城市污泥處理處置的問題及其建材資源化利用

□文 /李劍光

1 我國及天津市城市污泥處理處置現(xiàn)狀

隨著我國污水處理行業(yè)的不斷發(fā)展，污水處理過程中產生污泥的處理處置已經成為亟待解決的熱點環(huán)境問題之一。污水處理產生的污泥數量巨大，含水率高，化學成分復雜且含有重金屬、耗氧有機化合物、有毒有機化合物、病原微生物、放射性元素等污染物質，處理成本較高，其處理處置在技術上和經濟上都面臨著諸多困難。

目前我國污泥處理處置方式主要包括填埋、焚燒、好氧堆肥、土地利用、建材利用等，其中填埋占60%～65%，露天堆放占2%，外運占15%，好氧堆肥+土地利用占10%～15%，焚燒占2%～3%，自然干化綜合利用占3%～6%（如建材資源化利用等），填埋、露天堆放及外運污泥絕大多數屬于隨意處置。近年來，我國各大城市因為污泥處理不當而造成環(huán)境污染的新聞數見不鮮，因污泥缺乏有效處理處置手段導致的環(huán)境二次污染問題給我國環(huán)境帶來嚴峻的挑戰(zhàn)。

以天津市為例，目前天津市污水處理廠總數65座，平均產泥量2 000～3 000 t/d，其中市內六區(qū)平均產泥量為1 275 t/d，脫水處理后污泥含水率約為80%。市區(qū)污泥處置方式包括衛(wèi)生填埋744.4 t/d（58.4%），污泥廠綜合利用（提取蛋白質）156.7 t/d（12.3%），好氧發(fā)酵 130 t/d（10.2%），焚燒 77 t/d（6%），磚瓦廠利用 15.3 t/d（1.2%），水泥廠利用2 t/d（0.2%），其余149.2 t/d（11.7%）未實現(xiàn)規(guī)范化處置。由調研數據可知，天津現(xiàn)有已運行的污水處理廠污泥處置大多采用外運堆存，運至垃圾填埋場填埋等臨時措施。位于西青區(qū)的青凝侯污泥填埋場總處理規(guī)模為45×104t，采用深坑填埋處理市內四座污水處理廠污泥，已使用約30×104，每年支付約2 000萬元處置費用；污泥填埋占用土地且易對土壤、地下水及周邊環(huán)境產生二次污染，不能作為污泥處理長久之計，歐美等許多國家填埋比例逐漸下降由于工業(yè)廢水和生活污水混合處理，污水普遍有機質含量低、重金屬含量較高，污泥的土地利用和好氧發(fā)酵受到限制；而焚燒雖然是污泥處理速度最快并且最徹底的方法，但是由于成本較高且會產生飛灰等危廢不易處理，應用并不普遍。天津市對污水廠污泥處理規(guī)劃建立污泥處理廠，其中高效厭氧消化工藝處理污泥800 t/d，好氧堆肥工藝處理污泥300 t/d，此外水泥廠摻燒處理污泥800 t/d，基本滿足近期市區(qū)污泥處理需求；但是郊區(qū)約1 500 t/d污泥仍無明確歸宿且厭氧消化后污泥仍需填埋，沒有有效的資源化利用，隨著土地資源日趨緊張及環(huán)境壓力增大，填埋已不能滿足日益增長的污泥處理需求。因此，天津市在大力加強污水處理的同時，面臨著極大的污泥處理與處置壓力，這些污泥的經濟、安全、有效處置已成為生態(tài)環(huán)境保護面臨的緊迫問題之一。

2 城市污泥建材資源化現(xiàn)狀及存在問題

目前，國內外在污泥處置方面的發(fā)展趨勢是棄用投海，減少填埋，增加農林回用以及資源化處理。住房和城鄉(xiāng)建設部、環(huán)境保護部、科學技術部于2009年2月28日印發(fā)的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策》是目前我國對于污泥處理處置方面作出的最新的政策性指導意見，文件中指出“污泥處理處置的目標是實現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化和無害化；鼓勵回收和利用污泥中的能源和資源”。住建部、環(huán)境保護部、科學技術部印發(fā)的《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策（試行）》和天津市2009年批復的《中心城區(qū)排水專項規(guī)劃》中都規(guī)定優(yōu)先鼓勵符合標準的污泥進行土地利用，不具備土地利用條件的，可考慮焚燒和建筑材料綜合利用，都不具備條件時可采用填埋處置，衛(wèi)生填埋僅作為應急和過渡方式。

污泥的建材利用作為資源化方法之一，已經在日本、德國等發(fā)達國家逐漸發(fā)展起來，但在我國發(fā)展比較緩慢。利用污泥生產建材可以節(jié)省天然礦物原料和能源，對于我國這樣一個資源相對匱乏的發(fā)展中國家是十分重要的，因此，污泥生產建材是很有發(fā)展?jié)摿Φ奈勰嗵幹眉百Y源化的方法。

污泥的建材資源化利用主要包括燒制墻體材料（磚、陶粒等）、水泥窯協(xié)同處置等方式。

2.1 燒制墻體材料

燒制墻體材料（磚、陶粒等）是污泥建材資源化應用主要途徑之一，最大優(yōu)勢就是能夠將污泥作為材料的有效組分而充分轉化為相應的資源：從工藝特點上來看，污泥經過高溫煅燒制備輕集料不僅可以將污泥中存在的病原菌及寄生蟲卵全部殺滅，而且高溫煅燒過程還能夠使污泥中的重金屬元素參與反應，固化于高溫礦物的結構中，體系在高溫下產生的高溫液相冷卻后還可形成致密的玻璃體，進一步將重金屬離子包裹住由此實現(xiàn)重金屬元素的固定化及穩(wěn)定化，從而有效降低這些重金屬元素對環(huán)境的潛在威脅；此外，污泥的參與一方面減少了原材料的用量，另一方面污泥中有機質在高溫煅燒時還可以提供一部分熱量，可以減少資源消耗，降低生產中的能耗與溫室氣體排放。因此，相比其他處理方法，污泥燒制墻體材料既可有效消耗污泥總量，避免二次污染，又能節(jié)約天然資源和能源且成本較低，無論從工藝角度還是環(huán)保角度考慮都是可行的。

但燒制墻體材料技術在國內外大多還處于研究及嘗試階段，存在許多不足之處，產業(yè)化發(fā)展緩慢，主要面臨以下問題。

1）生產技術不成熟，污泥摻加量低。由于污泥焚燒灰利用設施投資大，處理費用高，混合焚燒造成環(huán)境污染等問題[1]，我國污泥燒制建材多以干化污泥作為原料添加，污泥焚燒灰利用較少，由于污泥本身含水率（約80%左右）和有機質含量（50%～70%）較高，有效無機成分含量較低，隨著污泥摻混量增加，成品抗壓強度降低，吸水率和燒成收縮率上升[3～4]，影響成品性能，為達到使用標準，多數燒制建材的污泥添加量質量比為5%～20%，污泥利用率低，難以達到大量處置和資源化利用的效果。

2）大多污泥制備輕集料原料中依然需要添加粘土、頁巖等不可再生資源，達不到污泥利用對這些資源的替代和保護作用，與國家保護粘土政策相沖突，實際工程應用難以開展。

3）污泥干化大大增加了制備成本，與普通產品相比沒有價格優(yōu)勢，降低了其經濟性和市場接受度。

4）我國燒結磚和陶粒的實際生產過程中自動化程度不高，難以達到實驗室試驗的精確程度，影響成品質量穩(wěn)定性，研究成果僅限于實驗室研究，應用于實際工程較少，難以實現(xiàn)成果轉化。

5）在污泥運輸、放置、處理、燒制過程中及成品使用、老化后存在污染物遷移擴散的環(huán)境風險，實際工程難以通過環(huán)評。

2.2 水泥窯協(xié)同處置

水泥窯協(xié)同處置污泥生產生態(tài)水泥，在廣州、北京、重慶、天津等城市已建成生產線。水泥窯處置污泥具有處理溫度高、焚燒空間大、焚燒停留時間長、處理規(guī)模大、無二次排渣等優(yōu)點，可以使污泥中有機物分解徹底，抑制二噁英的形成，在處置過程中不產生飛灰并且能有效固化重金屬[4]，與污泥燒制墻體材料相比，水泥窯協(xié)同處理無需深度干燥脫水污泥，節(jié)省成本且處理量大，資源化效率高，因此處置污泥、垃圾等固體廢棄物的水泥生產線被認為是建材行業(yè)的重點發(fā)展方向。但是目前一些實際工程存在著運營成本高、污泥中水分和成分影響水泥品質等問題，同時水泥行業(yè)本身也屬于高能耗行業(yè)，面臨著產能過剩的問題，如何降低能耗和污染是水泥窯處理污泥要解決的問題。

3 污泥建材資源化產業(yè)化發(fā)展建議

針對我國城市污泥處理處置面臨的問題，特別是天津市面臨的污泥處理巨大壓力以及污泥建材資源化利用產業(yè)化發(fā)展問題，對污泥建材資源化產業(yè)化發(fā)展提出以下建議。

1）大力促進相關科研進展，提高技術水平，特別是有效促進相關科技成果的應用和轉化。促進轉化平臺的發(fā)展，加大相關領域科技投資，大力扶持中試或生產線試驗，促進實驗室成果的實際應用轉化，同時對生產工藝和配方、提高產品質量穩(wěn)定性、防止污染擴散、降低二次污染及長期使用風險等方面進行深入研究，對污泥分類、運輸、貯存、產品制備、產品應用、環(huán)境風險控制形成成套技術體系，在技術和環(huán)境風險上為實際應用奠定技術基礎。

2）以政府為主導對污泥建材資源化利用的產業(yè)化發(fā)展給予有效政策支持，根據天津市實際情況，加快各項具體政策、質量標準及管理條例的制定和實施，明確各單位（如水泥廠、建材生產廠、污水處理廠、污泥廠等）的職責和利益分配，除政府資金扶持外，建立多渠道融資模式和市場化運營機制并且加大宣傳力度，避免用戶對污泥制品產生偏見，擴大市場需求，通過系統(tǒng)化市場運營機制的建立，從根本上解決成本、投資、售價、市場等經濟問題。

3）針對水泥窯協(xié)同處置污泥的資源化利用方式，急需建立市場準入條件（如相關質量標準、操作規(guī)程、污泥性能質量要求等）并嚴格執(zhí)行力度，使其標準化和規(guī)范化；對尾氣控制治理提高重視，避免造成環(huán)境污染并且對水泥窯協(xié)同處理污泥的相關技術和設備（如降低能耗、低溫余熱、污泥滲濾液等）深入研究，保證其技術、環(huán)境可行性。

4 結語

污泥的處理處置已經成為我國環(huán)境的焦點問題之一，其建材資源化利用在國外多個國家都有成功的應用并且取得了良好的經濟和環(huán)境效益，但是在我國由于技術水平落后、政策支持滯后等多方面的問題，污泥的建材資源化應用比例極小，成功的實際工程較少，產業(yè)化發(fā)展緩慢。為推動污泥建材資源化的產業(yè)化發(fā)展，提高技術水平、促進相關科研成果轉化、加速相關扶持政策及標準的制定、建立市場化運營機制等方面需要進一步發(fā)展。