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上海市污水处理厂污泥处置利用现状及未来发展方向分析

2025-03-04 47 上传者：管理员

摘要：上海市污水处理厂污泥无害化处理率已达100%,污泥资源化利用率也有显著提升。但当前污泥处理处置方式单一，资源化利用效率及技术创新方面仍有待进一步提高。详细回顾了上海市污水处理厂污泥处理处置方式的演变历程，并对当前的处理方式、处置效率及存在的问题进行了深入分析。在国家“双碳”战略的大背景下，结合上海市在垃圾分类实施后垃圾焚烧能力的富裕、排水监管的加强以及泥质的持续改善等新情况，本文立足上海具体实际，综合考虑本市已建污泥处理处置设施现状，借鉴国内外先进经验及技术，提出了针对上海市未来污泥处理和资源化利用方面的发展建议。

关键词：
垃圾协同焚烧
干化焚烧
污水处理厂污泥处理处置
污泥土地利用
污泥资源化利用
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在城市基础设施和环境保护领域,上海市一直走在中国的前沿｡自21世纪初以来,上海市排水行业就特别注重水泥同治,从2001年上海市制定的第一版《上海市污水处理系统专业规划》(沪府〔2002〕72号)就提出污水处理厂污泥处理处置路线｡随着20多年的探索,上海市先后经历了“脱水-填埋”“消化-脱水-制肥”“干化-焚烧”等技术路线｡在填埋受限､污泥泥质不稳定土地利用不畅的情况下,“干化-焚烧”成为适应上海市污泥处理需求的主要技术路径｡近年来,随着国家对“双碳”战略的深入实施,污泥的资源化利用日益受到重视,并于2022年9月印发了《污泥无害化处理和资源化利用实施方案》(沪水务〔2023〕420号)｡本文通过回顾上海市污水处理厂污泥处理处置路线的发展历程,在深入分析上海市污泥处理处置及资源化利用现状､存在问题和面临新形势的基础上,借鉴国内外先进经验和技术,提出针对上海市未来污泥处理和资源化利用方面的发展建议｡

1、上海市污水处理厂污泥处理处置方式演变及现状

1.1污泥处理处置方式演变历史

本世纪初,上海市90%以上污水处理厂的污泥以减量化为主,采用污泥浓缩或脱水后外运填埋处理｡2001年,上海市制定《上海市污水处理系统专业规划》(沪府〔2002〕72号),提出污泥处置路线为“填埋一点,焚烧一点,利用一点｡近期填埋是上海市污泥处理､处置的重要方法之一,远期以焚烧和综合利用为主｡”在这一规划的指导下,2004年石洞口污水处理厂建成了国内首座污水厂污泥单独干化焚烧厂｡

2000—2007年间,上海市水环境治理取得了显著成果,伴随着水污染控制工程的大规模推进,上海市污水处理厂总规模由2000年68.5万m3/d激增至2007年556万m3/d｡随着污水处理量的激增,污泥处理处置问题逐渐凸显｡2008年,上海市制定《上海市城镇排水污泥处理处置规划》(沪水务(海洋)〔2010〕23号),提出“中心城区以焚烧后建材利用为主,兼顾土地利用和卫生填埋;郊区以土地利用为主,焚烧后建材利用和卫生填埋为辅”的污泥处理处置路线｡根据该路线,上海市中心城区相继建成了亚洲最大规模､国内首座污泥消化+干化工艺的白龙港污泥处理一期工程,以及石洞口污水处理厂完善工程､石洞口污泥处理二期工程､竹园污泥处理工程等干化焚烧设施;郊区建成嘉定安亭､松江厂､青浦污泥处置中心､浦东临港等好氧发酵设施｡其中,好氧发酵后产物规划进行土地利用,但由于污泥出路不畅､泥质重金属含量偶有超标等原因,后来调整为送至垃圾填埋厂填埋｡随着垃圾填埋厂库容日益不足,2017年将污水厂污泥运往电厂进行协同焚烧,自此,各郊区污泥好氧发酵设施逐步停用｡

2018年,《上海市污水处理系统及污泥处理处置规划(2017—2035年)》(沪府〔2018〕85号)在总结和借鉴本市及国内外类似城市经验的基础上,立足上海污泥产量大､污水成分比较复杂､土地资源紧张､污泥土地利用的消纳量非常有限等实际,提出“以焚烧后建材利用或统筹利用为主,兼顾高效生物处理后土地利用,深度脱水后卫生填埋作为污泥应急托底｡同时考虑到污泥处理技术的不断发展,保留未来污泥其他资源化利用途径的可能”的污泥处理处置路径｡

1.2污泥处理处置及利用现状

至2023年底,上海市城镇污水处理厂共43座,总设计规模1022.5万m3/d,日均处理污水量为832万m3｡城镇污水处理厂污泥产量约为4904t/d,折合干基约1202tDS/d｡全市污泥均采用干化焚烧处理,卫生填埋作为应急托底｡因土地利用出路不畅､泥质重金属偶有超标等原因,全市已建的好氧发酵设施已停用,白龙港厌氧消化后的产物再进行干化焚烧｡

全市干化焚烧主要采用独立焚烧､电厂掺烧和垃圾掺烧3种方式,其中,独立焚烧量约795.3tDS/d,占总量的66.2%;电厂掺烧量约286.0tDS/d,占总量的23.8%;垃圾掺烧量约120.7tDS/d,占总量的10.0%｡独立焚烧后的灰渣进行建材利用,主要用作复合粉煤灰或铁质校正料的原料;危险飞灰按危险废弃物进行处置｡电厂或垃圾掺烧后的产物统筹利用｡独立焚烧产物(除危废外)资源化利用率达到100%｡

1.3现状评价

上海市除少数集中大型工业区自建工业污水处理厂外,大部分工业企业废水在满足纳管标准后均纳入城镇污水处理厂统一处理,根据上海市第二次污染源普查成果,本市城镇污水处理厂接纳污水中的工业废水约占23.5%｡由于污水成分复杂,导致个别工业废水含量高的污水厂污泥偶有重金属或有毒有害化学物质超标,限制了污泥土地利用｡上海污水处理厂污泥处理处置先后历经“消化-脱水-制肥”“脱水-填埋”“干化-焚烧”等路线｡但在填埋受限､土地利用与建材利用工艺路线不畅的情况下,“干化-焚烧”是上海市经长期探索之后确定的､能够较好地满足现阶段上海市污泥处理处置需求的工艺路线[1]｡但同时,上海市污水处理厂污泥处理处置现状还存在以下几个方面的问题｡

1.3.1污泥焚烧方式有待进一步比选

上海市污泥主要采用独立焚烧､电厂协同焚烧和垃圾协同焚烧｡独立焚烧由于独立建造､独立处理,不依赖其他行业的设施和设备,污泥处理量和效果稳定可靠,但需要单独建厂,投资较大｡协同焚烧可以利用现有设施和设备,投资相对较低,但受环保政策､相关协同处理产业发展前景､设施富余能力､工艺要求等多方面因素影响,不同时期协同焚烧的方式和焚烧量可能发生变化｡因此,需要根据污泥泥量泥质和相关行业发展情况,研究优化调整污泥焚烧的具体方式｡

1.3.2处置方式单一,资源化利用水平有待进一步提高

目前上海市污水处理厂污泥均采用干化焚烧,未能充分回收利用污泥中的有机质､氮､磷营养成分等资源｡在国家大力推进“绿色､循环､低碳､生态”理念的背景下,上海市应进一步提高污泥中能源和资源的回收利用水平｡

1.3.3污泥资源化新技术的研发和应用有待进一步加强

近年来,国内外在污泥处理处置及资源化利用方面有许多新研究进展,上海市也开展了一些如污泥资源建材多途径利用方式､污泥作为土壤改良剂等污泥资源化利用试点研究｡上海市未来应进一步加强污泥无害化资源化处理关键技术及装备研发,为未来污泥资源化利用提供技术支撑｡

2、上海市污水处理厂污泥处理处置面临新形势

2.1垃圾协同焚烧为污泥常态化处置及应急保障提供了新选择

上海于2016年起,开始在奉贤､金山､松江及崇明区探索实施污水处理厂污泥与生活垃圾协同焚烧,目前4个区的垃圾协同焚烧项目均运行稳定｡在上海市垃圾分类持续推进的大背景下,本市垃圾焚烧厂能力将有一定富余｡同时,考虑到随着国家能源结构的调整和“双碳”战略的不断推进,电厂未来可能面临技术转型升级,污泥电厂协同焚烧的方式可能受到能源结构调整的制约,存在一定不稳定性｡因此,未来垃圾焚烧厂的富余能力将为本市污水处理厂污泥常态化处置和应急保障提供新选择｡

2.2排水监管不断加强为污泥土地利用提供了新机遇

两轮中央生态环境保护督察指出本市污水厂进水与污泥重金属超标问题后,上海市生态环境与水务部门通过进一步加强排水户与污水厂的监督管理以及执法监察工作,重金属超标现象已大幅减少｡根据污水处理厂污泥的泥质监测结果,随着近年来随着环保力度持续加大[2],上海市污水厂污泥泥质总体趋好,仅极个别污水厂的个别指标出现超出农用及林地用污染物控制标准限值的情况｡污泥泥质改善为污泥土地利用提供了新机遇｡

2.3新技术的研发与先进经验借鉴为污泥资源化利用提供了新可能

污泥中富含有机质､能量和营养元素,具有很高的资源化潜力,污泥资源化利用一直是各国研究的热点领域｡目前污泥处理及资源化利用新兴技术主要包括:污泥热解技术,高级(协同)厌氧消化技术,污泥中磷回收技术,陶粒､PHA､光催化剂､活性炭等材料制备技术等[2~7]｡新技术的发展为污泥多途径资源化利用提供了技术支撑｡同时,北京､长沙等城市在污泥土地利用的基础研究､部门协同产品推广等方面的经验也为本市污泥土地利用提供了新的可能和路径｡

3、上海市污水处理厂污泥处置及资源化利用方向

立足上海污水成分复杂､污泥产量大,土地资源紧张等具体实际,结合上海市已建污泥处理处置设施现状,综合考虑近期污泥处置及资源化面临的新形势新要求,通过借鉴国内外先进经验及技术,对本市未来污泥处置及资源化利用方向分析如下｡

3.1推进独立焚烧能源回收及产物多途径资源化利用

目前,上海市污水处理厂污泥独立焚烧能力已达到1002tDS/d,独立焚烧路线是上海经过长期探索,是现阶段能够及时安全消纳污泥的有效路线｡建议未来进一步加大焚烧过程中能源的回收和焚烧产物多途径资源化利用｡如:开展干化尾气和焚烧烟气热量多级回收综合利用､动态调控优化能量配置等污泥高效低碳干化焚烧的机理和技术研究,提高污泥热能利用效率;对焚烧后的灰渣继续推进实施制作复合粉煤灰或铁质校正料的原料,推进污泥残渣水泥､道路､混凝土综合利用,推动灰分提磷等多途径资源化利用试点研究｡此外,有研究建议在“干化—焚烧”处理工艺前增加厌氧消化工序,以增加生物质能的回收和减少后续处理量｡但考虑到上海目前污泥热值大约在10mJ/kg,厌氧消化产气率不高,污泥直接“干化—焚烧”比厌氧消化后“干化—焚烧”在能量平衡､总投资以及运行成本方面更具优势｡

3.2推进污泥垃圾掺烧及污泥应急处理处置体系建设

考虑垃圾焚烧在上海市垃圾分类后的富余能力,以及国家能源结构的调整和“双碳”战略背景下,电厂掺烧的不确定性,污泥垃圾协同焚烧具有接纳污泥条件更稳定､可接纳污泥量潜力较大等优点｡因此,建议积极推进上海市新增污泥的垃圾掺烧,并进一步做好垃圾协同焚烧技术改造和相关排放及处理标准的衔接｡同时,鉴于目前上海市污泥处理设施间协同保障程度较弱,应充分垃圾焚烧设施富裕能力利用,探索建立行业协同､片区联动､措施多样的应急处理处置体系｡

3.3推进土地利用试点

充分研究利用现有厌氧消化以及好氧发酵设施,建立行业合作,打破行业之间的限制,解决土地利用出路｡同时,开展新技术研究,拓展土地利用方式｡开展白龙港厌氧消化污泥检测分析,根据现状厌氧消化污泥理化性质､菌落数､虫卵数等检测数据,对照绿化(林业)部门提出的种植土标准,分析厌氧消化后污泥对林地的适用性｡在此基础上,开展厌氧消化污泥在本市园林绿化､苗圃､林地等领域土地利用的试点应用｡同时,开展污泥水热炭盐碱土改良中试研究,拓展土地利用方式｡

3.4推进创新技术研究并加快成果的应用与转化

上海市目前已开展污水厂污水源热泵污泥干化技术､污泥焚烧渣多途径综合利用技术､污泥磷回收技术､新型破壁快速稳定减量化等新技术的研究试点工作｡建议根据国家相关文件,将污泥无害化资源化处理处置关键技术纳入生态环境领域科技创新规划,重点突破污泥关键技术装备研发｡并以市场需求为导向,做好与跨行业产品标准的衔接,加快创新研究成果应用与转化｡

4、结语

通过回顾上海市20多年来在污水处理厂污泥处理处置方式以及资源化利用方面的探索,肯定了“干化-焚烧”+建材利用的处理处置路径是现阶段能够较好适应和满足上海市需求的工艺路线｡但在国家“双碳”战略的实施､上海市垃圾分类后的焚烧能力富裕､排水监管加强等新形势下,本文提出了需立足上海实际,借鉴国内外先进经验及技术,从推进独立焚烧能源回收及产物多途径资源化利用､推进污泥垃圾掺烧及污泥应急处理处置体系建设､推进土地利用试点､推进创新技术研究并加快成果的应用与转化等方面进一步推进上海市污泥处理处置及资源化利用的发展｡随着国家对污泥处理及资源化利用的不断重视以及《污泥无害化处理和资源化利用实施方案》(沪水务〔2023〕420号)的印发,污泥处理方式未来会更多元化,污泥处理和资源化利用领域预计将迎来更多的技术创新和政策支持｡

参考文献:

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文章来源:马丽.上海市污水处理厂污泥处置利用现状及未来发展方向分析[J].四川环境,2025,44(01):84-87.