城市污泥處理工藝研究進展

劉文來（合肥經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)公用事業(yè)發(fā)展公司 安徽合肥 230601）

引言

改革開放以來，隨著城鎮(zhèn)化進程的不斷加深,城市的污水的排放量與日俱增,污泥是凈化污水時的副產(chǎn)物，產(chǎn)量因而也顯著增長。國內(nèi)各城市還在不斷的興建污水處理廠，污水的處理效率也都在逐漸提高，依處理一萬立方米污水產(chǎn)生七噸左右污泥(含水率約75%)估算，污泥目前每年有超過四千萬噸的產(chǎn)量[1]，到2020年，城市污泥的年產(chǎn)量大約會達到六千萬噸。污泥組成復雜一般含有重金屬、細菌菌體、寄生蟲以及毒性有機物等[2]具有難以遷移、危害性大、容易富集等特征，很容易污染土壤和地下水。但同時污泥中還含有具有農(nóng)業(yè)應用價值的有機質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)，并具備一定的熱值，因此若污泥處理不當或者任意傾倒，不僅會對環(huán)境造成二次污染，威脅人類健康而且也是對污泥中有用資源的浪費。怎樣科學高效地處理產(chǎn)量巨大的污泥是我國乃至全世界廣泛研究的課題之一。

1 城市污泥處理現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)情況

我國污泥處理研究起步較晚，過去對污泥處理的重視程度不夠，污泥處理的工藝技術(shù)和設(shè)備也落后于發(fā)達國家。改革開放以來，環(huán)境問題越來越突出，國家對環(huán)境保護越來越重視，出臺了一系列的環(huán)保相關(guān)的法律規(guī)范，涵蓋了大氣，水，土壤，固廢等許多方面，產(chǎn)量巨大的城市污泥也受到了高度重視。國家積極引進先進的污泥處理工藝和設(shè)備，加大資金投入，鼓勵技術(shù)創(chuàng)新，監(jiān)督和管理落到實處，污泥處理技術(shù)越來越多樣化。傳統(tǒng)污泥土地填埋的比重從2/3降到1/5，污泥資源化利用的比重從也2/15升高到現(xiàn)在的3/5[3]。2012年政府提出的《“十二五”全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》里，清晰表示到2015年，污泥無害化處理率指標直轄市、省會城市以及計劃單列市達到八成，其他設(shè)市城市要到70%，區(qū)縣及鎮(zhèn)要達到30%。2015年的“水十條”發(fā)布以后，對污泥處理提出了更加嚴格的要求，2017年實現(xiàn)污泥處理設(shè)備達標改造，所有地級市污泥無害化處理率到2020年要超過9成。2016年《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》里進一步表示了政府對污泥處理的重視，提出要大力推進污泥無害化、穩(wěn)定化和資源化處理。

目前國內(nèi)主流的污泥處理技術(shù)占比情況如圖1所示，可見填埋和堆肥占據(jù)很大比例，有很大比例的污泥并沒有進行無害化和穩(wěn)定化處理，僅僅做了初步的減容處理，填埋和堆肥使污泥中可能含有的重金屬及有毒有機物累積在土壤表層，不但對植物具有毒害作用還有可能污染地下水。

1.2 現(xiàn)存的問題

污泥處理工藝技術(shù)和設(shè)備落后，處理以填埋和堆肥為主，污泥的穩(wěn)定化、無害化程度低，存在二次污染風險，威脅人類健康；缺乏經(jīng)驗豐富的污泥處理人才，從事污泥處理的科研人員少，工藝技術(shù)的創(chuàng)新較薄弱，依賴于國外的工藝輸入，但照搬國外的污泥處理技術(shù)并不能很好的適應國內(nèi)的污泥特性，難以取得理想的效果；國家和各個污水處理廠對污泥處理投資較少，沒有足夠的費用用于污泥的無害化和穩(wěn)定化處理，嚴重制約了污泥處理工藝的發(fā)展；同時，污泥的監(jiān)管體系還不完善，污泥的處理處置有許多環(huán)節(jié)，涉及到不止一個部門。缺乏一致的監(jiān)管標準，各類主體職責分工不清晰都造成了污泥處理監(jiān)督管理的乏力[4]。

1.3 國際情況

國外的污泥處理歷史悠久，污泥的處理一直都備受重視。不同國家和地區(qū)因地制宜地采取符合本國國情的污泥處理技術(shù)，例如美國、法國以及葡萄牙等這些國家，污泥堆肥土地利用的占比在逐年減少。美國許多地區(qū)已經(jīng)禁止污泥地方填埋；日韓國土面積較小，主要采用焚燒和熱干化技術(shù)，同時他們正嘗試利用污泥的營養(yǎng)成分把其作為蚯蚓飼料，另外也在嘗試將污泥和混凝劑混合作為一種保護性地表層，這樣有利于植被生長減少水土流失；歐盟等國家從2006年開始禁止填埋有機物含量大于5%的污泥，對于城市污泥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有嚴格得規(guī)定，不允許污泥直接施用過的農(nóng)產(chǎn)品售賣；英國、丹麥等國家政府則支持將城市污泥土地利用，以節(jié)約磷及其他礦物資源；荷蘭、瑞典等國家則要求必須將城市污泥做熱處理（發(fā)電、制建筑材料），污泥里面可能含有重金屬元素、有毒有機物等有害物質(zhì)，所以不允許污泥直接土地利用[5]。

2 當前污泥處理工藝比較

2.1 填埋處理

填埋是最早的污泥處理手段之一，是包括我國在內(nèi)得許多國家污泥處置的重要途徑，填埋處理要先經(jīng)過機械壓濾或者熱處理等方式將污泥脫水，把剩下脫水后的污泥拉運到指定地點進行填埋處置。我國大多將污泥與生活垃圾混合之后在進行填埋，具有操作簡單、成本低及周期短等優(yōu)點。但是污泥填埋一方面會占用大量土地，另一方面可能污染周圍的土壤及地下水，如果填埋不當產(chǎn)生的有害氣體會污染大氣。我國已經(jīng)逐步限制未經(jīng)無害化處理的污泥在垃圾填埋場填埋，并且許多國家甚至已經(jīng)頒布相關(guān)規(guī)定禁止將城市污泥直接填埋。

2.2 焚燒處理

污泥焚燒處理技術(shù)是將脫水后的污泥放入焚燒爐內(nèi)，進行有氧燃燒，碳化污泥中的大部分有機物，使污泥顯著減量，污泥里的有害病菌通過焚燒被徹底殺滅，重金屬成氧化態(tài)，最終得到穩(wěn)定的灰渣[6]，根據(jù)灰渣不同組成可用于制備水泥或者陶瓷，焚燒污泥產(chǎn)生的熱量也能被用于發(fā)電和供熱，實現(xiàn)資源化；但是焚燒對設(shè)備和技術(shù)要求高，條件控制不當可能會產(chǎn)生二噁英、硫氫化物等劇毒物質(zhì)，飛灰和底渣的管理也會增加運營成本。焚燒處理無害化穩(wěn)定化徹底，效率高。因此，在經(jīng)濟發(fā)達且人多地少的國家和地區(qū)，焚燒成為處理污泥十分好的選擇。

2.3 堆肥處理

污泥中一般含有較多的N、P、K等營養(yǎng)元素和一些微量元素，是不錯的植物養(yǎng)料和土地優(yōu)化劑，污泥無害化處理之后施用于農(nóng)田和城市園林，非常有利于植物生長[7]，改善劣質(zhì)土壤，達到資源化的目的，是目前我國處理污泥的主要方式之一。但大多污泥包有難以降解的有毒有機物或有累積危害的重金屬，污泥中含有的病菌體也可能對農(nóng)作物、植被造成不利影響，污泥農(nóng)用的安全性在國際上受到不少質(zhì)疑。因此，污泥要經(jīng)過嚴格的無害化處理才能用于土地利用。對此我國應建立完善的污泥農(nóng)用風險研究體系，對污泥的堆肥處理制定細致的法律法規(guī)，嚴格監(jiān)管，各相關(guān)部門應權(quán)責明確，合理分工。

2.4 厭氧消化處理

污泥的厭氧消化技術(shù)由來已久，應用廣泛，即利用厭氧菌和兼性菌使污泥發(fā)生厭氧生物化學反應，污泥中的有機物最終成為CO2、CH4和水等無害的物質(zhì)，過程中產(chǎn)生的CH4可參與厭氧消化反應的加熱過程[8]。厭氧消化處理能耗相對低，減量明顯，生物穩(wěn)定性高是性價比最優(yōu)的污泥處理工藝。但是該方法工藝流程多，設(shè)備昂貴依賴進口，產(chǎn)生的CH4存在安全隱患，由于我國的城市污泥一般有機質(zhì)含量較低、含砂量較高，污泥的可生化性較差，直接運用傳統(tǒng)污泥厭氧消化工藝無法取得良好效果。為此針對我國污泥的特性，科研人員進行了廣泛的研究，研發(fā)出超聲波預處理、熱水解、臭氧氧化以及加堿預處理等預處理工藝[9]，提高了傳統(tǒng)厭氧處理中污泥的水解和酸化效率，縮短了該過程生化反應時間，使厭氧消化整體效率大大提升。

2.5 水泥窯協(xié)同處理

水泥窯協(xié)同處理污泥是污泥處理的一個新方向，國家也積極鼓勵水泥廠參與污泥的處理，水泥廠在消納污泥方面具有明顯的優(yōu)勢，在水泥廠配套一個污泥烘干預處理系統(tǒng)，使用預熱器廢氣余熱將污泥烘至散狀固態(tài)，再經(jīng)輸送及喂料設(shè)備送入分解爐焚燒。通過撒料板將進入爐內(nèi)的散狀污泥充分分散在熱氣流中，借助爐內(nèi)的高溫實現(xiàn)快速、充分地燃燒。通過水泥窯的焚燒使污泥中的有機物徹底的分解，二噁英的生成量很低，飛灰收集再利用，重金屬固化在水泥中，對污泥的處理量大，效率高。但是該方法水泥廠的前期投資大，處理成本高，過程中易產(chǎn)生惡臭，若想提高污泥在水泥廠的使用率，政府在前期應給予政策優(yōu)惠，幫助水泥廠建立污泥處理系統(tǒng)，同時水泥廠自身也要進行技術(shù)創(chuàng)新。

結(jié)語

隨著城市化進程的加快，未來污泥排放量勢必大大增加，城市污泥將成為環(huán)境保護關(guān)注的重點。污泥的處理工藝多種多樣，而資源化利用和無害化處理無疑最具發(fā)展前景，在選擇具體污泥處理工藝時，應充分考慮國情和污泥的特性，將污泥處理技術(shù)統(tǒng)籌利用。當前我國的污泥處理壓力還很大，處理技術(shù)和設(shè)備還跟不上日益增加的污泥量。政府應從根本上重視污泥的無害化，穩(wěn)定化，資源化處理，制定完善的污泥處理法律體系，加強對污泥處理的監(jiān)管力度。污水處理企業(yè)應重視技術(shù)革新和人才引進將污泥的處理技術(shù)與污水處理的工業(yè)化、規(guī)?；^程相匹配，不斷開發(fā)合適的污泥處理新技術(shù)。各種因地制宜的污泥處理工藝路線應該相互交流溝通，大大提高污泥的資源化程度，促進循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展。