城市污泥資源化利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

饒遠(yuǎn)紅

（湖南川涵環(huán)保科技有限公司，長沙 410016）

污泥是污水處理的一大副產(chǎn)物，其產(chǎn)生量伴隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大而不斷增加，相應(yīng)的處理壓力日益增大。城市污泥含有豐富的有機(jī)物、營養(yǎng)元素以及重金屬，具有資源與污染的雙屬性，若單純作為固體廢物進(jìn)行填埋，則占地面積大，而且存在資源浪費(fèi)問題。為有效彌補(bǔ)污泥處理處置成本、回收利用資源并解決污泥的最終去向問題，開展城市污泥資源化利用的研究與應(yīng)用十分重要。目前，國內(nèi)在此方面已經(jīng)頒布了不少標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范進(jìn)行指導(dǎo)，相關(guān)技術(shù)與設(shè)備研發(fā)也取得一定的進(jìn)展，下一步還需要繼續(xù)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用研究，以真正實(shí)現(xiàn)全面推廣。

1 城市污泥的產(chǎn)生與危害

隨著污水處理率的提高，污泥產(chǎn)生量不斷攀升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年我國干污泥產(chǎn)生量為813.4萬t，2020年增長至1 459.5萬t，2014年以來干污泥產(chǎn)生量復(fù)合增速率達(dá)到10.23%，此數(shù)據(jù)還將持續(xù)增長。

城市污泥是固態(tài)或是半固態(tài)非均質(zhì)體，富集了污水中的污染物，含有無機(jī)物、有機(jī)物、細(xì)菌菌體和膠體等，成分相對繁雜且性質(zhì)不穩(wěn)定。若大量污泥未能夠獲得及時(shí)、有效的處理，則極易產(chǎn)生惡臭、滋生病原微生物、污染水體，對生態(tài)環(huán)境與人們的生命健康產(chǎn)生巨大威脅。從污水處理情況來看，污水中70%～80%的重金屬元素會經(jīng)由物理沉降、吸附作用等轉(zhuǎn)移至污泥內(nèi)，且濃縮至污泥中的重金屬性質(zhì)穩(wěn)定、不易分離，久而久之出現(xiàn)累積效應(yīng)。目前，我國污泥處理方式仍以衛(wèi)生填埋為主，但是隨著污泥產(chǎn)生量的增大，填埋處置的弊端逐漸暴露，其占用了大量土地，且污泥中的有害物質(zhì)未能有效去除，僅僅是換了儲存載體，填埋區(qū)周邊土壤及地下水極易受到污泥中重金屬及有機(jī)污染物的影響?？偟膩碚f，近些年，污泥引發(fā)的各類環(huán)境問題逐漸凸顯，其作為一種被浪費(fèi)的資源，加強(qiáng)資源化利用的研究與應(yīng)用具有必要性，不僅要實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益，更要具備環(huán)保效益，最終獲得良好的社會效益。

2 城市污泥資源化利用現(xiàn)狀

城市污泥資源化利用是一大必然趨勢，資源短缺的形勢下，很多發(fā)達(dá)國家已將污泥視為一種資源而非固體廢物，資源化利用程度也比較高。近年來，對于城市污泥資源化利用，我國在政策上給予了很大的支持，在技術(shù)方面也有所進(jìn)展。

2.1 政策支持現(xiàn)狀

2015年4月，國務(wù)院印發(fā)《水污染防治行動計(jì)劃》，提出污泥需要實(shí)施穩(wěn)定化、無害化和資源化處理處置，嚴(yán)禁不達(dá)標(biāo)污泥進(jìn)入耕地，與此同時(shí)對地級及以上城市污泥無害化處理處置率的要求進(jìn)一步提高，其需要超過90%。2016年12月，國家發(fā)展和改革委員會、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合印發(fā)《“十三五”全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》，提出必須從“重水輕泥”朝著“泥水并重”的方向轉(zhuǎn)變，提高污泥處理的重視度。2020年7月，國家發(fā)展和改革委員會、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合印發(fā)《城鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施補(bǔ)短板強(qiáng)弱項(xiàng)實(shí)施方案》，提出要進(jìn)一步促進(jìn)污水資源化利用、污泥無害化資源化處理處置。

與此同時(shí)，地方政府根據(jù)自身特點(diǎn)，出臺了污泥處置相關(guān)政策與規(guī)劃。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國31個(gè)省級行政區(qū)（不包括香港特別行政區(qū)、澳門特別行政區(qū)和臺灣?。┚雠_了相關(guān)規(guī)劃，要求污泥無害化處理處置率超過90%，并在“十四五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃中提出推進(jìn)污泥無害化、資源化處置要求，污泥資源化利用方面給予了一定的政策傾斜。

2.2 技術(shù)研究現(xiàn)狀

污泥資源化利用要求盡量利用污泥有用成分，實(shí)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)、營養(yǎng)元素的循環(huán)，達(dá)到節(jié)能減排的效果，同時(shí)不得對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。目前，我國城市污泥資源化利用技術(shù)研究取得不少成果，污泥資源化利用水平總體上升。

2.2.1 土地利用

污泥是一種較好的土壤改良劑，但是由于含有害物質(zhì)，無法直接用于土地，必須經(jīng)無害化處理，殺死病原菌，降低有毒物質(zhì)危險(xiǎn)性，方可用于農(nóng)田、林地和園地。在污泥處理中，堆肥處理可殺滅病原菌、寄生蟲，但是針對重金屬去除問題，生物瀝浸是一種較為理想的技術(shù)，不僅可實(shí)現(xiàn)重金屬的去除，還可實(shí)現(xiàn)污泥高度脫水，最大限度地保留污泥中的有機(jī)質(zhì)和熱值，有利于后續(xù)資源化利用。

2.2.2 建筑和工藝材料

污泥焚燒后獲得灰渣，其成分與黏土類似，可用于建筑與工藝材料制作，如輕質(zhì)骨材、透水磚、混凝土骨材、混凝土二次制品和瀝青填充材料等。污泥焚燒后，重金屬可永久固定在材料內(nèi)，有效避免二次污染。灰渣制成的玻璃陶瓷強(qiáng)度超過天然材料，如花崗巖、大理石等，耐久性表現(xiàn)較好。但是，灰渣固有孔隙率將影響制成材料的孔隙率，其鐵、鈣含量對產(chǎn)品硬度也會產(chǎn)生一定影響。

2.2.3 能源利用

污泥熱解、污泥制氫、污泥發(fā)電以及輔助燃料都是污泥進(jìn)行能源利用的重要方向。其中，城市污泥低溫?zé)峤馐且豁?xiàng)新興技術(shù)，可合理回收熱能，熱解產(chǎn)物可利用性高，污染程度較低。污泥制氫包括生物制氫、高溫氣化制氫以及超臨界水氣化制氫等工藝，具體原理如表1所示。污泥發(fā)電是一種較為常見的方法，典型工藝有污泥焚燒發(fā)電、污泥厭氧消化產(chǎn)沼氣發(fā)電，沼氣發(fā)電工藝流程如圖1所示。目前，最新研究方向主要集中在污泥微生物燃料電池（SMFC）方面，在發(fā)電時(shí)從污泥中提取生物質(zhì)能。研究顯示，干化污泥是一種節(jié)能環(huán)保的輔助燃料，適宜的干化方式可保存濕污泥中90%以上的原始熱值。

圖1 污泥厭氧消化產(chǎn)沼氣發(fā)電技術(shù)路線

表1 污泥制氫工藝原理

2.2.4 環(huán)保材料

污泥可用于生物炭、絮凝劑、粘結(jié)劑和可降解塑料等環(huán)保材料的制作，現(xiàn)階段可降解塑料的研究中，聚羥基烷酸酯（PHA）材料受到廣泛關(guān)注，其可由生物污泥厭氧消化中間產(chǎn)物揮發(fā)性脂肪酸（VFA）合成。該方法能解決可降解塑料生產(chǎn)原料成本高的問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用，被認(rèn)為是新一代污水處理及污泥減量化資源化利用技術(shù)。

3 城市污泥資源化利用的發(fā)展趨勢

當(dāng)前，隨著我國城市污泥產(chǎn)生量的大幅增加，污泥處理處置方面陸續(xù)出現(xiàn)了各種新型資源化利用方法，相關(guān)規(guī)范不斷完善。為進(jìn)一步提高城市污泥資源化利用水平，當(dāng)前迫切需要加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)發(fā)展路徑的研究。鑒于我國污泥產(chǎn)生量、處理現(xiàn)狀以及資源化利用技術(shù)研究情況，未來城市污泥資源化利用技術(shù)發(fā)展路徑主要有3種：以沼氣能源回收和土地利用為主的厭氧消化/好氧堆肥技術(shù)路線；污泥干化+焚燒/熱解技術(shù)路線；以建材利用為主的技術(shù)路線。下面提出具體發(fā)展建議。

現(xiàn)階段，相關(guān)部門在污泥土地利用方面尚未形成共識，且公眾對污泥土地利用的認(rèn)識不足。因此，必須完善污泥資源化利用風(fēng)險(xiǎn)評估機(jī)制，制定相應(yīng)的法規(guī)政策，同時(shí)積極宣傳污泥資源化利用的利弊，加強(qiáng)公眾認(rèn)識。我國在污泥干化焚燒/熱解方面尚處于起步階段，存在諸多建設(shè)、運(yùn)行問題。所以，必須加強(qiáng)工程設(shè)計(jì)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，綜合考慮污泥處理處置投資、運(yùn)行成本及其社會經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)應(yīng)最大限度地減少焚燒產(chǎn)物的毒性。

污泥建材利用是目前較具潛力的一種資源化利用方式，不僅可以減少自然資源消耗，而且可以使資源得到循環(huán)利用，提高其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。它既解決了污泥的出路問題，又滿足建材生產(chǎn)的原料需求。污泥建材利用包括制磚、制纖維板材、制熔融材料、制陶粒等。一是污泥制磚，主要方法有兩種，即干化污泥直接制磚和污泥灰渣制磚。干化污泥直接制磚節(jié)約了焚燒部分的投資，且燒結(jié)時(shí)能充分利用污泥自身熱量，經(jīng)濟(jì)效益更明顯。二是污泥制纖維板材，主要利用污泥中的蛋白類物質(zhì)能溶解于水及稀酸、稀堿、中性鹽溶液這一性質(zhì)，基于堿性條件進(jìn)行加熱、干燥與加壓，發(fā)生蛋白質(zhì)變性，以此制成活性污泥樹脂（也稱為蛋白膠），使之與漂白、脫脂處理后的廢纖維壓制成板材，其品質(zhì)優(yōu)于國家三級硬質(zhì)纖維板。三是污泥熔融制得熔融材料，其既可用作混凝土骨料，也可用作路基、路面以及地下管道襯墊材料。利用城市垃圾焚燒灰渣與污泥，可制成生態(tài)水泥，生態(tài)水泥與普通水泥相比，最大的特點(diǎn)是凝結(jié)時(shí)間短。四是污泥制陶粒是一種新型建材，其具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、保溫、隔熱、耐久等特點(diǎn)，節(jié)能效果較好。目前，我國已具備成熟的陶粒生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備制造能力。

未來，要加強(qiáng)污泥資源化利用新路線的研究，充分引進(jìn)和消化發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)技術(shù)和成功經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)由實(shí)踐進(jìn)行工藝優(yōu)化、關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)，推進(jìn)我國污泥資源化利用的工業(yè)化進(jìn)程，并將新技術(shù)運(yùn)用于現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)。

4 結(jié)語

城市污泥的處理處置與資源化利用對控制污泥環(huán)境危害與加強(qiáng)資源回收具有重要意義。近年來，我國不斷加深對污泥資源化利用的認(rèn)知，同時(shí)出臺不少支持政策，相關(guān)技術(shù)研究也取得一定成果。從實(shí)際應(yīng)用來看，必須根據(jù)當(dāng)?shù)匚勰嘈再|(zhì)與經(jīng)濟(jì)環(huán)境狀況，合理選擇污泥資源化利用的技術(shù)路線，保證技術(shù)的可行性與經(jīng)濟(jì)性，最大限度地獲得污泥資源化利用的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益。