中國城市污泥處理處置技術發(fā)展現狀及建議
文／北京市環(huán)境保護科學研究院 俞金海
1. 中國城市污水處理及工藝應用概況
1.1 污水處理廠及處理能力統計
近年來，中國城鎮(zhèn)污水處理事業(yè)獲得了極大發(fā)展。據住建部統計，至2009年3月，我國已建和在建污水處理廠總數已達3475座，設計污水處理能力達14721萬噸/天（如圖1），據國家發(fā)展和改革委員會《關于2008年國民經濟和社會發(fā)展計劃執(zhí)行情況與2009年國民經濟和社會發(fā)展計劃草案的報告》，2008年，我國城市污水處理率已經達到65%，已經超過“十一五”污水防治規(guī)劃設定的60%目標。據住建部預測至2015年，全國污水處理廠設計處理能力將達到17500萬噸/天。
1.2 污水處理廠規(guī)模及污水處理工藝統計
據國家環(huán)境保護部第30號《關于公布全國城鎮(zhèn)污水處理設施和燃煤電廠脫硫設施的公告》，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)污水處理廠設計規(guī)模
設計處理規(guī)模（萬噸/天） <5 5~10 10~20 >20
數量（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
應用情況調查（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果是會產生大量各種類型的污泥，主要是剩余活性污泥。
2. 中國污泥產生及處理處置概況
據環(huán)境部預測，至2010年底，全國污泥產生量將達到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。
據調查，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%）或農業(yè)利用（44.8%）。有污泥穩(wěn)定處理設施的不到1/4，能穩(wěn)定運行的不足10%（甘一萍，2005）。即便是在中國經濟最為發(fā)達的長三角地區(qū)（張辰，2006），基本只進行了脫水處理，且其中60％的污水處理廠脫水污泥達不到含水率80％以下的要求。由于污泥處理處置的不當和根本未進行合理處置而導致各地與污泥污染相關的報道頻頻見諸公眾（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致水環(huán)境嚴重“二次污染”事件，2005年，王小郢污水處理廠大量污泥因當地群眾抵制無法外運而向合肥市污水管理處發(fā)出要求允許其停止運行污水處理的緊急報告，2006年12月發(fā)生上海石洞口污水處理廠將干化污泥運至青浦區(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造成了嚴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發(fā)展現狀及存在問題
3.1 污泥處理處置技術管理體系建設
從2003年開始，隨著中國各級政府開始重視污泥污染問題，各部門采取多管齊下、齊頭并進的方式來推動中國污泥處理處置事業(yè)的發(fā)展。首先，環(huán)境保護部將污泥作為環(huán)境技術管理體系建設的首批6大試點行業(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導則》、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置工程技術規(guī)范》和《城市污水處理廠污泥處理處置技術政策》三個文件，分別從技術指南、技術規(guī)范和技術政策方面提出指導和規(guī)范；其次，住建部通過制定并先后發(fā)布《農用污泥中污染物控制標準》、《分類標準》、《泥質標準》、《園林綠化用泥質標準》和《混合填埋泥質標準》等一系列標準，來規(guī)范污泥處理處置市場的運營；第三，科技部和財政部通過“863”計劃和國家重大水污染控制專項經費的支持，不斷加大對污泥處理處置技術研究和設備開發(fā)方面的投入，積極推動污泥處理處置技術和設備國產化和產業(yè)化。
3.2 發(fā)展現狀
中國污泥處理處置技術的發(fā)展已經從最初的單純由企業(yè)推動，發(fā)展到目前國家和地方政府層面的積極推進，通過近幾年來的積極引進、消化吸收和自主開發(fā)，我國在污泥處理處置技術研究和設備開發(fā)方面有了長足進步，不斷有關于污泥處理處置新技術、工藝和設備投入示范工程研究和實際工程建設運營的報道。
在污泥過程減量化技術方面，北京工業(yè)大學開發(fā)的依靠降低微生物產率和增強微生物內源呼吸、促進微生物自身的分解的浸沒式膜生物反應器工藝，中科院水生所利用水蚯蚓喜食污泥，且性喜抱團生長和附著填料及壽命長的特點，在浙江諸暨污水處理廠進行的水蚯蚓生物消化污泥技術開發(fā)；北京紫石千年環(huán)保設備有限公司利用低頻超聲波（20kHz~100kHz）試驗裝置對廣州大坦沙城市污水處理廠的污水污泥進行了中試試驗，東莞某污水處理廠采用清華大學開發(fā)的水熱干化+厭氧消化+脫水工藝處理污泥。
在污泥脫水技術和設備的開發(fā)方面，西安市污水處理廠采用了日本石垣株式會社的螺旋壓榨脫水機，蘇州市污水處理廠采用了安德里茲生產的全自動隔膜板框壓濾機，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試驗系統等，均取得不錯的脫水效果。
在污泥穩(wěn)定化處理技術開發(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)定技術將污泥穩(wěn)定處理后進行填埋，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)酵技術將脫水污泥進行堆肥處理后，生產有機復合肥用作農田肥料，其它城市如石家莊、太原、西安等均做過污泥制有機肥的試生長試驗。
在污泥干化技術的應用方面，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，北京水泥廠引進渦輪薄膜干化工藝處理污泥后用作水泥生產原料。
在焚燒技術應用和研究方面，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+回轉式焚燒爐集成干化焚燒工藝，江蘇常州、南京和揚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和工藝設備的應用和發(fā)展現狀，主要存在以下一些問題和矛盾。
首先是污泥處理處置技術和工藝設備發(fā)展依然落后。當前我國有些污水處理廠所采用的污泥處理技術雖然與先進國家沒有太大的差別，但在工藝設備設計和制造水平、工藝系統完善水平、自動控制水平、污染物控制水平等方面還與先進國家存在很大差距，盲目引進的國外技術，又由于與我國污泥性質難以匹配，而導致設備性能降低，處理效果下降，進而要么使得設備投資成本和設備維護與運營成本大幅攀升，要么就閑置不用，造成國家資金的浪費。譬如，已建干化焚燒廠的污泥干燥器和焚燒爐及自動控制系統均需依賴進口，但投資成本高昂，且由于操作控制和運行維護要求高，難以適應我國污泥含水率高、含砂量大和熱值低等特點，致使實際運行效果不佳，而國產化裝備大多是對國外單元機械設備的簡單模仿，雖然投資成本低，但因缺乏有效技術支撐，因此在單元設備設計制造、系統集成和優(yōu)化設計、過程控制、能量利用效率、自動控制、安全保障、污染控制和運行管理等方面均難以達到令人滿意的結果。
其次是研發(fā)經費不足，完全依靠市場推動策略失敗。據統計，用現階段常規(guī)污泥處理系統(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處理廠全部費用的40%，但國內現有水平僅在24%~45%，而歐、美發(fā)達國家達到50%~70%。投入資金的不足和國家采取完全依靠市場推動技術進步的方式來推動環(huán)保產業(yè)發(fā)展的策略，導致目前出現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或簡化污泥處理處置設施，企業(yè)想進入市場但因難以確保穩(wěn)定的產品市場而不積極推動污泥處理處置技術和工藝設備發(fā)展的局面，最終使得我國在污泥處理處置技術和工藝設備的升級和進步方面進展緩慢，不得不依靠進口解決燃眉之急。
第三是我國城市污泥處理處置領域產業(yè)集中度相對較低、技術裝備整體配套性差、關鍵設備和重大裝備的國產化率低、環(huán)保設備制造業(yè)規(guī)模偏小、產業(yè)整體技術創(chuàng)新能力低、產業(yè)化和市場化運營機制建立進程較為滯后。
4. 結論與建議
目前，我國在污泥處理技術，如脫水技術、高溫好氧堆肥技術和厭氧消化等技術及相應的工藝設備研究和開發(fā)方面已取得很大進步，并在我國很多中小型污水處理廠中獲得成功應用，但在污泥處置技術方面，尤其是干化焚燒技術及其關鍵技術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是多學科、多領域知識的綜合應用，需要更高的技術支撐和研發(fā)經費投入。因此，應基于我國城市污泥的自身特性，綜合利用引進、消化吸收和自主開發(fā)等手段，結合現有污泥干化焚燒技術和設備及產品的研究成果和實際運行情況，重點對我國城市污泥干化焚燒關鍵設備與重大裝備的產業(yè)化開展研究，構建成熟、高效的技術創(chuàng)新和產業(yè)化平臺。具體而言，建議國家在十二五期間應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、組成和性質波動范圍大的特點，遵循節(jié)能減排、低碳環(huán)保、經濟高效和安全穩(wěn)定的理念，綜合運用原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新等手段，集成熱力學、傳熱學、流體力學、機械加工、自動化控制和系統工程等不同學科的研究理論，突破污泥干燥、焚燒和熱解過程中傳熱傳質、燃燒過程自動控制、熱能回收利用、煙氣/尾氣一體化凈化控制等關鍵技術，研究并開發(fā)出先進高效、安全穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保的干化焚燒一體化核心技術和大型裝備，實現大型污泥干化焚燒集成系統中各單元裝備工藝設計和加工制造方面的自主化突破，并通過示范工程驗證，優(yōu)化干化焚燒集成系統工藝流程和各單元裝備的設計和控制參數，提高集成系統自動化控制、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)模生產奠定基礎，以結束我國在干化焚燒領域核心裝備主要依賴進口的局面。
（2）針對當前我國大量中小型污水處理廠污水污泥具有產量中等、有毒有害成分少，但含水率和揮發(fā)性有機物含量高，且均質等特點，為及時跟進世界污泥處理處置技術的發(fā)展潮流，研究并開發(fā)出兼具能量傳導、物料傳輸、產物收集與高值再利用于一體的干化熱解技術和成套裝備，并通過工程示范，改進和優(yōu)化集成裝備的設計和制造，為產業(yè)化奠定基礎。
（3）通過開展城市污泥干化焚燒通用和專用設備的全流程集成研發(fā)，形成一系列具有自主知識產權或專有技術的設備產品，并通過建立示范工程，促進城市污泥干化焚燒設備的產業(yè)化和成套化發(fā)展，實現關鍵設備和重大裝備的標準化和產業(yè)化，培育國有大型污泥干化焚燒裝備制造及系統集成企業(yè)的國際競爭力，實現我國從一個污泥處理處置設施建設和設備需求大國，向污泥處理處置設備生產和制造大國轉變，帶動我國環(huán)保裝備產業(yè)發(fā)展。
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