彭吉良

（上海環(huán)境集團股份有限公司，上海市 200336）

0 引言

污水處理廠污泥是污水處理的產(chǎn)物,剩余污泥所攜帶的有機物占比污水有機污染物的30%～50%，氮污染物20%～30%、磷約90%[1]。如果簡單處置污泥，甚至無組織堆放，極有可能重回水體，造成水體的二次污染，導(dǎo)致水環(huán)境治理效果大打折扣，難以達到水環(huán)境治理的目標(biāo)。由于受經(jīng)濟發(fā)展水平、社會環(huán)境意識、環(huán)境治理階段目標(biāo)、城市發(fā)展規(guī)劃等諸多因素制約，水環(huán)境治理重心一直聚焦在污水的達標(biāo)治理上，而污水處理過程中產(chǎn)生的污泥，僅僅局限于“減量化”的廠內(nèi)脫水處理，對污泥更為重要的“穩(wěn)定化”、“無害化”、“資源化”等有效處置的科學(xué)性、必要性認(rèn)識不足，得不到行業(yè)、社會應(yīng)有的重視。尤其是從本世紀(jì)前10 年開始，國內(nèi)污水處理設(shè)施建設(shè)速度迅猛，但對污泥處理處置設(shè)施的投資明顯未能與污水處理投資相匹配，污水處理和污泥處置規(guī)劃建設(shè)發(fā)展的不同步趨勢進一步凸顯。

針對污泥處置產(chǎn)物指標(biāo)長期滯后于水環(huán)境治理要求的嚴(yán)峻形勢，杜絕脫水污泥第二次污染環(huán)境的重大隱患，2015 年4 月國務(wù)院發(fā)布了《水污染防治行動計劃》（即“水十條”）對污水處理產(chǎn)生的污泥，提出了明確的處理要求和階段性任務(wù)完成時間點，指出“推進污泥處理處置。污水處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥應(yīng)進行穩(wěn)定化、無害化和資源化處理處置，禁止經(jīng)處理處置不達標(biāo)的污泥進入耕地。非法污泥堆放點一律予以取締。現(xiàn)有污泥處理處置設(shè)施應(yīng)于2017 年底前基本完成達標(biāo)改造，地級及以上城市污泥無害化處理處置率應(yīng)于2020 年底前達到90%以上”。上述要求有利于杜絕剩余污泥無組織堆放亂象，改變過去重水輕泥的治理思路，執(zhí)行泥水并治的治理新理念，對盡快提高污泥的有效處置率，實現(xiàn)污泥“穩(wěn)定化、無害化、資源化”的有效處置，意義重大。

本文將圍繞上海市污泥處置情況，在介紹污泥處置技術(shù)應(yīng)用概況的基礎(chǔ)上，重點介紹了污泥干化焚燒的特點、運行成本及優(yōu)化方向；同時，基于上海經(jīng)驗總結(jié)了污泥處理處置在技術(shù)方面的瓶頸問題及未來發(fā)展方向。

1 上海市市政污泥處理基本情況

根據(jù)城市發(fā)展和環(huán)境治理需要，自2003 年起上海市相繼建成了石洞口污泥處理一期工程，處理量64 TDS/d（絕干污泥）；竹園污泥處理一期工程，處理量150 TDS/d；白龍港污泥處理一期工程，處理量204 TDS/d。其中，石洞口和竹園污泥處理項目主要采用干化焚燒處理工藝，白龍港污泥處理項目主要采用厭氧消化工藝。

經(jīng)統(tǒng)計測算，目前上海市市政污水處理總規(guī)模約800 萬t/d，污泥處理總量約7 000 t/d（含水率80%），到2035 年預(yù)計污水處理規(guī)模約達到1 200 萬t/d，污泥總量將增至10 500 t/d（含水率80%）。根據(jù)“水十條”及上海市第6 輪環(huán)保3 a 行動計劃（2015 年—2017 年環(huán)境保護和建設(shè)三年行動計劃），上海市又相繼建成和正在建設(shè)的有石洞口污泥處理一期完善工程（處理量為72 TDS/d），石洞口污泥處理二期工程，處理量為128 TDS/d），白龍港污泥處理二期工程（處理量為486 TDS/d（含一期厭氧消化后污泥）），竹園污泥處理二期工程（處理量200 TDS/d），浦東臨港污泥處理一期工程（處理量80 TDS/d）以及青浦污泥處理項目（處理量為60 TDS/d）。其中，竹園二期工程為干化工藝（干化后送外高橋電廠摻燒），其余均為干化焚燒工藝。石洞口污泥處理一期完善工程已運行，其余石洞口二期污泥處理工程、白龍港二期污泥處理工程、竹園二期污泥處理工程都在調(diào)試中，浦東濱海一期、青浦污泥一期處理工程正處在建設(shè)之中。同期，上海的松江、青浦、奉賢等地區(qū)，投資興建過污泥好氧堆肥、污泥干化、污泥摻燒等小規(guī)模污泥處置工程。

截至2017 年，上海市污水處理系統(tǒng)已基本形成石洞口、竹園、白龍港、杭州灣沿岸、嘉定及黃浦江上游、崇明三島六大區(qū)域分片處理格局，如圖1 所示。全市共有污泥處理設(shè)施30 座，污泥無害化處理處置率達95%以上。

圖1 上海市污泥處置片區(qū)分布圖

2 上海市污泥處理處置技術(shù)應(yīng)用概況

目前，國際主流的污泥處理處置技術(shù)在我國均有應(yīng)用，各地進行選擇時常因地制宜確定主流及輔助性技術(shù)路線。上海市區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平高，土地資源非常短缺，而污泥日產(chǎn)量卻巨大，干化焚燒作為最徹底的污泥“減量化、無害化、資源化”的處置技術(shù)，成為《上海市污水處理系統(tǒng)及污泥處理處置專業(yè)規(guī)劃》（2017—2035）中所要求的主要選擇。同樣的道理，因崇明區(qū)規(guī)劃為生態(tài)島，工業(yè)污染極少，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥所含重金屬污染有限，污泥采用好氧發(fā)酵后可安全適用于各類綠化、農(nóng)地，而且崇明島有較多的土地可供利用。在解決安全使用的前提下，又有足夠的土地可供使用，因此，上海市形成了以干化焚燒為主，其他方式（如電廠摻燒、好氧發(fā)酵、厭氧消化等）為輔的污泥處理處置技術(shù)方案?，F(xiàn)對各處理處置技術(shù)的應(yīng)用概況介紹如下。

2.1 衛(wèi)生填埋

上海市污泥處置的最初主流工藝即為衛(wèi)生填埋，目前已被干化焚燒、厭氧消化等處置工藝所替代。上海市污泥的衛(wèi)生填埋發(fā)展歷程，可能就是全國其他城市污泥處置工藝將來發(fā)展的縮影。但是，作為末端處置技術(shù)的衛(wèi)生填埋，在不遠的將來仍然是污泥處置中不可或缺的方法，只是被填埋的污泥不再是脫水污泥，而是經(jīng)其他工藝處置后的滿足衛(wèi)生填埋條件的其體積較原污泥縮減90%以上，甚至更高比例的殘余物[2，3]。

2.2 好氧堆肥

好氧堆肥處理技術(shù)是對污泥等廢棄物進行高溫好氧發(fā)酵，利用微生物的活性對廢棄物中的有機質(zhì)進行生物分解，同時高溫殺滅病原體，使其達到“穩(wěn)定化、無害化、資源化”的一種污泥處理技術(shù)。經(jīng)好氧發(fā)酵后，污泥相關(guān)指標(biāo)達到規(guī)范要求后，通過深耕、播撒等方式施用于土壤中或土壤表面。堆肥產(chǎn)物可進行污泥農(nóng)用、園林綠化、林地利用、土壤修復(fù)及改良等。上海市青浦、松江等郊區(qū)建設(shè)運行過的好氧堆肥項目，基本沒有達到項目建設(shè)的初衷，使污泥通過好氧堆肥實現(xiàn)土地安全、可持續(xù)利用的目標(biāo)，還有很多的實際問題有待解決。

2.3 厭氧消化

厭氧堆肥消化技術(shù)在發(fā)達國家應(yīng)用較為廣泛，由于其污泥有機質(zhì)含量高（60%～80%），以及分解率較高，發(fā)達國家污泥厭氧消化產(chǎn)生沼氣轉(zhuǎn)化的電能即可滿足污水廠處理時所需電力的33%～100%。由于泥質(zhì)分析、系統(tǒng)運行管理污泥厭氧消化工藝操作復(fù)雜，運行管理難度大、存在消防隱患等因素，到目前為止，我國穩(wěn)定運行的污泥厭氧消化項目并不多，上海白龍港污泥厭氧消化工程是國內(nèi)較典型的厭氧消化工程之一。

2.4 干化焚燒

污泥干化焚燒是指在一定溫度和有氧條件下，污泥分別經(jīng)蒸發(fā)、熱解、氣化和燃燒等階段，其有機組分發(fā)生氧化（燃燒）反應(yīng)生成CO2和H2O 等氣相物質(zhì)，無機組分形成爐灰/渣等固相惰性物質(zhì)的過程。流化床焚燒爐是目前單獨焚燒技術(shù)中應(yīng)用最多的焚燒裝置，主要有鼓泡式和循環(huán)式兩種，其中尤以鼓泡流化床焚燒爐應(yīng)用較多[4-5]。污泥含水率在55%～65%時，熱值為4.8～6.5 MJ/kg，可自持燃燒[6]。焚燒是污泥減量化最徹底的處置工藝，也是上海市污泥處理處置的主要方式。污泥干化或焚燒后的無機灰末均可作為建材的原料利用。污泥的建材利用是一個資源化過程，要真正使其進入良性循環(huán)，在降低污泥處理處置成本的同時，能保證建材本身的產(chǎn)品質(zhì)量，穩(wěn)定消納量，為建材市場所接受。上海市正在推進污泥焚燒灰渣的建材利用，未來有望實現(xiàn)焚燒灰渣全部資源利用。

2.5 干化協(xié)同焚燒/摻燒

借助已有的垃圾焚燒項目或電廠，利用其設(shè)施的處理或焚燒能力，將污泥干化至含水率30%后，按一定比例摻入垃圾焚燒爐或電廠焚燒。該技術(shù)系統(tǒng)投資少、見效快，在污泥處理設(shè)施相對缺乏的特殊時期，對污泥處理可發(fā)揮積極作用。由于污泥與垃圾、煤等物料特性畢竟相差較大，在摻燒過程中，會產(chǎn)生或給已有設(shè)施的生產(chǎn)運行帶來較大的影響，如：當(dāng)污泥摻燒比過高時，容易出現(xiàn)爐膛結(jié)焦和鍋爐積灰現(xiàn)象，大大增加了檢修時間和頻次；煙氣處理成本較摻燒前，有較大的增幅，煙氣排放濃度不易控制，操作不當(dāng)有超標(biāo)風(fēng)險[7]；協(xié)同焚燒規(guī)模受到限制，往往難以覆蓋污泥全量處理需求。電廠摻燒是上海市污泥單獨焚燒路線的重要補充。

3 污泥干化焚燒成本及優(yōu)化方向

成本及影響因素是技術(shù)選擇的重要考慮因素。到目前為止，污泥干化焚燒技術(shù)能夠較為徹底的實現(xiàn)污泥“穩(wěn)定化、無害化、資源化”處置，且是較為成熟的技術(shù)，越來越多經(jīng)濟發(fā)達、土地緊張的城市開始考慮選擇該技術(shù)。上海市是國內(nèi)污泥干化焚燒工程最多、規(guī)模最大的城市，現(xiàn)重點介紹上海市及國內(nèi)其他城市相關(guān)工程在投資和成本方面的經(jīng)驗，為干化焚燒技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考。

根據(jù)全國范圍內(nèi)已建成并正常運行的同類污泥干化焚燒調(diào)研情況分析，扣除財務(wù)成本和投資收益，直接運行成本，含人工費、電費、燃料費（天燃?xì)饣蜉p質(zhì)柴油）、各類藥劑費、大修費及其他相關(guān)費用（爐渣、飛灰處置外運、環(huán)保監(jiān)測、資產(chǎn)保險、綠化保安、行政管理等），約為450～500 元/t（含水率80%）。費用構(gòu)成比例大致是：人工費占10%～12%、動力費占16%～18%，燃料費占10%～15%、藥劑占15%～20%，大修占18%～20%，其他相關(guān)費用占25%～30%。

經(jīng)統(tǒng)計分析，污泥處理能耗100～110 kW·h/t 污泥（含水率80%），對比“新建焚燒廠電耗指標(biāo)應(yīng)小于90 kW·h/t 垃圾”，能耗高約10%～20%。其動力消耗主要工段占比：污泥接收及干化占22%～25%（干化13%）、焚燒占18%～20%，煙氣占25%～30%。

如果項目選址不在污水廠規(guī)劃廠界內(nèi)，離污水廠有較遠的距離，則這類“孤島”污泥干化焚燒項目，為滿足污水排放環(huán)保要求，還需建設(shè)獨立的污水處理系統(tǒng)，確保污水經(jīng)凈化后達標(biāo)排放。同時，因無污水廠經(jīng)凈化的中水利用，干化冷凝過程中需新增部分自來水用量。因此，污水達標(biāo)處理及自來水使用將新增污泥處理成本約40～50 元/t。該類“孤島”污泥干化焚燒廠成本約500～550 元/t（含水率80%）。

針對干化焚燒技術(shù)特點，結(jié)合成本占比數(shù)據(jù)，未來可能降低成本的主要措施如下：

（1）隨著生活水平的提高，污泥中有機質(zhì)含量將進一步上升，其熱值勢必同步上升。在這種情況下，需補充天燃?xì)猓ɑ蜉p質(zhì)柴油）量將會降低，當(dāng)污泥熱值常年超過12 MJ/kg 后，補充的燃料費用將降至零。

（2）發(fā)展煙氣處理新工藝，降低煙氣處理的能耗和藥耗。

（3）合理規(guī)劃場址，力爭污泥項目在污水廠規(guī)劃廠界內(nèi)或緊鄰廠界外，避免“孤島”建廠，充分利用污水廠污水處理潛能和中水供給能力，避免污泥項目新增污水處理成本和新增自來水費用的產(chǎn)生。

（4）裝備產(chǎn)業(yè)化成熟、國產(chǎn)化率提高，以及建設(shè)理念優(yōu)化等因素引發(fā)財務(wù)成本降低。

隨著污泥干化焚燒技術(shù)進一步成熟，干化焚燒項目較大規(guī)模建設(shè)，干化焚燒裝備量產(chǎn)的增加、國產(chǎn)化率的提高，以及對簡約、有效建設(shè)理念的重新認(rèn)識，建設(shè)投資將有較大幅度的下降。參考垃圾焚燒50～55 萬元/t 垃圾的工程直接投資強度，將污泥干化焚燒處理規(guī)模小（同服務(wù)區(qū)域內(nèi)，污泥干化焚燒項目一般只有垃圾焚燒項目處理規(guī)模的1/3，甚至更少）、污泥接收系統(tǒng)+干化段設(shè)備及相關(guān)土建占項目投資約30%的投資增量等因素考慮在內(nèi)，在可以預(yù)見的將來，將污泥干化項目投資強度控制在100 萬元/t污泥（含水率80%）以下，甚至更低，完全可以實現(xiàn)。該投資強度較目前的約120 萬元/t 有近20%的下降幅度，對應(yīng)的財務(wù)成本也將有同幅度的下降。

綜上，如果能順利實現(xiàn)，生產(chǎn)運行成本預(yù)計降低30%以上。

4 污泥處理處置技術(shù)瓶頸及發(fā)展方向

根據(jù)污泥處理理論技術(shù)和項目實踐經(jīng)驗，污泥處理處置的絕大部分技術(shù)工藝原理明確、成熟，但由于各個項目在污泥泥性及其變化規(guī)律等方面具有其特殊性，在普遍性的技術(shù)理論與項目的特殊性相結(jié)合的時候，相關(guān)各方包括業(yè)主、設(shè)計方以及將來的設(shè)備供貨方，對項目的特殊性關(guān)注不夠、研究不夠透徹，再加上建設(shè)周期的偏緊、同類型項目偏少、可參考借鑒的經(jīng)驗有限等因素，在諸多細(xì)節(jié)方面考慮不周全，常導(dǎo)致項目上馬后不能順利完成調(diào)試，很難迅速轉(zhuǎn)入商業(yè)運營。

例如，干化焚燒技術(shù)中的熱干化技術(shù)，上海市普遍采用以蒸汽為熱媒的傳導(dǎo)式熱干化技術(shù)。原理很簡單，即利用蒸汽熱源，通過干化機傳遞熱量，完成污泥的干化過程，同時干化機將干化污泥順利推出。但是，由于項目策劃時國內(nèi)在熱干化方面的成熟制造商較少，上海市污泥干化機多為國外進口。而國外進口干化機，是根據(jù)該國污泥的含砂量、有機含量、粘滯特性等特性，研制生產(chǎn)的。一旦干化的污泥特性有不同，在生產(chǎn)過程中，進口干化機在工作穩(wěn)定性、檢修頻次、污泥脫水效率等使用性能方面，在可能有很多不盡人意的方面，甚至因為污泥泥性的不同，導(dǎo)致干化機不能正常工作，從而引起后續(xù)焚燒線的停運。因此，以干化焚燒技術(shù)的推廣為例，研制符合國內(nèi)泥質(zhì)的干化機，在降低投資成本的同時，提高干化機的工作效能，尤為重要和迫切。

在干化焚燒、厭氧消化、好氧發(fā)酵等傳統(tǒng)技術(shù)之外，創(chuàng)新污泥處理處置新工藝、新技術(shù)，也是污泥處置事業(yè)發(fā)展不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。例如，未來可考慮更為綠色的熱解技術(shù)作為焚燒的替代技術(shù)。污泥熱解工藝，在缺氧環(huán)境下，通過間接高溫加熱，切斷固體廢物中有機物質(zhì)的高分子鏈結(jié)構(gòu)，完全裂解有機物分子，使其分解重組，最終形成可燃?xì)怏w和干燥低分子鏈碳化固體物質(zhì)。熱裂解過程中產(chǎn)生的可燃?xì)怏w，一般為一氧化碳、氫氣、甲烷等低分子碳?xì)浠衔?，可被無害燃燒處理（燃燒熱能補充干化熱能），燃燒尾氣二氧化硫濃度低，且煙氣沒有二噁英和重金屬污染風(fēng)險，較污泥焚燒的尾氣處理工藝簡單、成本低；干燥低分子鏈碳化固體物質(zhì)為一般固體廢物，整個處理過程沒有危廢產(chǎn)生風(fēng)險。與污泥焚燒技術(shù)相比，該技術(shù)在實現(xiàn)污泥“無害化、減量化、穩(wěn)定化、資源化”的處置過程時，運行成本有明顯優(yōu)勢。在取得污泥有效處置的環(huán)境價值或者說削減同等的環(huán)境污染當(dāng)量時，較少的運行成本意會著更大的環(huán)境價值或更低的碳當(dāng)量排放，是持續(xù)環(huán)境污染總量下降的重要治理技術(shù)和裝備。