城鎮(zhèn)污水廠污泥處置與資源化利用技術(shù)探討

王志平

（山西省環(huán)境科學(xué)學(xué)會 山西太原 030024）

污泥是廢水處理過程的副產(chǎn)品，隨著工業(yè)用水和生活用水的增多，廢水和污水的量也逐漸增大，所產(chǎn)生的污泥量也逐漸增大。污泥中含有大量有害物質(zhì)，包括重金屬、細(xì)菌、病原體等，如處理不當(dāng)，可能會對環(huán)境造成較大的影響。必須根據(jù)污泥的特點，選擇合適的處置方法，實現(xiàn)減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化。

1 污泥處理現(xiàn)狀

目前，我國城市污水處理廠已達(dá)3000余座，污水日處理能力達(dá)到1.4×108m3，年產(chǎn)生污泥600多萬噸（干物質(zhì)計），相當(dāng)于脫水污泥（含水80%）近3000多萬噸，污泥出路問題已成為制約我國污水處理事業(yè)健康發(fā)展的重要“瓶頸”之一。據(jù)統(tǒng)計，目前處置方式中，土地填埋占63.0%、污泥好氧發(fā)酵+農(nóng)用約占13.5%、污泥自然干化綜合利用占5.4%、污泥焚燒占1.8%、污泥露天堆放和外運(yùn)各占1.8%和14.4%。事實上，土地填埋、露天堆放和外運(yùn)的污泥絕大部分屬于隨意處置，真正實現(xiàn)安全處置的比例不超過20%。

2 污泥處理處置技術(shù)發(fā)展及分析

國外城市污泥處置與利用有上100年的歷史。隨著城市人口的增加，近幾十年歐、美等發(fā)達(dá)國家的污泥量每年以5%～10%的速度增長。相應(yīng)的污泥產(chǎn)生量也隨著生活水平和污水產(chǎn)生量的增加而增加。世界主要發(fā)達(dá)國家污泥處理處置方式如表1[1]。

表1 世界各國污泥產(chǎn)生量和最終處置情況

由表1可以看出，土地利用、陸地填埋和焚燒是大多數(shù)國家污泥處置的主要方法，部分國家有一定比例的污泥進(jìn)行了投海處置，在頒布海洋條約后污泥海洋傾倒已被禁止。

中國最早的城市污水處理廠污泥處置方式主要是土地利用（農(nóng)業(yè)利用）。近10年我國污泥的主要處理處置方式為填埋、土地利用、綜合利用，其中污泥陸地衛(wèi)生填埋約63.0%，土地利用約占14.0%，綜合利用約占5.0%，外運(yùn)約占14.0%，焚燒約占2.0%[2]。

衛(wèi)生填埋是市政污泥處置的主要途徑，其次是土地利用。根據(jù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，城市污泥的土地利用更符合我國農(nóng)業(yè)大國的國情；但是，當(dāng)前我國既沒有系統(tǒng)、科學(xué)的管理和監(jiān)督辦法，也沒有配套的污泥標(biāo)準(zhǔn)體系；更不用說我國當(dāng)前重化工行業(yè)發(fā)展迅速，導(dǎo)致城市污泥成分中有害成分升高；故污泥土地利用的安全性很難保證。在難以保證污泥中有害成分不污染土壤進(jìn)入食物鏈的前提下，污泥土地利用需要十分謹(jǐn)慎。

2008年我國《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》頒布以后，政府杜絕濕污泥直接填埋，對填埋污泥的水分進(jìn)行了限制，填埋的前提是污泥要干化到含水60%以下，因此污泥填埋的比例大大降低。反之，如果污泥干化到含水率60%以下，這些半干化污泥的利用價值就大大提高，沒有必要再去填埋。污泥焚燒在我國的比率相對很小，但是從國內(nèi)發(fā)展的形式看，焚燒的比率上升最快。污泥焚燒的技術(shù)難度和投資運(yùn)行成本相對較高，尤其是污泥的干化技術(shù)一直是污泥處置的瓶頸，困擾著整個行業(yè)的快速發(fā)展。所以，污泥干化成為關(guān)鍵，也成為當(dāng)前研究的熱點。

目前城市污泥處置成為許多污水處理廠深感頭痛的難題。污泥處置之所以成為棘手的問題除受經(jīng)濟(jì)條件與政策方面因素影響外，在很大程度上是污泥的不良性質(zhì)所造成。

3 國內(nèi)常規(guī)污泥處理處置方案

3.1 污泥土地利用

污泥土地利用包括直接利用和堆肥后利用。直接利用存在植物燒苗、菌類危害等，故當(dāng)前大多是堆肥后利用。污泥堆肥是污泥在特定的條件下，利用自然界廣泛的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物，促進(jìn)生物有機(jī)廢物等發(fā)生生物穩(wěn)定作用，使可被生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的生物化學(xué)過程。包括厭氧和好氧堆肥兩種方式。堆肥后的堆成品作為營養(yǎng)土或肥料使用。目前國內(nèi)污泥堆肥工藝相對比較成熟。

3.2 污泥填埋

填埋是傳統(tǒng)污泥處置的主要方式之一，直接在生活垃圾填埋場填埋，或者專業(yè)污泥填埋場填埋。污泥填埋的最大優(yōu)勢就是操作方式比較簡單、見效快的方法。但隨城市的發(fā)展，土地緊張，填埋場地難找，建設(shè)填埋場投資成本高。而當(dāng)前污泥填埋存在污泥水分含量高，具有流動性，剪切力差等特點，導(dǎo)致填埋場不易壓實，容易潰壩，甚至污泥滲濾液下滲污染地下水。對此，2008年國家頒布生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)后，對城市污泥的填埋做了要求，污泥含水率必須在60%以下，方可進(jìn)入填埋場。當(dāng)前，含水率80%左右的污泥填埋基本被杜絕了。

3.3 污泥焚燒

目前污泥焚燒有三種方式：送到熱力電廠直接焚燒、干化后焚燒、送入垃圾焚燒電廠與垃圾混合焚燒；因投資高，技術(shù)難度大，環(huán)保要求高等特點，專門投資建設(shè)污泥焚燒整個系統(tǒng)的工程目前很少。污泥處理處置因含水率高無法填埋問題、土壤污染等問題的出現(xiàn)，迫切需要焚燒技術(shù)進(jìn)入污泥處理處置行業(yè)，焚燒的意義越來越收到重視，焚燒的效率高、無害化、減量化明顯。在歐盟、日本等污泥焚燒的比例在升高。但是，污泥焚燒面臨著同一個問題：污泥含水率高，需要消耗大量一次能源，設(shè)備投資相對較高。

3.4 污泥燒制建材

污泥建材化是污泥資源化技術(shù)的發(fā)展方向之一。主要包括制造磚、水泥、陶粒、玻璃、生化纖維板等。目前研究較多的是污泥制磚，分污泥焚燒灰制磚和污泥直接制磚。西方國家常采用污泥焚燒灰制磚，而我國則傾向采用干化污泥制磚，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)，實現(xiàn)污泥的無害化。也有一些研究采用城市污水廠污泥替代河道淤泥或部分粘土燒制輕質(zhì)陶粒。充分利用污泥有機(jī)質(zhì)作為焙燒過程的發(fā)泡劑，獲得性能優(yōu)異的陶粒及輕質(zhì)材料，還在一定程度上解決了污泥出路問題。但是，污泥燒制建材技術(shù)尚不成熟。目前在污泥建材綜合利用技術(shù)中，污泥的摻量和產(chǎn)品的附加值普遍偏低。

3.5 污泥厭氧消化

污泥的厭氧消化傳統(tǒng)上是對濃縮池的污泥（含水98%左右）進(jìn)行厭氧消化處理。污泥厭氧消化是污水處理工藝的一個環(huán)節(jié)，是濃縮池的污泥在無氧的情況下發(fā)生厭氧消化，有機(jī)物質(zhì)被厭氧菌在厭氧條件下分解產(chǎn)生甲烷和二氧化碳的過程，是污泥穩(wěn)定化的一個過程，污泥消化處理后再進(jìn)一步加入絮凝劑，然后實現(xiàn)污泥的脫水，產(chǎn)生含水率80%左右的污泥。污泥厭氧消化，最大的優(yōu)勢方是可以通過厭氧的形式產(chǎn)生沼氣，但是污泥厭氧消化過程對污泥的體積減少不明顯，不能實現(xiàn)減量化，后續(xù)還要繼續(xù)處理沼渣和廢液。

3.6 污泥干化

當(dāng)前社會上研究和使用的主要污泥干化技術(shù)有：

3.6.1 熱干化。是通過提供熱能的形式，把污泥中的水分蒸發(fā)掉。熱干化包括間接干化和直接干化。熱源有電廠尾氣、蒸汽、熱油等。目前研究熱干化的企業(yè)不少，但是污泥熱干化的效率都不高。總之，當(dāng)前熱干化技術(shù)還不能滿足市場的需要，污泥熱干化技術(shù)還有待突破。

3.6.2 水熱干化。水熱干化技術(shù)是污泥在高溫高壓的條件下，達(dá)到破碎污泥中生物體細(xì)胞的目的，從而提高污泥的脫水性能。雖說水熱干化技術(shù)通過機(jī)械濃縮、水熱反應(yīng)、二次濃縮、脫水技術(shù)的組合，實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化，但是80%的含水率是進(jìn)入反應(yīng)釜的瓶頸。該反應(yīng)高耗能，產(chǎn)生大量的高濃度有機(jī)廢液，運(yùn)行成本高。

3.6.3 機(jī)械干化。機(jī)械干化是通過機(jī)械過濾分離的原理把“泥”和“水”分開，目前大多是通過高強(qiáng)度擠壓的方式，把污泥中的水分?jǐn)D出，當(dāng)污泥中的水分含量在55%左右的時候，就很難再進(jìn)一步降低污泥的含水率，因此階段污泥中的水分多以毛細(xì)水、胞間水、以及少量的細(xì)胞水的形態(tài)存在。此方法是添加絮凝劑脫水的繼續(xù)，并且因為無機(jī)藥劑的加入造成了污泥的“增量化”，而且干化后的污泥基本沒有利用的價值（大量無機(jī)藥劑導(dǎo)致污泥有機(jī)成分分解和降低，泥餅pH很高一般在12以上）。

4 國內(nèi)污泥處置存在的問題

據(jù)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)固體廢物研究所對江蘇100多座各種規(guī)模的城市污水處理廠的詳細(xì)調(diào)查，城市污泥組成與處理處置現(xiàn)狀有如下特點：

4.1 污泥有機(jī)質(zhì)高（多數(shù)在40%～60%，干物質(zhì)計）、熱值高（10～15MJ/kg，干物質(zhì)計）,氮磷含量高（含N多數(shù)為3%～6%，含P為1%～2%）。但土力學(xué)性質(zhì)極差，膠結(jié)性特強(qiáng)。

4.2 脫水污泥水分含量很高，脫水污泥含水率絕大多數(shù)為80%～85%；污泥惡臭明顯；存在大量病原物。正因脫水污泥水分高，導(dǎo)致污泥產(chǎn)生量極大，且影響污泥的后續(xù)處置如填埋和焚燒等等；

4.3 部分混流有工業(yè)污水的城市污水處理廠污泥中重金屬Cu，Zn，Cd，Cr，Ni超標(biāo)普遍。

根據(jù)調(diào)查，無論是采用焚燒、填埋，還是采用堆肥、做建材原料等處置或利用途徑，最大障礙首先是污泥高水分含量問題（導(dǎo)致污泥產(chǎn)生量大、熱效率低、土力學(xué)性質(zhì)差、堆肥需要大量蓬松劑等），其次是存在有害物質(zhì)（主要是重金屬、惡臭和病原物）的問題。這兩大問題不解決，其他任何處置途徑都會事倍功半。

5 結(jié)語

近幾年我國污泥處理行業(yè)發(fā)展速度較快，受益于污泥處理行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高以及下游需求市場不斷擴(kuò)大，污泥處理行業(yè)在國內(nèi)和國際市場上發(fā)展形勢都十分看好。但城鎮(zhèn)污水處理廠、城鎮(zhèn)污泥處理單位必需要根據(jù)《中華人民共和國污水污泥處理標(biāo)準(zhǔn)》、《污泥處置技術(shù)規(guī)范》、《污泥處置技術(shù)指南》、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策》等標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范中的要求選擇合適的處置方法和處理技術(shù)，才能有效的處置和利用好污泥，實現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化。

[1]王靜.國內(nèi)外污泥研究現(xiàn)狀及進(jìn)展.市政技術(shù)，2006,5,,24(3).

[2]余杰.中國城市污水處理廠污泥處理、處置問題探討分析.環(huán)境工程學(xué)報，2007,1,1(1).