我国污泥处理处置技术应用现状及发展趋势探讨_李雄伟(各项污泥处置技术成本)

第32卷第16期2016年8月

中国给水排水

CHINA WATEＲ＆WASTEWATEＲ

Vol．32No．16Aug．2016

我国污泥处理处置技术应用现状及发展趋势探讨

李雄伟，李

俊，李

冲，薛一帆，王红军，何艳华，张

蕾

（无锡国联环保能源集团有限公司，江苏无锡214131）

简述了我国城镇污水处理厂污泥处理处置的现状，指出了我国现阶段污泥处理处置

行业多路线并存的局面。从路线优势、运行情况、成本分析及存在问题等方面对我国当前典型的污

摘

泥处理处置组合工艺路线进行了对比分析，并在此基础上综合探讨分析了我国污泥处理处置的发展方向及技术应用趋势。

关键词：

污泥；处理处置；技术路线

中图分类号：X705文献标识码：B

文章编号：1000－4602（2016）16－0026－06

要：

Current Application Situation and Development Trend of Sludge Treatment and

Disposal Technologies in China

LI Xiong-wei ，LI Jun ，LI Chong ，XUE Yi-fan ，WANG Hong-jun ，HE Yan-hua ，

ZHANG Lei

（Wuxi Guolian Environmental and Energy Group Co．Ltd．，Wuxi 214131，China ）Abstract ：

The current situation of municipal sludge treatment and disposal in China was de-scribed．Coexistence status of multi technical routes of the sludge industry was proposed．The advantages ，operation ，cost and existing problems of several typical technical routes were comparatively analyzed．On this basis ，the development trend and application trend of the sludge treatment and disposal techniques were discussed comprehensively．

Key words ：

sludge ；

treatment and disposal ；

technical route

从最终去向来看，垃圾填埋厂仍是我国当前城镇污泥的主要去向；其次是土地利用与建材利用，前者在运营市场中占比超过10%，后者占比相对较

好氧发酵、厌氧消化等传统处理方小。另外除焚烧、

式外，热水解、碳化及与有机废弃物协同处理等方式

但目前占比仍较近年来开始在运营市场中出现，小

［1，2］

剩余污泥是城镇污水处理过程中污染物转移、

。近年转化的产物，是现阶段难以避免的“副产品”2013年我国城来我国城市污泥产量仍呈增长态势，

4

市干污泥产量已超过650ˑ 10t 。预计至2015年底，全国城镇湿污泥（含水率为80%）产生量将达到3300ˑ 104t 。

从污染物在水中的转移、转化及安全处理角度来看，污泥处理处置应是污水处理的重要补充环节。但相较于污水处理，污泥处理处置行业在技术与市场成熟度方面均远远落后，两者割裂相对严重，滞后的污泥处理处置带来的环境问题日益凸显。

E －mail ：sd_lichong@163．com

。

从技术路线的应用情况来看，简单引进或照搬

国外的技术，在技术、造价及管理方面均表现出与我国国情适用性不足的问题。受雨污合流、市政工业废水合流管网建设背景与区域经济、地方政府财力、

通信作者：李冲

www．watergasheat．com李雄伟，等：我国污泥处理处置技术应用现状及发展趋势探讨第32卷第16期

地理、人口、气候等方面的差异影响，我国现阶段污

泥处理处置行业仍是多路线并存局面。1我国典型污泥处理处置技术路线1. 1“填埋”路线

成本问题仍是现阶段污泥处理处置技术应用的

运营的城镇污主要限制因素。截至2013年11月，

水处理厂中，67．19%，远高［3］

于其他污泥处理处置方式的占比。

我国现有污泥标准中的《城镇污水处理厂污泥

（GB /T23485—2009）中规处置混合填埋用泥质》

定污泥用于填埋时，其含水率应不超过60%。这实

际上意味着，填埋前的污泥必须经由脱水或其他稳定化措施处理。

1. 1. 1石灰稳定—卫生填埋

①

路线优势

设备投资与运行成该技术路线工艺流程简单，

且在石灰稳定作用的同时，其剪切力和承载力本低，

明显提高，污泥产品性能基本满足卫生填埋的要求。

②

运行情况

该技术路线作为小规模污泥处理或污泥应急处理方案具有一定的实用性，但在干基物质上的增量、石灰类物质的大量加入对污泥有机质的破坏限制了其应用推广。

、廊坊凯北京方庄等污水处理厂污泥处置工程项目中被、［4，5］

。采用

③

成本分析

在脱水污泥含水率为80% 85%范围内，石灰

处理后的污泥投加量约占污泥干基的20% 30%，含水率控制在60%以下。

石灰稳定设备的基建和投资通常低于其他污泥

处理工艺，正常情况下，石灰稳定工程的投资成本约日常运行成为20万元/t（以污泥含水率为80%计），本为80元/t（以污泥含水率为80%计）。

④

存在问题

石灰的添加增加了污泥的干基量，石灰稳定的方式限制了污泥后续资源化利用途径。

从长远发展趋势来看，考虑到城市用地减少、污泥中有机质得不到充分利用、渗滤液对地下水的污染风险等诸多潜在不利因素，石灰稳定后卫生填埋的处置方式并不适合长期大规模的应用，有逐步被淘汰的可能性。

1. 1. 2预处理—深度脱水—卫生填埋

①

路线优势

污泥深度脱水作为阶段措施，有一定的发展空间。深度脱水路线除设备投资和运行成本较低的优

同时预留了后段升级的接口，如后接焚烧处置点外，

措施，则可以作为分步实施的前段选择。

②

运行情况

全国范围内分布有较多的污泥深度脱水项目，典型的如无锡梅村、广州大沙地污泥深度脱水项目等，规模为100 200t /d。

污泥预处理和深度脱水工程通常可以在污水处

厂外作业的要求较低。污泥深度脱水理厂内实现，

隔膜板通常包括污泥调理（化学调质或生物沥浸）、

框机械过滤两个主要过程。含水率为97%的浓缩污泥可脱水至含水率为55%左右，脱水环节实现了污泥的初步减容，碱性类药剂的添加实现了污泥一定程度上的稳定化。

③

成本分析

污泥的单采用化学调理深度干化脱水工艺时，位投资为7 12万元/t，日常运行成本为90 100元/t；采用生物沥浸调理脱水，污泥的单位投资在15 25万元/t，日常运行成本约100元/t。

④存在问题

“石灰稳定+卫生填埋”与相比，该技术的先进性有所提升，石灰用量有所降低，污泥经深度脱水后体积减小，但同样存在干基物质增加、有机质浪费与稳定化程度低等缺陷。1. 2“堆肥”路线

①

路线优势

在我国污泥处理处置资源化利用行业中，好氧发酵技术即俗称堆肥的技术是最具代表性的应用技术之一。

污泥堆肥在技术上主要包括动态堆肥、静态堆肥和反应器堆肥等几大类，机械化、智能化等技术的

［6，7］

。应用促使堆肥技术取得了长足的进步

该路线以含水率为80%的脱水污泥为原料，采

用高温好氧发酵堆肥。污泥量较大时可选择隧道仓式、发酵池式等好氧发酵技术，污泥量较小时可选择覆盖膜式、条垛式、滚筒式等好氧发酵技术。

②

运行情况

污泥好氧发酵阶段周期较长，通常在25 30d 。污泥高温好氧发酵/堆肥技术需要较多的外部能源，

同时需要消耗秸秆、谷糠、木屑、锯末等辅料，需要考虑当地辅料资源的问题，避免堆肥成本增加。国内陆续建设运行了多个污泥堆肥项目，处置规模为10 1000t /d。但运行项目存在技术水平参处理标准各异、产出物料用途不明确等问差不齐、

题。

③

成本分析受项目规模、具体工艺选择及所在地等因素影

等问题，导致消化设备的运行稳定性、产沼气率等指

［10，11］

。标普遍较国外标准低

“含水率为99%的污泥→中温上海白龙港采用

厌氧消化→脱水到含水率为75%→干化到含水率的技术路线，类似项目有乌鲁木齐河东、郑为30%”

州王新庄等污泥厌氧消化项目。大连夏家河污泥处理处置工程采用“含水率为80%的脱水污泥+中温厌氧消化+脱水到含水率为75%+土地利用”的技术路线。湖南长沙、襄阳鱼梁洲等污泥处理处置项目选用“含水率为80%的脱水污泥—热水解—协同厌氧消化—脱水干化（或其他处置方式）”技术路线。

③

成本分析

项目的单根据具体情况选择处理工艺的不同，

位投资为25 80万元/t（以污泥含水率为80%计），日常运行成本为120 245元/t（以污泥含水率为80%计）。

④

存在问题

在污泥产能利用方面，沼气利用的激励机制仍

受污泥中重金属类物质的影响，消化后污相对缺乏、

泥（沼渣）及沼液的出路问题仍不十分明朗。从技术发展趋势来看，厌氧消化技术在污泥领域的应用发展方向主要集中在以下几点：a．工艺、设备及管理精细化发展

传统厌氧消化工艺发展相对成熟，基于传统技术路线的工艺，将会在“罐体、储气柜等装置结构及材质的优化、搅拌、换热方式及系统改进、物联网等过程监控系统的加强”等领域进行突破。

b．有机固体废弃物协同厌氧消化

厌氧消化理想的碳氮比为20 30，实际污泥中

［12］

碳氮比值较低，污泥协同餐厨垃圾、果蔬废渣、有机生活垃圾等厌氧发酵方式有利于提高整体的厌氧消化效果。

c．污泥预处理提升转化率

污泥中的有机物大部分是微生物细胞物质，由于受细胞壁包裹，不利于生物降解，导致污泥降解率低、污泥厌氧消化停留时间长（SＲT为20 30d ）及反应体积大等缺点。有效的预处理可以提高甲烷产

［13］

量和污泥的转化率，目前污泥预处理方法主要有物理法（热水解、超声波、高压喷射）、化学法（臭氧、［14］加碱）和生物酶预处理法，其中污泥热水解和厌氧消化组合方式在北京、长沙、襄阳等地得到了规模

响，污泥堆肥工程投资成本约20 70万元/t（以污

泥污泥含水率为80%计）；受当地原料、人工、管理方式等因素不同，运行成本为60 200元/t（以含水

上海松江项目处理工程日处率为80%计）。例如，

投资成本超过60万元/t（以污泥含理湿污泥120t ，

［8］

水率为80%计）；沈阳市污水处理厂污泥项目设计处理规模为1000t /d，投资成本为27万元/t（以污泥含水率为80%计）。

④

存在问题

从行业现状来看，仍存在“二次污染、产品出

较大的占地面积及辅料来源受限”等问题。例路、

如，前端污泥脱水过程中添加的药剂残留、重金属超

［9］

标、病原菌及臭气排放等问题。发酵产品的季节不同发酵方式下的构筑物、机械设备及品控性需求，

系统缺乏相应的行业标准等因素都限制了污泥土地利用技术的推广应用。

，“集中于过程自动化、从发展趋势上来看空间

利用高效、发酵周期缩短、占地紧凑合理、无臭气二次污染”的改进型好氧发酵技术是该领域内的主要

智能化的小型设备也将成为此领域内的发展方向，

重要补充。

1. 3“厌氧消化”路线

①

路线优势

污泥厌氧消化是目前国际上应用最为广泛的污泥稳定化和资源化方法。在《＜城市污水处理及污染防治技术政策＞的通知》中明确指出“处理能力＞10ˑ 104m 3/d的污水二级处理设施产生的污泥宜采用厌氧消化工艺进行处理，产生的沼气应综合应

。用”

运行情况目前，北京、上海等地50余座大型污水处理厂中建设了厌氧污泥消化系统，由于一系列原因，可以运行的仅有20余座，但规模仍在缩减。主要是污泥中泥砂含量较高、有机质不足、污泥的可生化性较差

②

化的应用，也是未来的发展方向之一。

1. 4“焚烧”路线

污泥焚烧同厌氧消化、好氧堆肥是国内外污泥处置最为经典的方式，它具有减量化明显、处理速度无害化彻底和余热可能量化利用等优点。快、

污泥焚烧技术的分类方式存在多种，如根据污泥焚烧工艺主体设备进行区分，根据污泥焚烧方式进行区分，根据污泥的去向或利用方式进行区分等

［15］

水泥窑/砖窑产生的余热进行污泥干化，再进行协同

处置。采用此种方式的污泥处置工程投资成本为15 35万元/t（以污泥含水率为80%计），运行成本为180 257元/t（以污泥含水率为80%计）。污泥干化如选用热干化（蒸汽）方式，污泥含水率由80%可以直接降至40%以下，可送入热电厂进行掺烧。热干化的投资成本为15 25万元/t（以污泥含水率为80%计），运行成本为180 220元/t（以污泥含水率为80%计）。

④

存在问题

水泥行业受市场影响较大，水泥窑协同处置受

［16］

税收优惠等政策影响较大。在收费机财政补贴、

除去技术与产品品质方面的制尚不明确的情况下，

影响，污泥协同处置的成本普遍高于200元/t，仅依靠补贴，利润率、投入与收入失调等问题致使企业开展污泥协同处置的动力并不足。

1. 4. 2预处理+深度脱水/干化+焚烧+建材利用

①

路线优势

该路线可通过单独焚烧完成对污泥的稳定化和无害化处理，焚烧产物经鉴定为非危险废物的，可直接作为骨料或路基材料，掺混到混凝土或其他建筑

符合低碳经济、节能环保的基本理念。材料中，

运行情况

干基热值在8368kJ /kg以上的污泥可采用该技术路线：含水率为97%的浓缩污泥深度脱水至60%以下，由污泥焚烧产生的余热通过盘式干燥机间接将污泥含水率进一步干化降低至40%以下，进入流化床焚烧炉焚烧；焚烧产生的热烟气经余热锅炉回收热能后用于前段污泥干化。整个过程满足自持焚烧，烟气处理后达标排放，焚烧灰渣经检测后作为建材原料或填埋处置。

随着雨污分流管网的建设及完善，部分区域污泥中的有机质含量呈上升态势，污泥干基热值的提升，除能满足自持焚烧需求外，亦可提供一定量的余热，使得焚烧成本进一步削减，焚烧则可以作为资源化利用的一种形式。

③

成本分析

含污泥前端深度脱水环节，污泥焚烧处置工程整体投资成本为35万元/t，运行成本为350元/t。

④

存在问题

由于焚烧技术涵盖面较广，具体存在的问题因焚烧方式而不同。对行业来讲，总的来说是工艺复

②

。

从污泥焚烧工艺主体设备来分，包括设独立焚烧系统的污泥焚烧处置方式及不设独立焚烧系统的

处置方式，其中设独立系统的污泥焚烧方式，又可以能量利用方式和焚烧炉类型根据其污泥干燥方式、

进行具体细分；不设独立焚烧系统的处置方式，包括污泥水泥窑协同处置、污泥与垃圾混烧、污泥掺烧，其共性是采用了垃圾焚烧和燃煤电厂锅炉及烟气净

未设置专用的污泥焚化设备对污泥进行焚烧处理，

烧锅炉。

1. 4. 1预处理+深度脱水/干化+掺烧+建材利用

①

路线优势

该技术路线是将含水率为97%（或80%）的污

掺入比不超过10%。水泥泥深度脱水到60%以下，

窑/砖窑/热电高温掺烧，充分利用了污泥中有机物

所含有的热源和无机物，替代了部分传统化石能源和粘土。水泥窑烧成带温度可达1500ħ ，烟气在水泥窑中停留时间较长（4 7s ，甚至更高），使过程中产生的二口恶英分解，部分重金属类元素得以钝化。

《关于开展水泥窑协同处置生活垃圾试点新发布的

工作的通知》对水泥窑协同处置垃圾或污泥行业都

将产生积极影响。

②

运行情况

掺烧技术属于非独设焚烧系统的技术范畴，我国采用水泥窑协同处置污泥的企业数量并不多，分布不均，主要集中在中大型水泥集团，且总处理量远低于污泥总量的1%。

③

成本分析

污水处理厂污泥预处理从含水率为97%脱水到含水率为80%时，污泥的单位投资在8 10万元/t （以污泥含水率为80%计），日常运行费用为80 100元/t（以污泥含水率为80%计）。

部分污泥处置厂（如北京水泥厂、溧阳水泥厂等），将含水率为80%的污泥直接运至水泥厂，利用

杂、一次性投资较大、设备数量多、能耗及运行管理费用较高。

从现阶段污泥焚烧处理的减量化、无害化彻底性来看，考虑其他方式如填埋及堆肥处理后续监测电厂掺烧、垃圾与污泥和管理等其他隐性费用在内，混烧、水泥窑协同处置及自持焚烧等焚烧方式的折算费用仍具有竞争性。

2污泥处理处置发展方向及趋势探讨

总的来讲，如《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南》中所提及的：我国污泥处理处置应符合“安全环保、循环利用、节能降耗、因地制宜、稳妥可靠”的原则。在现阶段污泥治理压力较大的情况下，污泥的减量化、无害化为当前治理的首要目标，“安全环保”即要符合的原则，未来污泥的资源化方向或将成为污泥处置的发展方向。

资源化利用是未来趋势。社会的发展及对

能源的需求，使污泥的资源化或能源化利用可能成

①

为主要趋势，新技术的开发及应用将会围绕此领域。例如，污泥焚烧热能利用效率提升，泥性变化及协同处置方式使得深度脱水污泥由可自持焚烧向能量输出转变，可以作为资源化利用形式的焚烧、热水解+厌氧消化以及衍生的热电联产、沼气提纯制车用燃气都将有可能成为未来趋势。

好氧发酵类技术向精细化、安全可靠发展。

在其具体实现形式上，优化人工条件，以减少占地、

②

缩短周期等方式满足现代城市发展需求的措施或创新仍是主要工作。在土地利用层面，在满足产品安全及合适的施用方式等方面仍有较多工作要做。

③焚烧、热解与碳化等将会是污泥处置的重要方案。现代社会与城市结构注定占地小、处理周期短、处理相对彻底的焚烧、热解及碳化仍是污泥处置方式中的重要方案，尤其面对类似难降解有机物

其效果优势足以覆盖含量较高或其他特种污泥时，

其成本劣势。装备方面有可能向特种污泥处置或高

效设备、紧凑高效型整套技术设备领域发展。污泥热水解技术将会多元化发展。污泥的水热处理方法（热水解、湿式氧化等）的优点是可被

④

作为污泥处置技术路线中的单元技术，用于污泥的减量化、稳定化、无害化或资源化利用组合工艺中的单元环节，未来将形成更加丰富的组合工艺路线。

⑤交叉领域新型技术及设备将不断引入。如

源于高浓度有机废水的湿式氧化、煤泥干燥领域的旋风干燥。另有预处理领域的电渗脱水、深度脱水，源头减量内的原位消解、减量菌等技术不断出现。

⑥过程处理技术将会逐步淘汰。未形成真正可持续的处置，仍是过程处理的手段将会是过安全、

渡技术。卫生填埋虽然仍是现阶段主要的处理方式，但无论从营养元素循环还是城市长远发展的角度来看，都不太合适，未来所占比例将会大幅降低。⑦新技术应用在污泥处理处置领域不断得以尝试。污泥热水解提取蛋白、污泥中回收鸟粪石等资源回收或高附加值产品制备技术开始在应用市场中出现。受产品成本、应用安全性及其他来源形式低价竞争，现阶段此类技术市场份额占竞品的优质、比较小，未来或许会有较大发展空间。

⑧

技术集成将进一步丰富路线形式。不断研

发的单元技术及不同的需求演化出丰富的组合技术路线，从而具备不同的特点及适用性。参考文献：

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［9］马闯，赵占楠，赵继红，等．污泥堆肥过程中致臭挥发

（下转第35页）

污泥处理技术，工艺流程简单，固体残渣可满足多种

处置方式对含水率和臭味的要求，运营成本低，能够较好、均衡地实现减量化、无害化和资源化。①水热改性能够显著改善生物质厌氧消化的

与传统厌氧消化相比可缩效率。以处理污泥为例，

短水力停留时间1/3以上、提高投料含固率一倍以

上，两者合计可节省厌氧消化罐容积2/3以上。水热反应过程没有相变，能耗低；通过闪蒸、蒸汽压缩回收大部分热能。原始物料蒸汽（饱

②

和蒸汽）消耗量不超过0．2t /t。

③当原始物料的有机质比例（干固体）不低

可实现热量自给自足，无需消耗于35%的情况下，

设计外购燃料（为了应对厌氧启动和产气量波动，

时应考虑备用热源）。

由于水热改性破坏了以蛋白质为代表的高

分子有机物，显著改善固液分离性能，压滤脱水所得泥饼的含水率可低至40%（脱水过程不使用任何药剂），通常不超过45%。最大限度消除了处理过程中的臭味，固体残渣基本不再发臭，病原体灭活彻底，处理过程和残

⑤渣卫生安全。

④

高稳定化、高干度泥饼为后续处置创造了

较好的条件，残渣出路可因地制宜，有多种选择。

⑥参考文献：

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71．能［

作者简介：靳志军（1965－），男，河北无极人，

硕士，高级工程师，长期从事环境科学技术研究和工程实践。

E －mail ：jinzhj@foxmail．com收稿日期：2016－04－12

櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆

（上接第30页）

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作者简介：李雄伟（1975－

），男，江苏无锡人，

硕士，高级工程师，主要从事大型市政固废项目投资管理工作。

E －mail ：lixw@glhbjt．com收稿日期：2016－02－22

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22－

27．