中國城市污泥處理處置技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及建議
文／北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院 俞金海
1. 中國城市污水處理及工藝應(yīng)用概況
1.1 污水處理廠及處理能力統(tǒng)計(jì)
近年來，中國城鎮(zhèn)污水處理事業(yè)獲得了極大發(fā)展。據(jù)住建部統(tǒng)計(jì)，至2009年3月，我國已建和在建污水處理廠總數(shù)已達(dá)3475座，設(shè)計(jì)污水處理能力達(dá)14721萬噸/天（如圖1），據(jù)國家發(fā)展和改革委員會(huì)《關(guān)于2008年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃執(zhí)行情況與2009年國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃草案的報(bào)告》，2008年，我國城市污水處理率已經(jīng)達(dá)到65%，已經(jīng)超過“十一五”污水防治規(guī)劃設(shè)定的60%目標(biāo)。據(jù)住建部預(yù)測(cè)至2015年，全國污水處理廠設(shè)計(jì)處理能力將達(dá)到17500萬噸/天。
1.2 污水處理廠規(guī)模及污水處理工藝統(tǒng)計(jì)
據(jù)國家環(huán)境保護(hù)部第30號(hào)《關(guān)于公布全國城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施和燃煤電廠脫硫設(shè)施的公告》，在我國城鎮(zhèn)污水處理廠以中小型為主（占90.4％），如表1，處理工藝以好氧生物法為主（約92%），其中氧化溝、傳統(tǒng)活性污泥法和A/A/O等工藝各占29.19%、26.89%和14.99%，如表2。
表1 我國城鎮(zhèn)污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模
設(shè)計(jì)處理規(guī)模（萬噸/天） <5 5~10 10~20 >20
數(shù)量（座） 1094 281 95 51
百分比（%） 71.93 18.47 6.25 3.35
表2 我國城鎮(zhèn)污水處理廠污水處理工藝
應(yīng)用情況調(diào)查（2004）
工藝 A/A/O 氧化溝 SBR A/O MBR CASS 活性
污泥 BIOLAK 其它
比例(%) 14.99 29.19 8.94 5.98 0.13 3.48 26.89 2.70 8.15
注：其中有部分污水處理廠一期和二期工程所采用的工藝不同.
采用好氧生物污水處理工藝不可避免的結(jié)果是會(huì)產(chǎn)生大量各種類型的污泥，主要是剩余活性污泥。
2. 中國污泥產(chǎn)生及處理處置概況
據(jù)環(huán)境部預(yù)測(cè)，至2010年底，全國污泥產(chǎn)生量將達(dá)到3000萬噸（含水率80%），從而成為我國城鎮(zhèn)新的環(huán)境污染威脅源。
據(jù)調(diào)查，目前我國大部分污泥多為無序堆存或簡單填埋（胡華龍，2003），主要處置方式是脫水后直接與生活垃圾混合填埋（31%）或農(nóng)業(yè)利用（44.8%）。有污泥穩(wěn)定處理設(shè)施的不到1/4，能穩(wěn)定運(yùn)行的不足10%（甘一萍，2005）。即便是在中國經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的長三角地區(qū)（張辰，2006），基本只進(jìn)行了脫水處理，且其中60％的污水處理廠脫水污泥達(dá)不到含水率80％以下的要求。由于污泥處理處置的不當(dāng)和根本未進(jìn)行合理處置而導(dǎo)致各地與污泥污染相關(guān)的報(bào)道頻頻見諸公眾（圖2）。譬如：2003年，三峽庫區(qū)發(fā)生17座污水處理廠大量污泥無處填埋而導(dǎo)致水環(huán)境嚴(yán)重“二次污染”事件，2005年，王小郢污水處理廠大量污泥因當(dāng)?shù)厝罕姷种茻o法外運(yùn)而向合肥市污水管理處發(fā)出要求允許其停止運(yùn)行污水處理的緊急報(bào)告，2006年12月發(fā)生上海石洞口污水處理廠將干化污泥運(yùn)至青浦區(qū)河塘傾倒偷排事件，2007年，廣州銘德污泥處理廠因污泥處理不當(dāng)造成了嚴(yán)重臭氣污染而影響周邊群眾正常生活事件等。
3. 中國污水污泥處理處置技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題
3.1 污泥處理處置技術(shù)管理體系建設(shè)
從2003年開始，隨著中國各級(jí)政府開始重視污泥污染問題，各部門采取多管齊下、齊頭并進(jìn)的方式來推動(dòng)中國污泥處理處置事業(yè)的發(fā)展。首先，環(huán)境保護(hù)部將污泥作為環(huán)境技術(shù)管理體系建設(shè)的首批6大試點(diǎn)行業(yè)之一，并于2009年先后發(fā)布了《城市污水處理廠污泥處理處置最佳可行技術(shù)導(dǎo)則》、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置工程技術(shù)規(guī)范》和《城市污水處理廠污泥處理處置技術(shù)政策》三個(gè)文件，分別從技術(shù)指南、技術(shù)規(guī)范和技術(shù)政策方面提出指導(dǎo)和規(guī)范；其次，住建部通過制定并先后發(fā)布《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》、《分類標(biāo)準(zhǔn)》、《泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》、《園林綠化用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》和《混合填埋泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》等一系列標(biāo)準(zhǔn)，來規(guī)范污泥處理處置市場(chǎng)的運(yùn)營；第三，科技部和財(cái)政部通過“863”計(jì)劃和國家重大水污染控制專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的支持，不斷加大對(duì)污泥處理處置技術(shù)研究和設(shè)備開發(fā)方面的投入，積極推動(dòng)污泥處理處置技術(shù)和設(shè)備國產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化。
3.2 發(fā)展現(xiàn)狀
中國污泥處理處置技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)從最初的單純由企業(yè)推動(dòng)，發(fā)展到目前國家和地方政府層面的積極推進(jìn)，通過近幾年來的積極引進(jìn)、消化吸收和自主開發(fā)，我國在污泥處理處置技術(shù)研究和設(shè)備開發(fā)方面有了長足進(jìn)步，不斷有關(guān)于污泥處理處置新技術(shù)、工藝和設(shè)備投入示范工程研究和實(shí)際工程建設(shè)運(yùn)營的報(bào)道。
在污泥過程減量化技術(shù)方面，北京工業(yè)大學(xué)開發(fā)的依靠降低微生物產(chǎn)率和增強(qiáng)微生物內(nèi)源呼吸、促進(jìn)微生物自身的分解的浸沒式膜生物反應(yīng)器工藝，中科院水生所利用水蚯蚓喜食污泥，且性喜抱團(tuán)生長和附著填料及壽命長的特點(diǎn)，在浙江諸暨污水處理廠進(jìn)行的水蚯蚓生物消化污泥技術(shù)開發(fā)；北京紫石千年環(huán)保設(shè)備有限公司利用低頻超聲波（20kHz~100kHz）試驗(yàn)裝置對(duì)廣州大坦沙城市污水處理廠的污水污泥進(jìn)行了中試試驗(yàn)，東莞某污水處理廠采用清華大學(xué)開發(fā)的水熱干化+厭氧消化+脫水工藝處理污泥。
在污泥脫水技術(shù)和設(shè)備的開發(fā)方面，西安市污水處理廠采用了日本石垣株式會(huì)社的螺旋壓榨脫水機(jī)，蘇州市污水處理廠采用了安德里茲生產(chǎn)的全自動(dòng)隔膜板框壓濾機(jī)，浙江紹興某污水處理廠采用北京格林蘭德公司開發(fā)的新型污泥板框壓濾脫水技術(shù)試驗(yàn)系統(tǒng)等，均取得不錯(cuò)的脫水效果。
在污泥穩(wěn)定化處理技術(shù)開發(fā)方面，上海嘉定大眾污水處理廠和北京方莊污泥處置廠采用污泥石灰穩(wěn)定技術(shù)將污泥穩(wěn)定處理后進(jìn)行填埋，北京大興龐各莊堆肥廠、山西太原楊家堡污水處理廠、深圳浜河污水處理廠、山東壽光和河北秦皇島等均采用高溫好氧發(fā)酵技術(shù)將脫水污泥進(jìn)行堆肥處理后，生產(chǎn)有機(jī)復(fù)合肥用作農(nóng)田肥料，其它城市如石家莊、太原、西安等均做過污泥制有機(jī)肥的試生長試驗(yàn)。
在污泥干化技術(shù)的應(yīng)用方面，北京清河污水處理廠和重慶唐家沱污水處理廠采用進(jìn)口流化床干燥工藝將脫水污泥干化后用作肥料，北京水泥廠引進(jìn)渦輪薄膜干化工藝處理污泥后用作水泥生產(chǎn)原料。
在焚燒技術(shù)應(yīng)用和研究方面，上海石洞口污水處理廠和杭州七格污水處理廠采用引進(jìn)的流化床干化焚燒工藝、浙江蕭山污水處理廠采用自主開發(fā)的噴霧干燥+回轉(zhuǎn)式焚燒爐集成干化焚燒工藝，江蘇常州、南京和揚(yáng)州等地的一些熱電廠采用了將脫水污泥與燃煤混合直接混燒的方式處理處置污泥，等等。
3.3 存在問題
縱觀我國污泥處理處置技術(shù)和工藝設(shè)備的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀，主要存在以下一些問題和矛盾。
首先是污泥處理處置技術(shù)和工藝設(shè)備發(fā)展依然落后。當(dāng)前我國有些污水處理廠所采用的污泥處理技術(shù)雖然與先進(jìn)國家沒有太大的差別，但在工藝設(shè)備設(shè)計(jì)和制造水平、工藝系統(tǒng)完善水平、自動(dòng)控制水平、污染物控制水平等方面還與先進(jìn)國家存在很大差距，盲目引進(jìn)的國外技術(shù)，又由于與我國污泥性質(zhì)難以匹配，而導(dǎo)致設(shè)備性能降低，處理效果下降，進(jìn)而要么使得設(shè)備投資成本和設(shè)備維護(hù)與運(yùn)營成本大幅攀升，要么就閑置不用，造成國家資金的浪費(fèi)。譬如，已建干化焚燒廠的污泥干燥器和焚燒爐及自動(dòng)控制系統(tǒng)均需依賴進(jìn)口，但投資成本高昂，且由于操作控制和運(yùn)行維護(hù)要求高，難以適應(yīng)我國污泥含水率高、含砂量大和熱值低等特點(diǎn)，致使實(shí)際運(yùn)行效果不佳，而國產(chǎn)化裝備大多是對(duì)國外單元機(jī)械設(shè)備的簡單模仿，雖然投資成本低，但因缺乏有效技術(shù)支撐，因此在單元設(shè)備設(shè)計(jì)制造、系統(tǒng)集成和優(yōu)化設(shè)計(jì)、過程控制、能量利用效率、自動(dòng)控制、安全保障、污染控制和運(yùn)行管理等方面均難以達(dá)到令人滿意的結(jié)果。
其次是研發(fā)經(jīng)費(fèi)不足，完全依靠市場(chǎng)推動(dòng)策略失敗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，用現(xiàn)階段常規(guī)污泥處理系統(tǒng)(不包括終端處置)建造大中型污水廠中的污泥處理工程所需資金約占二級(jí)處理廠全部費(fèi)用的40%，但國內(nèi)現(xiàn)有水平僅在24%~45%，而歐、美發(fā)達(dá)國家達(dá)到50%~70%。投入資金的不足和國家采取完全依靠市場(chǎng)推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的方式來推動(dòng)環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展的策略，導(dǎo)致目前出現(xiàn)了污水處理廠迫切需要解決污泥污染問題但因無資金而不建設(shè)或簡化污泥處理處置設(shè)施，企業(yè)想進(jìn)入市場(chǎng)但因難以確保穩(wěn)定的產(chǎn)品市場(chǎng)而不積極推動(dòng)污泥處理處置技術(shù)和工藝設(shè)備發(fā)展的局面，最終使得我國在污泥處理處置技術(shù)和工藝設(shè)備的升級(jí)和進(jìn)步方面進(jìn)展緩慢，不得不依靠進(jìn)口解決燃眉之急。
第三是我國城市污泥處理處置領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)集中度相對(duì)較低、技術(shù)裝備整體配套性差、關(guān)鍵設(shè)備和重大裝備的國產(chǎn)化率低、環(huán)保設(shè)備制造業(yè)規(guī)模偏小、產(chǎn)業(yè)整體技術(shù)創(chuàng)新能力低、產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化運(yùn)營機(jī)制建立進(jìn)程較為滯后。
4. 結(jié)論與建議
目前，我國在污泥處理技術(shù)，如脫水技術(shù)、高溫好氧堆肥技術(shù)和厭氧消化等技術(shù)及相應(yīng)的工藝設(shè)備研究和開發(fā)方面已取得很大進(jìn)步，并在我國很多中小型污水處理廠中獲得成功應(yīng)用，但在污泥處置技術(shù)方面，尤其是干化焚燒技術(shù)及其關(guān)鍵技術(shù)和核心裝備的研究和開發(fā)方面發(fā)展緩慢，主要是由于干化焚燒技術(shù)是多學(xué)科、多領(lǐng)域知識(shí)的綜合應(yīng)用，需要更高的技術(shù)支撐和研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入。因此，應(yīng)基于我國城市污泥的自身特性，綜合利用引進(jìn)、消化吸收和自主開發(fā)等手段，結(jié)合現(xiàn)有污泥干化焚燒技術(shù)和設(shè)備及產(chǎn)品的研究成果和實(shí)際運(yùn)行情況，重點(diǎn)對(duì)我國城市污泥干化焚燒關(guān)鍵設(shè)備與重大裝備的產(chǎn)業(yè)化開展研究，構(gòu)建成熟、高效的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)。具體而言，建議國家在十二五期間應(yīng)開展以下三方面的工作：
（1）基于我國污泥具有含水率和含砂率高、熱值低、組成和性質(zhì)波動(dòng)范圍大的特點(diǎn)，遵循節(jié)能減排、低碳環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效和安全穩(wěn)定的理念，綜合運(yùn)用原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新等手段，集成熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、機(jī)械加工、自動(dòng)化控制和系統(tǒng)工程等不同學(xué)科的研究理論，突破污泥干燥、焚燒和熱解過程中傳熱傳質(zhì)、燃燒過程自動(dòng)控制、熱能回收利用、煙氣/尾氣一體化凈化控制等關(guān)鍵技術(shù)，研究并開發(fā)出先進(jìn)高效、安全穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保的干化焚燒一體化核心技術(shù)和大型裝備，實(shí)現(xiàn)大型污泥干化焚燒集成系統(tǒng)中各單元裝備工藝設(shè)計(jì)和加工制造方面的自主化突破，并通過示范工程驗(yàn)證，優(yōu)化干化焚燒集成系統(tǒng)工藝流程和各單元裝備的設(shè)計(jì)和控制參數(shù)，提高集成系統(tǒng)自動(dòng)化控制、安全保障和污染控制水平及熱能利用效率，為干化焚燒大型裝備的自主化規(guī)模生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，以結(jié)束我國在干化焚燒領(lǐng)域核心裝備主要依賴進(jìn)口的局面。
（2）針對(duì)當(dāng)前我國大量中小型污水處理廠污水污泥具有產(chǎn)量中等、有毒有害成分少，但含水率和揮發(fā)性有機(jī)物含量高，且均質(zhì)等特點(diǎn)，為及時(shí)跟進(jìn)世界污泥處理處置技術(shù)的發(fā)展潮流，研究并開發(fā)出兼具能量傳導(dǎo)、物料傳輸、產(chǎn)物收集與高值再利用于一體的干化熱解技術(shù)和成套裝備，并通過工程示范，改進(jìn)和優(yōu)化集成裝備的設(shè)計(jì)和制造，為產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。
（3）通過開展城市污泥干化焚燒通用和專用設(shè)備的全流程集成研發(fā)，形成一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)或?qū)Ｓ屑夹g(shù)的設(shè)備產(chǎn)品，并通過建立示范工程，促進(jìn)城市污泥干化焚燒設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化和成套化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備和重大裝備的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化，培育國有大型污泥干化焚燒裝備制造及系統(tǒng)集成企業(yè)的國際競(jìng)爭力，實(shí)現(xiàn)我國從一個(gè)污泥處理處置設(shè)施建設(shè)和設(shè)備需求大國，向污泥處理處置設(shè)備生產(chǎn)和制造大國轉(zhuǎn)變，帶動(dòng)我國環(huán)保裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
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