城市污水厂污泥与餐厨垃圾协同处置技术研究

(安徽省城建设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230051)

0 引言

资源循环利用是实现城市健康发展的有效途径，是生态城市建设的本质特征[1]。以往中国的城市发展趋势，对资源回收利用问题不够重视，随着循环利用以及生态环保的理念被广泛认可，固体废弃物处理成为城市建设关注的重点问题之一。因此，开展城市固体废弃物资源化协同处置研究，构建可持续的生态城市能源、资源、环境协同循环经济模式，实现城市固体废弃物在城市人工系统中的 “内循环”，并进入环境的“外循环”良性发展，形成有机资源循环链，对于促进生态城市建设具有非常重要的意义。近年来，越来越多的学者将研究方向转向多种城市固体废弃物的协同处理研究[2]，城市固体废弃物有多种处理工艺，不同的工艺各有利弊，采用协同处置方式可减少单一工艺带来的弊端，提高固体废弃物处理效率。有研究表明生活垃圾焚烧逐渐成为城市固体废弃物协同处理的核心方式[3]，餐厨、污泥、建筑垃圾可燃物等固体废弃物经预处理后均可与生活垃圾焚烧厂协同处理，与其它生活垃圾处理方法相比，焚烧协同处置技术是目前实现生活垃圾无害化、减量化、资源化处理的有效手段。

以黄山市循环产业园内规划餐厨、污泥以及生活垃圾协同处理工程为例，通过分析城市固体废弃物（餐厨、污泥、生活垃圾）的组成、特性及对环境的危害程度，开展以生活垃圾焚烧厂为核心的城市固体废弃物协同处理技术的研究。该工艺分别将餐厨、市政污水厂剩余污泥预处理后，固体废弃物送往生活垃圾焚烧厂焚烧处理，污水送入生活垃圾焚烧厂渗滤液处理站处理达到回用水标准后场内回用，沼气用于发电（气量需达到一定规模），实现城市固体废弃物处置资源化、无害化。

1 国内外研究现状及问题

1.1 餐厨垃圾处理现状

国外餐厨垃圾处理起步较早，如英国主要通过对餐厨垃圾进行厌氧消化和好氧堆肥处理实现CO2减排2 000 万t/a，并在采取源头控制的基础上建立了全球首个全封闭式餐厨垃圾发电厂，可供应数万家庭的日常用电[4]。美国餐厨垃圾的处理模式主要是采用粉碎机将餐厨垃圾粉碎后排入下水道，油脂送到工厂加以利用，此外又逐步发展了经加工处理后作为饲料、土壤改良剂、堆肥以及用于生产生物柴油和沼气等处理技术，最后对于难以利用的成分进行填埋或焚烧[5]。德国餐厨垃圾主要采用堆肥和厌氧处理方式，每年收集880 万t 有机固体废弃物，其中83%为堆肥处理，17%为厌氧处理[6]。韩国处理餐厨垃圾的方式以堆肥为主，所采取的主要技术为厌氧消化。日本则注重减少餐厨废物的排出量，把其中的一部分转换成饲料或肥料，并且对再生饲料和肥料制定质量标准[7]。

目前，国内许多中、大型城市餐厨垃圾处理厂建设飞速发展[8]，并形成了北京模式[9]、上海模式[10]、宁波模式[11]和西宁模式[12]等餐厨垃圾资源化处理模式。上海、杭州、青岛等大部分城市也相继出台了餐厨垃圾废弃物管理办法。目前安徽省已建成运行餐厨垃圾处理设施8 座，分别位于合肥、淮北、淮南、马鞍山、芜湖、铜陵、蚌埠、黄山，处理能力合计达1 030 t/d。

1.2 餐厨垃圾处理存在的问题

国内餐厨垃圾源头的分类收集和运输以及管理体制和政策近年来正在逐步完善[13]，由于各地区的饮食习惯差别大致使垃圾组分差异较大，目前不同的餐厨垃圾主流处理技术都有应用，但是也存在以下缺陷：①直接采用焚烧的方式处理成本较高，餐厨垃圾水分含量高会增加燃料的消耗[14]；②好氧堆肥处理过程不封闭，易造成二次污染，而且有机肥料质量受餐厨垃圾成分制约很大，销路往往不畅；③生化处理单台设备处理能力低，减量化效果差，在餐厨垃圾中大量存在掺糠等有机物，后端农业生产资料应用产业链较长[15]；④厌氧发酵工程投资较大，工艺较复杂，产生的沼液量大，需进一步处理。

1.3 污泥处理处置现状

德国污泥处理处置的方式70%为焚烧处置，18%供给农业利用，10%进行景观利用；美国针对污泥处置环节采用厌氧消化和好氧发酵并存的方式，处理率为80%左右；日本的污泥处置方式有填埋、农田和绿化利用，近年来焚烧比重逐步增加并成为主要的方式。

目前国内污泥处置主要采用土地填埋，由于污泥含水率较高，在60%～80%之间，污泥焚烧通常采用天然气等助燃措施，但是直接焚烧对锅炉设备的损坏率较高，会影响焚烧厂的正常运转；好氧堆肥技术[16]主要是利用污泥中有机质含量高的特点，但是制备的肥料销路很窄，因此该工艺的推广在国内受到限制。

1.4 污泥处理存在的问题

污泥堆肥可以使其中的有机质得到资源化利用，但是也存在污泥中的重金属等有害物质通过食物链进入人体内的风险，因此尽管填埋法是目前处理污泥的主要途径[17]，但几乎所有国家都认识到，由于填埋侵占大量土地、处理费用日益提高以及随着环保标准的提高和回收利用政策的执行，填埋法无法实现可持续发展。目前污泥焚烧技术发展已经取得良好进展，其污染排放控制、焚烧费用相比其它污泥处理技术具有较大的竞争力，但是实际运行过程中需控制好污泥的含水率，防止对炉体造成损害，同时对焚烧后的烟气排放也有较高要求。

2 工程案例

2.1 餐厨垃圾处理

我国国情致使收集到的餐厨垃圾中仍然含有大量杂质，包括金属、玻璃、陶瓷等无机杂质和废纸、废塑料、废餐盒、筷子等非营养物质[18]。采用合理的预处理技术，如大物质分选，不仅可以实现杂质的有效去除，同时能为后续处理环节提供有利条件[19]。餐厨垃圾成分的复杂性决定了使用单一的现有处理技术难以完成高效处理。以黄山市污水处理厂污泥与餐厨垃圾处置工程为例，将收集到的餐厨垃圾进行初步去除杂物后，利用离心或压榨预处理手段进行固液分离，得到有机质固渣和油水混合物。有机质固渣可进行焚烧处理，能够降低处理成本，也可通过厌氧发酵实现资源化利用。本工程因紧邻生活垃圾焚烧厂，因此采取固渣焚烧的方式进行处理。油水混合物利用高温蒸煮进行分离，油脂用于生产生物柴油，最终剩下的液体含有丰富的有机质，可与有机质固渣混合进行厌氧发酵生产新能源气体，作为高品质热源循环利用，产生的沼渣进行焚烧，协同处置的渗滤液经处理站混合处理后达标排放。餐厨垃圾与生活垃圾焚烧协同处理流程见图1。

图1 餐厨垃圾与生活垃圾焚烧协同处理流程

2.2 市政污泥处理

随着生活垃圾填埋场使用年限缩短，污泥混合填埋的处理方式无法持续使用，多地尝试将含水率在60%～80%的污泥直接运输至生活垃圾焚烧厂同生活垃圾混合焚烧。但混合焚烧污泥对生活垃圾焚烧厂焚烧炉造成巨大压力，随着掺烧污泥量的增加，飞灰产生量、烟气处理费用随着增长，同时发电量减少。因此必须降低污泥含水率以提高处置效率。不同含水率污泥的质量能检测结果见表1。

表1 不同含水率污泥质量能 kJ·kg-1

案例工程利用生活垃圾焚烧厂余热蒸汽作为污泥干化热源，采用“热干化+焚烧”处理工艺，由焚烧厂接入压强为0.4～0.5 MPa，温度为155～200 ℃的蒸汽，通过圆盘干化机将污泥处理成含水率40%以下的半干化状态后运输至生活垃圾焚烧厂进行焚烧处理。污泥干化处理充分利用生活垃圾焚烧厂余量蒸汽作为热源，降低了污泥自身含水率，增加污泥入炉质量能。结合投产后黄山市生活垃圾焚烧厂运营现状反馈情况，目前飞灰产生量、烟气处理费用、发电量已回归至正常水平，半干化污泥入炉焚烧对于焚烧系统的冲击较之前有明显好转。污泥干化处理工艺流程见图2。

图2 污泥干化处理工艺流程

3 协同处置情况

黄山市餐厨垃圾和污泥处理厂于2020年7月正式投入运行，目前污泥干化和餐厨垃圾处理系统运行稳定，随机抽取该处理设施连续2 d 运行工况，实际负荷率均达到80%以上。目前已通过环保验收以及多轮环保检查，结果表明，协同处置工艺可行。

3.1 废水达标排放情况

餐厨垃圾废水以及污泥废水经生活垃圾综合处理厂渗滤液处理站处理后水质均能达到GB/T 19923—2005 《城市污水再生利用工业用水水质》回用标准。出水检测结果见表2。

表2 废水出水检测结果 mg·L-1

3.2 废气达标排放情况

黄山市污水处理厂与餐厨垃圾处置工程污泥处理量共计120 t/d、餐厨垃圾处理量为30 t/d，经过预处理后掺烧的污泥量为15 t/d、餐厨垃圾量为5 t/d，焚烧厂日处理焚烧量为600 t/d，污泥和餐厨垃圾与生活垃圾的掺烧质量比为1∶29，掺烧前后的废气排口监测结果见表3。

表3 废气处理监测结果

由表3可知，污泥干化后，可燃性提高，因此颗粒物的浓度在掺烧后降低；由于污泥和餐厨垃圾中的有机质释放导致臭气、氨及硫化氢气体排放浓度升高。监测结果显示废气中主要污染物指标均能达到GB 16297—1996《大气污染综合排放标准》要求，恶臭污染物指标达到GB 14554—93《恶臭污染物排放标准》要求。

4 结论

（1）餐厨垃圾、市政污泥与生活焚烧厂的协同处置产生的污染物可得到有效处置，废水、废气等环保指标均能达标排放，可为其他同类案例提供工程参考。

（2）由于餐厨垃圾、污泥设计处理量有限，本案例未配置沼气综合利用设施。在规模达到一定量的情况下，可对固渣采取厌氧发酵处理，未来也可将畜禽粪便等有机质列入处置范围，深入探究有机废弃物之间的协同处置方式，进一步提升实现资源化利用效率。