國(guó)家園林城市六安市生活污泥處理處置現(xiàn)狀及土地利用研究

王瞞遇

（六安三峽水務(wù)有限公司，安徽 六安 237000）

當(dāng)前我國(guó)污水處理行業(yè)已經(jīng)取得了較大的發(fā)展，但是受長(zhǎng)期以來污水處理行業(yè)“重水輕泥”觀念的影響，污水處理廠往往只關(guān)注污水處理是否達(dá)到應(yīng)有效果，最終出水是否符合相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，而污泥的處理和處置問題卻一直未得到重視，一般僅僅在設(shè)計(jì)中提到將脫水污泥外運(yùn)和綜合利用，尚未實(shí)現(xiàn)真正的無害化、減量化、穩(wěn)定化和資源化處置和利用。隨著我國(guó)城市化步伐的加快，城市生活污水的處理能力和污泥的產(chǎn)生量急劇增長(zhǎng)。我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠每年排放的污泥量（干重）大約為1.3×106t，而且年增長(zhǎng)率大于10%，特別是在我國(guó)城市化水平較高的城鎮(zhèn)和地區(qū)，污泥出路問題已經(jīng)十分突出。如果城鎮(zhèn)污水全部得到處理，則將產(chǎn)生污泥量（干重）為8.4×106t?？傮w來說，我國(guó)大規(guī)模污泥的處置問題仍停留在技術(shù)研究的層次。國(guó)內(nèi)污泥綜合利用的實(shí)例不多，而以填埋、建材利用和焚燒為主。雖然國(guó)內(nèi)對(duì)利用污泥堆肥、土地利用的研究不少，但生產(chǎn)規(guī)模都較小。我國(guó)污泥處理與處置尚處于起步階段，擁有污泥穩(wěn)定處理設(shè)施的現(xiàn)有污水處理廠不到總數(shù)的1/2，處理工藝和配套設(shè)備較為完善的更是不足1/10，而其中能夠正常運(yùn)行的更少。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快和污水處理率的提高，污泥的處理處置已經(jīng)成為我國(guó)環(huán)境保護(hù)過程中面臨的緊迫問題[1]。對(duì)污泥進(jìn)行因地制宜、因時(shí)制宜的處理處置與資源化利用技術(shù)是貫徹落實(shí)環(huán)境保護(hù)基本國(guó)策并推動(dòng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

1 六安市城市污泥產(chǎn)生及處理處置現(xiàn)狀

1.1 六安市污水處理廠污泥產(chǎn)生情況

六安市城區(qū)已建成并運(yùn)行的污水處理廠有3座，分別為城北污水處理廠（一、二期共16萬t/d），鳳凰橋污水處理廠（4 萬t/d）和東部新城污水處理廠（2 萬t/d），均采用AAO氧化溝處理工藝。其中城北污水處理廠一期（8萬t/d）于2004 年6 月投入運(yùn)行，2007 年5 月開始排放剩余污泥；城北污水處理廠二期（8萬t/d）于2021年2月投入運(yùn)行，3月排放剩余污泥；鳳凰橋污水處理廠于2015年4月投入運(yùn)行，2015年8月排放剩余污泥；東部新城污水處理廠于2017年11月投入運(yùn)行，2019年7月排放剩余污泥。六安市城區(qū)各污水處理廠污泥產(chǎn)生量如表1所示。

表1 六安市污水處理廠污泥產(chǎn)生量匯總表（含水率80%）Tab.1 Summary table of sludge production in Lu′ an sewage treatment plant（80% moisture content）

1.2 六安市污水處理廠污泥處理情況

六安市第一座污水處理廠城北污水處理廠投產(chǎn)運(yùn)行后，污泥經(jīng)離心機(jī)脫水至含水率80%后，運(yùn)至六安生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置。2012 年初，六安市城北污水處理廠建設(shè)污泥深度脫水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)處理能力為90 t/d，采用污泥濃縮+改性+板框壓榨工藝，于2012年底投入運(yùn)行。將城北污水廠原含水率為80%的污泥脫水至含水率為60%后，運(yùn)至生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置。2015年4月，六安市第二座污水處理廠鳳凰橋污水處理廠（處理能力4萬t/d）投產(chǎn)運(yùn)行，為妥善處理鳳凰橋污水處理廠產(chǎn)出的污泥，城北污水處理廠污泥深度脫水系統(tǒng)處理能力進(jìn)行了升級(jí)改造，增加了一臺(tái)板框壓榨機(jī)以及配套濃縮系統(tǒng)，處理能力由90 t/d提升至140 t/d。鳳凰橋污水處理廠剩余污泥通過管道輸送至城北污水處理廠污泥深度處理，脫水后的污泥（含水率60%）主要用作堆肥和建材。

2019年7 月六安市污泥處理廠投產(chǎn)使用，處理規(guī)模為處理城市污水處理廠剩余污泥140 t/d（含水率80%）。采用“中溫厭氧消化+太陽(yáng)能干化”工藝，工藝流程見圖1。新建厭氧消化廠和太陽(yáng)能干化廠各一座，厭氧消化廠占地面積16811 m2，太陽(yáng)能干化廠占地面積40180 m2（太陽(yáng)能干化棚占地面積21037 m2，為國(guó)內(nèi)最大太陽(yáng)能干化棚）。厭氧消化廠由污泥緩存池、水解池、厭氧消化反應(yīng)器、消化液暫存池等組成，太陽(yáng)能干化廠由污泥來料接收池、污泥脫水車間、太陽(yáng)能干化棚等組成。城北污水處理廠和鳳凰橋污水處理廠剩余污泥（含水率99%）通過管道輸送至厭氧消化廠進(jìn)行處理，東部新城污水處理廠剩余污泥在廠區(qū)脫水至含水率80%后通過車運(yùn)至厭氧消化廠處理，污泥厭氧消化廠產(chǎn)生的沼渣通過管道輸送至太陽(yáng)能干化廠進(jìn)行處理，干化后的污泥（含水率40%）進(jìn)行外運(yùn)處置。污泥處理廠2019年（7～12月）累計(jì)處理污泥16911 t（含水率80%，下同），2020年累計(jì)處理污泥38209 t，2021年（1～10月）累計(jì)處理污泥31909 t。

圖1 六安市污泥處理廠工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of Lu′ an sludge treatment plant

1.3 六安市污泥處置情況

六安市污泥的處置方式主要有堆肥、建材利用和林地土壤改良，其中堆肥處置污泥的數(shù)量最大，占總處置量的56.47%，建材利用占總處置量的27.17%，林地土壤改良占總處置量的16.36%。六安市近3 年污泥處置量 見表2，各處置方式占比見圖2。

表2 六安市2019～2021年污泥處置量統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistics of sludge disposal in Lu′ an from 2019～2021

圖2 近3年六安市污泥處置情況Fig.2 The disposal of sludge in Lu′ an in the past 3 years

1.3.1 堆肥

城市污泥含有大量的有機(jī)質(zhì)和N、P、K 等營(yíng)養(yǎng)元素，污泥堆肥是一種行之有效的穩(wěn)定化、資源化處理技術(shù)。污泥堆肥是利用污泥中的好氧微生物進(jìn)行好氧發(fā)酵的過程，它是一種自產(chǎn)熱過程，可以消除病原體并產(chǎn)生一種類似腐質(zhì)土的物質(zhì)，通過添加輔料，如稻殼、鋸末和草木灰等，降低污泥的黏性，調(diào)節(jié)C/N值，促進(jìn)污泥快速升溫腐熟，提高污泥堆肥產(chǎn)品肥效。添加輔料的堆肥產(chǎn)品是較好的土壤改良劑，其本身富含大量的微生物，通過微生物自身新陳代謝作用增強(qiáng)土壤活性，提供植物生長(zhǎng)的微生態(tài)生長(zhǎng)環(huán)境，對(duì)貧瘠土壤的增肥效果較好[2]。六安市污泥處置單位主要利用草木灰、稻殼、園林垃圾等調(diào)理劑與污泥按一定比例進(jìn)行好氧堆肥，污泥摻加比例為85%，輔料添加比例為15%，采用動(dòng)態(tài)條垛式發(fā)酵方式，堆肥發(fā)酵時(shí)間為15天，發(fā)酵后的污泥肥料用于綠化苗木施肥或者土壤改良。

1.3.2 建材利用

六安市污泥建材利用主要包括污泥制磚和污泥制陶粒。污泥制磚主要是由于污泥與黏土的化學(xué)成分較為相近，將干化后的污泥加入一定量的骨材，注入模具內(nèi)，在900℃～1000℃下燒結(jié)成磚。燒制過程中，有毒重金屬均被封存在污泥中，有害細(xì)菌及有機(jī)物得以去除，燒制成的污泥磚沒有異味。六安市磚廠主要利用煤矸石、污泥和黏土混合進(jìn)行燒結(jié)制磚，污泥投加比例為15%。六安市污泥制陶粒主要以黏土、污泥、鐵泥、稻糠和煤為原料，污泥投加比例為15%，主要工藝為黏土、污泥和鐵泥按比例進(jìn)行混合后投入至攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌后的污泥輸送至造粒機(jī)進(jìn)行造粒，造粒后的半成品進(jìn)行烘干、燒結(jié)（此階段溫度可達(dá)到1100℃～1200℃）、成型、篩分等工序變?yōu)槌善烦鰩?kù)銷售，稻糠和煤經(jīng)磨碎后經(jīng)高壓風(fēng)機(jī)噴入回轉(zhuǎn)窯爐內(nèi)進(jìn)行燃燒，為系統(tǒng)提供能量。

1.3.3 林地土壤改良

六安市污泥土地利用主要為林地土壤改良，污泥處理廠干化污泥經(jīng)檢測(cè)各項(xiàng)重金屬指標(biāo)及其他控制項(xiàng)均達(dá)標(biāo)后，由專用的運(yùn)輸車輛直接倒入提前準(zhǔn)備好的需改良的場(chǎng)地，通過挖掘機(jī)將污泥放入挖好的坑中，再覆上一層厚度約8～10 cm 的土壤。夏季待5～7 天后（寒冷天氣適當(dāng)延長(zhǎng)時(shí)間）由挖掘機(jī)進(jìn)行機(jī)械翻堆，使不同部位的物料進(jìn)一步混勻，提高了改良的效率。改良后的基地區(qū)域可直接種植苗木，處置工藝見圖3。

圖3 六安市干化污泥林地土壤改良利用工藝圖Fig.3 Process diagram of soil improvement and utilization of dried sludge forest land in Lu′ an

1.4 六安市污泥處置存在的問題

（1）污泥堆肥成本低，易于實(shí)施，在國(guó)內(nèi)外運(yùn)用比較廣泛，是一種經(jīng)濟(jì)可行的污泥資源化利用途徑，堆肥后的產(chǎn)品可以用于植樹造林、園林綠化以及墾荒地、貧瘠地的土壤改善等。但六安市污泥堆肥處置單位規(guī)模小，年堆肥處置量少，不能滿足六安市污泥處置量的要求。

（2）六安市污泥制磚污泥摻量低，干化污泥摻入量一般不超過30%，消納污泥量有限。污泥磚性能較市場(chǎng)磚低，隨著污泥摻量提高，污泥磚的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度等都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。污泥制陶粒受市場(chǎng)營(yíng)銷情況影響較大，消納污泥量不穩(wěn)定。

（3）污泥林地土壤改良受六安市林地面積影響大，且單位面積林地消納污泥量有限，《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置林地用泥質(zhì)》（CJ/T 362-2011）中規(guī)定年施用污泥量累計(jì)不應(yīng)超過30 t/hm2，林地連續(xù)施用不應(yīng)超過15年。污泥林地土壤改良利用過程中需要嚴(yán)格控制污泥處置量和處置方式，做好相關(guān)環(huán)保工作，否則易對(duì)環(huán)境造成二次污染。

2 六安市污泥土地利用研究

污泥中含有豐富的氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)，可以有效改變土壤的物理、化學(xué)和生物性狀，提高土壤肥力，是良好的植物養(yǎng)分來源和土壤性狀改良劑，能明顯改善和促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。楊長(zhǎng)明等[3]利用土柱試驗(yàn)，對(duì)退化苗圃土壤施用厭氧消化污泥3 年，結(jié)果顯示，土壤中可行性總鹽含量（TDS）下降了67.6%，電導(dǎo)率（EC）降低了45.3%，有機(jī)質(zhì)增加了77.9%，有效態(tài)氮和磷分別增加了110%和95.4%，微生物生物量碳（MBC）、脲酶及堿性磷酸酶分別增加了207%、118%和102%，表明使用厭氧消化污泥可全面提升土壤質(zhì)量，同時(shí)實(shí)驗(yàn)用地土壤中重金屬含量低于土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

六安市作為國(guó)家級(jí)園林城市和國(guó)家級(jí)生態(tài)示范區(qū)，在污泥土地資源化利用方面具備得天獨(dú)厚的條件。六安市土壤類型偏酸性，粘度大，排水性差，不利于根系生長(zhǎng)，栽植后根系易受粘盤所阻，容易長(zhǎng)成“老頭樹”。土壤容重較大（＞1.35 g/cm3），總孔隙度偏少，不利于土壤排水、通氣，土壤保水、保肥能力差。同時(shí)，由于城市建設(shè)產(chǎn)生的建筑垃圾和生活垃圾，使得土壤中的鹽分和有機(jī)污染物（PAEs）增加，因過渡耕作和過渡使用化肥導(dǎo)致碳流失、土壤肥力下降（有機(jī)質(zhì)含量＜1.5%）。通過以污泥處理產(chǎn)物資源化利用為導(dǎo)向，以土地利用為抓手，切實(shí)解決污泥穩(wěn)定化處理過程中存在的問題，與六安市土壤營(yíng)養(yǎng)需求有機(jī)結(jié)合，改善土壤現(xiàn)狀，提高土壤保水保肥能力，促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育。

厭氧消化是污泥穩(wěn)定化處理的重要手段，主要包括中溫消化和高溫消化，通過在系統(tǒng)中厭氧環(huán)境、溫度環(huán)境及一定停留時(shí)間條件下，對(duì)污泥中的有機(jī)物進(jìn)行降解并產(chǎn)生腐殖質(zhì)，污泥性狀得以穩(wěn)定化，還可以通過產(chǎn)沼氣回收污泥中的能源[4]。六安市污泥處理廠自2019年7月投入運(yùn)行，采用“中溫厭氧消化+太陽(yáng)能干化”工藝，六安市生活污水處理廠剩余污泥經(jīng)厭氧消化和太陽(yáng)能干化后，有效殺滅了污泥中的細(xì)菌、病毒、蛔蟲卵等有毒有害物質(zhì)，厭氧消化后的污泥中含有大量的腐殖質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)元素，是天然的保濕劑，對(duì)土壤土質(zhì)起到改善作用。干化后的污泥含有豐富的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等植物生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入土壤后可以增加土壤的緩沖容量，提高了土壤對(duì)水、肥、氣、熱的協(xié)調(diào)能力，污泥各項(xiàng)重金屬指標(biāo)和衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)（GB 23486-2009）標(biāo)準(zhǔn)，詳見表3。

表3 六安市干化污泥成分檢測(cè)結(jié)果一覽表Tab.3 List of test results of dried sludge composition in Lu′ an

3 建議

（1）六安市污水處理廠剩余污泥經(jīng)厭氧消化處理后的產(chǎn)物性質(zhì)穩(wěn)定，重金屬指標(biāo)和衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)均能達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，且富含氮、磷、鉀等植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，建議六安市污泥處置以土地資源化利用為主，建材利用為輔。

（2）污泥土地利用時(shí)，要注意控制重金屬、有機(jī)污染物和病原體等對(duì)土壤的污染，嚴(yán)格執(zhí)行城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)禁進(jìn)入食物鏈。同時(shí)，要嚴(yán)格限制污泥施用量，并對(duì)重金屬和有機(jī)污染物的含量和形態(tài)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，以保證污泥土地利用的安全性。

（3）目前我國(guó)污泥處置的技術(shù)水平還比較低，大多數(shù)地區(qū)污泥的處置仍以無害化和解決污泥出路為主要目的。六安市應(yīng)結(jié)合污泥土地利用實(shí)際情況，利用場(chǎng)地、人員以及生產(chǎn)性試驗(yàn)方面的優(yōu)勢(shì)，繼續(xù)加強(qiáng)污泥土地資源化利用研究，為同行業(yè)提供參考。