在国家水环境综合治理、节能减排和积极的财政政策作用下, 合肥市中心城区污水处理能力得到快速增长。与此同时, 污水处理过程产生的大量污泥如果没有被及时、有效地处理处置, 将非常容易对地下水、土壤等造成二次污染, 成为环境安全和公众健康的威胁, 影响水环境综合治理和节能减排战略的效果。

预计到2020年, 合肥市中心城区污水处理规模将达到253.5万m³/d。受污泥处理处置设施能力不足的制约, 污水处理后产生的污泥还未普遍得到有效处理处置。目前, 合肥市已经规划建设1 000 t/d污泥干化焚烧处理设施, 解决后续污泥处理处置问题, 该项目计划2021年底建成投产。

在新建污泥处理处置设施投产前, 急需采取有效的应对措施, 切实解决污泥稳定化、无害化处理处置问题。为解决合肥市中心城区近期 (2019～2021年) 污泥处理处置设施的建设, 按照无害化、资源化与低碳节能相结合的原则, 因地制宜地选择技术路线和建设方案, 研究团队广泛地调研了合肥市污泥处理处置相关情况, 对主要问题开展了专题论证, 对具体内容进行了反复讨论和修改。

本文将针对整个合肥污泥处置方案的发起、展开、分析、总结等各个阶段过程进行分析与回顾, 并总结出一些针对国内大中型城市污泥过渡期处理处置的经验、方法和建议。

根据资料, 合肥市城区现有12座污水处理厂, 日均处理水量为157～175万m³, 污水处理能力接近饱和。产泥量为756～1 297 t/d (含水率80%) , 计算得到平均产泥率约6 tDS/万m³污水, 平均产泥量约978 t/d。表1、图1、图2显示了合肥市中心城区目前污水处理量与污泥产出量现况。

合肥市城区已建成工业化污泥处理设施3座, 设计总处理规模1 140 t/d, 设施实际污泥处理量760～860 t/d, 已低于目前平均产泥量978 t/d。现有的3座污泥设施如下:①天源热电厂污泥掺烧工程, 设计处理能力240 t/d, 工艺为污水处理厂污泥 (含水率80%) 运至污泥储存仓, 泵送至热电厂流化床锅炉炉膛进行焚烧;②东方热电污泥干化焚烧工程, 设计处理规模300 t/d, 工艺为污水处理厂污泥 (含水率80%) 运至污泥干化车间, 干化后与燃煤拌合, 一起送至热电厂锅炉焚烧;③小仓房污泥资源化利用工程, 设计规模600 t/d, 一期规模200 t/d, 已于2017年投产, 二期规模400 t/d, 已于2018年4月投运。工艺为高温热水解-厌氧消化-高干度脱水-余热干化, 干化后进行土地利用。

目前污泥处理处置主要采用热电厂掺烧、绿化土壤改良、资源化利用等3种方式解决, 详见表2。

目前, 热电厂设计污泥焚烧量总计540 t/d, 而实际处理能力仅为161 t/d, 因此热电厂实际掺烧处理能力远远未达到设计能力, 而绿化土壤处理处置在资源化利用达到设计能力后逐渐减少, 资源化利用方式目前已经基本达到设计能力。

根据年度建设计划安排, 到2020年, 合肥市城区污水处理总规模将达到253.5万m³/d。按0.06%产泥率、污水处理厂年均运行负荷率90%来进行预测, 2021年, 城区污水处理厂污泥总量将达到1 360 t/d左右。快速增长的污泥能否安全稳定处理处置将直接影响污水处理设施是否能够稳定运行。

受掺烧煤泥比例限制、供热淡季等影响, 热电厂污泥掺烧项目运行不稳定, 实际处理量远低于设计规模, 根据合肥给排水办公室给出的信息, 2016～2018年东方热电处理量与设计规模平均占比46.2%, 2016～2018年天源热电处理量与设计规模平均占比34.9%。热电厂实际处理污泥的数量远远小于设计数量。亟需提出一种新的思路来大幅提升热电厂处理处置的污泥量, 由此来缓解日益扩大的污泥量缺口所造成的综合环境保护压力。

污泥资源化利用项目污泥产品出路存在不确定性风险, 小仓房污泥资源化利用项目设计规模600 t/d, 稳定化后污泥产品约200 t/d, 污泥产品主要用于园林、绿化土壤改良等, 受市场推广、产品用户、冬雨季交通等诸多因素影响, 污泥处置出路有不确定性, 将影响前端污泥处理量。

污泥直接园林绿化土壤改良, 因含水率较高, 没有实现稳定化处理。且采用该种方法存在二次污染风险, 随着环保要求的提高, 此种方法应逐步被其他方法所取代。

城市污泥安全处理处置是国家“水十条”一项重要目标任务, 明确要求地级以上城市2020年前, 污泥无害化处理处置率要达到90%以上;合肥市《污泥处理处置专项规划》提出2020年污泥无害化处理处置率要达到100%。

根据污水污泥量预测结果, 2020年合肥市城区污泥将达1 400 t/d, 合肥市拟新建规模1 000 t/d污泥独立干化焚烧项目, 预计2021年底建成投产。

为解决现阶段至规模1 000 t/d污泥独立干化焚烧项目建成前, 合肥市城区污水处理厂污泥减量化、稳定化、无害化、资源化安全处理处置问题, 在分析合肥市现有设施能力、可利用资源等情况下, 本着因地制宜、多途并举、经济合理、安全稳妥、近远期结合的原则, 制定了近期 (2019～2021年) 污泥处理处置方案。

2021年, 预计城区污水处理厂污泥产量将达到1 360 t/d, 目前污泥实际处理能力760～860 t/d, 考虑设备检修、季节性波动等因素, 近期污泥处理处置缺口按600 t/d (含水率80%) 来进行最终的方案设计。

根据给排水办公室给予的信息, 十五里河、陶冲、蔡田埠、经开区4座污水处理厂正在实施扩建和提标改造的项目, 具备对现有和新建脱水设施调整的空间, 因此, 处理处置方案着重针对以上4座污水处理厂厂内污泥减量化改造设施建设用地情况进行了初步研究和布置。

垃圾焚烧厂协同焚烧:合肥肥东中节能垃圾焚烧厂设计规模2 000 t/d, 采用炉排炉焚烧工艺, 具备协同焚烧条件, 焚烧污泥入炉含水率控制在40%以下, 采用独立包装入炉, 避免与垃圾渗滤液掺混, 入炉污泥量控制在100 t/d (含水率40%) 以内, 具备近期协同焚烧条件, 但需要对厂内现有设施进行改造。

合肥二电厂协同焚烧:合肥二电厂建有2台350 kW燃煤纯凝发电机组, 锅炉为自然循环固态排渣煤粉炉, 具备接受80～160 t/d (含水率40%) 污泥协同焚烧条件, 但需要在厂内建设一条相应处理能力的污泥接收及输送系统。

合肥佳安建材年产2亿块烧结污泥煤矸石节能环保空心砖、空心砌块技改项目协同处置污泥。该项目于2011年立项, 并完成环评, 采用隧道窑烧结制砖技术, 若稍加改造, 增加污泥干化装置, 可达到260 t/d (含水率60%) 污泥协同处置能力。

高干度脱水垃圾填埋场填埋:将污泥在厂内采用高干度脱水工艺将含水率降至60%以下, 进一步减量后送至垃圾填埋场填埋, 但随着合肥城市化进程加快, 龙泉山垃圾填埋场已接近满负荷, 从前期与市城管局对接情况看, 很难再接收污泥。

好氧堆肥土地利用:将污泥经好氧发酵稳定化、无害化处理后, 含水率控制在60%以下, 用于城市园林绿化, 但需要在城市周边采用临时用地方式解决堆肥场地, 并完善场地建设和环评工作。

经过分析和比选, 结合即将建设的污泥独立干化焚烧项目工艺, 推荐近期污泥处理处置采用:干化+协同焚烧、高干脱水+建材利用技术路线 (见表3) 。同时, 为了确保安全稳妥, 将脱水+简易堆肥+土地利用, 作为应急补充手段, 设计应急处置设施规模200 t/d (含水率60%左右) 。投资与运行成本见表4。

加快提升现有东方热电的污泥干化设施处理能力, 东方热电污泥干化设施可以满足300 t/d (含水率80%) 处理能力, 但由于东方热电在夏季燃煤量较小, 污泥干化后不能入炉焚烧, 目前平均处理能力约80 t/d (含水率80%) , 因此可通过解决干化后泥出路问题, 快速提升东方热电污泥项目的处理能力, 使污泥处理规模达到280 t/d (含水率80%) 。由于了解到近期肥东垃圾焚烧发电厂已超负荷运行, 因此方案推荐干化污泥送至合肥联合发电公司 (二电厂) 协同焚烧处置。

近远期结合, 改造经开区、十五里河、陶冲、蔡田埠4座污水处理厂污泥脱水工艺, 增加高干度脱水设施, 改造费用约6 300万元, 改造后4座厂污泥减量至250 t/d左右 (含水率60%, 按设施负荷率90%测算) , 高干脱水后污泥近期送往建材厂协同处置, 远期送入拟建的污泥干化焚烧项目, 降低污泥干化运行费用。

污水处理厂污泥脱水工艺改造项目安排:

(1) 经开区污水处理厂一、二、三期污泥脱水单元改造方案为厂内新建30万m³/d污水处理厂高干度脱水装置, 改造费用约2 340万元, 结合正在建设的一、二期提标改造工程同步开展, 由现有项目设计单位负责设计, 市重点局组织实施, 费用纳入一、二期提标改造工程一并决算。

(2) 蔡田埠污水处理厂一、二期规模10万m³/d污水处理厂高干度脱水装置改造, 改造费用约900万元, 纳入蔡田埠三期扩建DBO项目一并招标建设, 2019年6月底前完成。

(3) 十五里河一、二、三期 (规模20万m³/d) 污水处理厂高干度脱水装置改造, 改造费用约1 680万元, 以及四期工程 (规模10万m³/d) 污水处理厂脱水工艺变更, 增加工程费用约450万元, 由PPP项目投资人负责投资建设, 纳入PPP项目投资决算审计, 按特许经营权协议约定, 调整水价。改造工程2019年6月底完成。

(4) 陶冲污水处理厂一期 (规模5万m³/d) 污水处理厂高干度脱水装置改造, 改造费用约480万元, 以及二期工程 (规模10万m³/d) 污水处理厂脱水工艺变更, 增加工程费用约450万元, 改造工程2019年6月底完成。此外, 陶冲污水处理厂内正开展污泥碳化工程中试, 规模为50 t/d, 如中试工程相关手续完备, 具备连续生产条件, 可消纳陶冲污水处理厂一、二期工程污泥, 厂内高干度脱水设施建设可暂缓实施。

为解决近期污泥无害化处理处置设备故障、停产检修期间污泥处理问题, 降低环保风险, 建议采取土地流转方式, 选择1～2块场地, 作为城区污泥应急处置临时堆场。应急堆场约需8 hm²。应急堆场建设费用约需500万元, 项目土地流转按照3年[2 000元/ (亩·年) ]测算约需72万元。

结合合肥市污泥处理处置现状和规划目标, 为确保合肥市污泥在近期安全稳定处理处置, 必须加快推进污泥近期处理处置项目建设, 结合合肥市目前污泥处理处置的情况, 采用提升热电厂干化焚烧 (200 t/d, 含水率80%) 、建材利用 (460 t/d, 含水率80%) 等方式多途并举, 采取多元化的处理处置方式, 互补互备, 安全高效的实现近期污泥处理处置。此外, 为防范工业化处理处置项目故障等风险, 建议采用临时流转用地方式租用1～2块场地 (约8 hm²) , 作为近期污泥应急堆场。

根据合肥市污泥处理处置中部分采用电厂掺烧的方式, 建议在近期间, 加强各污水处理厂运营和调配管理, 在冬季可以掺烧量较大的期间, 增加排出污泥量, 实现污泥处理的源头减量和计划出泥的方式。减轻近期间污泥处理处置的压力。

根据高干脱水后污泥近期进行建材和远期焚烧处置的路线, 高干脱水段添加的调理药剂类型, 需为不含氯离子和铁盐的药剂, 需以有机药剂为主, 且不影响后期处置和利用。