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中國市政工程中南設(shè)計研究總院 張懷宇

本文看點

➤ 背景

➤有效性和安全性

➤污泥好氧發(fā)酵的技術(shù)經(jīng)濟指標

➤與前序污水收集、處理過程的協(xié)調(diào)

➤與后序處置的協(xié)調(diào)

➤結(jié)語與展望

背景

1、污泥產(chǎn)量提升與處置的矛盾

➢ 城鎮(zhèn)污水實際處理量逐年上升，污泥量也同步上升，預(yù)測2018年城鎮(zhèn)污泥4400萬噸；

➢ 十二五規(guī)劃中污泥項目的超低完成率的影響，將在后續(xù)年份中繼續(xù)發(fā)酵；

➢2018年環(huán)保督察中多省出現(xiàn)城鎮(zhèn)污泥違規(guī)傾倒現(xiàn)象，標明仍未得到妥善處置；

➢ 污泥出路未來將是艱巨的任務(wù)。

2、污泥土地利用節(jié)能減排效果顯著，但NPK總量占比有限

➢ 盡管城鎮(zhèn)污泥量迅速增長，從宏觀角度總量仍然相當有限；

➢ 如以30%城鎮(zhèn)污泥土地利用，則相對與化肥生產(chǎn)過程，從2014年的節(jié)能13.40萬tCE增加到2018年的節(jié)能21.05萬tCE（預(yù)測）；

➢ 自2015年后，化肥產(chǎn)量已有大幅度下降，但2018年預(yù)測污泥蘊含的N、P、K僅相當于化肥產(chǎn)量的0.23%~0.30%；

➢ 可以得出結(jié)論，我國從總體上污泥土地的出路仍然是廣闊的。

3、沖突與問題

➢ 兩個相互沖突的結(jié)論：

日益增長的污泥量造成了很多問題和麻煩；

污泥的土地利用不僅可以實現(xiàn)節(jié)能減排，在總體上的出路是廣闊的。

➢ 問題的導(dǎo)出：

污泥的土地利用是否有效和安全？

污泥的土地利用是否經(jīng)濟？

當前的技術(shù)體系是否適應(yīng)土地利用的模式？

當前的管理體系是否適應(yīng)土地利用的導(dǎo)向？

土地利用的有效性和安全性

1、國內(nèi)外污泥處理處置（農(nóng)用、園林）標準對比

國外：

◆ 40CFR PART503（美國標準，2018年版）；

◆ 86-278-EEC（歐盟標準86）；

◆ Working document on sludge, 3rd draft（歐盟草案2000）。

國內(nèi)：

◆ GB 4284-2018 農(nóng)用污泥中污染物控制標準（2019年6月生效）；

◆ GB 4284-1984 農(nóng)用污泥中污染物控制標準（現(xiàn)行）；

◆ GB 7959-2012 糞便無害化衛(wèi)生要求;；

◆ GB 18918-2002 城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準；

◆ GB/T 23486-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)；

◆ GB/T 24600-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 土地改良用泥質(zhì)；

◆CJ/T 510-2017 城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理 穩(wěn)定標準。

2、理化成分

3、重金屬

◆ 全部重金屬指標處于文獻報導(dǎo)的較低水平，Cu甚至低于文獻中的下限；

◆ 除Cd高于即將實施的農(nóng)用A類標準外，滿足B類標準及其他全部標準，以及美國、歐盟標準。

4、衛(wèi)生學(xué)指標

➢ 蛔蟲卵及沙門氏菌國標無定量指標；

➢ 衛(wèi)生學(xué)指標中，蛔蟲卵及沙門氏菌未檢出，糞大腸菌雖然部分超過國標限值，但經(jīng)過好氧發(fā)酵后可降低數(shù)個數(shù)量級，穩(wěn)定達標。

5、環(huán)境激素

➢ 本研究中的環(huán)境激素遠低于國內(nèi)文獻統(tǒng)計的均值；

➢ 環(huán)境激素指標符合當前最嚴格的標準（文獻中部分DEHP高于丹麥標準）。

土地利用的有效性和安全性小結(jié)

1. 產(chǎn)業(yè)驅(qū)動生活模式-選擇旅游型城鎮(zhèn)；

2. 污泥中的營養(yǎng)成分較高，預(yù)期經(jīng)過好氧發(fā)酵后，能滿足土地利用（園林綠化或土地改良）的要求，其利用是有效的；

3. 研究對象的重金屬、衛(wèi)生學(xué)指標、環(huán)境激素等有害物質(zhì)含量低，有害物質(zhì)低于文獻中位值，除Cd不能滿足即將實施的污泥農(nóng)用A級標準（能滿足B級）外，經(jīng)過好氧發(fā)酵等穩(wěn)定化措施后，可以滿足國內(nèi)、美、歐相關(guān)標準，其利用是安全的；

4. 旅游型小城鎮(zhèn)相對人口流動大、可以預(yù)計，人口流動相對較小的城鎮(zhèn)的生活污水污泥，有效性和安全性能達到旅游型城鎮(zhèn)的水準，預(yù)期可作用農(nóng)用B級、園林綠化、土壤改良（營養(yǎng)土）。

污泥好氧發(fā)酵的技術(shù)經(jīng)濟指標

1、污泥好氧堆肥（發(fā)酵）工程實施及工藝設(shè)備應(yīng)用情況調(diào)研

主要資料來源：污泥好氧堆肥（發(fā)酵）工程實施及工藝設(shè)備應(yīng)用情況調(diào)研（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司、中國人民大學(xué)，2014-2015，國家污泥處理處置產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟委托）。

調(diào)研方式：實地調(diào)研、問卷調(diào)研、文獻調(diào)研。

2、調(diào)研對象的工藝統(tǒng)計

3、主要技術(shù)經(jīng)濟指標

調(diào)查項目中設(shè)施較為完備的污泥好氧發(fā)酵工程：

➢ 單位工程投資一般為25~45萬元/(t/d)，平均34.71萬元/(t/d)，單位工程投資在調(diào)研范圍內(nèi)未表現(xiàn)出顯著的規(guī)模效益；

➢ 直接運行費用均值138.1元/t，規(guī)模150t以內(nèi)者上下差異較大，未見均值隨規(guī)模的顯著變化；

➢占地指標0.164hm2/(t/d)。

4、成本壓力

成本主要來源于輔料、能耗、人工，其中人工一般規(guī)模大者單位泥量人工較低。

（1）輔料與返混

輔料與返混各工程相差懸殊。

輔料常用的有稻殼、秸稈、鋸末（木屑）、木塊、花生殼、稻草、酒渣等；返混料一般為陳化的產(chǎn)品，也有未經(jīng)陳化直接返混的，或添加菌種且不返混的。

以進場污泥為基數(shù)，以重量比論，輔料添加量0-20%；以體積比論，輔料添加量0-100%。

以進場污泥為基數(shù)，以體積比論，返混料添加量0-100%。

（2）能耗

共計10項工程獲得電耗指標的數(shù)值。其中60%項目的單位能耗集中中20.0-26.3 kWh/t的范圍內(nèi); 30%的項目單位能耗高于40 kWh/t；１項計10%采用自然通風(fēng)的項目單位電耗8.0kWh/t�？梢娚鲜龉こ痰碾姾闹笜丝煞譃�3個群落：自然通風(fēng)的項目單位電耗8.0kWh/t，常規(guī)能耗項目20.0-26.3kWh/t，高能耗項目40 kWh/t以上。高能耗項目均有較大的除臭風(fēng)量。

（3）成本

輔料一般是污泥好氧發(fā)酵工藝的最大成本壓力項。一般在污泥處理場建設(shè)時，輔料成本相對較低；運營中當?shù)剌o料價格上漲較快，造成較大的成本壓力。部分廠商尋求輔料的替代品，包括惰性輔料、100%陳料替代輔料等，但尚無成熟的連續(xù)運行經(jīng)驗。

終端用戶建設(shè)的污泥處理場尚未見顯著輔料壓力，可能和這些用戶較為容易獲得輔料有關(guān)。用于制肥的，因污泥是添加的輔料而非主料，不需要采購木質(zhì)、草質(zhì)輔料；直接土地利用的用戶，園林廢棄物易于獲得。

污泥好氧發(fā)酵的技術(shù)經(jīng)濟指標-小結(jié)

1. 32項工程調(diào)研，覆蓋北部、中部、南部、東部、西部，規(guī)模15-1000t/d，涵蓋技術(shù)包括4個大類10個小類；

2. 平均單位投資34.71萬元/(t/d)，直接運行費用均值138.1元/t，占地指標0.164hm2/(t/d)；

3. 能耗指標：自然通風(fēng)參考值8.0kWh/t； 常規(guī)污泥好氧發(fā)酵參考值20.0~26.3 kWh/t；高通風(fēng)除臭項目參考值40+ kWh/t；

4. 污泥好氧發(fā)酵占地相對較大，投資和運行費用具有競爭力。

與前序污水收集、處理過程的協(xié)調(diào)

1、系統(tǒng)布局與工藝比選

（1）工業(yè)廢水和生活污水的總體布局

➣ 傳統(tǒng)的工業(yè)廢水和生活污水混合以利于處理轉(zhuǎn)向；

➣ 含有害物質(zhì)的工業(yè)廢水分離和生活污水分離；

➣ 工業(yè)廢水強化預(yù)處理后的合并處理。

（2）污水處理廠工藝設(shè)計

➣ 有機物留給土地的環(huán)境和經(jīng)濟效益；

➣ 厭氧產(chǎn)能的經(jīng)濟效益。

2、處理廠污泥產(chǎn)率與能耗控制

（1）工藝的改變

➣ 有機物由曝氣氧化去除傾向于捕獲（節(jié)能）；

➣ 氮由硝化-反硝化轉(zhuǎn)向剩余污泥對氮的捕獲（節(jié)能）

➣ 相應(yīng)的產(chǎn)泥量增加。

（2）技術(shù)經(jīng)濟比較

➣ 處理廠對污泥由微觀的減量（減少處置費用）轉(zhuǎn)向宏觀的減量（基于土地利用的全局費用的降低）；

➣ 水處理過程中的能耗降低+處置費用降低vs脫水+運輸費用的增加。

與后序處置的協(xié)調(diào)

1、污泥處置出路

（1）產(chǎn)品檢測與泥質(zhì)

Ø 自檢率最高5項指標的依次為含水率、有機質(zhì)或揮發(fā)性有機物、pH、N/P/K、種子發(fā)芽率等。自檢率分別為100%、62%、46%、31%、23%；

Ø 各污泥處理場的污泥基本都能達到土壤改良或綠化標準。

（2）處置

Ø 污泥處置主要目標依次為園林綠化利用、土壤改良、制肥；

Ø 園林綠化和土壤改良占比59%，接近六成。

2、投資來源

（1）投資方

◆ 調(diào)研項目中，投資部門分別來自市政部門、技術(shù)持有商、終端用戶，比例分別為56%、32%、12%。其中的技術(shù)持有方也包括采購技術(shù)的投資商。

◆ 實際項目中市政部門投資的可能比例更高，技術(shù)持有方、終端用戶投資的比例在本調(diào)研中放大。

（2）存在問題

◆ 部分項目的污泥經(jīng)過好氧發(fā)酵后沒有出路，以至于停產(chǎn)。這種情況同時存在于市政部門也存在于技術(shù)持有方（第三方）。

◆ 對最終利用的去向缺乏足夠的監(jiān)管和跟蹤。

結(jié)語與展望

1、樹立循環(huán)利用的觀念

（1）方案比選時，污泥好氧發(fā)酵經(jīng)常被視作技術(shù)水平不高的選項，從而被忽略；

（2）污泥好氧發(fā)酵-土地利用的過程中，有機質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)的回歸是人類活動中物料循環(huán)的重要組成。在這個過程中同時實現(xiàn)了節(jié)能減排，也實現(xiàn)了土壤肥力的持續(xù)；

（3）污水廠污泥有不經(jīng)處理的土地利用的現(xiàn)象；

（4）城市集中下水道出現(xiàn)后，出現(xiàn)集中的糞便制肥和利用，至化肥推廣后中斷；

（5）傳統(tǒng)的農(nóng)作中有糞便回田的物料循環(huán)利用（分散利用），污泥好氧發(fā)酵-土地利用不等同于糞便回田的概念。污泥好氧發(fā)酵與糞便回田相同的是循環(huán)利用，不同是科學(xué)的穩(wěn)定化過程，衛(wèi)生狀況不同。

2、樹立系統(tǒng)分析的觀念

（1）物料回收與循環(huán)

◆ 有機質(zhì)：在污水處理廠內(nèi)耗費能量去除、在厭氧發(fā)酵過程中高損耗地轉(zhuǎn)化為高品能源（一般低于1/3），還是回歸土壤增加持久肥力（高效利用）？

◆ 營養(yǎng)物質(zhì)（氮）：去除或回收？

◆ 工業(yè)廢水和生活污水是分還是合？

◆ 目標定位土地利用后，污水處理的變化？

◆ 污泥處理：厭氧或好氧？

（2）污泥減量誤區(qū)矯正

◆ 狹義的“污泥減量”，不符合污泥好氧發(fā)酵的特征；

◆ 好氧發(fā)酵過程中，除水分的減少實現(xiàn)的減重以外，有機質(zhì)以轉(zhuǎn)化為主、降解為輔；最終的產(chǎn)物堆積容重較低。狹義的減容、減重效果“不佳”；

◆ 污泥好氧發(fā)酵的減量是全局循環(huán)中實現(xiàn)100%減量，焚燒-危廢焚燒殘渣，填埋-碳排放。相對于其他工藝：減少了污水處理過程中的能耗、替代化肥的節(jié)能減排效應(yīng)、回歸土壤的持久肥力。

3、展望

◆日益增長的污泥量的麻煩vs土地利用從宏觀上出路廣闊的沖突，表明今后隨著問題的解決，市場的潛力是巨大的、可持續(xù)的。

◆污泥好氧發(fā)酵的應(yīng)用，將推動污水處理系統(tǒng)從收集到處理的模式。

◆污泥好氧發(fā)酵的應(yīng)用還將推動投資、管理模式的變革。