
较好，需注意防火及防爆
选址
大面积选址较困难
容易，可靠近市区建设
较难，要考虑一定的地理适用条件，一般远离市区
占地面积
大
小
较大
运输情况及费用
运输计划比较复杂，要考虑到气候等多种因素的影响，费用高
容易，如就近焚烧可节约运输费用
运输计划较容易，但运输距离较长，费用高
适用条件
对重金属、病原菌以及其它有害物质有一定的要求
对热值有一定的要求
适用范围广
资源化利用
可以较大程度的利用污泥中的有机物
可以利用部分热能
较少
地面水污染
可能，通过适当选址及控制使用量可避免
较小
有可能，采取措施可防止
地下水污染
可能，通过适当选址及控制应用量可避免
无
有可能，需采取防渗措施，但仍可能渗漏
大气污染
可能会有臭味等
可以处理，但处理费用较高
可用导气、覆盖等措施加以控制
土壤污染
可能，通过适当选址及控制应用量可避免
无
限于填埋场区域
管理
较复杂
较容易
较容易
其它
费用最少，但是需要控制污水处理厂进水中重金属的含量
投资及处置费用最高，但运输费用最小，如靠近污水厂则无运输问题
对污泥的含水率有一定要求，需填埋前将污泥干化，或与其它物质共同填埋
处理成本
低
高
较高
无论是从经济因素，还是从肥效利用因素出发，污泥的土地利用特别是污泥的农用都是一种符合我国国情的处置方法。
但上海市污水厂污泥中部分重金属含量接近或者超过了我国农用污泥中污染物控制标准，这就部分限制了污水厂污泥的农业应用。
因此，在考虑采用污泥农用处置部分污泥的同时，必须寻找其它适合的污泥处置方法。
污泥处置主要由浓缩、脱水、消化、干化以及最终处置，在污泥的处理流程中，为了便于后续的处置及运输，一般包括浓缩和脱水两个方法，而消化和干化则视后续处置方法的不同分别选用。
污泥处理的流程与污泥处置方向的选择密切相关，根据不同的污泥处置方向，可用不同的污泥处理流程的组合。
下面就污泥进行填埋及焚烧处置方式进行多方案的初步比较。
结合国内外污水厂污泥的处理流程，并参考1994年《日本下水道设施计划指针和解说》，污泥处理工艺流程主要有以下几种：
（1）原污泥→浓缩→消化→脱水→卫生填埋及综合利用
为便于对上述两方案进行经济比较，以拟建石洞口污水处理厂污泥量为例进行。
各方案污泥量参数如表4及表5示。
表4方案一污泥量参数
阶段
干泥量（T／d）
含水率（％）
湿污泥体积（m3／d）
备注
原污泥
60
99
6000
浓缩污泥
60
96
1500
消化污泥
40
96
1000
脱水污泥
（1）
40
80
200
脱水污泥
（2）
40
65
114（重量按120T计）
脱水采用高干度离心脱水机
表5方案二污泥量参数
阶段
干泥量（T／d）
含水率（％）
湿污泥体积（m3／d）
备注
原污泥
60
99
6000
浓缩污泥
60
96
1500
脱水污泥
60
80
300
脱水采用离心脱水机
焚烧灰分
20
0
二方案污泥处理、处置工程建设费用比较如下表6示。
表6污泥处理、处置工程费用比较
工程费用名称
方案一（万元）
方案二（万元）
填埋全部国产设备
填埋40％进口、60％国产设备
焚烧采用进口设备
焚烧采用国产设备
污泥调蓄池
160
160
160
160
污泥消化池
3000
3000
～
～
消化池操作楼
400
400
～
～
沼气柜
550
550
～
～
浓缩脱水机房
2100
2100
2100
2100
焚烧厂
～
～
8000
5000
卫生填埋场*
1100
1500
～
～
污泥运输工具
80
80
20
20
合计
7390
7790
10280
7280
注：
*卫生填埋场建设费用参照1996年环卫协会会刊数据。
假设上述两方案均采用国产设备，其运行费用计算如下表7示。
表7二方案污泥处理、处置运行费用*
浓缩费用（元／天）
消化费用（元／天）
脱水费用（元／天）
焚烧费用（元／天）
填埋费用（元／天）
运输费用（元／天）
单位成本（元／TDS）
方案一
（1）
4350
6300
7600
～
3000
6000
454.2
方案一
（2）
4350
6300
13100
～
1800
3600
485.8
方案二
4350
～
11400
16100
300
600
545.8
注：
*以上各项费用均不包括维修管理、员工福利及贷款利息等费用，如将上述费用折算入污泥处理成本，则单位处理成本约增加300元/TDS。
由以上计算和分析可知，填埋前如考虑消化处理，则污泥填埋方案总投资与焚烧法相当，但是其运行费用要低于焚烧法，并且，由于运输费用在填埋方案中占有较大比重，如果能够在污水厂附近就近建造填埋场，则填埋方案运行费用还将降低；采用高干度脱水机填埋方案运行费用要大于普通脱水填埋方案，但由于对于同样体积的污泥而言，普通脱水方案（含水率为80％）的污泥填埋因须掺入填充料（含水率为80％的污泥其掺入的填充料体积约为污泥体积的50％）而使其所需的填埋场面积远大于高干度脱水（含水率为65％）的污泥填埋方案，并且运行费用中填埋费用系参照市政垃圾填埋费用计算，如掺入填充料则运行费用还将上升。
因此对有合适地方兴建较大面积填埋场的污水厂建议优先考虑污泥普通脱水填埋处置方案，在仅有一定面积兴建填埋场的污水厂建议考虑采用高干度脱水方案，对于填埋土地难以寻找致使污泥运输距离大大增加的污水厂可适当考虑用焚烧法处置污泥。
4 上海城市污泥处理与处置方向
选择有效的污泥处置方法，应兼顾到环境生态效益与处置成本经济效益之间的均衡，一种有效的、适合本地具体情况的污泥处置方法应该是在环境上安全、社会上被接受以及经济上有效的方法，参考国外发达国家处置污泥的经验，并结合上海的实际情况，上海市的污泥处置将逐步实现污泥的稳定减量化和资源化，并以集约化处理为主，分散处理为辅；处置原则为“焚烧一点，填埋一点，利用一点”；近远期相结合，分期、分步实施。
根据污水系统布局以及污泥产量的不同，可将上海市污泥分成六个部分分别进行处置。
（1）石洞口污水排放系统污水处理厂拟采用一体化活性污泥法，因污水量大、产泥量大可单独设集约化污泥处理场进行污泥处置。
因污泥量大，如果采用填埋法处置污泥，在石洞口附近合适区域会面临占地面积较大而难以寻找处置场的问题，二级污水处理厂污泥有较高的热值，在一定的含水率以下，具有自持燃烧的可能，因此石洞水污水处理厂污泥可采用焚烧法处置，焚烧后的灰分要积极寻找有效利用出路或用作污泥填埋填充料以降低处理成本。
（2）竹园排放系统污水处理厂近期拟用化学法加强一级处理，由于竹园污水处理厂场地比较小，且其离白龙港污水处理厂距离较近，因此可以将竹园污水处理厂污泥脱水后运至白龙港污泥集约化处理场集中处置。
（3）白龙港排放系统污水处理厂近期拟用化学法一级加强处理，污泥经脱水后同竹园厂污泥一并进行集中处置。
处置的方法结合围海造地以填埋为主，考虑污泥填埋场所需面积，竹园及白龙港污水处理厂污泥拟均采用高干度离心脱水填埋方案进行处置。
远期，结合污水处理厂处理程度的提高，采用高温焚烧（1200～1300℃），焚烧后的灰分将成为玻璃态骨料，可作为道路路基等材料，以降低处理成本。
（4）杭州湾污泥处理厂主要处置金山污水排放系统、奉贤污水南排系统、星火工业区污水系统污水厂的污泥。
各厂污泥经浓缩脱水后集中于杭州湾污泥厂作焚烧处置，焚烧后的灰分要积极寻找有效利用出路或用作污泥填埋填充料以降低处理成本。
（5）中心城保留的污水厂中，桃浦厂有污泥焚烧装置，故该厂污泥进行焚烧处置，余下污水厂产生的污泥，可考虑脱水后运输到就近的集约化污泥厂里集中处理。
（6）郊县污水处理厂污泥的产生量较小且分布较零散，污水厂进水以生活污水为主，由于其周围地区即有可用农田，故其污泥可经适当的稳定及无害化处理后农用。
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