導(dǎo) 讀
　　以石家莊市為例，目標(biāo)導(dǎo)向與問題導(dǎo)向相結(jié)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(biāo)準(zhǔn)提高影響，合理預(yù)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(gòu)建“4+n+1”多元化污泥處理處置網(wǎng)絡(luò)，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(yīng)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(fēng)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(chǔ)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(shù)，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(shù)、工程應(yīng)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(dǎo)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)，河北省頒布了《子牙河流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，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(biāo)準(zhǔn)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(shè)施建設(shè)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(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)。
　　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1 203 t/d，含水率60%～80%。折合成80%的含水率，總產(chǎn)泥量1 311 t/d，平均產(chǎn)泥率12.3 t/萬m3污水（見表1）。

　　表1 規(guī)劃區(qū)污水處理廠現(xiàn)狀污泥量

　　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(jié)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(shè)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）。
　　表2 石家莊市污泥處理處置方式及成本情況

　　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(fēng)險
　　2.1.1 蚯蚓處理不穩(wěn)定存在土壤污染風(fēng)險
　　當(dāng)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(fēng)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(dāng)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(fēng)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(fēng)險。
　　2.2 污泥處置運營模式存在風(fēng)險
　　當(dāng)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(fēng)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(biāo)準(zhǔn)提高等背景下，以綠色、循環(huán)、低碳為目標(biāo)導(dǎo)向，以解決污泥現(xiàn)存風(fēng)險為問題導(dǎo)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(yù)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(shù)路線，遵循因地制宜、多元化發(fā)展、近遠期結(jié)合等理念，結(jié)合現(xiàn)狀污泥出路，確定了污泥處置方式、設(shè)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(jié)合現(xiàn)狀污泥處理設(shè)施、運行成本以及用地條件等因素，確定了污泥處理方式、設(shè)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(yù)測
　　3.2.1 技術(shù)路線
　　傳統(tǒng)的城市污泥量預(yù)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(shè)施建設(shè)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(yù)測做出改進。一方面，考慮污水提質(zhì)增效、尾水排放標(biāo)準(zhǔn)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(xué)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(yù)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(biāo)準(zhǔn)》（DB 13/2796-2018），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）。
　　表3 石家莊市中心城區(qū)現(xiàn)狀與規(guī)劃污水排放標(biāo)準(zhǔn)對比

　　注：括號外為水溫>12 ℃時的控制指標(biāo)，括號內(nèi)為水溫≤12 ℃時的控制指標(biāo)。
　　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120～167 mg/L，基本接近于近、遠期提質(zhì)增效目標(biāo)（分別為150 mg/L、200 mg/L）；同時，近期出水標(biāo)準(zhǔn)由GB 18918-2002一級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(jié)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1 320 t/d（見表4）。
　　表4 石家莊市中心城區(qū)污水處理廠規(guī)劃產(chǎn)泥率及污泥量預(yù)測結(jié)果

　　3.2.3 通溝污泥量預(yù)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?，F(xiàn)狀主城區(qū)排水管道長度約2 325 km，規(guī)劃末期預(yù)計總長度達到6 500 km。據(jù)此推算，規(guī)劃通溝污泥量約280 t/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(fēng)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。
　　表5 常用污泥處置路線比較

　　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/T 23486-2009）標(biāo)準(zhǔn)，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?？紤]污泥土地利用可能存在的環(huán)保風(fēng)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(fù)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(shè)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(yù)留1 500 t/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(yù)留的兜底處置量，占地6 hm2。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(shù)進一步實現(xiàn)減量化與穩(wěn)定化（見表6）。
　　表6 常用污泥處理方式比較

　　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(shè)施建在污水處理廠內(nèi)，污水規(guī)劃中可直接預(yù)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(dāng)前各廠缺乏厭氧消化運行經(jīng)驗、熱水解設(shè)備操作復(fù)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(wù)范圍和處理規(guī)模減小，用地相應(yīng)縮減16 hm2，規(guī)劃利用該用地建設(shè)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(shù)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(jié)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(dāng)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(shè)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(shè)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(jié)合考慮，便于統(tǒng)一管理和運輸。每座處理站規(guī)模60 t/d，占地1 500 m2，最高日處理能力達到360 t。
　　3.6 多元化污泥處理處置網(wǎng)絡(luò)
　　通過建設(shè)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(gòu)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(luò)，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(shè)施預(yù)留充足規(guī)模，作為全市污泥出路兜底措施（見圖1）。

　　圖1 石家莊市中心城區(qū)污泥處理處置網(wǎng)絡(luò)布局
　　4 結(jié)論與建議
　　本文以目標(biāo)導(dǎo)向與問題導(dǎo)向相結(jié)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(gòu)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(luò)。
　　在規(guī)劃污泥量上，以當(dāng)前黑臭水體治理、污水提質(zhì)增效實施為契機，對規(guī)劃預(yù)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(shè)施的布局及建設(shè)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(shù)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(shè)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(yīng)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(shè)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。
　　來源： 給水排水
　　作者： 劉冠琦等