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1、污泥处理处置工艺选择及工程案例李成江 中国市政工程华北设计研究总院有限公司2023年2月25杭州中國市政工程華北設計研究總院中國市政工程華北設計研究總院主要内容一.污泥处理处置现状二.污泥处置途径与处理技术三.工程应用案例四.几点体会一、一、污泥处污泥处理处置理处置现状现状1.总体情况 自2010年以来,国内建成了众多污泥处理设施,目前大中城市多完成或部分完成污泥处理设施建设,各种处理技术都有工程案例,为科学建设污泥工程奠定了基础。但是距达到无害化处理率还有相当大缺口。主要是有很高比例污泥没有得到妥善处理(包括省会城市、尤其是地级市)没有达无害化、稳定化、减量化及资源化的
2、处置要求,多完成污泥脱水(含水率8060%)或干化。“水十条”规定,地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上。经党中央、国务院批准,2019年至2022年,第二轮中央生态环境保护督察;督察大大促进了污泥处理工程建设;污泥处理率在“十四五”期间会有大幅提高。关于印发关于印发城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案的通知的通知(发改环资(发改环资20201234号)号)到 2023 年,县级及以上城市设施能力基本满足生活污水处理需求。生活污水收集效能明显提升,城市市政雨污管网混错接改造更新取得显著成效。城市污泥无害化处置率和资源化利
3、用率进一步提高。一、污泥处理处置现状国家发展改革委、住房城乡建设部、生态环境部国家发展改革委、住房城乡建设部、生态环境部 到2025年,全国新增污泥(含水率80%的湿污泥)无害化处置设施规模不少于2万吨/日,城市污泥无害化处置率达到90%以上,地级及以上城市达到95%以上,基本形成设施完备、运行安全、绿色低碳、监管有效的污泥无害化资源化处理体系。污泥土地利用方式得到有效推广。京津冀、长江经济带、东部地区城市和县城,黄河干流沿线城市污泥填埋比例明显降低。一是优化污泥处理结构。规范污泥处理方式,积极推广污泥土地利用,合理压减污泥填埋规模,有序推进污泥焚烧处理,推动能量和物质回收利用。二是加强污泥处
4、理设施建设。提升现有设施效能,加快补齐设施缺口。三是强化过程管理。强化源头管控,强化运输储存管理,强化监督管理。二。污泥处置途径与处理技术序号分类范围备注1污泥土地利用园林绿化城镇绿地系统或郊区林地建造和养护等的基质材料或肥料原料土地改良盐碱地、沙化地和废弃矿场的土壤改良材料农用农用肥料或农田土壤改良材料2污泥填埋单独填埋在专门填埋污泥的填埋场进行填埋处置混合填埋在城市生活垃圾填埋场进行混合填埋(含填埋场覆盖材料利用)3污泥建筑材料利用制水泥制水泥的部分原料或添加剂制砖制砖的部分原料制轻质骨料制轻质骨料(陶粒等)的部分原料4燃料利用碳化后污泥作燃料在专门污泥焚烧炉焚烧或参烧与垃圾混合焚烧与生活
5、垃圾一同焚烧污泥燃料利用在工业焚烧炉或发电厂焚烧炉中作燃料利用GB/T 23484-2009城镇污水处理厂污泥处置 分类农业农村部2021年9月发布153项标准污泥禁止作为农用有机肥的原料处置途径处置途径可行性分析可行性分析(某城市污水厂污泥)(某城市污水厂污泥)途径途径现状现状可接纳污泥量可接纳污泥量远期预测远期预测可接纳污泥量可接纳污泥量占远期规划占远期规划污泥量(污泥量(%)绿化用土绿化用土100万吨万吨/年年100万吨万吨/年年100湿污泥电厂湿污泥电厂直接焚烧直接焚烧250吨吨/天天(湿污泥)(湿污泥)250吨吨/天天(湿污泥)(湿污泥)4.3干化污泥干化污泥电厂焚烧电厂焚烧1366
6、吨吨/天天(含水率(含水率30%,掺,掺混比混比2%)全接纳全接纳100干化污泥干化污泥水泥厂骨料水泥厂骨料(振兴水泥厂)(振兴水泥厂)150吨吨/天天(干污泥,含水率(干污泥,含水率30%)150吨吨/天天(干污泥,含水率(干污泥,含水率30%)7烧陶粒烧陶粒-建材用料建材用料(宝通公司)(宝通公司)1000吨吨/天天(湿污泥)(湿污泥)1000吨吨/天天(湿污泥)(湿污泥)17垃圾填埋场垃圾填埋场覆盖土覆盖土临时临时200吨吨/天天(含水率(含水率40%)临时临时 200吨吨/天天(含水率(含水率40%)7建成与在建 污泥厌氧消化后干化800 碳化300 独立焚烧1200 垃圾协同焚烧12
7、0 水泥窑100 堆肥300 综合处理厂500 结论:结论:堆肥、碳化后堆肥、碳化后土地利用土地利用;干化焚烧干化焚烧做建材;做建材;综合利用综合利用是可是可实施的处理处置途径实施的处理处置途径二。污泥处置途径与处理技术经过十几年的探索污泥处置途径与处理技术应用情况1、在人口多、产业密集、产污量大,土地资源紧缺的城市实现污泥充分减量下的无害化、稳定化及资源化才能解决污泥的最终出路。南方大城市以污泥干化、焚烧(独立+协同焚烧)填埋或建材利用为主,堆肥土地利用以绿以绿化途径化途径为辅助(深圳、杭州、上海、重庆),有条件时开展污泥厌氧消化。2、在人口多、产业密集、产污量大,土地资源、林地资源富裕的城
8、市以土地利用为主解决污泥的最终出路。其他方式为辅。北方大城市以污泥厌氧消化、堆肥 干化 焚烧 与垃圾协同焚烧 处置以土地利用优先,综合利用为辅助。(北京、天津、长春、大连、青岛、南宁)3、中等城市以污泥厌氧消化、炭化、堆肥土地利用(绿化)及干化协同焚烧 灰渣 综合利用。二。污泥处置与处理技术从低碳经济、循环利用角度分析,优先序为从低碳经济、循环利用角度分析,优先序为高温热水解预处理高温热水解预处理厌氧消化厌氧消化深度脱水深度脱水高温好氧发酵高温好氧发酵土地利土地利用用高温热水解预处理高温热水解预处理厌氧消化厌氧消化深度脱水深度脱水-干化干化土地利用土地利用/燃料燃料利用利用脱水污泥脱水污泥-高
9、温好氧发酵高温好氧发酵土地利用土地利用污泥热解污泥热解回收蛋白回收蛋白深度脱水深度脱水绿化用土绿化用土/建材用土建材用土/燃料燃料 污泥碳化 燃料/肥料 污泥干化污泥干化焚烧焚烧建材利用建材利用/填埋填埋 污泥污泥干化干化协同焚烧(协同焚烧(水泥窑水泥窑/电厂电厂/垃圾厂垃圾厂/陶粒)陶粒)建材利用建材利用三、工程应用案例1、污泥厌氧消化1)天津市津南污水厂高浓度污泥厌氧消化 津南污水处理厂近期污水55万m3/d、污泥800t/d(含水率80%)污泥处理工艺:高浓度污泥厌氧消化+板框脱水+干化。干化后产生含水率40%的污泥202t/d,交天津市环境建设投资有限公司作为生产有机肥料的原料。消化污
10、泥脱水的高浓度滤液2000m3/d,采用“磷酸铵镁除磷+ANAMMOX菌脱氮”工艺,处理后出水排至津南污水厂进水区进行再处理。除磷产生的鸟粪石500t/d,作为肥料外售。本项目厂区占地面积6公顷,投资约59963万元。目前还可以协同处理部分餐厨垃圾。1、污泥厌氧消化(2)长沙污泥集中处置工程-高温热水解厌氧消化规模500m3/d,其中餐厨垃圾66m3/d,混合污泥有机物含量53%1.提高消化速率,减小污泥消化时间,污泥的流动性更强,可提高进入消化池污泥浓度,减小消化池容积约;40-50%2.污泥处于高温,高压环境下,细菌、病毒等基本均被灭活,因此经消化处理后的污泥细菌指标可达到美国EPA503
11、中A级农用标准;3.提高可溶解COD,沼气量得到较大的提高,沼气中H2S的含量更低,更有利于沼气的利用,消化过程中泡沫的产生量极少,污泥臭味小;4.热水解消化后的污泥,经板框脱水含固率可以达到40%,可以减少污泥热干化的蒸发量。工程总投资37785.36万元单位生产成本347.9元/吨湿污泥单位经营成本161.36元/吨湿污泥2、污泥深度、污泥深度脱水脱水 深度脱水还没有统一的概念,一般指污泥含固率大于常规脱水含固率时就为深度脱水。因污泥后处理的要求:含水率达到25%以上时,一般选用高干污泥脱水设备,当污泥含水率要求大于25%时,一般通过增加离心机台数来实现。如,10万m3/d的污水厂污泥,采
12、用常规脱水时需要2-3台离心脱水机,当要求污泥含固率大于25%时需要8台离心脱水机。当污泥含水率要求达到30-50%时,一般采用板框脱水机,污泥需要加石灰,无机絮凝剂或专用调理剂调理;另外,生物沥浸、臭氧氧化、碱式热水解低温碳化等处理技术也可实现深度脱水要求。2010年环保部年环保部157号文件要求,污水处理厂以储存为目号文件要求,污水处理厂以储存为目的将污泥运出厂界的,必须将污泥脱水至含水率的将污泥运出厂界的,必须将污泥脱水至含水率50%以以下。技术上,从板框的滤板、滤布性能、自动卸料、药下。技术上,从板框的滤板、滤布性能、自动卸料、药剂等方面已经能满足工程所需;剂等方面已经能满足工程所需;
13、1)常压板框)常压板框2)高压板框)高压板框10兆帕兆帕3)滤布)滤布4)药剂)药剂5)低温真空负压抽吸)低温真空负压抽吸臭氧氧化+催化污泥深度脱水,脱水污泥含水率小于60%2、污泥深度脱水2、污泥深度脱水污泥碱性热水解+板框脱水泥饼含水小于40%,有机物去除率40%体会体会一种常温臭氧氧化一种常温臭氧氧化二种污泥热水解后脱水二种污泥热水解后脱水仅需仅需按常规加药量都可使污泥含按常规加药量都可使污泥含水小于水小于60%,在满足深度脱,在满足深度脱水要求前提下有机质不减少,水要求前提下有机质不减少,为污泥后续处理留有更多选为污泥后续处理留有更多选择择污泥低温碳化后脱水污泥含水小于60%2、污泥深
14、度脱水生物沥浸污泥改性脱水生物沥浸污泥改性脱水生物沥浸+深度脱水工艺在城市污水处理厂的浓缩污泥中接种特殊的微生物菌群,投加少量专用营养剂 条件下,进行污泥改性处理。污泥恶臭消除,病原微生物被杀灭,污泥脱水性大大增强。处理后污泥可不加絮凝剂,直接机械压滤脱水至含水率 60%以下。该技 术过程简单、设备少、药剂用量少相对环保绿色;为污泥后续 处理创造良好的条件。有无锡芦村污水处理厂20 万 m 3/d,哈尔滨 龙江环保污泥生物沥浸法处理处置项目 90 万 m 3/d;宁波南区污水处理厂 污泥生物沥浸处理项目8 万 m 3/d,远期 24 南宁江南72万 m 3/d2、污泥深度脱水案例规模规模 40
15、0吨吨/日含水率日含水率80%湿污泥有机质含量湿污泥有机质含量60%,深,深度脱水后度脱水后50%含水率,到垃圾混和填埋。含水率,到垃圾混和填埋。采用隔膜压滤机械脱水机,最大进料压力0.7MPa,压榨压力1.3-1.5Mpa。单机处理能力80-100吨/天。设计范围:设计范围:污泥深度脱水车间内污泥深度脱水系统的工艺、土建、电气、自控、给排水、暖通、技经等专业的设计,包括污泥深度脱水系统主体设备和全部辅助设备的选型及设计 工程投资工程投资9-10万元/吨污泥处理工程单位处理成本 70元/吨污泥污泥处理工程经营成本:55元/吨泥增加水处理成本 0.06-0.07元/m3污水调理剂 湿污泥量的8%
16、电耗 36度/吨 脱水间面积1400平方米3、污泥(低温)干化案例污泥低温干化投资与处理成本水平低,臭气、冷凝水处理简单,储存时间不宜长规模 250吨/日含水80%的湿污泥干化至含水率25%,工艺工艺 含水含水99%剩余污泥剩余污泥-高压带式脱水机高压带式脱水机(70%含水含水)-低温干化机(低温干化机(25%含水率含水率)-料仓料仓-外运垃圾焚烧厂,外运垃圾焚烧厂,臭气处理臭气处理 生物滤池除臭生物滤池除臭 脱水液脱水液+干化冷凝液干化冷凝液-污水处理污水处理 占地 3.9亩,建筑面积约2000立方米 工程投资 35.6万元/吨泥 处理成本 经营成本176.3元/吨 单位处理总成本 230元
17、/吨 天然气 2.8元/立方米,吨污泥消耗30立方米 电耗,0.65元/度,吨泥耗电40度 药耗 50元/吨污泥 低温干化机单体造价 12万元/吨泥 3.热干化热干化实例实例国内某240T污泥/d的二段干化工程,投资1.8亿元,热源用天然气。国内某100T污泥/d的二段干化工程,投资1.4亿元,(包括二期100T污泥/d的厂房)热源为垃圾焚烧厂的蒸汽,经营成本246元/T污泥。国内某400T污泥/d的带式干化工程,初步设计概算为18634万元,单位生产成本为303元/吨湿污泥占地0.95公顷。干化热源热电厂的烟气转换成90的热水,将湿污泥干化至60%含固率后填埋。3、污泥热干化案例苏州开发区工
18、业园污泥干化厂项目热干化180度蒸汽一期300+二期200吨/日分别于2011和2016年建成工艺:二段法,80%含水率污泥干化至含水率25%,一段卧式薄层干化,二段带式干化,5条干化线,单条线日处理能力100吨,吨泥耗蒸汽0.87吨与一段干化相比,能耗节省35%项目有中新园区和法国苏伊士共同投资建设是行业里最标杆的水平。本项目建设与污水厂、电厂建设在一起,可以实现资源互补,干化产生的生产臭气,送电厂焚烧,臭气量6万立方米/h,换气次数810次/h。空间臭气在系统内生物滤池除臭除臭风量2*1.4万立方米/h。污泥干化厂与污水厂、电厂结合在一起,实现了资源的利用最大化,干化的冷凝液自己处理要十几
19、元或30元,送污水厂5元/立方米水,还不用建设处理设施,这就是资源的相互利用。这些措施也有利于处理成本低的有利降低。一期已经运转10年,设备完好程度非常好。3、污泥热干化案例 上海竹园二期污泥热干化电厂协同焚烧规模1115吨/天,由80%含水污泥通过二级干化含水率达到20%干化机类型,STS卧式薄层干化机热源 10公斤180度蒸汽,价格240元/吨,电厂回购干化污泥80元/吨蒸汽消耗 0.95吨左右/吨湿泥吨泥投资 86万元 运营现场3、干化碳化 特点 减量化程度高、无害化、稳定化及资源化 占地面积少 投资与运行成本低 污泥碳出路更宽 投资水平50-60万元/吨,运行100-200元/吨解决胶
20、黏相问题 干燥机内部独特的粉碎搅拌装置,在筒体内干燥污泥的同时高速旋转,将污泥彻底粉碎成细小颗粒,可解决干燥过程中污泥胶黏相问题;运行成本低,热能可回收利用 通过燃烧干馏气体进行炭化,无需提供额外的燃料;污泥体积减少85%以上 污泥经干燥和炭化后,最终的体积和总量减少85%以上;产品可资源化,具有广泛的用途 最终产品粒径为1-5mm性质稳定的颗粒,重金属被固化,产品可用于土壤改良、园林绿化、建材材料及能源颗粒(可替换部分煤能源)等。干化炭化系统干化炭化系统碧诺环保碧诺环保4、污泥干化焚烧湿污泥循环流化床一体化焚烧工艺及特点 在一个系统中,将湿污泥干在一个系统中,将湿污泥干化和焚烧有机耦合,全过
21、程化和焚烧有机耦合,全过程设备高效,结构紧凑,占地设备高效,结构紧凑,占地面积小面积小 负荷调节范围宽负荷调节范围宽,可在可在0 0110110之间变动之间变动 污泥初始含水率为污泥初始含水率为7474 (干基热值干基热值3143 kcal/kg)3143 kcal/kg)时,时,可实现污泥的自持燃烧可实现污泥的自持燃烧 直接直接-间接联合干燥,间接联合干燥,实现能耗最低实现能耗最低 高效燃烧,高效燃烧,低污染排放低污染排放投资和运行成本低投资和运行成本低示范工程100t/d循环流化床一体化污泥焚烧炉杭州七格污水厂100 t/d污泥焚烧示范工程外观 不同热值的污泥处理成本测算不同热值的污泥处理
22、成本测算-按污泥含水率按污泥含水率80%80%计算计算序序号号项目项目名称名称单位单位脱水脱水污泥污泥(含水率(含水率80%80%)处理处理运行运行费用(费用(单位单位 元元/吨吨)污泥干基热值污泥干基热值1500kcal/kg1500kcal/kg污泥干基热值污泥干基热值2400kcal/kg2400kcal/kg污泥干基热值污泥干基热值3100kcal/kg3100kcal/kg助燃助燃-油油助燃助燃-煤煤 助燃助燃-油油助燃助燃-煤煤助燃助燃-油油 助燃助燃-煤煤1 1电费电费0.70.7元元/kWh/kWh3535353535353535353535352 2柴柴油油费费9500950
23、0元元/吨吨3803802192199595煤煤费费(标煤)(标煤)10001000元元/吨吨8080464620203 3石灰石石灰石800800元元/吨吨2424242432323232323232324 4氮气费氮气费3838元元/瓶瓶6 66 66 66 66 66 65 5高岭土高岭土680680元元/吨吨7 77 77 77 77 77 76 6人工费人工费60006000元元/月月4444444444444444444444447 7汇总汇总49649629144144l辅助燃料为柴油时,燃料成本占总成本的比例为辅助燃料为柴油时,燃料成
24、本占总成本的比例为43-77%43-77%不同含水率的污泥处理成本测算不同含水率的污泥处理成本测算-按污泥干基热值按污泥干基热值3100kcal/kg3100kcal/kg计算计算序序号号污泥含水污泥含水率率(%)辅助燃料为辅助燃料为油油运行运行费用费用(元元/吨吨)辅助燃料为辅助燃料为煤煤运行运行费用费用(元元/吨吨)备注备注1 117117不添加辅助燃料不添加辅助燃料2 2787803 380802注:注:运行费用包括电费、燃料费、石灰石费、氮气费、高岭土费、人工费运行费用包括电费、燃料费、石灰石费、氮气费、高岭土费、人工费
25、l使用煤为辅助燃料较经济使用煤为辅助燃料较经济4、干化焚烧案例上海浦东滨海污泥处理厂建设期2021-2022年。规模800吨/日,污泥干化焚烧工艺EPC总包9.7亿元,苏伊士设备总成。受料+接收仓,40+2*100一条线,共4条线。干化机2*4台共8台。干化到65%的含水率,炉子2*400吨,可以达到1020吨的焚烧能力。污泥热值按22002300大卡/kg干泥考虑。天然气作为能源烧锅炉产热水,天然气消耗量日7600立方米/一条线,4、干化焚烧案例 案例1、400吨日,投资3.2亿元 案例2、600吨/日三条线,吨泥投资国产设备60万元,经营成本300、处理成本390元/吨欣珞环保5.高温菌发
26、酵处理工序v混合堆积混合堆积 高温菌高温菌发酵发酵 搅拌堆积搅拌堆积 一周重复一次,大约一周重复一次,大约6 6周左周左右完成处理达到成品右完成处理达到成品 四、几点体会选择污泥处理处置工艺路线要因地制宜,在一座城市可有几种方式,实现互补。污泥协同:电厂焚烧、水泥窑不能连续接收污泥(检修、季节性),独立建设污泥焚烧厂污泥安全处理有保障。污泥碳化、焚烧占地省,便于在 污水厂内建设,污水处理成本低,落地性好。污泥、生活垃圾、热源电厂、污水厂集中建设,可以实现资源共享,节约投资与运行成本,也可以减少部分碳排放。污泥干化焚烧产生的污水浓度高,投资与运行成本可观,不可忽视。污泥要实现无害化、减量化、稳定化及资源化处理成-本400-600元/吨,吨水处理成本增加0.3-0.6元/立方米