河南省城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置現(xiàn)狀及對策

張智瑞，郭春霞，王 巖，劉德杰

(1.鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院，河南鄭州 450001;2.河南省固體廢物管理中心，河南鄭州 450004)

污泥是污水處理廠在污水凈化處理過程中產(chǎn)生的含水率不同的廢棄物，它是由多種生物形成的菌膠體與其吸附的有機(jī)物、無機(jī)物組成的集合體，是污水處理廠的附屬產(chǎn)物［1-2］。近些年來，全國城鎮(zhèn)污水的處理量大幅增加，污水處理廠產(chǎn)生的污泥也增長迅速。因此，如何將產(chǎn)量巨大、成分復(fù)雜的污泥進(jìn)行妥善而安全地處理，使其穩(wěn)定化、減量化、無害化和資源化，已成為國內(nèi)外環(huán)境界所關(guān)注的一個重要課題［3］。

1 河南省城市污泥產(chǎn)生量和處理現(xiàn)狀

截止2009年底河南省已建成并投入運(yùn)行的城鎮(zhèn)污水處理廠共140座，年污水處理量約18億t，年產(chǎn)生污泥量約130萬t(含水率80%左右)，并且隨著河南省經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化建設(shè)的進(jìn)度加快，河南省污泥的產(chǎn)生量仍將以每年5%的速度增長，到2015年河南省污泥年產(chǎn)生量將高達(dá)183萬t，屆時污泥的處理處置問題將更加突出。在環(huán)保部門的配合支持下，作者于2009年對河南省18個省轄市的污水處理廠進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查和統(tǒng)計分析，其調(diào)查結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出，開封、鶴壁、焦作、濮陽、漯河、三門峽、商丘、信陽、周口、駐馬店和濟(jì)源這11個地市的污泥產(chǎn)生量均在5萬t左右，洛陽、平頂山、安陽、新鄉(xiāng)和許昌這5個地市的污泥產(chǎn)生量在10萬t左右。從城鎮(zhèn)人口數(shù)和工業(yè)單位數(shù)分析［4］，鄭州、南陽兩地的人口數(shù)量分別居于河南省前兩位，南陽的工業(yè)單位數(shù)在河南省位居第一位，鄭州的工業(yè)單位數(shù)也位居第四位，居民和企業(yè)用水?dāng)?shù)量大。因此，在河南省所有城鎮(zhèn)中鄭州市和南陽市所產(chǎn)生的污泥量也最多，污泥產(chǎn)量均達(dá)到了30萬t。

針對污泥的脫水，河南省大部分的污水處理廠采用重力濃縮和機(jī)械濃縮的工藝。在最終的污泥處置方式上，現(xiàn)在大部分污水處理廠都采用了衛(wèi)生填埋、土地利用和作為建筑材料(制磚和水泥)這三種形式，其中土地利用方式所占的比例約為16.9%，填埋方式82.9%，作為建筑材料的比例不到1%。就城市而言，開封、平頂山、三門峽、南陽、駐馬店等市的污泥全部采用了填埋方式，安陽采用填埋方式的比例約97%，而作為建筑材料方式的僅3%，其他各地市均采用土地利用和填埋作為污泥處置的最主要方式，各地市污泥處置方式統(tǒng)計結(jié)果見表2。

2 河南省各城市污泥理化性狀

2.1 污泥中有機(jī)質(zhì)及N、P、K元素的含量分析

城市污泥中富含可用于土壤結(jié)構(gòu)改良的有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等多種植物營養(yǎng)元素。一般在沒有其它限制因素，如重金屬元素等存在時，污泥中的植物營養(yǎng)元素含量越高，其農(nóng)林利用價值就越大［5］。本文通過對采自河南省多個地市的10個污泥樣品中有機(jī)質(zhì)和總N、總P、總K元素含量的測定表明，各含量的平均值分別為 280、29.6、22.2、5.83 g/kg，該測定結(jié)果與郭廣慧等［6］于2006年對全國不同城市的98個污泥樣本測定結(jié)果非常相似，以此平均值作為河南省污泥中有機(jī)質(zhì)和總N、總P、總K的含量，并對河南省污泥中的有機(jī)質(zhì)及植物營養(yǎng)元素的總含量進(jìn)行了計算，其結(jié)果見表3。

表1 河南省城鎮(zhèn)污水處理廠基本情況

表2 河南省各地市污泥處置方式統(tǒng)計結(jié)果

表3 河南省城市污泥的有機(jī)質(zhì)及植物營養(yǎng)元素含量 kg

由表3可知，河南省城市污泥中有機(jī)質(zhì)及總氮、總磷、總鉀含量的值分別為3.58×108、3.78×107、2.84×107和7.46×106kg。因此，如果這些污泥中的有害成分如重金屬含量等不超標(biāo)的話，即符合污泥農(nóng)用時重金屬污染物控制標(biāo)準(zhǔn)限值［7］，這些污泥的農(nóng)林利用價值將十分巨大。

2.2 污泥中重金屬含量及質(zhì)量分?jǐn)?shù)的因素分析

通過對河南省各地市污水處理廠污泥進(jìn)行采樣測定(測定結(jié)果見表4)，并按照我國《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)規(guī)定的污泥農(nóng)用時(在中性和堿性土壤上)污染物的控制標(biāo)準(zhǔn)限值對比分析，表明河南省18個地市的污泥中共有5個地市的污泥重金屬超標(biāo)，即鄭州、洛陽、三門峽、焦作和信陽，其中鄭州市為總鉻和總鋅超標(biāo)，洛陽市為總銅、總鉛、總鎘、總鎳、總砷和總鋅超標(biāo)，三門峽市為總銅、總汞、總鎳、總砷和總鋅超標(biāo)，焦作市為總鉻和總鎘超標(biāo)，信陽市為總鎘超標(biāo)。由此可見，除上述這5個城市的污泥在農(nóng)林土地上使用受到一定限制外，其他地市的污泥均具有農(nóng)林地應(yīng)用的可能性。

表4 河南省城市污泥中重金屬含量 mg/kg

污水處理廠的進(jìn)水水源、處理規(guī)模、處理工藝及重金屬形態(tài)等都是影響污泥中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的因素，其中，進(jìn)水水源對其影響較大，特別是工業(yè)污水是污泥中重金屬的主要來源［8］。

表5 重金屬污水的主要來源

表5給出了重金屬污水主要來源的工業(yè)企業(yè)。結(jié)合表5和各地市的工業(yè)企業(yè)數(shù)量［4］可知，鄭州與排放總鉻和總鋅相關(guān)的工業(yè)數(shù)量占總工業(yè)企業(yè)單位數(shù)量的36%，洛陽與排放總銅、總鉛、總鎘、總鎳、總砷和總鋅相關(guān)的工業(yè)數(shù)量占總工業(yè)企業(yè)單位數(shù)量的62%，三門峽與排放總銅、總汞、總鎳、總砷和總鋅相關(guān)的工業(yè)數(shù)占總工業(yè)企業(yè)單位數(shù)的57%，焦作與排放總鉻和總鎘相關(guān)的工業(yè)數(shù)量占總工業(yè)企業(yè)單位數(shù)量的45%，信陽與排放總鎘相關(guān)的工業(yè)數(shù)量占總工業(yè)單位數(shù)量的33%。從上述數(shù)據(jù)分析來看，河南省5個地市的污泥重金屬超標(biāo)的確與其經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)結(jié)構(gòu)相關(guān)性很大。因此，為了便于將來的污泥資源化處理與處置，當(dāng)?shù)卣碍h(huán)保部門應(yīng)加強(qiáng)對那些含重金屬污水排放企業(yè)的監(jiān)督與管理，以確保這些企業(yè)的污水能夠達(dá)標(biāo)排放。

3 污泥處理處置思路和對策

目前河南省各地市的污泥大多采用填埋法進(jìn)行處理。污泥填埋投資低、容量大、見效快，利用太陽能熱可有效殺滅污泥中的病原菌，而且隨著滲濾液的導(dǎo)排可使污泥中的重金屬含量降低，填埋穩(wěn)定化以后，污泥的腐殖化程度逐漸提高［9］，但是，由于污泥含水率過高，大部分都在80%左右，加之污泥中有機(jī)成分含量較高，存放時間長時極易發(fā)生變質(zhì)發(fā)臭，從而給污泥的運(yùn)輸、暫存和填埋帶來不便。此外，也由于污泥的含水率過高，導(dǎo)致其黏性大，無法與其他垃圾均勻混合，因而也阻礙了填埋場垃圾正常的生物發(fā)酵和降解過程;填埋場的地基也需要做好防滲處理，滲濾液一旦泄漏會對環(huán)境造成威害［10］，因此許多垃圾填埋場均拒絕含水率大于60%的污泥進(jìn)入場地。加之近年來各城市的垃圾產(chǎn)生速度較快，污泥的填埋更加縮短了垃圾填埋場的使用年限，因此對于人口稀疏、土地資源多、經(jīng)濟(jì)相對欠發(fā)達(dá)的地市可以選擇該方式。相對而言，河南省的濟(jì)源市、漯河市在一段時間內(nèi)較為適用此種污泥處置方式。

土地利用是城市污泥資源化處置的常用方法，其優(yōu)點(diǎn)是投資少、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低，可充分利用污泥中的有機(jī)物及N、P元素對土壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，增加土壤肥力，用于綠化及農(nóng)林業(yè)時可以節(jié)約化肥，促進(jìn)草木的生長［10］。但是，如果污泥中有毒有害物質(zhì)的含量超標(biāo)，就會進(jìn)入土壤，導(dǎo)致蔬菜中的病菌和重金屬含量超標(biāo)，同時影響植物的生長，并污染地下水，因此該方法的選用應(yīng)受到限制［11］。從河南省污泥成分的分析來看，河南省大多數(shù)地市的污泥重金屬含量均符合國家污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，因此在這些地市應(yīng)加快投資對污泥進(jìn)行堆肥化處理，同時加大政府宣傳力度，明確責(zé)任主體，指導(dǎo)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民正確地將堆肥化處理后的污泥應(yīng)用于林地、園林綠化和農(nóng)地，以發(fā)揮污泥的肥效。

污泥建材利用包括利用污泥及其焚燒產(chǎn)物制造磚塊、水泥、陶粒、玻璃、生化纖維板等［12］。污泥中含有硅、鋁、鈣、鐵等元素及其無機(jī)物，成分上與建筑材料相似，把污泥用做建材的方式不僅減少了污泥填埋占用的土地，降低了自然資源的消耗，同時實(shí)現(xiàn)了污泥的循環(huán)利用，變廢為寶［13］。但是污泥的制磚費(fèi)用比普通磚成本高，而且干化污泥需要大量的能耗，對干化工藝技術(shù)的突破是影響污泥建材利用的關(guān)鍵因素［14］。目前國內(nèi)大多采用干化污泥制磚、制水泥產(chǎn)品的銷售渠道沒有形成，導(dǎo)致該市場的前景不景氣。理論而言，該方式僅適用于周邊有大型建材企業(yè)的城市和城鎮(zhèn)，如平頂山、新鄉(xiāng)、鶴壁、南陽、安陽等地市，對于那些重金屬含量超標(biāo)的污泥，該方式可作為首選。

污泥干化焚燒是一種較為徹底的處置方式，可實(shí)現(xiàn)污泥的能量回收，減少電能或熱能的消耗。焚燒可減少污泥的體積和總量，處理速度快，焚燒灰也可以制成有用的產(chǎn)品;就地焚燒解決了污泥的長距離運(yùn)輸，回收的能量又可以用來供熱和發(fā)電，但是該方法投資高，能耗大，燃燒時需要對尾氣進(jìn)行嚴(yán)格處理，燃燒的過程中會產(chǎn)生二氧化硫、二噁英等有害氣體，污染大氣，焚燒也大大浪費(fèi)其中的營養(yǎng)物質(zhì)［15］。因此在污泥中有毒有害物質(zhì)很高、污泥產(chǎn)量大，當(dāng)?shù)乩盥駡龅赜质志o張的市縣［16］可優(yōu)先考慮此種技術(shù)。例如在經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)的鄭州、洛陽和南陽等城市可以進(jìn)行示范工程建設(shè)，取得經(jīng)驗(yàn)后再逐步于其它地市進(jìn)行推廣。

總之，污泥的處理方式應(yīng)根據(jù)污泥的性質(zhì)和當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況進(jìn)行選擇。其中，最理想的方式應(yīng)是將其進(jìn)行資源化綜合利用。因此，通過推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式來預(yù)防、消除和削減污泥中的污染源，以保證污泥資源的安全利用和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展［17］。

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