污水處理廠污泥處理處置現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢研究

摘要：污泥穩(wěn)定化、無害化和資源化處理處置是實現(xiàn)城鎮(zhèn)污水處理廠提質(zhì)增效的客觀要求。當(dāng)前，污泥處理處置政策和技術(shù)趨于完善，但污泥的最終出路仍是困擾行業(yè)發(fā)展的難題。本文結(jié)合污泥的主要成分，綜述我國污泥處理處置現(xiàn)狀，研究污泥處理處置技術(shù)應(yīng)用，基于CiteSpace軟件分析我國污泥處理處置研究主題與變化趨勢，指出當(dāng)前污泥處理處置存在的問題并提出發(fā)展建議，以推進污泥處理處置。

關(guān)鍵詞：污泥；成分；處理處置；技術(shù)應(yīng)用；CiteSpace軟件

中圖分類號：TU992 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）08-0-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.08.031

Study on the Current Situation and Development Trends of Sludge Treatment and Disposal in Sewage Treatment Plants

XIA Yun， LI Jinlong， ZHANG Bin， ZHANG Xitong， ZHANG Meixue， WANG Qi

（Yatai Construction Science amp; Technology Consulting Institute Co.， Ltd.， Beijing 100120， China）

Abstract： The stabilization， harmless and resource based treatment and disposal of sludge are objective requirements for improving the quality and efficiency of urban sewage treatment plants. Currently， the policies and technologies for sludge treatment and disposal are tending to be improved， but the ultimate solution for sludge is still a problem that hinders the development of the industry. Based on the main components of sludge， this paper summarizes the current situation of sludge treatment and disposal in China， studies the application of sludge treatment and disposal technology， analyzes the research topics and trends of sludge treatment and disposal in China using CiteSpace software， points out the problems in current sludge treatment and disposal， and proposes development suggestions to promote sludge treatment and disposal.

Keywords： sludge; components; treatment and disposal; technology application; CiteSpace software

當(dāng)前，我國快速的城市化進程使城市污水處理得到長足發(fā)展，市政污水處理廠污泥作為污水處理的重要副產(chǎn)品，其產(chǎn)生量逐年升高。當(dāng)前，我國市政污泥處理處置政策和標(biāo)準體系不斷完善，技術(shù)路線不斷成熟，對行業(yè)發(fā)展起到重要的推動作用，然而“重水輕泥”問題還未得到實質(zhì)性解決，污泥處理處置行業(yè)形勢仍然相當(dāng)嚴峻。

近年來，市政污泥處理處置政策密集出臺，領(lǐng)域不斷細化。2019年4月，國家印發(fā)《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案（2019—2021年）》，提出推進污泥處理處置及污水再生利用設(shè)施建設(shè)，地方政府要盡快將污水處理收費標(biāo)準調(diào)整到位，原則上應(yīng)當(dāng)補償污水處理和污泥處理處置設(shè)施正常運營成本并合理盈利。2021年1月，國家印發(fā)《關(guān)于推進污水資源化利用的指導(dǎo)意見》，在實施污水收集及資源化利用設(shè)施建設(shè)工程、綜合開展污水資源化利用試點示范、構(gòu)建政策體系、強化科技支撐等方面都提出污泥無害化資源化利用要求。2021年6月，國家印發(fā)《“十四五”城鎮(zhèn)污水處理及資源化利用發(fā)展規(guī)劃》，提出破解污泥處置難點，實現(xiàn)無害化和資源化，對城市和縣城，尤其是重點區(qū)域的污泥處置率提出要求。2022年9月，國家印發(fā)《污泥無害化處理和資源化利用實施方案》，堅持系統(tǒng)思維，突出綠色低碳理念，強調(diào)泥水共治、因地制宜，以污泥無害化處理為核心，以資源化利用為導(dǎo)向，落實建管并舉，完善全流程管理體系，明確提出污泥無害化處理和資源化利用的基本原則、目標(biāo)和具體措施，為深入打好污染防治攻堅戰(zhàn)、建設(shè)美麗中國提供了有力支撐。總體來講，未來環(huán)保產(chǎn)業(yè)在社會經(jīng)濟中的地位將持續(xù)上升，并向規(guī)范化、標(biāo)準化發(fā)展；相關(guān)政策對環(huán)保產(chǎn)業(yè)的重視程度上升，在生態(tài)環(huán)境修復(fù)和污染源治理領(lǐng)域制定詳細的戰(zhàn)略目標(biāo)及規(guī)劃，環(huán)保督查也將常態(tài)化實施與推進；環(huán)保經(jīng)濟政策體系逐步完善，進一步吸引社會與國家資本的參與。

1 污泥的主要成分

污泥是伴隨著污水處理過程產(chǎn)生的固液混合絮狀物質(zhì)，主要包含各類有機物、微生物、無機顆粒、膠體等物質(zhì)。按照處理階段，污泥可分為生污泥、濃縮污泥、消化污泥、脫水污泥和干化污泥。生污泥為沉淀池排出的沉淀物或懸浮物；濃縮污泥為生污泥經(jīng)過濃縮處理后得到的污泥；消化污泥為生污泥經(jīng)過厭氧消化環(huán)節(jié)得到的污泥；脫水污泥為機械脫水等方式處理后得到的污泥；干化污泥為干化后得到的污泥。

我國市政污泥含水率一般為95%～99%，pH保持在6.6～8.2。市政污泥具有廢物和資源雙重屬性，含有豐富的有機質(zhì)，可通過厭氧處理得到甲烷、氫氣等熱值較高的燃料。另外，污泥含有碳、氮、磷和鉀等元素，可通過提取技術(shù)回收其中豐富的資源。

市政污泥還含有重金屬、致病微生物等有毒有害物質(zhì)，不同污水處理廠污泥甚至同一污水處理廠不同時刻產(chǎn)生的污泥的性質(zhì)均存在差異，如表1所示[1-5]。

從全國98個城市污泥樣本來看，與2001年以前的調(diào)查結(jié)果相比，2006年中國城市污泥的總氮、總磷含量顯著增加[2-3]。2006—2013年，88座城市污水處理廠脫水污泥中，Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr、Ni含量均呈下降趨勢。城市污泥中，南方地區(qū)重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Ni含量較北方地區(qū)高，這可能與地區(qū)工業(yè)密集程度高、有色金屬礦區(qū)分布集中及人類活動開發(fā)程度高等相關(guān)；而北方地區(qū)重金屬As、Hg含量較南方地區(qū)高，這可能與燃煤取暖相關(guān)[4]。

2 我國污泥處理處置現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計，截至2020年底，我國城市污水處理廠數(shù)量達到2 618座，污水處理能力為19 267.1萬m3/d，當(dāng)年干污泥產(chǎn)生量為1 162.77萬t，干污泥處理處置量為1 116.02萬t?？h城污水處理廠數(shù)量達到1 708座，污水處理能力為3 770萬m3/d，干污泥產(chǎn)生量為169.92萬t，干污泥處理處置量為162萬t。同時，我國城市排水設(shè)施建設(shè)的固定資產(chǎn)投資為2 114.78億元，其中污泥處置設(shè)施建設(shè)的固定資產(chǎn)投資為36.86億元，占比為1.74%?？h城排水設(shè)施建設(shè)的固定資產(chǎn)投資為560.91億元，其中污泥處置設(shè)施建設(shè)的固定資產(chǎn)投資為11.64億元，占比為2.08%（見圖1）。

當(dāng)前，我國污泥處理處置技術(shù)路線已相對成熟，但污泥處置設(shè)施固定資產(chǎn)投資占比偏低，即污泥的重視度還遠遠不夠。污泥處置設(shè)施固定資產(chǎn)投資占排水設(shè)施固定資產(chǎn)投資的比例小于5%，污泥處置設(shè)施運行費用占污水處理廠總運行費用的比例也小于5%[6]?！笆濉睍r期，我國污泥處置設(shè)施建設(shè)的固定資產(chǎn)投資僅有110億元，完成31.7%的數(shù)據(jù)指標(biāo)，與我國同期的污泥無害化處理處置率基本一致[7]。

3 污泥處理處置技術(shù)應(yīng)用

污水處理廠產(chǎn)生的污泥通常通過濃縮、穩(wěn)定、脫水等進行處理，以便進行安全、可靠的后續(xù)處置。污泥最終處置途徑包括衛(wèi)生填埋、土地利用、建材利用等，可因地制宜地選擇不同的污泥處理處置工藝。

填埋只需要對污泥進行基本減量化和無害化處理，操作流程簡單，運行成本較低；污泥焚燒不僅能降低污泥體積，還能分解其中的有機質(zhì)，從而降低毒性，但其投資費用較高，處理成本和維護費用較大；污泥土地利用成本較低，可實現(xiàn)資源化利用，但若處理不徹底，則存在二次污染風(fēng)險，《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準》（GB 4284—2018）要求農(nóng)用污泥含水率低于60%，并嚴格控制農(nóng)用污泥產(chǎn)品質(zhì)量。污泥干化后制成建材，也可實現(xiàn)資源化利用，建材利用可能存在環(huán)境和人體風(fēng)險。以前我國污泥處理以填埋為主要方式，因此在目前污泥的存量項目中，干化脫水后的填埋占比依然最高，在新增項目中，處理方式以干化為主，2020年污泥干化脫水占比約為72%。在處置方式中，焚燒占比呈現(xiàn)逐漸增加的態(tài)勢，目前保持在30%～40%。與此相似，歐盟也正在放棄填埋，轉(zhuǎn)而傾向于農(nóng)業(yè)使用和焚燒等處置方式，焚燒普及率已經(jīng)達到37%。目前，我國部分污泥處理處置項目的應(yīng)用技術(shù)與運行成本如表2所示，污泥處置前含水率均為80%。

根據(jù)《中國城鎮(zhèn)水務(wù)行業(yè)年度發(fā)展報告（2020）》[8]，我國城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置后，含水率不低于80%的城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)量占比為29.32%，含水率不大于60%的城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)量占比為23.94%。2019年，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥利用方式中，土地利用、建材利用、焚燒、填埋、其他利用方式的占比分別為19.30%、14.32%、23.47%、32.09%、10.82%。

Zhou等[9]分析了我國12種不同污泥處理處置路線的環(huán)境影響和效益。結(jié)果顯示，協(xié)同焚燒、單獨焚燒、厭氧消化、熱水解-厭氧消化等4種技術(shù)路線有利于控制環(huán)境污染與碳排放，其中協(xié)同焚燒方式的人體毒性潛力、淡水生態(tài)毒性潛力、陸地生態(tài)毒性潛力、全球變暖潛力均為負值，單一焚燒方式的毒性影響也為負，但仍需要進一步關(guān)注其能源回收和碳排放。厭氧消化、熱水解-厭氧消化方式全球變暖潛力為負值，但后續(xù)的土地利用會造成重金屬污染。Wei等[10]研究結(jié)果顯示，在污泥處理技術(shù)方面，污泥焚燒、好氧堆肥、熱水解和厭氧消化是我國當(dāng)前主流技術(shù)，2019年所對應(yīng)的污泥處理能力分別為27 122 t/d、11 250 t/d、8 342 t/d和6 944 t/d，占比分別為50.55%、20.97%、15.55%和12.94%。近年來，我國污泥處置方式發(fā)生較大的變化，逐漸從無序堆放向土地利用、焚燒轉(zhuǎn)變，并趨于多元化，這也表明政府在污泥的安全和標(biāo)準化處置方面取得巨大的進步。具體到地域上，污泥焚燒和干化是華東地區(qū)應(yīng)用最為廣泛的污泥處理技術(shù)；東北地區(qū)、華東地區(qū)和華中地區(qū)則偏于污泥好氧堆肥技術(shù)。

4 基于CiteSpace軟件的我國污泥處理處置研究主題與變化趨勢分析

應(yīng)用CiteSpace進行污泥處理處置文獻計量分析，以中國知網(wǎng)（CNKI）作為數(shù)據(jù)來源，將檢索時間設(shè)為2001—2021年，主題設(shè)為污泥處理或污泥處置，期刊來源類別選擇“核心期刊”，共檢索出論文3 851篇，剔除行業(yè)綜合信息等不符合要求的文獻后，共得到有效可被引文獻3 634篇，將獲得文獻按照CiteSpace格式進行轉(zhuǎn)換后，讀取樣本數(shù)據(jù)庫進行分析。

2001—2021年，污泥處理處置相關(guān)的文獻數(shù)量整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，其中2015年發(fā)文量最高，達到275篇（見圖2）。在全部分析文獻中，高頻關(guān)鍵詞分別為污泥脫水、污泥處理、重金屬、含油污泥、厭氧消化、焚燒、污泥處置、資源化、污泥干化、堆肥、污泥減量、水解酸化、含水率、土地利用、熱水解等。同時，對不同階段的高被引文章進行分析，總體來說，高被引文獻以綜述為主，對當(dāng)時的污泥處理處置狀況與技術(shù)進展進行分析。2001—2005年高被引文獻主要集中在對污泥現(xiàn)狀和技術(shù)方向的探索，2006—2010年高被引文獻主要集中在對污泥性質(zhì)、脫水、重金屬方面的分析，2011—2015年高被引文獻主要集中在焚燒工藝分析、國內(nèi)外技術(shù)對比分析等，2016—2021年高被引文獻主要集中在資源化利用、重金屬等方面。經(jīng)突變詞分析，污泥處理處置研究方向從污泥的減量化（濃縮、脫水等）逐漸向污泥的穩(wěn)定化、無害化以及資源化發(fā)展。微生物群落結(jié)構(gòu)、碳減排、資源化等是污泥處理處置領(lǐng)域近期的研究熱點。

5 當(dāng)前污泥處理處置存在的問題與發(fā)展建議

盡管多項政策提出加快推進污泥無害化處理處置和資源化利用，且我國的污泥處理處置技術(shù)路線已基本成熟，但污泥最終出路仍是當(dāng)前困擾行業(yè)發(fā)展的主要難點，污泥無害化處理處置難題難以破解。早期污水處理廠只重視污水的達標(biāo)處理，忽視處理階段產(chǎn)出的污泥，“重水輕泥”現(xiàn)象長期持續(xù)使得污泥處理處置技術(shù)停滯不前。沒有系統(tǒng)的研究和規(guī)劃、缺少具體的實施細則等原因使得較高成本的新技術(shù)和新工藝難以落地實施。相應(yīng)地，涉及污泥處理處置的國家標(biāo)準、行業(yè)標(biāo)準已將近30項，明確城鎮(zhèn)污泥處理處置設(shè)施的規(guī)劃、建設(shè)和管理的技術(shù)要求，為污泥處理處置技術(shù)方案選擇提供依據(jù)，但這些標(biāo)準缺乏系統(tǒng)性，遠未形成標(biāo)準規(guī)范體系。因此，當(dāng)前迫切需要研究并建立污泥處理處置的標(biāo)準框架體系。

基于因地制宜、多樣并存等處理處置原則，我國污泥處理處置技術(shù)已形成相對完備的厭氧消化+土地利用、好氧發(fā)酵+土地利用、干化焚燒+灰渣填埋或建材利用、深度脫水+應(yīng)急填埋等四條路線，一批示范工程項目實現(xiàn)運行，但關(guān)鍵技術(shù)的實際應(yīng)用效果難以明確，最終處置出路并未通暢。污泥的建材利用依賴污泥干化焚燒或協(xié)同焚燒，但焚燒過程不僅能耗較高，而且污染控制成本也較高，僅適用于經(jīng)濟相對發(fā)達的區(qū)域。土地利用是國外污泥資源化利用的最普遍方式，然而我國污水處理廠污泥穩(wěn)定化、無害化處置水平較低，致使土地利用存在一定壁壘。

責(zé)任主體不明確也制約污泥處理處置設(shè)施建設(shè)和運維，各級管理部門應(yīng)建立長效監(jiān)管機制，梳理各環(huán)節(jié)責(zé)任主體關(guān)系。發(fā)改部門首先應(yīng)負責(zé)制定污泥無害化與資源化的激勵、投資、費用等政策，農(nóng)業(yè)和園林部門應(yīng)負責(zé)推動污泥穩(wěn)定化、減量化產(chǎn)物的土地利用，住建和環(huán)境部門應(yīng)負責(zé)污水源頭收集工作，提升污水處理廠污泥品質(zhì)，污泥設(shè)施運營單位應(yīng)負責(zé)污泥安全處理處置。

6 結(jié)論

污泥具有廢物和資源雙重屬性，需要科學(xué)地進行處理處置。當(dāng)前，我國污泥處理處置技術(shù)路線已相對成熟，政策和標(biāo)準體系不斷完善，但基礎(chǔ)設(shè)施固定資產(chǎn)投資占比偏低，“重水輕泥”現(xiàn)象比較突出，污泥處理處置行業(yè)形勢仍然相當(dāng)嚴峻，污泥的最終出路仍是困擾行業(yè)發(fā)展的難題。污水處理廠產(chǎn)生的污泥可先通過濃縮、穩(wěn)定、脫水等進行處理，再利用衛(wèi)生填埋、土地利用、建材利用等進行處置。污泥處理處置研究方向從污泥的減量化逐漸向污泥的穩(wěn)定化、無害化以及資源化發(fā)展。近年來，市政污泥處理處置政策密集出臺，領(lǐng)域不斷細化。未來，要研究并建立污泥處理處置的標(biāo)準框架體系，明確責(zé)任主體，穩(wěn)步推進污泥穩(wěn)定化、無害化和資源化處理處置，實現(xiàn)污水處理廠的提質(zhì)增效。

參考文獻

1 中國城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會.中國城鎮(zhèn)水務(wù)行業(yè)發(fā)展報告（2019）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2020：6-7.

2 郭廣慧，楊 軍，陳同斌，等.中國城市污泥的有機質(zhì)和養(yǎng)分含量及其變化趨勢[J].中國給水排水，2009（13）：120-121.

3 楊 軍，郭廣慧，陳同斌，等.中國城市污泥的重金屬含量及其變化趨勢[J].中國給水排水，2009（13）：122-124.

4 郭廣慧，陳同斌，楊 軍，等.中國城市污泥重金屬區(qū)域分布特征及變化趨勢[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2014（10）：2455-2461.

5 王 濤.我國城鎮(zhèn)污泥營養(yǎng)成分與重金屬含量分析[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2015（4）：42-45.

6 戴曉虎.我國污泥處理處置現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].科學(xué)，2020（6）：30-34.

7 杭世珺，傅 濤，戴曉虎，等.技術(shù)路線沒有走通，產(chǎn)業(yè)沒有融通，政策缺乏貫通 污泥出路困境如何破？[J].環(huán)境經(jīng)濟，2019（2）：34-39.

8 中國城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會.中國城鎮(zhèn)水務(wù)行業(yè)年度發(fā)展報告（2020）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2021：4-5.

9 Zhou H，Wei L L，Wang D S，et al.Environmental impacts and optimizing strategies of municipal sludge treatment and disposal routes in China based on life cycle analysis[J].Environment International，2022（8）：107378.

10 Wei L L，Zhu F Y，Li Q Y，et al.Development，current state and future trends of sludge management in China：Based on exploratory data and CO2-equivaient emissions analysis[J].Environment International，2020（11）：106093.