（环境工程专业论文）天津城市污泥生物堆肥处置可行性研究.pdf

摘要 摘要 随着天津市城市建设的快速推进，城市污水处理规模日益增大，污水处理过 程中产生的污泥量迅速增多，对污泥若不进行妥善的处理和处置，会对环境造成 极大危害。同时，随着经济社会发展和人民生活水平的提高，人们对环境提出了 更高的要求，传统的污泥处理与处置方法已不能很好地满足环境保护和社会可 持续发展的需要，城市污水处理厂污泥的最终处置成为当前面临的突出问题之 一。因此，研究选择适合中国国情的污泥处理与处置方案具有十分重要的现实意 义。 本研究归纳分析了国内外城市污水污泥处置发展现状和趋势，在对北京、上 海、广州等城市的污泥处置项目和发展情况进行详细分析，掌握国内污泥处置的 整体水平、主要方式、核心问题和发展方向的基础上，结合天津市污水处理现状 与规划，通过充分比较论证，确定了合理的污泥处置规模，优选了污泥处置工艺， 选择了污泥处置厂厂址，并完成了工程技术分析和经济评价，提出了一个处置效 果好、投资成本低、运行稳定、技术先进、节能环保，兼顾环境效益、社会效益、 经济效益的污泥资源化利用处置方案，对适合东部沿海地区的污泥最终处置方 法进行了有益的探索。 关键词：天津污泥处置生物堆肥堆肥工艺运营模式 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dg r o w i n go fc i t i e so fo u rc 0 1 u k r y , t h ea m o u n to fs l u d g ep r o d u c e d f r o ms e w a g et r e a t m e n ti si n c r e a s i n gs i g n i f i c a n t l ya l o n g 、析t ht h ee x p a n s i o no ft h e s c a l eo fs e w a g ep l a n t s t h es l u d g em a yc a u s es e r i o u sp o l l u t i o no fe n v i r o n m e n t w i t h o u tp r o p e rt r e a t m e n ta n dd i s p o s a l t r a d i t i o n a ls l u d g et r e a t m e n ta n dd i s p o s a l m e t h o d sc a nn o tm e e tt h ep r e s e n tr e q u i r e m e n t so fo u re n v i r o n m e n tp r o t e c t i o na n d s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ts t r a t e g yb e c a u s eo ft h eh i g h e rs t a n d a r d so fe n v i r o n m e n td u e t ot h ed e v e l o p m e n to fo u re c o n o m ya n dl i v i n gs t a n d a r d s p r o p e rd i s p o s a lo fs l u d g e f r o ms e w a g ep l a n t sh a sb e c o m eo n eo ft h em o s tc r i t i c a lp r o b l e m sw ea r ef a c i n ga n d s e l e c t i o no fp r o t o c o l so fs l u d g ed i s p o s a lt h a ta r es u i t a b l ef o ru si sv e r yi m p o r t a n t t h et h e s i sp r o p o s e dan e ws l u d g ed i s p o s a l p r o t o c o li n c l u d i n go p t i m i z e d t r e a t m e n ts c a l e ，p r o c e d u r ea n dl o c a t i o no ft h ep l a n t sa c c o r d i n gt ot h ep r e s e n ts t a t u s a n df u t u r el a y o u to fs e w a g et r e a t m e n to ft i a n j i n , w h i c hi sa na t t e m p to fs l u d g e d i s p o s a la p p r o p r i a t et ot h ee a s t e r na r e ao fc h i n a t h ep r e s e n ts t a t u sa n dd e v e l o p i n g t r e n d so fs l u d g ed i s p o s a lf o rs e w a g et r e a t m e n to fb i gc i t i e s ，e i t h e rc h i n e s eo r i n t e m a t i o n a l ，w e r er e v i e w e d t h ep r o t o c o li sd e s i g n e db a s e do nt h eo v e r a l ll e v e l ， t e c h n i q u e s ，c r i t i c a lp r o b l e m sa n dd e v e l o p i n gt e n d e n c yi no u rc o u n t r ya n dt h ed e t a i l e d a n a l y s i so f t h es e w a g ep r o g r a m so f b e i j i n ga n ds h a n g h a i t h ev e n t u r eo f t h ep r o j e c t s a n di t se c o n o m i c a lb e n e f i t sw e r ea l s oe v a l u a t e d t h e p r o p o s e dp r o t o c o l h a s a d v a n t a g e ss u c ha sh i g he f f i c i e n c y , l o wi n v e s t m e n t ，h i g hs t a b i l i t y , h i g hn e wt e c h n i q u e c o n t e n ta n dl o we n e r g yc o n s u m p t i o n i ti sp o s s i b l et oe x p l o r eu t i l i z a t i o no ft h es l u d g e a sar e s o u r c ea n db a l a n c et h eb e n e f i t sa m o n ge n v i r o n m e n t ，s o c i e t ya n de c o n o m y k e yw o r d s ：t i a n ji n , s l u d g ed i s p o s a l ，b i o l o g i c a lc o m p o s t i n g ，c o m p o s t t e c h n o l o g y , o p e r a t i n gm o d e 第一章引言 第一章引言 1 1 课题研究的目的与意义 城市污泥是一种有机废物，既含有毒有害物质成为城市环境的污染源，又含 有较多的植物养分和有机质，可制做园林绿化营养基质。天津由于滨海新区的 开发建设和中心城区升级改造，园林绿化建设任务巨大，园林绿化工程用土严 重匮乏。而且滨海地区的土壤盐渍化程度严重，加大了园林绿化的难度。增加 土壤有机质是改良盐碱地的有效方法，因此，如果使污泥无害化和资源化，制 成园林绿化有机肥料，既可减轻城市环境污染，又为园林绿化建设和盐碱地改 良提供了一个好措施，从而为污泥的最终处置找到一条适宜的途径。 1 2 天津市污泥处理处置的背景和存在的问题 随着天津市的发展，和环境标准由低到高，污泥问题的产生是环保行业发 展的必经阶段，是环境法规逐渐完善的结果。就像污水问题一样，由随意倾倒 到集中处理，也是经历了一个这样的过程。污泥的危害由以前的被忽视逐渐发 展为高度重视，这表示人们生态意识的加强和对环境的热爱。 目前天津市已在运行的污水处理厂的污泥处理情况为污泥脱水后外运堆 埋。污泥脱水后其含水率仍在8 0 左右，呈流动状，也没有达到稳定化和无害 化，由运泥车外运堆埋，在沿途撒漏现象比较严重，影响市容市貌，同时随意 倾倒不但占用大量土地，同时对土壤、地下水、大气的污染都相当的严重，环 保局也接到过多次关于污泥污染环境的举报和投诉。污泥引起的环境问题已经 相当的严重。 城市污水污泥中富含大量的氮、磷、钾等营养元素，同时还含有大量可生 物降解的有机质；当污水中不仅有生活污水、还有工业废水时，则污泥中不仅 含有病原菌、病毒和寄生虫( 卵) ，还可能有重金属和难降解的有毒有害有机物 质等一系列污染物质，如果不进行处理处置或处理处置方式不当，均会对生态 环境造成严重的二次污染。 在污水处理发展的初期阶段，城镇污水处理厂数量少、污泥产生量少，主 第一章引言 要为处理生活污水产生的初次沉淀池污泥和剩余活性污泥，其成份也不像今天 这样复杂；同时，因对环境质量的认识和要求较低、监管力度也不够，污泥土 地施用或随意填埋成了主要的处理、处置方式。 从2 0 世纪8 0 年代末开始，随着国家对环保工作的同益重视，我国城市污水 处理开始快速发展。但在这一时期，无论是计划、建设、规划等管理部门以及 设计单位，受认识、资金、技术、土地等条件的制约，都没有对污泥处理处置 设施建设给与足够的重视，往往在污水处理工程的项目文件末尾写这样一句话 污泥处置问题另行考虑或脱水后送填埋场填埋。实际结果是各个部门，没 有再展开进一步的工作，污泥污染问题逐渐显现。 进入2 1 世纪以后，随着一座座城市污水处理厂的投入运行，特别是一些大 中型污水处理厂的投入运行，每天产生几十吨或几百吨的污泥需要随时清理和 处置。但由于城市化进程加快，原来消纳污泥的城市周边农村地区变成了城区， 污泥处置的难题终于暴露出来。出现了污泥堆在河滩，造成河系的污染；土地 紧张的特大城市只能将脱水后的污泥与城市生活垃圾混合填埋，占用相当大比 例的填埋场库容，造成垃圾填埋作业受到影响，缩短了填埋场的使用寿命，社 会成本加大，并孳生很多环境问题，如氮、磷等营养元素对地下水体和地表水 体的污染等。 凡此种种，逐渐暴露了污泥处理处置工作中的困难和管理上的无奈，污泥 污染问题已成为急需妥善解决的环境问题。 随着天津市污水处理规模的扩大，使得天津城市污泥的产生量也很大，庞大 的污泥给天津市带来了很大的困扰，污泥出路问题已经十分突出。处理处置不 当将会给天津城市生态环境造成严重问题。 1 3 污泥处置的必要性 天津市是我国四大直辖市之一，是环渤海地区经济中心，也是北方重要的 工业港口城市。天津市城市总体规划( 2 0 0 5 2 0 2 0 ) ) ) 确定天津的城市性质为“环渤 海地区的经济中心，要逐步建设成为国际港口城市、北方经济中心和生态城市”。 ( 1 ) 实施污泥处理和处置是污水处理得以最终实施的保障 改革开放以来，本市经济发展迅速，城市基础设施同臻完善。历届市委市 2 第一章引言 政府十分重视城市环境建设和保护，尤其是对水环境的治理与改善。作为一个 严重缺水的城市，天津市把污水处理和再生水利用作为一项重要的公益型、环 保型、资源型事业，污水处理和再生水利用技术走在全国前列。1 9 8 4 年建成投 产的纪庄子污水处理厂是我国第一座大型的城市污水处理厂。2 0 0 2 年投入运行 的纪庄子污水回用工程在我国第一次将再生水大规模回用于居民生活杂用，被 国家计委列为全国5 个污水回用重点示范工程之一。近年来，我市污水处理事 业有了前所未有的高速发展，随着扩建后的纪庄子污水处理厂和咸阳路污水处 理厂、北辰污水处理厂相继投入使用，目前本市污水日处理能力达到1 4 9 万吨， 实际日产污泥约为9 0 0 m 3 d ( 含水率8 0 ) 。 污泥是污水处理过程的产物，这些污泥含有大量的有机物，丰富的氮、磷 营养物、重金属以及各种致病微生物，必须得到妥善的处理和处置。污水和污 泥的处理处置与解决城市水污染问题是同等重要又紧密关联的两个系统。污泥 处理处置是污水处理得以最终实施的保障，是极其重要的环节。 ( 2 ) 实施污泥处理和处置是落实国家标准的需要 我国在污泥处理和处置方面已经实施的国家标准包括：2 0 0 3 年7 月1 日开 始实施的城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) ，第一次在国家 标准层面对污泥处理提出了具体要求。之后国家有关部门也多次行文要求严格 执行该标准。 2 0 0 7 年2 月建设部批准城镇污水处理厂污泥泥质( c j 2 4 7 2 0 0 7 ) 为城镇 建设行业产品标准，已于2 0 0 7 年1 0 月1 日开始实施。该标准总的原则是“城市 污水处理厂的污泥应本着综合利用、化害为利、保护环境、造福人民的原则进 行妥善处理和处置。” 建设部城镇建设行业标准城镇污水处理厂污泥处置一园林绿化用泥质 ( c j 2 4 8 2 0 0 7 ) 中规定了污泥用于农业及园林绿化的标准要求。 建设部城镇建设行业标准城镇污水处理厂污泥处置一混合填埋泥质 ( c j 2 4 9 2 0 0 7 ) 规定了污泥用于混合填埋的标准要求。 建设部城镇建设行业标准城镇污水处理厂污泥处置一单独焚烧用泥质 ( c j 2 9 0 2 0 0 8 ) ，规定了用于污泥单独焚烧的城镇污水处理厂污泥泥质的指标及 使用时的技术要求和注意事项。 其他的相关的标准还有：农用污泥中污染物控制标准( g b 4 2 8 4 8 4 ) 、生 活垃圾焚烧污染控制标准( g b l 8 4 8 5 2 0 0 1 ) 、城市污水处理厂污泥检验方法 3 第一章引言 ( c j 他2 1 2 0 0 5 ) 、城镇污水处理厂污泥处置一分类( c j 厂r 2 3 9 2 0 0 7 ) 。 随着国家标准的实施，对污水处理厂中的污泥处理要求比以前更加严格， 污泥处理和处置的重要性不言而喻。 ( 3 ) 实施污泥处理和处置是加快生态城市建设，在资源节约、环境保护上 走在前列的需要 天津市目前还未实施可持续性和有序的污泥处置，污泥主要在垃圾填埋场 填埋或弃置在无监控的垃圾堆积场，满足不了现行国家标准的要求。堆积的污 泥将不可避免的对水体和大气造成严重的二次污染，给生态环境带来极不安全 的隐患，从而大大削弱污水处理厂的净化功能。目前污泥处理的方式显然不符 合生态环境持续改善的要求。 城市污泥处理和处置是实施天津生态城市建设规划纲要，实现经济社会可 持续发展、资源利用率持续提高、污染排放持续减少的需要。 ( 4 ) 实施污泥处理和处置是创建环境保护模范城市，实现污染减排目标的 需要 在本市创建“环境保护模范城市”的过程中，国家环保总局要求，在近期需对 全市的污泥进行有效的处理和处置。污泥处理和处置项目的建设是落实国家环 保总局要求，巩固和发展创建国家环境保护模范城市成果，大力发展循环经济， 有效利用清洁能源和可再生能源加强资源综合利用，认真落实节能减排目标责 任制及建立更加有效的监督管理体系的需要；是综合治理重点地区环境污染， 搞好净化、绿化、美化，提高环境质量的需要。 因此，全面解决天津市的城市污泥问题势在必行，而且刻不容缓。 1 4 污泥处理处置相关政策分析 在污水处理发展的初期阶段，城镇污水处理厂数量少、污泥产生量少，主 要为处理生活污水产生的初次沉淀池污泥和剩余活性污泥，其成份也不像今天 这样复杂；同时，因对环境质量的认识和要求较低、监管力度也不够，污泥土 地施用或随意填埋成了主要的处理、处置方式。 从2 0 世纪8 0 年代末开始，随着国家对环保工作的日益重视，我国城市污 水处理开始快速发展。但在这一时期，由于计划、建设、规划等管理部门以及 设计单位受认识、资金、技术、土地等条件的制约，都没有对污泥处理处置设 4 第一章引言 施建设给予足够的重视，往往在污水处理工程的项目文件末尾写这样一句话 污泥处鹭问题另行考虑或脱水后送填埋场填埋。实际结果是各个部门，没 有再展开进一步的工作，污泥污染问题逐渐显现。 由国家发展和改革委员会同建设部、国家环保总局编制的“十一五”全国城 镇污水处理及再生利用设施建设规划将污泥处理处置设施的建设列为“十一五” 我国污水处理行业需要重点解决的问题之一。 国家城镇污水处理厂系列泥质标准中已经颁布，其中农用污泥中污染物 控制标准( g b 4 2 8 4 8 4 ) 、城镇污水处理厂污泥泥质( c j 2 4 7 2 0 0 7 ) 、城镇污 水处理厂污泥处置分类( c j t 2 3 9 。2 0 0 7 ) 、城镇污水处理厂污泥处置园林绿化 用泥质( c j 2 4 8 2 0 0 7 ) 、城镇污水处理厂污泥处置混合性填埋泥质 ( c j 2 4 9 2 0 0 7 ) ，于2 0 0 7 年1 0 月1 日实施，城镇污水处理厂污泥处置制砖用 泥质( c j t 2 8 9 - - 2 0 0 8 ) 、城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质( c j t 2 9 1 - - 2 0 0 8 ) 、城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质( c j t 2 9 0 2 0 0 8 ) 、于2 0 0 9 年1 月1 日实施。 另外，国家即将颁布的城市污水处理厂污泥处理处置最佳可行技术导则 规定了现阶段污泥处置的主流技术和先进方向；城市污水处理厂污泥处理处置 技术政策则更具备强制性和执行性；城镇污水处理厂污泥处理处置技术规范 对于规范市场的意义则更是深远。可以看到，污泥环境管理体系政策文件正在 得到不断的完善和补充。 上述污泥处理处置文件的出台，形成了具有我国特点的系列标准规范、技 术规程，规范我国的污泥处置工作，使城镇污水处理厂产生的污泥得到妥善处 置，实现污泥减量化、稳定化、无害化，并逐步提高资源化利用率。 目前随着国家相关标准的出台，北京、上海、重庆及部分经济发达城市和 地区，已经开始进行污水处理厂污泥处理与处置工程。 1 5 国外发达国家污泥处理和处置技术发展简述 西方国家的大规模现代化污泥处理是从六十年代末开始的，根据时间可划分 为三个阶段。第一阶段是最为简单的处理方式，把污泥经过脱水减量化后运往 农业区或林地进行土地应用。但随着控制污染、保护环境呼声的提高，第二阶 段在兴建污水处理设施的同时建设了污泥无害化处理设施，改变了原来直接把 5 第一章引言 生污泥应用于农田的状态。这一时期污泥无害化处理的主要技术和设施是污泥 的中温厌氧消化和机械脱水。随着技术进步，开发出了更高水平的污泥无害化 和资源化处置的技术及设施，主要有机械堆肥、热裂解、热干化、焚烧、制成 建材等，呈现出多元化的污泥处理和处置方法，这是污泥处置的第三阶段。 国外污泥处理和处置现状简述如下： 1 5 1美国污泥处理和处置技术介绍 随着经济的发展，美国污水厂数量急剧增多，污泥产量加大，加之美国环 保局颁布的美国生物污泥产生、使用和处置报告( e p a 5 0 3 标准) 对可用于 土地利用的b 级产品的污泥质量进行了严格规定，以及用于可填土地的机会越 来越少，自1 9 9 5 年以来约有3 0 座污泥干化装置准备安装，污泥填埋的比重下 降，污泥干化焚烧利用呈上升趋势。1 9 9 8 年美国采用的污泥处理技术中焚烧处 理技术占6 0 ；污泥农用技术占1 8 ；填埋和其他技术占2 2 。 1 5 2 英国污泥处理和处置技术介绍 根据欧共体城市污水协定( 9 1 2 7 1 e e c ) 中规定“到2 0 0 5 年污水排放 量超过2 0 0 0 人口当量时，污泥必须进行处理。”英国2 0 0 5 年污泥产量较9 0 年代 初增长近6 0 。 另外欧共体规定污泥排海的最后期限为1 9 9 8 年1 2 月3 1 日，这项规定使英 国3 0 的排海污泥不得不转向陆地处置。 从长远考虑，英国将污泥农用和污泥焚烧作为污泥处置的发展方向。污泥 填埋所占污泥处置的百分比会逐年下降，最终成为污泥处置数量最小的一种方 法。2 0 0 2 年英国采用的污泥处理技术中焚烧处理技术占5 5 ；污泥农用技术占 2 0 ；填埋和其他技术占2 5 。 1 5 3日本污泥处理和处置技术介绍 随着日本污泥及垃圾产生量的逐年增多，占用的填埋场越来越多，日本土 地缺乏的矛盾日益凸现。日本政府已经作出了规定，2 0 1 5 年城市污泥和垃圾填 埋量由1 9 9 9 年的1 2 消减至6 ；工业垃圾和污泥填埋量由1 9 9 9 年的6 6 削 减至3 0 。 目前，日本已制定了大区域污泥处置和资源利用计划，即污泥无害化后用 于农业、园林或绿地；污泥焚烧后将灰分制成固体砖或其他建筑材料；利用污 6 第一章引言 泥发电、供热。 近几年来，污泥焚烧发展迅速，已成为主导工艺。大约6 成的下水污泥进 行焚烧处理，而且焚烧处理基本上是专烧，焚烧炉的燃料多采用重油和消化后 产生的沼气。日本也已经考虑，对一些不能实施专烧的场合，采用混烧处理方 式，为此也在积极稳定地实施混烧处理设施。 2 0 0 3 年日本采用的污泥处理技术中焚烧处理占5 5 ；污泥农用技术占9 ； 填埋和其他技术占3 6 。 1 5 4 德国污泥处理和处置技术介绍 德国在8 0 年代末期，污泥大多是运往垃圾填埋场处置。由于脱水后污泥仍 然含有较多的水分，给填埋场的运行带来不利影响。另外由于填埋标准和环保 要求的提高，近几年来在德国寻找一块填埋场地已是极其困难的，因而垃圾填 埋场地收费标准成倍提高，近几年来运往填埋场的污泥量越来越少，德国的许 多地区甚至已经禁止了污泥的土地填埋。2 0 0 1 年德国对污泥进行处置时仅有1 6 左右采用填埋方式。 伴随着填埋及农用比例的逐年下降，干化焚烧作为污泥无机化处理最有效 手段在欧盟所占的比例由1 9 9 5 年的9 上升到2 0 0 5 年的2 5 。其中，德国、 奥地利、丹麦和瑞士等国增加最为迅速。 德国自1 9 9 3 年5 月制订了关于废弃物处理新技术基准以来，焚烧处理作为 最终处理处于领先地位。污泥混烧需要进行前处理，即将污泥作干燥处理。污 泥作干燥处理后，其焚烧能力达到2 倍以上。如果投加比例( 湿重量) 为1 0 左右的话，即使将脱水污泥直接投入焚烧炉也不会因混烧产生新的污染问题。 目前德国的水费标准是7 6 欧元吨，其中3 欧元为自来水费，其余为污水 污泥处理费。垃圾焚烧场接收污泥费用为2 5 欧元吨( 污泥含固率2 0 - 3 0 ) 。 在德国，污泥焚烧工艺已有4 0 多年的历史，1 9 6 2 年第一台焚烧炉在德国投 入使用。近年来，焚烧工艺变得越来越成熟，也越来越适应环保的要求。特别 是在焚烧炉烟气净化这一领域，烟气中的有害成分经过一系列严格的处理措施， 已完全达到德国严格的环保要求。 1 5 5 意大利污泥处理和处置技术介绍 从保护旅游资源的角度出发，意大利实行限制焚烧，鼓励减量的政策。因 7 第一章引言 此污泥处理和处置多为污泥干化后进行填埋或用于建筑材料。 1 5 6 法国、西班牙污泥处理和处置技术介绍 法国、西班牙积极推行污泥干化减量和鼓励农用的政策。由于欧盟各成员 国对污染物的限制浓度不同，因此各成员国污泥土地利用的比例也有较大差别， 丹麦、挪威、法国、荷兰等国比例相对较高，而德国、奥地利、卢森堡等国比 例就低很多。欧洲多个要求比较严格的国家，法规上基本上都提出了到2 0 2 0 年 要禁止污泥进入农田。 工业废水处理过程中产生的污泥，因含有重金属等有害成分而不宜农用， 否则会在一段时间内影响土壤结构，对农作物和人类健康造成极大危害。在这 种情况下，可采用污泥焚烧处理，但处理成本较高，而且还会破坏本身的肥料 价值。尽管如此，有关污泥焚烧的处理方法在欧洲的一部分地区还是受到了相 当程度的重视，往往与垃圾焚烧一并考虑。 综上所述，欧美国家进入8 0 年代末期，由于污泥在农用、填埋、投海方面 的各种限制条件和不利因素日益突出，污泥干化及焚烧技术在欧美国家得到了 成功应用，使得污泥干化和焚烧技术在国外发达国家广泛推广开来。 1 6 国内外污泥堆肥处置发展动态 日本1 9 5 4 年建成第一座污泥堆肥中心，到2 0 世纪9 0 年代已建成3 5 座。目 前日本最大的污泥堆肥厂在北海道的札幌市，发酵仓和装袋生产线，机械化、 自动化程度很高。法国应用b i o t e r r a 机械堆肥工艺，取得良好效果。美国2 0 世纪8 0 年代开始研发比较完善的贝尔茨维尔好氧堆肥法，主要采用堆底穿孔管 道通入空气方法，防止臭气扩散，比较安全卫生。污泥堆肥在德国、荷兰、美 国等发达国家大多数由污水处理厂出资，国家资助并交专业公司承包产业化经 营。美国洛杉机、佛罗里达、宾夕法尼亚等州都建有同类工厂，每年约有4 9 的污泥制成肥料施于农田或林地。 我国2 0 世纪6 0 年代初开始好氧发酵处理污泥的研究，1 9 6 4 1 9 6 5 年间用 高碑店污水处理厂的污泥为基本原料进行了堆肥试验，1 9 8 5 年北京市政污水研 究所进行污泥高温堆肥工艺试验，随后我国许多城市和科研院所对城市污泥最 终处置和污泥堆肥展开了深入的研究和实践。近年来我国先后建立了一些机械 化较高的污泥堆肥厂，如北京、上海、郑州、无锡、杭州、武汉等市的机械化 8 第一章引言 堆肥处理技术，其堆肥技术在产品质量、运行操作可控性、环境质量等方面都 达到较高的水平。 1 7 课题研究目标 本课题以天津市污水处理厂的脱水污泥生物堆肥为研究目标。 自八十年代天津市建成、运行国内第一座中心城区污水处理厂开始，天津 市的污水处理事业日益蓬勃发展，又先后建成另外三座中心城区污水处理厂， 使天津市的污水处理率达到8 0 。为适应天津市经济、社会的发展需要，天津 市中心城区污水处理厂还要进行升级改造，为经济发展创造良好的环境，实现 天津市经济的可持续高速发展。随着天津市中心城区污水处理规模的扩大，作 为污水处理伴生品的污泥的产量也越来越大。 污水处理厂产生的污泥中含有多种致病微生物、重金属等有毒有害物质， 如对其不进行处理随意堆放和抛弃会使污泥中有毒有害物质对环境造成二次污 染。 通过本课题研究，建立保证天津市中心城区污水处理厂正常运行的机制， 避免污泥二次污染，促进污泥资源利用，保护和改善生态环境，充分依据天津 市的特点，通过科技创新达到污泥减量化、稳定化、无害化目标，提高资源综 合利用水平，实现循环经济发展的天津市中心城区污水处理厂污泥的无害化长 效处理处置机制，寻求在市场化运营模式下建立天津市污泥处理处置的途径。 通过本课题的研究，可以实现污泥处理处置的节能减排、循环利用和协调 发展，减轻政府负担，使污泥处置达到社会效益、环境效益、经济效益的统一。 1 8 主要研究方法 ( 1 ) 通过调研、分析、检测等措施进行天津市城区污泥产量、泥质分析研究； ( 2 ) 通过调研及试验研究，了解国内外污泥处理与处置技术及工艺，并根据泥 量及泥质分析结果选择合理的堆肥工艺和处理规模； ( 3 ) 通过调研、分析及研究，优化堆肥处置的建设方案，并进行投资和运营成 本的估算； ( 4 ) 通过调研、分析及研究，结合天津市现状，提出天津市污泥处置运营模式。 9 第二章天津污泥现状分析 第二章天津污泥现状分析 2 1 污泥处理处置状况 中心城区四座污水处理厂，污泥中的主要污染物为锌、铜、镉、汞等重金 属。污泥处理工艺大部分为厌氧消化后进行机械脱水处理至含水率为7 5 - - - 8 0 左右的污泥，然后运到垃圾填埋场填埋或弃置在垃圾堆积场。 2 2 天津市中心城区污水处理厂污泥产量分析 至2 0 0 6 年，天津市中心城区建成区面积为2 6 5 平方公里，污水收集排放系 统共划分为6 个服务区域，其中有2 0 6 平方公里已连入排污管网。目前中心城 区已建成的污水处理厂共有四座( 纪庄子、咸阳路、东郊和北辰) ，建设规模约 为1 5 0 x 1 0 4 m 3 d ，实际处理水量为l o o x l 0 4 m 3 d ，污水处理厂现状污泥量( 含水 率8 0 ) 约为9 0 0 1 0 0 0m 3 d 。 2 2 1污水处理厂现有处理及预期处理水量 天津市中心城区污水处理厂现状污水处理厂实际水量如下表所列： 表2 1 天津市中心城区污水处理厂现状污水厂水量单位：1 0 4 m 3 d 污水厂名称 纪庄子咸阳路东郊北辰 2 0 0 7 年1 月 9 4 7 5 68 7 4 0 51 0 8 7 1 97 5 0 7 2 0 0 7 年2 月8 5 4 9 l 6 9 0 7 29 7 3 7 3 6 6 7 6 2 0 0 7 年3 月 1 0 9 9 0 77 8 8 8 81 1 1 2 2 l1 1 0 7 1 2 0 0 7 年4 月 8 9 1 2 47 5 7 0 91 0 2 5 7 18 7 6 4 2 0 0 7 年5 月 9 7 1 6 47 5 7 4 61 0 3 2 1 69 2 6 5 2 0 0 7 年6 月 9 1 3 1 1 7 2 1 6 91 0 2 6 4 7 8 9 5 9 2 0 0 7 年7 月 1 0 2 4 4 46 7 3 9 31 0 1 8 6 29 3 7 3 2 0 0 7 年8 月 1 0 3 9 1 66 7 4 9 21 0 5 4 1 31 2 8 1 6 2 0 0 7 年9 月9 8 1 9 0 6 5 9 1 9 1 0 4 3 3 69 8 4 6 2 0 0 7 年1 0 月 9 9 6 9 27 8 1 9 01 0 5 8 3 2 1 0 9 0 9 2 0 0 7 年l1 月 8 8 5 6 l6 7 9 7 31 0 3 8 2 2 9 4 5 8 1 0 第二章天津污泥现状分析 2 0 0 7 年1 2 月9 2 2 7 47 5 0 1 0 1 0 6 9 7 98 8 6 2 2 0 0 8 年1 月 9 1 4 8 07 0 2 6 11 0 8 5 8 58 4 3 3 2 0 0 8 年2 月 7 7 7 9 56 4 0 0 81 0 3 8 0 58 5 8 2 2 0 0 8 年3 月 8 1 9 6 l6 6 9 8 11 1 1 7 0 7 9 4 0 5 2 0 0 8 年4 月 8 8 1 8 37 2 6 1 61 0 5 9 5 11 0 5 1 6 2 0 0 8 年5 月 9 5 4 2 07 4 5 4 0 1 0 7 5 9 4 9 8 8 7 2 0 0 8 年6 月1 0 1 8 5 88 2 5 2 49 9 6 3 81 6 9 3 6 总水量1 6 8 9 5 2 61 3 1 1 8 9 6 1 8 9 1 2 7 0 1 7 7 2 6 6 平均水量 3 0 8 92 3 9 83 4 5 8 3 2 4 从表2 1 可以看出，污水处理厂水量较为稳定。在确定污泥处置规模中需 首先确定各个污水厂的规模： ( 1 ) 纪庄子污水厂 现状水量约为3 l 万m 3 d ，根据资料2 0 2 0 年为4 0 万m 3 d ，则2 0 1 0 年水量约 为3 2 5 万m 3 d 。考虑到已实施的双林污水系统调水工程( 约为6 万m 3 d ) ，则 2 0 1 0 年水量约为3 8 5 万m 3 d ，按4 0 万m 3 d 计算。 ( 2 ) 咸阳路污水处理厂 现状水量约为2 4 万m 3 d ，考虑未来需要接入的迎水道泵站污水量，2 0 10 年 水量按3 0 万m 3 d 计算。 ( 3 ) 北辰污水处理厂 现状水量约为5 万m 3 d ，2 0 1 0 年水量按1 0 万m 3 d 计算。 ( 4 ) 东郊污水处理厂 现状水量约为3 5 4 万m 3 d ，2 0 1 0 年水量按4 0 万m 3 d 计算。 2 2 2污水厂现有产泥及预期产泥量 表2 2 天津市中心城区污水处理厂现状污水处理厂实际产泥萤单位：m 3 d 污水处理厂 纪庄子咸阿 路东郊 北辰 2 0 0 7 年2 4 51 9 54 0 04 5 2 0 0 8 年2 1 42 2 54 0 84 8 平均泥量2 2 9 5 0 2 1 0 0 0 4 0 4 0 04 6 5 0 ( 1 ) 天津中心城区四座污水厂设计水质 四个污水厂均正在实施升级改造工程，设计水质如下： 第二章天津污泥现状分析 1 ) 纪庄子污水处理厂设计进水水质：b o d ：2 7 0 、c o d ：5 0 0 、s s ：4 0 0 、 氨氮：5 5 、总氮：6 5 、总磷：8 ； 2 ) 咸阳路污水处理厂设计进水水质：b o d ：2 2 0 、c o d ：4 5 0 、s s ：3 0 0 、 氨氮：6 5 、总氮：7 5 、总磷：7 ： 3 ) 北辰污水处理厂改造设计进水水质：b o d ：4 0 0 、c o d ：8 5 0 、s s ： 3 0 0 、氨氮：8 0 、总氮：1 0 0 、总磷：6 。 4 ) 东郊污水处理厂改造设计进水水质：b o d ：3 0 0 、c o d ：5 0 0 、s s ： 4 0 0 、氨氮：3 5 3 5 、总氮：4 5 5 5 、总磷：8 。 ( 2 ) 初沉及剩余污泥量计算 考虑到现状已为2 0 0 8 年下半年，污水厂污水水质不会发生较大的变化，因 此污水厂初沉污泥及剩余污泥可以现状污泥量及水量作为参数，计算得出2 0 1 0 年污泥量见表2 3 ： 表2 32 0 1 0 年天津市中心城区污水处理厂污泥量单位：m 3 d 污水厂名称纪庄子污水厂咸阳路污水厂东郊污水厂北辰污水厂 平均泥量 2 2 9 5 02 1 0 0 04 0 4 0 04 6 5 0 平均水量 3 0 8 92 3 9 83 4 5 83 2 4 产泥量( m 3 历m 3 ) 7 4 38 7 61 1 6 81 4 3 5 2 0 10 年污水量( 万m 3 d )4 03 04 01 0 2 010 年污泥量( m 3 a )2 9 7 2 12 6 2 6 84 6 7 3 98 6 0 9 ( 3 ) 除磷污泥量计算 各个污水厂进水中t p 浓度均不高，生物除磷可去除大部分t p ，依靠化学 除磷污泥量约为0 5 m g 1 。投加硫酸铝约7 m g l ，根据美国e o r e w e l l 公式，产泥量 见表2 4 ： 表2 4 加药除磷产生污泥量单位：m 3 d 污水处理厂纪庄子 咸阳路 东郊北辰 2 0 1 0 年污水量( 万m 3 a ) 4 03 0 4 06 污泥干重 1 2 30 9 21 2 3 o 1 8 污泥含水率 7 8 7 8 7 8 7 8 2 0 10 年污泥量( m 3 a )5 64 2 5 60 8 4 1 2 第二章天津污泥现状分析 综上所述，2 0 1 0 年天津市中心城区污水处理厂产生污泥量见表2 5 ： 表2 52 0 1 0 年天津市中心城区污水处理厂污泥量单位：m 3 d 污水处理厂名称 纪庄子咸阳路 东郊北辰 污泥量 3 0 2 8 12 6 6 8 84 7 2 9 98 6 9 3 2 3污泥堆肥对泥质的要求 国家城镇污水处理厂系列泥质标准中已经颁布，其中农用污泥中污染物 控制标准( g b 4 2 8 4 8 4 ) 、城镇污水处理厂污泥泥质( c j 2 4 7 2 0 0 7 ) 、城镇污 水处理厂污泥处置分类( c j t 2 3 9 2 0 0 7 ) 、城镇污水处理厂污泥处置园林绿化 用泥质( c j 2 4 8 2 0 0 7 ) 、城镇污水处理厂污泥处置混合性填埋泥质 ( c j 2 4 9 2 0 0 7 ) ，于2 0 0 7 年1 0 月1 日实施，城镇污水处理厂污泥处置制砖用 泥质( c j t 2 8 9 - - 2 0 0 8 ) 、城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质( c j t 2 9 1 - - 2 0 0 8 ) 、城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质( c j t 2 9 0 2 0 0 8 ) 、于2 0 0 9 年1 月1 日实施。 污泥堆肥应当满足国家相关标准，符合标准的适用堆肥处理工艺，不符合 标准的采取其他处置办法。 2 4 天津市中心城区污水处理厂污泥泥质分析 由于污水处理厂污泥中的有毒有害物质与污水处理厂的进水有直接关系， 以纪庄子污水处理厂为例，通过对污水处理厂进水中的相关污染物和污水处理 厂污泥泥饼中的成分的分析来研究分析污泥成分。 纪庄子污水处理厂坐落于天津市河西区，设计处理水量为5 4 万吨天，目前 实际处理水量3 1 万吨天。服务范围包括天津市和平区全部、河西区和南开区的 部分地区。服务面积3 7 7 平方公里，服务人口1 0 8 万人。 纪庄子污水处理厂扩建后设计污泥处理采用浓缩、一级消化、脱水工艺。 处理后泥饼含水率7 0 - 8 0 。目前每日约产生含水率8 0 的湿泥饼2 3 0 吨左 右，经过中温厌氧消化后进行机械脱水处理至含固率为2 0 - 2 5 左右的污泥 运到垃圾填埋场填埋或暂时存放在垃圾堆积场。 纪庄子污水处理厂2 0 0 6 年- 2 0 0 8 年污泥泥质情况见表2 表2 8 所示： 第二章天津污泥现状分析 表2 6 纪庄子污水处理厂污泥中污染物2 0 0 6 年情况 项目 总铬总铜总锌总铅 总镉总镍 总砷总汞氰化物挥发酚 同期 m g k gm g k gm g k gm g k gm g k gm g k gm g k gm g k gm g k gm g k g 1 月 6 28 92 6 31 71 o1 39 1 1 4 3o 8 52 2 7 2 月 4 7 52 4 0 06 9 41 2 92 41 3 10 48 9o 7l o o 3 月4 03 1 4 5 7 5 5 04 91 0 93 l1 61 31 1 3 4 月3 0 1 4 45 2 53 81 3 7 51 21 21 4 4l o o 5 月 3 2 12 3 8 07 9 71 0 91 91 4 11 2 6 o 51 0 o 6 月6 5 82 5 4 04 0 2 01 6 04 o2 1 0l o1 00 42 0 o 7 月6 5 42 5 4 01 9 8 01 4 63 62 0 11 91 4o 82 0 o 8 月 9 月 4 42 9 41 9 7 e + 0 38 43 o6 01 3l lo 42 4 4 1 0 月 4 3 32 1 18 1 9 e + 0 24 92 35 01 91 40 4 5 0 o 1 1 月4 21 9 7 01 3 9 e + 0 34 02 34 21 91 7l3 0 0 1 2 月2 8 51 9 21 6 8 e + 0 35 3 22 87 82 11 01 2 15 0 0 园林绿化1 0 0 01 5 0 04 0 0 0 1 0 0 0 2 0 2 0 0 7 51 51 04 0 表2 7 纪庄子污水处理厂污泥中污染物2 0 0 7 年情况 丽目 总铬总铜总锌总铅总镉总镍总砷总汞氰化物挥发酚 只期 m g k g m g k g m g k g m g k g m g k g m g k gm g k g m g k gm g k g m g k g 1 月 4 4 92 0 11 3 4 05 23 15 l7 81 13 35 5 o 2 月3 7 61 9 61 3 6 04 42 61 0 72 67 84 35 0 0 3 月1 5 63 0 51 3 2 04 01 7 02 9 21 2 29 0 80 43 5 9 4 月 5 2 82 1 31 6 48 l3 21 5 52 7 22 7 9 6 53 5 1 5 月 4 8 11 9 65 4 75 52 87 02 6 42 4 66 66 4 1 6 月 3 0 63 1 91 1 7 e + 0 38 4l o 01 2 01 91 5 63 73 6 7 7 月3 9 9 08 2 26 1 2 e + 0 31 0 5 e + 0 37 34 3 92 7 62 00 42 0 3 8 月3 6 1 2 3 31 5 0 05 52 81 0 l1 8 12 1 81 8 5 3 3 9 月3 2 9 + 0 3 9 2 56 7 7 e + 0 31 2 2 e + 0 37 84 5 53 4 81 2 41 63 8 0 l o 月3 7 32 8 8 02 5 8 e 埘8 74 31 7 83 0 51 50 9 42 6 3 第二章天津污泥现状分析 1 1 月 1 5 31 3