三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)污水污泥資源化利用潛力分析

楊政成 呂念南

0 引言

截止到2010年，三峽庫區(qū)重慶段已有100多座污水處理廠建成并投入運(yùn)營，污泥總產(chǎn)量已經(jīng)突破3000 t/d(含水率80%)，根據(jù)《三峽庫區(qū)及其上游水污染防治規(guī)劃》預(yù)測，到2020年三峽庫區(qū)污水污泥總產(chǎn)量將會(huì)突破5500 t/d(含水率80%)［1］，這些污泥能否得到有效最終處置，將是對三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的嚴(yán)峻考驗(yàn)。

1 三峽庫區(qū)污水污泥處置現(xiàn)狀

污泥衛(wèi)生填埋是國內(nèi)外很多地區(qū)最常用的處置方式，三峽庫區(qū)也不例外。據(jù)環(huán)衛(wèi)部門相關(guān)資料顯示，當(dāng)前三峽庫區(qū)污水污泥的主要處置方式是脫水處理后送至垃圾填埋場與生活垃圾摻混后做衛(wèi)生填埋處理，只有都市區(qū)少數(shù)污水廠設(shè)有污泥厭氧消化設(shè)施進(jìn)行穩(wěn)定化處理后送至垃圾填埋場填埋，或少量進(jìn)行農(nóng)用或綠化肥料。三峽庫區(qū)內(nèi)多數(shù)污水處理廠設(shè)計(jì)處理規(guī)模較小，大多沒有污泥消化等設(shè)施，將剩余污泥經(jīng)過脫水后直接運(yùn)至填埋場填埋。

污泥衛(wèi)生填埋雖然有使用時(shí)間長、技術(shù)成熟、操作簡單、投資少、處理量大、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。但由于污泥含水率過高，數(shù)量大，污泥粒度分布較小，不具有穩(wěn)定的形態(tài)，會(huì)急劇增加填埋場垃圾滲濾液的數(shù)量，同時(shí)，極易造成填埋場垃圾滲濾液管道的堵塞、垃圾無法壓實(shí)、填埋體變形或滑坡等，均給填埋場的運(yùn)行帶來諸多不便。污泥中含有大量有毒有害物質(zhì)，污泥衛(wèi)生填埋具有二次污染的危險(xiǎn)，給填埋場的安全運(yùn)行造成了巨大隱患。三峽庫區(qū)已經(jīng)有部分垃圾填埋場拒接污泥進(jìn)行填埋。

2 國內(nèi)外污泥資源化利用技術(shù)

2.1 污泥土地利用技術(shù)

20世紀(jì)90年代以來，世界各國在污泥處置利用方面的發(fā)展趨勢為放棄投海、減少填埋，大力增加農(nóng)林土地利用及能源回收。我國污泥農(nóng)業(yè)利用率較低于10%，而英國、美國、法國、荷蘭等國家污泥農(nóng)業(yè)利用率為60%［2］，污泥土地利用是最有發(fā)展前景的一種處置方法，它是城市污水污泥處置中一種經(jīng)濟(jì)有效的出路，為此我國相繼開展了園林綠地施用污泥對環(huán)境的影響及污泥林地利用等方面的研究。

污泥土地利用主要是利用土壤具有自凈能力的特性來消納污泥，同時(shí)污泥中含豐富的蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸等有機(jī)質(zhì)，N，P等營養(yǎng)性元素和Ca，Mg，Cu，Zn，F(xiàn)e等微量元素，又因具有一定的粘性、肥力，可作為肥料、調(diào)節(jié)劑等來增加土壤肥力，改善土壤理化性質(zhì)，用于農(nóng)作物種植、植樹、園林景觀、改良受損土壤等。

2.2 污泥建材化技術(shù)

2.2.1 污泥制磚

污泥燃燒產(chǎn)物和粘土的化學(xué)成分基本接近，在適當(dāng)?shù)恼{(diào)整或混入適量的添加劑后，完全可以制備建筑用磚。直接采用干化污泥制磚時(shí)，還可以充分利用污泥中有機(jī)質(zhì)的發(fā)熱量，降低燒磚能耗。污泥磚在焙燒過程中病原菌可全部被殺滅，重金屬(As，Cd，Cr，Cu，Pb等)被固結(jié)，病原菌全部被殺死，實(shí)現(xiàn)無害化處置。

2.2.2 污泥制造生態(tài)水泥

隨著水泥窯中焚燒廢棄物技術(shù)水平的提高，在水泥生產(chǎn)過程中使用污泥作為輔助的原燃料的研究也取得了較大的發(fā)展。污泥制水泥的理論是污泥灰分高，其化學(xué)特性與水泥生產(chǎn)所用的原料基本相似，干化和研磨后添加適量石灰即可制成水泥，與單獨(dú)建設(shè)專用焚化爐相比，具有建設(shè)投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)效益好、無害化處理徹底等資源化環(huán)保處理的優(yōu)點(diǎn)。

2.3 污泥能源化技術(shù)

污泥能源技術(shù)中較成熟的有污泥作為燃料直接燃燒、發(fā)酵制沼氣等，污泥制造合成燃料、熱解制油、分解制氫仍處于研究階段。

污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)以及大量的發(fā)熱性物質(zhì)，蘊(yùn)含了大量的能量，混合污泥的發(fā)熱量12005 kJ/kg～16956.5 kJ/kg，為褐煤24000 kJ/kg熱值的一半左右［3］，污水污泥具有良好能源前景。

2.4 污泥材料化技術(shù)

2.4.1 制造輕質(zhì)材料(陶粒)

污泥中無機(jī)成分以SiO2，Al2O3和Fe2O3為主，類似粘土的成陶成分，將其與粘土按一定的配比混合，經(jīng)過干燥，脫碳，燒脹等工藝條件，在不同的溫度、燒制時(shí)間的條件下，制成不同程度的陶粒。我國廣州華穗輕質(zhì)陶粒制品廠自2000年起利用獵德、大坦沙污水處理廠產(chǎn)出的污泥作為主要輔助原料生產(chǎn)超輕陶粒，產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)成本低，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益好，獲得圓滿成功［4］。

2.4.2 污泥作粘結(jié)劑

污泥本身含有大量有機(jī)物，如蛋白質(zhì)、脂肪和多糖，具有一定的粘結(jié)性能。利用活性污泥作粘結(jié)劑將無煙粉煤加工成型煤，型煤燃燒的同時(shí)污泥在高溫氣化爐內(nèi)被處理，防止了污染;污泥作為型煤粘結(jié)劑替代白泥可改善在高溫下型煤的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，提高了型煤的生化反應(yīng)性，降低灰渣中的殘?zhí)浚岣咛哭D(zhuǎn)化率。污泥既可作為一種粘結(jié)劑，同時(shí)也是一種疏松劑，污泥的熱值也得到了利用，這種處理方式既提高了碳的轉(zhuǎn)化率［5］，同時(shí)污泥的熱值也得到了充分的利用。

2.4.3 垃圾填埋場覆蓋材料

含水率為60%的消化污泥與爐渣以2∶1混合時(shí)，滲透系數(shù)達(dá)到10數(shù)量級，已經(jīng)接近垃圾填埋場防滲層對滲透系數(shù)的要求，且各種污染物負(fù)荷較小，各項(xiàng)指標(biāo)能達(dá)到污泥作為垃圾填埋場覆蓋材料的要求［6］。

3 三峽庫區(qū)城市污水污泥的組成及性質(zhì)分析

3.1 污泥中含有機(jī)質(zhì)及N，P等可利用元素

三峽庫區(qū)污水廠污泥中含較多的有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等植物營養(yǎng)素，其中揮發(fā)性有機(jī)物含量一般為30%～60%(質(zhì)量百分比)，有效氮含量為 446 mg/kg～518 mg/kg，有機(jī)磷含量為114 mg/kg～160 mg/kg，速效鉀含量為 392 mg/kg～577 mg/kg，基本上仍能較好地滿足重慶市園林用土的理化指標(biāo)，且可以對土壤起到一定的改良作用，重慶市農(nóng)業(yè)局進(jìn)行了污泥堆肥的相關(guān)研究，試運(yùn)行處置費(fèi)用為 110 元/t［7］。

3.2 含有大量可以建材化利用成分

三峽庫區(qū)污水污泥燃燒灰近似二類粘土質(zhì)原料。硅酸率低于2.7可摻合硅酸率高的硅質(zhì)校正原料——砂巖和粉砂巖。氧化鎂堿含量、三氧化硫都能滿足粘土質(zhì)原料的要求。三峽庫區(qū)拉法基公司、農(nóng)業(yè)局、同興垃圾處理公司等單位利用水泥窯并行處置污泥已經(jīng)完成中試，技術(shù)可靠，各項(xiàng)污染物均達(dá)標(biāo)排放，運(yùn)行處置費(fèi)用約為106元/t～126元/t［8］，這表明三峽庫區(qū)污泥用于建筑材料是完全可行的。

3.3 重金屬污染并不嚴(yán)重

三峽庫區(qū)污水廠的污泥重金屬含量高于一般園林用土和廄肥，但仍低于GB 18918-2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的相應(yīng)限值，部分污水廠污泥鋅含量較高(502 mg/kg)，部分污水廠污泥鎳含量較高(達(dá)176 mg/kg)，約是酸性土壤要求最高允許限值(100 mg/kg)的2倍，可能是工業(yè)廢水預(yù)處理沒有達(dá)標(biāo)直接排放至城市下水道所致，其他重金屬含量均低于我國城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)(CJT-2009)，低于美國EPA 503的標(biāo)準(zhǔn)和歐盟建議性標(biāo)準(zhǔn)，所以說只有鋅元素限制了庫區(qū)污泥的農(nóng)用途徑，如果含鋅廢水得到較好的預(yù)處理，庫區(qū)污水污泥農(nóng)用基本是沒有問題的。

3.4 污水污泥熱值相對較高

三峽庫區(qū)污水污泥熱值約9 MJ/kg～12 MJ/kg，低于國內(nèi)其他地區(qū)一般污水廠污泥的平均熱值23 MJ/kg，能夠達(dá)到自持燃燒熱值底線(＞3349 kJ/kg)［9］，無需添加入助燃劑就可自持燃燒;少數(shù)污泥甚至能夠達(dá)到余熱利用的低位熱值(＞4180 kJ/kg)，如果選用適合燃用低熱值污泥的流化床焚燒爐，可不加輔助燃料進(jìn)行處理，大大降低費(fèi)用。

另外隨著城市居民生活水平的提高，污水污泥中的有機(jī)質(zhì)含量也在逐步提高，更是增加了污水污泥作為燃料進(jìn)行開發(fā)的可能性。

4 污泥資源化利用技術(shù)路線

4.1 污泥利用的技術(shù)路線

結(jié)合三峽庫區(qū)污水污泥上述污泥特性分析，三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)污水廠污泥的具體消納途徑可考慮采用建材化利用、園林綠化、廢棄礦場修復(fù)以及垃圾填埋場覆蓋土等，而農(nóng)田使用應(yīng)慎重。所以三峽庫區(qū)污水廠污泥的處置應(yīng)該以建材化利用、園林綠化利用、廢棄礦山修復(fù)、焚燒發(fā)電等資源化利用體系或手段逐步取代以填埋為主的土地消納途徑，不僅可以解決污泥出路問題，還可大量節(jié)省填埋場使用空間，是適合三峽庫區(qū)當(dāng)前發(fā)展的、經(jīng)濟(jì)高效的污泥處置方法。

4.2 污泥資源化利用存在問題或障礙

三峽庫區(qū)污水污泥進(jìn)行資源化開發(fā)利用時(shí)，由于現(xiàn)在科技水平、工藝條件等方面的問題，污泥組成以及利、害兩重性又限制了污泥資源化開發(fā)利用，主要體現(xiàn)在兩方面:

一方面在污泥組成上的限制因素:污泥中的重金屬;寄生蟲、細(xì)菌、病毒等病原微生物;殺蟲劑等有毒有機(jī)物。

另一方面污泥含水率過高，易腐、不穩(wěn)定等性質(zhì)又增加了污泥處置的難度，提高了污泥處理的成本，限制污泥資源化利用前景。

5 結(jié)論與展望

雖然一些技術(shù)問題和困難有待解決，但三峽庫區(qū)污水污泥是可以作為資源進(jìn)行開發(fā)利用的。三峽庫區(qū)污水污泥資源化利用，不僅可以有效解決污泥填埋帶來的問題，還可以使其資源性得到充分發(fā)揮，為三峽庫區(qū)污水污泥處理與處置找到一條化害為利、變廢為寶的合理出路，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益與社會(huì)效益同步增長。

［1］ 焦艷靜.三峽庫區(qū)污水廠污泥改性作生活垃圾填埋場日覆蓋材料研究［D］.重慶:重慶大學(xué)優(yōu)秀碩士論文，2007.

［2］ 王 新，周啟星.污泥堆肥土地利用對樹木生長和土壤環(huán)境的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)導(dǎo)報(bào)，2005，24(1):174-177.

［3］ 班福忱，劉明秀，李業(yè)峰，等.城市污水處理廠污泥資源化研究探討［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2006，31(5):45-47.

［4］ 郭立新，劉天元，羅景輝，等.污泥熱處理技術(shù)的研究進(jìn)展［J］.長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，31(3):90-95.

［5］ 熊 帆，黃君濤，鐘 理.城市污泥的處理處置與資源化利用［J］.廣東化工，2005(1):87-91.

［6］ 焦艷靜，王里奧.三峽庫區(qū)污水廠污泥處理處置淺析［J］.環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2007(2):54-56.

［7］ 石運(yùn)剛.重慶市污水處理污泥處置的主要思路［J］.科技資訊，2008(5):214.

［8］ 張召述，馬培舜.污泥制備聚合物復(fù)合材料工藝研究［J］.化學(xué)建材，2003(21):21-25.

［9］ 姜文超，張 智.重慶市城市污水廠污泥處理處置規(guī)劃及有關(guān)問題［J］.中國給水排水，2008，24(18):19-23.

［10］ 劉媛媛，張芹芹.污泥基本特性與安全處置［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2008(4):63-67.