“4+n+1” 石家莊污泥處理處置多元化網(wǎng)絡這樣構建！
以石家莊市為例,，目標導向與問題導向相結合,，在污水專項規(guī)劃層面開展了城市污泥處理處置系統(tǒng)化方案研究?？紤]污水提質(zhì)增效與尾水排放標準提高影響,，合理預測城市污泥量；基于綠色發(fā)展,、循環(huán)低碳理念,，同步考慮污水與污泥處理需求，確定污泥處理處置方式與用地布局,，構建“4+n+1”多元化污泥處理處置網(wǎng)絡,，實現(xiàn)了泥水共治與土地集約化利用。
0引言
2015年4月,，國家“水十條”提出,，地級及以上城市污泥無害化處置率應在2020年底前達到90%以上。但截至2018年,，我國城鎮(zhèn)污泥無害化處置率不足60%,。大部分污泥僅完成脫水減量化，實現(xiàn)污泥穩(wěn)定化處理的污水處理廠不足3%,，污泥二次污染風險較大,。面臨與日俱增的環(huán)保壓力，污泥處理處置不規(guī)范成為很多城市的隱患問題,。
國外發(fā)達國家在實現(xiàn)污泥穩(wěn)定化與無害化基礎上,，已經(jīng)開始向低碳與資源化方向發(fā)展，包括污泥土地利用、建材利用,、能源利用等資源化途徑,。例如，美國60%污泥通過穩(wěn)定化處理后變成肥料回用于農(nóng)田,；日本引進污泥焚燒制磚技術,，建造生態(tài)水泥廠，污泥建材利用率達到65%,；德國推行沼氣綜合利用,，污水處理廠自給供電和供熱量分別達到58%和98%，能耗和能量自給程度水平較高,。與發(fā)達國家相比,，我國污泥資源化利用在政策、技術,、工程應用及產(chǎn)業(yè)化推廣等方面尚有較大差距,。2019年政府工作報告強調(diào)，要大力推動綠色發(fā)展,，探索以生態(tài)優(yōu)先,、綠色發(fā)展為導向的高質(zhì)量發(fā)展新路子。全面實現(xiàn)污泥無害化處置,，并進一步挖掘污泥資源化潛力,，推動能源回收利用，成為我國污泥行業(yè)未來面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展方向,。
2019年4月,，住房和城鄉(xiāng)建設部、生態(tài)環(huán)境部,、發(fā)展改革委聯(lián)合發(fā)布了《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案》,，要求全面提升城市生活污水收集處理能力和水平。京津冀,、長三角,、珠三角等水污染防治重點區(qū)域近年相繼出臺了更加嚴格的水污染排放標準，河北省頒布了《子牙河流域水污染物排放標準》,，進一步提高重點控制區(qū)污水處理廠尾水排放限值,。石家莊市位于重點控制區(qū)內(nèi)，污水提質(zhì)增效的實施與排放標準的提高,，對污水處理廠進出水帶來較大變化,，對污泥泥質(zhì)、泥量以及污泥處理處置設施建設造成較大影響,。
1石家莊市污泥處理處置現(xiàn)狀
1.1現(xiàn)狀污泥量
石家莊市中心城區(qū)現(xiàn)共有6座污水處理廠,，其中生活污水處理廠3座,，進水含工業(yè)廢水的污水處理廠3座，總處理規(guī)模126萬m³/d,，出水標準執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準,。
根據(jù)2018年運行數(shù)據(jù)，6座污水處理廠實際處理水量106萬m³/d,，外運污泥量1203t/d,，含水率60%～80%。折合成80%的含水率,，總產(chǎn)泥量1311t/d,，平均產(chǎn)泥率12.3t/萬m³污水（見表1）。
1.2現(xiàn)狀污泥處理處置情況
污水處理廠污泥根據(jù)污水類型不同,，現(xiàn)狀主要采用兩類方式進行處理處置,。生活污水處理廠污泥，主要采用濃縮脫水,、蚯蚓處理并結合土地利用的方式處理處置,。橋東和橋西污水處理廠內(nèi)建有厭氧消化設施但目前未運行,，污泥經(jīng)濃縮脫水至含水率達到80%,，運往城郊苗圃地堆放，污泥經(jīng)蚯蚓分解后就地利用,；滹沱河污水處理廠污泥在廠內(nèi)濃縮脫水后,，外運堆肥及土地利用。含工業(yè)廢水污水處理廠污泥,，在廠內(nèi)脫水干化處理后,，外運至水泥廠或熱電廠焚燒處置。
總體來看,，污水處理廠均與第三方簽訂協(xié)議,，將污泥外運交由個體企業(yè)處理處置。堆肥及土地利用成本較低,，每噸污泥處理處置成本不超過25元,；工業(yè)污泥焚燒成本較高，每噸污泥處置成本在200～400元（見表2）,。
2石家莊市污泥處理處置問題
2.1污泥處理處置方式存在風險
2.1.1蚯蚓處理不穩(wěn)定存在土壤污染風險
當前橋西,、橋東污水處理廠污泥蚯蚓堆肥處理方式較為粗放，未實現(xiàn)污泥穩(wěn)定化處理,。一是處理場所位于中心城區(qū)外圍,，污泥露天存放、處理,，缺少必要防護措施,；二是蚯蚓堆肥方式存在處理不完全,、二次污染土壤的風險；此外,，冬季蚯蚓活性降低,，污泥需求量減少，污泥處理不穩(wěn)定問題更加突出,。
2.1.2焚燒處置方式存在不確定性
污泥焚燒產(chǎn)生二口惡英等劇毒物質(zhì),，易造成大氣污染，因此對焚燒尾氣處理要求較高,。當前東部產(chǎn)業(yè)區(qū)3座污水處理廠污泥外運至水泥廠,、建材廠等小型企業(yè)進行焚燒處置，一方面,，尾氣控制效果無法保證,；另一方面，此類小型企業(yè)自身存在大氣污染風險,，未來可能因環(huán)保壓力取消,，因此現(xiàn)狀污泥焚燒處置方式存在不確定性。
2.1.3通溝污泥無序處置
目前,，石家莊市老城區(qū)排水管道日常養(yǎng)護清掏產(chǎn)生的通溝污泥量約3.6萬t/年,，現(xiàn)采用簡易的自然干化法處置，對周邊環(huán)境造成一定影響,。由于缺少專門的處理場所,，一定程度上影響了汛前管道疏通工作的開展，增大了城市內(nèi)澇風險,。
2.2污泥處置運營模式存在風險
當前,，污水處理廠污泥交由第三方企業(yè)處置（苗圃基地、水泥廠,、建材廠等）,，市政管理部門缺乏對處理處置的全過程監(jiān)管與效果考核，最終污泥無害化效果無法保障,，運營模式存在較大風險,。
3石家莊市污泥處理處置規(guī)劃方案
3.1總體思路
以石家莊市新一輪污水專項規(guī)劃編制為契機，在綠色發(fā)展戰(zhàn)略要求,、污水提質(zhì)增效,、尾水排放標準提高等背景下，以綠色,、循環(huán),、低碳為目標導向，以解決污泥現(xiàn)存風險為問題導向,，開展了石家莊市污泥處理處置規(guī)劃方案研究,。
統(tǒng)籌考慮污水處理廠,、排水管網(wǎng)及污水系統(tǒng)提質(zhì)增效要求，合理預測城市污泥量,。
按照綠色,、環(huán)保、循環(huán),、低碳的污泥處置技術路線,，遵循因地制宜、多元化發(fā)展,、近遠期結合等理念,，結合現(xiàn)狀污泥出路，確定了污泥處置方式,、設施規(guī)模與布局,。
遵循綠色、循環(huán),、低碳,、處理處置協(xié)調(diào)統(tǒng)一等原則，結合現(xiàn)狀污泥處理設施,、運行成本以及用地條件等因素,，確定了污泥處理方式、設施規(guī)模,、布局與運行模式等,。
3.2污水提質(zhì)增效背景下的污泥量預測
3.2.1技術路線
傳統(tǒng)的城市污泥量預測方法,，是通過規(guī)劃污水處理量乘以規(guī)劃產(chǎn)泥率,，得到污水處理廠規(guī)劃產(chǎn)泥量，從而確定污泥設施建設規(guī)模,。本規(guī)劃充分考慮污水處理提質(zhì)增效要求,，對石家莊城市污泥量預測做出改進。一方面,，考慮污水提質(zhì)增效,、尾水排放標準提高對泥質(zhì)泥量影響，合理確定規(guī)劃產(chǎn)泥率,，并依托污水規(guī)劃部分確定的規(guī)劃污水量,，更加科學地計算污水處理廠產(chǎn)泥量；另一方面,，將排水管網(wǎng)定期養(yǎng)護產(chǎn)生的通溝污泥量納入市政污泥總量進行統(tǒng)籌規(guī)劃與管理,。
3.2.2城市污水處理廠污泥量預測
石家莊市中心城區(qū)規(guī)劃11座污水處理廠，6座為現(xiàn)有,，5座為規(guī)劃新建,，總處理能力187萬m³/d,。根據(jù)《子牙河流域水污染物排放標準》（DB13/2796-2018），至2021年,，污水處理廠尾水均執(zhí)行子牙河流域重點控制區(qū)排放限值（見表3）,。
污水處理廠產(chǎn)泥率受排水體制、進出水水質(zhì),、工藝及運行情況等因素影響,。石家莊市排水體制以分流制為主，污水系統(tǒng)中外來水比例低,，現(xiàn)狀生活污水處理廠進水BOD5濃度約120～167mg/L,，基本接近于近、遠期提質(zhì)增效目標（分別為150mg/L,、200mg/L）,；同時，近期出水標準由GB18918-2002一級A提升至子牙河流域重點控制區(qū)排放限值,；綜合考慮進出水兩方面變化,，以提質(zhì)增效系數(shù)體現(xiàn)其對現(xiàn)狀污水處理廠泥量增加的影響。對于現(xiàn)狀工業(yè)污水處理廠,，來水成分基本保持穩(wěn)定,，規(guī)劃產(chǎn)泥率取現(xiàn)狀值。對于規(guī)劃污水處理廠,，結合規(guī)范推薦值及相鄰相似污水處理廠,，確定其規(guī)劃產(chǎn)泥率。
經(jīng)計算,，按外運含水率60%計,，規(guī)劃污泥總產(chǎn)量約1320t/d（見表4）。
3.2.3通溝污泥量預測
石家莊市現(xiàn)狀污水管道淤積嚴重,，根據(jù)排水管理處統(tǒng)計,，二環(huán)內(nèi)每年產(chǎn)生含水率70%的通溝污泥約3.6萬t。現(xiàn)狀主城區(qū)排水管道長度約2325km,，規(guī)劃末期預計總長度達到6500km,。據(jù)此推算，規(guī)劃通溝污泥量約280t/d,。
3.3污泥處置方案
3.3.1污泥處置路線選擇
常用污泥處置路線見表5,。從政策上看，填埋場地接近滿負荷且存在較高二次污染風險,，因此不鼓勵污泥填埋,；土地利用是一種積極、有效且經(jīng)濟的資源化處置方式,，符合綠色,、循環(huán),、低碳與可持續(xù)發(fā)展理念，對符合條件的污泥,，鼓勵盡可能土地利用,。不符合土地利用條件的污泥可焚燒，灰渣用作建材產(chǎn)品原料,，或干化后直接作為建材利用,，徹底實現(xiàn)污泥無害化處置。
3.3.2污泥處置規(guī)劃方案
規(guī)劃5座生活污水處理廠,，污泥經(jīng)穩(wěn)定化處理后,，泥質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》（GB/T23486-2009）標準，具備土地利用條件,。外運污泥含水率由80%降至60%,，外運污泥總量與現(xiàn)狀持平，可繼續(xù)與原橋東,、橋西污水處理廠污泥接收企業(yè)簽訂協(xié)議,，將污泥運至城郊林地，作為園林綠化的有機肥料,、土壤改良材料回用,。考慮污泥土地利用可能存在的環(huán)保風險,、土地施用污泥總量限制以及市場的不穩(wěn)定性,，遠期需要提供其他出路作為兜底措施。
根據(jù)高新區(qū),、良村污水處理廠數(shù)據(jù),，含工業(yè)廢水污水處理廠污泥有機質(zhì)含量、干基熱值較低,，后續(xù)焚燒能耗與運行成本高,。但從污泥無害化處置角度考慮，由于工業(yè)污泥成分復雜,、重金屬含量高，6座含工業(yè)廢水的污水處理廠污泥推薦焚燒處置路線,，集中焚燒后灰渣作建材利用,，保障污泥安全處置與出路穩(wěn)定。規(guī)劃于市區(qū)南部建設一座多功能生態(tài)環(huán)境園,，對生活垃圾,、餐廚垃圾、城市污泥等綜合管理,，集中焚燒與綜合利用,。其中,，污泥部分預留1500t/d處置規(guī)模，包括6座工業(yè)污水處理廠污泥量,、通溝污泥量以及遠期為土地利用污泥預留的兜底處置量,，占地6hm²。污泥與垃圾協(xié)同焚燒,，剩余部分單獨焚燒,，焚燒后的最終出路為建材利用。近期保留水泥廠,、建材廠等協(xié)同焚燒模式,。
3.4污泥處理方案
3.4.1污泥處理方式選擇
污泥處理一般流程為：污泥濃縮處理后，通過脫水,、干化,、厭氧消化、好氧發(fā)酵等技術進一步實現(xiàn)減量化與穩(wěn)定化（見表6）,。
3.4.1.1土地利用污泥的處理方式
污泥土地利用前,，必須經(jīng)過穩(wěn)定化處理，單獨脫水,、干化法無法實現(xiàn)污泥穩(wěn)定化進而回用于土地,。好氧消化法能耗與運行費用高，不符合污水處理廠由高耗能走向低耗能的發(fā)展理念,，不適用于省會城市中心城區(qū)污水處理廠,。
從用地角度考慮，好氧堆肥對選址及衛(wèi)生防護要求高,，需單獨選址,；厭氧消化設施建在污水處理廠內(nèi)，污水規(guī)劃中可直接預留用地,。從運輸角度考慮,，堆肥外運污泥體積（含水率80%）是厭氧消化+干化后污泥體積（含水率60%）的2倍，運輸成本較高,。此外,，厭氧消化能夠在污泥處理環(huán)節(jié)實現(xiàn)能源回收，在減量化,、穩(wěn)定化,、資源化等方面具有明顯優(yōu)勢，是國外最常用的污泥穩(wěn)定化方法,，約50%以上污泥采用厭氧消化法處理,。綜合考慮，規(guī)劃選擇厭氧消化處理路線。
與傳統(tǒng)厭氧消化相比,，熱水解-厭氧消化具有提高產(chǎn)氣質(zhì)量,、運行效率、降低后續(xù)運行成本等優(yōu)點,，但考慮當前各廠缺乏厭氧消化運行經(jīng)驗,、熱水解設備操作復雜、工藝流程長等因素,，規(guī)劃近期采用單獨厭氧消化法,，遠期根據(jù)運行情況可實施改造。
3.4.1.2焚燒污泥的處理方式
良村南污水處理廠在新版污水規(guī)劃中服務范圍和處理規(guī)模減小,，用地相應縮減16hm²,，規(guī)劃利用該用地建設厭氧消化中心，保留其市政用地屬性,，接收本廠與南村,、良村北污水處理廠污泥集中處理。污泥最終處置方式為干化焚燒,，與直接焚燒相比,，通過厭氧消化可大幅度降低污泥量、減少焚燒量,，從全過程能量平衡和減少碳排放角度具有明顯優(yōu)勢,，該技術路線可行。高新區(qū),、高新區(qū)南,、良村污水處理廠污泥在廠內(nèi)脫水、干化含水率降至60%,，外運至污泥集中處置中心焚燒,。
3.4.2厭氧消化設施布局
通常，污水處理能力大于10萬m³/d污水處理廠可采用厭氧消化法處理污泥,。橋西,、橋東污水處理廠規(guī)模分別為46萬m³/d、60萬m³/d,，分別利用廠內(nèi)現(xiàn)有消化設施進行污泥厭氧消化,；對于規(guī)模較小的滹沱河、杜北以及西兆通污水處理廠（均位于中心城區(qū)北部）,，規(guī)劃擴大滹沱河污水處理廠用地規(guī)模,，建設一處污泥厭氧消化處理中心，接收三座污水處理廠污泥集中處理,，提高沼氣產(chǎn)量與回收利用效果；此外，規(guī)劃建設良村南污泥厭氧消化處理中心,，接收良村南,、南村、良村北污水處理廠污泥集中處理,，實現(xiàn)土地集約化利用與污泥能源回收,。
污泥可通過管道運輸和脫水運輸兩種方式運至厭氧消化中心。管道運輸是通過在污水處理廠間建設污泥管道,，將含水率高于97%的污泥輸送至處理中心,，該方法對管道運行管理要求較高，例如日本橫濱的一些污水處理廠,；脫水運輸是污泥在本廠內(nèi)先脫水至80%以下再用車輛運輸,。結合石家莊市實際情況，規(guī)劃采用脫水運輸方式,。
3.5通溝污泥處理處置方案
通溝污泥是有排水管道沉積物,，以水和礦化顆粒混合物為主,，其有機質(zhì)含量低,，不可燃成分含量高，理化性質(zhì)與污水處理廠污泥差異較大,，處理不當會引起二次污染等環(huán)境問題,。
目前，通溝污泥處置分別有污泥干化場,、重力脫水和綜合處理方法,，參考國內(nèi)城市成熟經(jīng)驗做法，規(guī)劃在石家莊市中心城區(qū)建設通溝污泥綜合處理站,，采用綜合處理方法,，對管道污泥進行洗滌篩分處理，分離后的細沙,、砂礫等作為低端建筑材料再利用,，脫砂有機污泥運至污泥集中處置中心焚燒。
通溝污泥點多量少,，規(guī)劃在橋西,、新華、裕華,、長安,、高新區(qū)、良村南片區(qū)各建設1座通溝污泥綜合處理站,，共6座,，其選址宜與大型生活垃圾轉(zhuǎn)運站結合考慮,，便于統(tǒng)一管理和運輸。每座處理站規(guī)模60t/d,，占地1500m²,，最高日處理能力達到360t。
3.6多元化污泥處理處置網(wǎng)絡
通過建設4處厭氧消化處理中心,、1處污泥集中處置中心,，以及分散污泥土地利用消納場地，構建了石家莊市中心城區(qū)“4+n+1”多元化污泥處理處置網(wǎng)絡,，確保污泥出路穩(wěn)定,。近期，污水處理廠污泥60%經(jīng)厭氧消化處理送至城郊林地土地利用,，40%經(jīng)消化或干化后送至污泥處置中心焚燒及建材利用,；遠期，焚燒設施預留充足規(guī)模,，作為全市污泥出路兜底措施（見圖1）,。
4結論與建議
本文以目標導向與問題導向相結合，在污水專項規(guī)劃層面,，對城市污水與污泥處理進行同步,、統(tǒng)籌規(guī)劃，開展了石家莊市污泥處理處置系統(tǒng)化方案的研究,，構建了互補互備的污泥處置路線與多元化污泥處理處置網(wǎng)絡,。
在規(guī)劃污泥量上，以當前黑臭水體治理,、污水提質(zhì)增效實施為契機,，對規(guī)劃預測方法做出改進。除傳統(tǒng)城市污水處理廠污泥外,，將排水管網(wǎng)通溝污泥以及城市水系定期清淤產(chǎn)生的污泥量也納入計算,，統(tǒng)籌考慮城市污泥處理處置設施的布局及建設規(guī)模。
在污泥處理處置方案選擇上,，一方面,，遵循多元化原則，建立土地利用與焚燒并存的污泥處置路線,，確保污泥出路穩(wěn)定,；另一方面，將污泥處理處置融入到城市綠色發(fā)展中,，高度重視污泥“資源”屬性,，謀求污泥無害化與資源利用最優(yōu)化。污泥處置方面,，安全的土地利用方式是實現(xiàn)污泥資源化重要途徑,，未來在攻克技術瓶頸前提下,，進一步打通“水、泥,、土”產(chǎn)業(yè)鏈,，真正實現(xiàn)污泥資源有效利用,。污泥處理方面,，未來我國污水處理廠要盡快補齊污泥穩(wěn)定化處理設施短板，污泥厭氧消化是低碳,、高性價比的處理工藝,，在丹麥和英國等國家已實現(xiàn)能源正向輸出，污泥厭氧消化與協(xié)同處理方式應用前景廣闊,。
在污泥管理層面,，建議由市政管理部門對城市污泥設施進行統(tǒng)籌管理，建立全過程監(jiān)管體系,，加強考核力度,，嚴格把控污泥無害化效果，確保污泥中的有害成分得到安全處置,。
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