污泥處理與資源化利用策略的研究

張 爽

（黑龍江工程學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

截至2010年底，我國城鎮(zhèn)污水處理廠2832座，總處理能力達(dá)1.25億m3／d。截止2009年底，全國處理量達(dá)280億 m3濕污泥（含水率80%)，突破2000萬t，調(diào)查后有80%沒有妥善處理。大量產(chǎn)生的污泥帶來的二次污染問題日益嚴(yán)重，尋求適合我國國情的污泥處置方式尤為重要。污泥的處理方法主要有資源化利用或以某種形式回歸環(huán)境，隨著社會(huì)環(huán)保意識(shí)的提高，污泥棄置的比例正逐漸減小。人們認(rèn)識(shí)到污泥處理的優(yōu)先順序是穩(wěn)定化、減量化、無害化、資源化。這“四化”之中穩(wěn)定化、減量化是前提，無害化是核心，資源化是最終解決污泥處理問題的有效手段。

1 污泥的土地直接利用

長期以來我國農(nóng)業(yè)追求高產(chǎn)，大量使用化肥，已造成土壤沙化、板結(jié)，肥力下降，尤其在干旱地區(qū)，土壤中有機(jī)質(zhì)含量較低。污泥中富含有機(jī)質(zhì)和多種植物所需的養(yǎng)分，可以彌補(bǔ)長期使用無機(jī)化肥給土壤帶來的缺陷。同時(shí)，污泥土地直接利用具有投資小、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低、有機(jī)部分可轉(zhuǎn)化土壤改良成分等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為最有潛力的一種污泥處置方式。因此，將經(jīng)過穩(wěn)定化、無害化處理后的污泥，進(jìn)行土地循環(huán)利用，應(yīng)該是我國污泥資源化利用較有前景的一種途徑?？纱龠M(jìn)植物生長和產(chǎn)量的提高，實(shí)踐證明污泥的農(nóng)田利用是污泥資源化利用的最佳方法。

1.1 我國污泥農(nóng)用資源化處置常用方法

1.1.1 污泥堆肥發(fā)酵

污泥堆肥發(fā)酵是對(duì)脫水污泥進(jìn)行好氧發(fā)酵穩(wěn)定化處理過程。污泥與調(diào)理劑（如木屑、桔桿、樹葉、垃圾等有機(jī)廢料)及膨脹劑（如細(xì)碎的廢舊橡膠、塑料、小石子等)，在一定條件下（如pH、C／N、通氣、水分、溫度)進(jìn)行好氧堆漚，經(jīng)過兩次發(fā)酵，根據(jù)生產(chǎn)廢料的需求加入適量的鉀、磷等養(yǎng)分。污泥經(jīng)堆肥處理后，病源菌、寄生蟲卵、雜草種子幾乎全部被殺死，揮發(fā)性成分減少，且臭味降低，具有危害性的重金屬氧化態(tài)的含量也會(huì)降低，速效養(yǎng)分含量有所增加，使污泥成為性質(zhì)穩(wěn)定、安全可靠的土壤有效肥料。

我國目前選用的堆肥技術(shù)主要有條垛式、建倉式、容積式、發(fā)酵池式四種方法。有些地方仍沿用傳統(tǒng)的條形靜態(tài)通風(fēng)垛，一些發(fā)達(dá)國家則多采用現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)酵倉工藝，如日本20世紀(jì)90年代末已建35座污泥堆肥廠，其中最大的堆肥廠在北海道的札幌市，發(fā)酵倉和生產(chǎn)線規(guī)模大，機(jī)械化和自動(dòng)化程度高。國內(nèi)的唐山、常州等地也采用發(fā)酵倉方法處理污泥。

1.1.2 堿性穩(wěn)定化

堿性穩(wěn)定化是在污泥中加入石灰或氧化鈣等堿性物質(zhì)，使污泥pH和溫度升高并保持一段時(shí)間，利用強(qiáng)堿性和石灰放出的大量熱能殺滅病原體，降低惡臭和鈍化重金屬，處理后的污泥直接施用于農(nóng)田。

堿性穩(wěn)定化的兩個(gè)主要處理方法是N－ViroSoil和Agri－Soil。前者是在堿性穩(wěn)定后通過機(jī)械翻堆或其他方法使污泥快速干燥，后者則是在混合堿性物料后進(jìn)行堆肥。美國愛森技術(shù)公司開發(fā)的成套N－Viro設(shè)備在美國、澳大利亞等地使用，其自動(dòng)化程度高，處理濕污泥量可達(dá)50～240t／d。

1.1.3 熱干化

熱干化是利用熱能將污泥烘干。干化后的污泥呈顆?；蚍勰?，體積僅為原來的1／5～1／4，而且由于含水率在10%以下，微生物活性完全受到抑制，有效地避免了產(chǎn)品發(fā)霉發(fā)臭 ，有利于儲(chǔ)藏和運(yùn)輸。熱干化過程的高溫滅菌作用很徹底，產(chǎn)品可完全達(dá)到衛(wèi)生指標(biāo)，使污泥性能全面改善，產(chǎn)品可替代能源，也可土地利用。20世紀(jì)90年代熱干化技術(shù)得到迅速發(fā)展，2000年世界干污泥產(chǎn)量已是1990年的10倍。目前奧地利的Andritz公司、比利時(shí)的Seghers公司和美國的Bio－Gro等公司有先進(jìn)的污泥烘干設(shè)備技術(shù)，蒸發(fā)水量為0.5～10t／h（相當(dāng)于處理含水率為20%的濕污泥15～300t／d)，而且設(shè)備自動(dòng)化程度高、安全性能好。

熱干化按加熱方式可分為直接加熱和間接加熱，其中有代表性的是歐洲最大的直接加熱污泥干化廠：英國的Bransands（可蒸發(fā)水量為7×5000kg／h)以及世界最大的間接加熱干化廠：西班牙的巴塞羅那（可蒸發(fā)水量為4×5000kg／h)。國內(nèi)的大連、秦皇島和徐州等地采用直接加熱方法開展污泥熱干化生產(chǎn)的研究。

1.2 污泥農(nóng)用存在問題及展望

污泥農(nóng)用的環(huán)境問題是污泥中含有有機(jī)污染物、重金屬進(jìn)入土壤、作物、水體中易造成二次污染。污泥中還有可能含有苯、氯酚、多氯聯(lián)苯（PCBs)、多氯二苯并呋喃和多氯二苯并二噁英（PCDD／F)等難降解的有毒有害物質(zhì)。此外，病原物對(duì)農(nóng)業(yè)也具有潛在風(fēng)險(xiǎn)。其中，重金屬是影響污泥大規(guī)模土地利用的最重要因素，重金屬在污泥中性質(zhì)較穩(wěn)定，較難去除。這些重金屬隨污泥進(jìn)入土壤，長時(shí)間積累可對(duì)環(huán)境、農(nóng)作物的生長及人類健康造成危害。應(yīng)盡可能減少其在污泥中的含量。目前，主要通過化學(xué)和生物學(xué)兩種方法來降低污泥中的重金屬含量，生物學(xué)方法相對(duì)投資費(fèi)用低，易于操作，具有較為樂觀的應(yīng)用前景。

我國關(guān)于污泥農(nóng)用風(fēng)險(xiǎn)的研究體系和控制標(biāo)準(zhǔn)尚不健全是污泥農(nóng)用制度的主要問題之一。對(duì)于污泥處置的風(fēng)險(xiǎn)研究主要涉及污泥土地施用對(duì)植物的影響、重金屬從土壤到植物的遷移和重金屬、氮、磷在土壤中的遷移，可用數(shù)據(jù)不系統(tǒng)、不充分。這種現(xiàn)狀不利于污泥土地利用的規(guī)范化管理和土壤生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。需要政府有計(jì)劃地組織環(huán)境保護(hù)部門與農(nóng)業(yè)部門開展污泥土地利用方面的科學(xué)研究，以經(jīng)濟(jì)、安全、合理、有效、有益的原則利用污泥，從而發(fā)揮其巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。

2 熱能利用技術(shù)

2.1 我國熱能利用技術(shù)處置常用方法

2.1.1 焚燒

焚燒可使污泥中豐富的生物自身干化和發(fā)電，既可回收熱能，又可通過干餾提取油、氣等資源，用于燃料和制造四氯化碳等化工產(chǎn)品，在工業(yè)化生產(chǎn)中具有潛在的應(yīng)用前景。如2006年投入運(yùn)行的承德縣污水處理廠，通過燃燒試驗(yàn)，含水率為25%的污泥，熱值約為15000kJ／kg，相當(dāng)于低熱值的原煤，可采用混合成型焚燒的方式進(jìn)行處理。焚燒灰可用作生產(chǎn)水泥的原料，使重金屬被固定在混凝土中，避免其重新進(jìn)入環(huán)境。在污泥建材利用中，污泥制磚由于成本較低、技術(shù)成熟度高，在日本各地污水處理廠獲得了較為廣泛的應(yīng)用，制成的磚塊被用于公園、廣場、城市人行道等場所的建設(shè)。因此，當(dāng)污泥不能農(nóng)用或者污泥量大于農(nóng)用需求量時(shí)，焚燒也是一種選擇。污泥焚燒在日本和歐美較為普遍，日本有61%的污泥采用焚燒處理。歐洲有30%的污泥土地利用、70%熱能利用。

2.1.2 技術(shù)——低溫?zé)峤?/p>

即在400～500℃、常壓和缺氧條件下，借助污泥中所含的硅酸鋁和重金屬（尤其是銅)的催化作用，將污泥中的脂類和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成碳?xì)浠衔?，最終產(chǎn)物為油、碳、非冷凝氣體和反應(yīng)水。熱解前的污泥干燥可利用這些低級(jí)燃料（碳、氣和水)的燃燒來提供能量，實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)；熱解生成的油（質(zhì)量上類似于中號(hào)燃料油)還可用于發(fā)電。第一座工業(yè)規(guī)模的污泥煉油廠建于澳大利亞柏斯，處理干污泥量可達(dá)25t／d。

2.2 熱能利用技術(shù)存在問題及展望

熱能利用技術(shù)的環(huán)境問題主要是焚燒過程中會(huì)產(chǎn)生二惡英等空氣污染物。各地污水處理工藝多樣、污水組分復(fù)雜。污泥中含有有害組分會(huì)導(dǎo)致尾部受熱腐蝕和二次污染物的排放，對(duì)原有電廠運(yùn)行和周邊環(huán)境造成影響。目前中國尚未對(duì)污泥焚燒的技術(shù)要求進(jìn)行規(guī)范，對(duì)焚燒后的尾氣的排放標(biāo)準(zhǔn)也沒有規(guī)定，造成相關(guān)部門對(duì)污泥焚燒項(xiàng)目難以認(rèn)定和規(guī)范。

熱能利用技術(shù)的發(fā)展問題主要是設(shè)備投資高?，F(xiàn)已經(jīng)運(yùn)行的污泥處理系統(tǒng)，主要采用進(jìn)口低溫干化系統(tǒng)對(duì)污泥進(jìn)行干化，設(shè)備投資高，運(yùn)行成本約為300元／t濕污泥，這樣的成本對(duì)于中國大部分城市都顯得太高。國內(nèi)還缺乏成熟的技術(shù)和設(shè)備，未能形成標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，從而限制了我國污泥焚燒技術(shù)的提高和發(fā)展。

3 結(jié)束語

對(duì)于污泥資源化利用策略，Bridle等提出用生命周期評(píng)價(jià)法，即從環(huán)境衛(wèi)生安全、資源回收、資源投入產(chǎn)出比和收益影響比4個(gè)方面評(píng)估污泥利用方案的可持續(xù)性。因各地區(qū)的發(fā)展?fàn)顩r有差別，所得出的結(jié)論也不同，面對(duì)各地區(qū)千差萬別的污泥利用經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)立足于本地區(qū)的實(shí)際情況，在兼顧環(huán)境生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益平衡的前提下，審慎地、全面地論證各種方案實(shí)施的可行性，從中選出最佳方案。

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