市政污泥處理處置及資源化途徑與新技術(shù)的應(yīng)用分析

鮑王軒

（中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司，福建 福州 350001）

市政污泥是指城鎮(zhèn)生活廢水經(jīng)處理后遺留的產(chǎn)物。通常污水廠在處理生活廢水時會采用沉淀、過濾等技術(shù)手段去除無機或有機顆粒物及可生物降解的化合物，處理后會產(chǎn)生大量的污水、污泥。近年來由于城市規(guī)模擴大、城市人口增多等因素的影響，導(dǎo)致市政污泥的數(shù)量也在不斷增多。我國雖然在不斷擴建和新修污水處理廠，但依然難以滿足污泥處理處置的需求。大量未經(jīng)無害化處理的污泥會造成二次污染，在治理污泥時也會造成水資源的浪費。

目前市政污泥的處理處置工作得到人們的高度重視，由此而開發(fā)的處理處置技術(shù)也在不斷被應(yīng)用。目前常見的處理處置措施包括土地利用、填埋、焚燒、綜合利用等，這些技術(shù)在使用中具有不同的優(yōu)勢和劣勢[1]。本文將對當(dāng)前市政污泥處理處置的資源化途徑及新技術(shù)的應(yīng)用進行分析，致力于解決當(dāng)前市政污泥處理處置中存在的突出矛盾，為城市的可持續(xù)發(fā)展提供保障。

1 市政污泥處理處置的原則與技術(shù)

目前我國城鎮(zhèn)污泥處理相關(guān)配套設(shè)施尚處于大規(guī)模建設(shè)的階段，但市政污泥的處理處置原則與技術(shù)尚未完全明確。污泥處理處置的基本原則、技術(shù)路線對污水處理廠的新建、改建有重要指導(dǎo)意義，因此需明確污泥處理處置的基本原則，并選擇合適的技術(shù)路線。

1.1 污泥處理處置原則

市政污泥對環(huán)境的破壞極大，因此處理市政污泥的首要原則是“污泥全處理”，即需要逐步對所有市政污泥進行無害化處理。目前由于處理能力有限，某些地區(qū)尚不能對所有污泥進行處理，但應(yīng)該明確所有污泥應(yīng)該進行無害化處理的目標(biāo)，并不斷提升污泥處理能力。其次，污泥處理處置還需要遵循“環(huán)保”“再利用”“節(jié)能”“因地制宜”“安全”等基本原則。環(huán)保原則要求污泥的處理必須遵守環(huán)保的基本原則，各地在污泥的處理處置中不應(yīng)以犧牲環(huán)保為代價，換取對污泥的臨時處理，而應(yīng)該以環(huán)保為基本準(zhǔn)則，使污泥得到無害化處理；再利用原則要求盡可能地實現(xiàn)污泥的循環(huán)利用，無論是再用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)或其他行業(yè)，總之需要盡可能發(fā)揮污泥的再利用價值，“變廢為寶”，再利用原則一方面可降低處理處置污泥的成本，另一方面也使得污泥具有循環(huán)利用價值，減少需要廢棄化處理的污泥數(shù)量；節(jié)能原則是指盡可能降低污泥處理處置的成本，繼而降低其在市政污泥處理中的公共支出，使污泥處理處置的總成本降低；因地制宜原則指處理時需要考慮到不同地區(qū)的差異，比如沿海地區(qū)和內(nèi)陸地區(qū)在污泥處理處置中存在極大的差異，不能要求不同地區(qū)采用相同的處理處置思路，而應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)貙嵡?，因地制宜地選擇合理的資源化路徑和技術(shù)路線；安全原則是指在處理處置過程中，相關(guān)人員需要保證處理過程的安全，避免發(fā)生安全生產(chǎn)事故。市政污泥處理處置基本原則是治理污泥的前提，相關(guān)部門應(yīng)該以基本原則為基礎(chǔ)，制定相關(guān)的規(guī)章制度。

1.2 污泥處理處置技術(shù)

目前市政污泥的處理處置技術(shù)尚處于不斷發(fā)展的階段，在技術(shù)路線上，不同地區(qū)存在較大的差異。常見的技術(shù)目標(biāo)要求實現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化[2]。其中減量化、穩(wěn)定化、無害化技術(shù)主要是保障污泥的處置不對環(huán)境造成過多的不良影響，而資源化則是污泥循環(huán)利用的路線。

在污泥在處理處置過程中，相關(guān)人員需要充分考慮到污泥的具體構(gòu)成差異，采用合適的技術(shù)以達到充分處理或充分利用的目的。如發(fā)達城市可投入資金數(shù)額大，適合開發(fā)污泥資源化的路線；而欠發(fā)達城市可投入資金少，則需要以無害化為基本目標(biāo)，再考慮污泥的循環(huán)利用；有的地區(qū)污泥物質(zhì)構(gòu)成中有大量物質(zhì)可回收，因此可作為建材、土壤進行綜合利用；有的地區(qū)污泥物質(zhì)構(gòu)成不具備較大的回收價值，則可選擇填埋的方式進行處理處置。污泥的不同處理處置技術(shù)路線，相關(guān)人員需盡可能結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況來選擇，不能刻舟求劍，盲目追求循環(huán)利用或單純無害化處理。

1.3 污泥成分分析

市政污泥構(gòu)成復(fù)雜，其中占比最大的是水分，約占總量的90%～99%，剩余成分則包括有機物、微生物、營養(yǎng)成分、黏土質(zhì)、重金屬等；有機物主要是指碳、氫、氧、磷等，以碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等形式存在；微生物則包括細菌、寄生蟲、病毒、輪蟲、真菌等，這些微生物致病性高，未經(jīng)過處理的污泥直接排放會導(dǎo)致微生物轉(zhuǎn)移到植物、地下水、地表水中；營養(yǎng)成分則主要是指氮、鉀、鈣等元素，可幫助植物生長；黏土質(zhì)是指可用于建筑材料的成分，包括硅、鐵、鋁、鈣等，這些成分與建筑材料的原料相近；重金屬則包括汞、鎘、鎳等，我國污泥中的重金屬含量普遍低于歐美國家。

2 污泥處理處置的基本要求和方式

在污泥處理技術(shù)發(fā)展的過程中，國外的一些經(jīng)驗可供借鑒。歐美、日本等發(fā)達國家以資源再利用和熱能回收作為最高優(yōu)先原則，并以此原則發(fā)展出相應(yīng)的技術(shù)路線[3]。而我國由于人口多，城市規(guī)模更大，污水處理后產(chǎn)生的污泥量也更大，如完全照搬歐美、日本的經(jīng)驗，則可能會出現(xiàn)南轅北轍的情況。住建部發(fā)布《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南》[4]，為污泥的處理處置提出基本原則，并明確處理處置的優(yōu)先層級。第一層級是結(jié)合污泥的構(gòu)成，優(yōu)先考慮污泥土地利用（土地改良、園林綠化、農(nóng)用等）的可行性；第二層級則是在第一層級無法實現(xiàn)時，考慮通過焚燒、建材利用等方式進行處理處置；第三層級則是在第一、第二層級均無法實現(xiàn)時，采用填埋等措施進行處置。

2.1 污泥的土地利用

污泥土地利用是污泥處理處置的第一層級，指在參考污泥構(gòu)成的情況下，首先考慮污泥的土地利用。污泥的土地利用方向包括土地改良、園林綠化、農(nóng)用等，不同污泥的基本構(gòu)成決定了其是否能實現(xiàn)土地利用。污泥通常由有機質(zhì)、無機質(zhì)、氮、磷、鉀等元素組成，這些物質(zhì)構(gòu)成的合理性是實現(xiàn)土地利用的前提。如污泥經(jīng)處理后符合關(guān)于土地利用的標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質(zhì)》（GB/T 23486-2009）[5]時可用于園林綠化中；而在符合土地改良的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置土地改良用泥質(zhì)》（GB/T 24600-2009）[6]時，則可用于沙化地、廢棄礦場、鹽堿地的改良中。土地利用的前提是經(jīng)處理的污泥符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如不符合標(biāo)準(zhǔn)，不僅達不到土地利用的效果，還可能造成環(huán)境污染。土地農(nóng)用對污泥處置的要求最高，大部分污泥經(jīng)處理處置后也依然難以滿足土地農(nóng)用的使用標(biāo)準(zhǔn)，故土地農(nóng)用的利用方式在實際中應(yīng)用較少。

2.2 污泥的建材利用及焚燒處理

第二層級的污泥處理包括焚燒、建材利用，焚燒對環(huán)境污染較大，處理人員通常在能夠進行土地建材利用的情況下優(yōu)先選擇建材利用。有關(guān)部門要求經(jīng)處理的污泥達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置制磚用泥質(zhì)》（GB/T 25031-2010）[7]的標(biāo)準(zhǔn)后，可將污泥作為輕質(zhì)磚的原料；而在滿足水泥熟料的使用標(biāo)準(zhǔn)下，污泥還可作為水泥熟料生產(chǎn)的原料。污泥的建材利用方向具有極大的潛力，也是最符合資源化技術(shù)路線的選擇，但作為建材使用的污泥，對其構(gòu)成要求較高，不能達到使用標(biāo)準(zhǔn)的污泥采用建材利用的方式進行利用，會產(chǎn)生巨大的隱患。

焚燒是無法建材利用的污泥處理備選方案，將污泥加熱至（850～1 100 ℃）的高溫，通過熱解、氧化使污泥中的有機物、微生物被徹底破壞，從而達到無害化處理的目的[8]。焚燒需要使用焚燒爐，還需要大量能源，故處理成本較高。為了降低焚燒成本，工作人員通常在焚燒前進行干化處理，降低污泥的含水量后再進行焚燒，但目前我國的干化焚燒技術(shù)水平較低，關(guān)鍵的技術(shù)和設(shè)備依賴國外，且存在能耗高、污染大的問題。

2.3 污泥填埋處理

無法實現(xiàn)第一、第二層級處理的污泥，當(dāng)前主要是采用填埋的方式進行處理處置，由于污泥填埋的成本最低，故在部分地區(qū)被濫用。大量可進行土地利用、建材利用的污泥被直接通過填埋的方式處理，增加了環(huán)境負擔(dān)。在正常情況下，需要在污泥泥質(zhì)不適合土地利用、建材利用、焚燒處理時才考慮通過填埋的方式處置。并且在填埋前也需要對污泥進行處理，如以石灰穩(wěn)定工藝，或添加粉煤灰、陳化垃圾等對污泥進行處理，以確保填埋后污泥的性質(zhì)穩(wěn)定，避免對土地、地下水等造成不良影響。

3 污泥處理處置及資源化利用新技術(shù)

發(fā)達國家由于人口數(shù)量少，城市規(guī)模較小等因素的影響，污泥數(shù)量遠低于我國，故在污泥處理處置中可采用更為精細的技術(shù)實現(xiàn)污泥的循環(huán)利用或無害化處理；我國由于城市規(guī)模大、人口數(shù)量多，污泥的數(shù)量遠高于國外發(fā)達國家，故污泥處理處置的資源化路線和技術(shù)不能直接照搬發(fā)達國家，而是需要結(jié)合我國實情進行有針對性的借鑒或研發(fā)。

3.1 污泥原位減量技術(shù)

目前在處理污泥時，第一選擇是采用減量技術(shù)使污泥的總量減少。污泥原位減量技術(shù)能夠使污泥的總量減少，其原理是降低污泥中的微生物數(shù)量，抑制微生物的生成、分解以達到減少污泥總量的目的[9]。既往利用的污泥減容減量技術(shù)與污泥原位減量技術(shù)存在本質(zhì)的差異，前者只能降低污泥的含水量，通過減少污泥中的水分達到縮小體積的目的，并未實質(zhì)減少泥質(zhì)；而污泥原位減量技術(shù)通過抑制微生物的生產(chǎn)、代謝等，可使泥質(zhì)減少20%～30%，不僅減少污泥中的水分，也減少了污泥中的泥質(zhì)。原位減量技術(shù)利用污泥中微生物發(fā)酵效應(yīng)進行處理，技術(shù)原理簡單，具有經(jīng)濟、實用、耗能小等優(yōu)勢。隨著發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展，我國在該技術(shù)工藝上也取得了較大突破，但依然有需要解決的問題，如需要添加大量輔料促進發(fā)酵、存在人畜健康風(fēng)險等。除原位減量技術(shù)外，通過污泥濃縮處理技術(shù)也可使污泥達到減量的目的。利用重力、離心、氣浮等物理特性，可達到水、泥分離的目的，有效降低污泥中的含水量，降低后續(xù)處理技術(shù)的負擔(dān)。

3.2 污泥干化技術(shù)

污泥干化是污泥處理中的重要步驟，通過干化處理的污泥更易進行后續(xù)利用，如焚燒、建材利用均需要先進行干化處理。干化處理的實質(zhì)是去除污泥中的有機物，抑制微生物的繁殖生長，使其水分盡可能地降低。通常市政污泥的含水率在70%～80%左右，而在此含水量下，相關(guān)人員可通過微生物技術(shù)進行干化處理，使其水分降低，再利用熱能技術(shù)進一步降低污泥的含水量。目前經(jīng)干化處理的污泥含水量可降低10%～40%。污泥干化的過程是處理成本最高的部分，因此如何降低污泥干化的能源成本有重大意義。

隨著污泥干化處理技術(shù)的發(fā)展，如何降低干化能源成本成為取得技術(shù)突破的關(guān)鍵。對于如何降低能源成本，目前主要技術(shù)路線包括：（1）利用太陽能、生物質(zhì)能等新能源替代傳統(tǒng)化石能源，降低成本，但該技術(shù)的使用受限于空間，大部分地區(qū)不具備利用太陽能等新能源的空間條件。（2）改進干燥機、反應(yīng)器等，使能源利用效率提升，以達到降低能源支出的目的。（3）研發(fā)污泥干化的新技術(shù)，目前正在研發(fā)的技術(shù)包括生物干化、水熱干化、低溫真空脫水干化、微波干化等，但新技術(shù)的研發(fā)偶然性較大，無法準(zhǔn)確推算可應(yīng)用的時間。

污泥干化能為后續(xù)利用提供便利，但我國當(dāng)前污泥干化技術(shù)水平較低，使用的設(shè)備、技術(shù)尚不成熟，存在較大的局限性。因此，相關(guān)部門需將污泥干化作為重點攻克項目推進。

3.3 污泥焚燒技術(shù)

污泥焚燒能使污泥的體積最大程度地降低，目前污泥焚燒技術(shù)可使污泥體積縮減至原污泥的10%以下[10]。經(jīng)焚燒處理的污泥成為較為穩(wěn)定的惰性灰渣，此類灰渣是建材利用的原料，因此污泥焚燒技術(shù)是實現(xiàn)污泥循環(huán)利用的重要前提技術(shù)，并且在污泥焚燒過程中可回收熱量進行污泥的干化，極大降低能源支出，使得污泥處理全流程有機聯(lián)合。

污泥焚燒工程極為復(fù)雜，且建設(shè)成本、運行成本均較高，極大制約著污泥焚燒技術(shù)的推廣應(yīng)用，由于技術(shù)成本的限制，目前尚不能大規(guī)模推進污泥焚燒技術(shù)的工業(yè)利用。以上海某污泥處理項目為例，其項目建設(shè)成本高達6億元，而處理污泥的每噸成本超過200元，因此，我國在現(xiàn)有技術(shù)水平下，還無法通過焚燒實現(xiàn)污泥的循環(huán)利用。但污泥焚燒技術(shù)前景廣闊，因此焚燒技術(shù)、相關(guān)設(shè)備的研發(fā)等一直受到重視，目前我國已建設(shè)一批示范工程，對推進污泥焚燒技術(shù)的發(fā)展有引領(lǐng)作用。這其中，異重流化床污泥清潔焚燒技術(shù)值得重視，該技術(shù)利用石英砂床料，并在流化床上添加鈣基物質(zhì)，是實現(xiàn)污泥循壞焚燒的重要基礎(chǔ)技術(shù)。

3.4 厭氧消化技術(shù)

厭氧消化技術(shù)目前在污泥資源化中極為常用，它可將污泥中的碳、氮、磷等元素進行資源化利用。該技術(shù)通過在污水處理廠加裝污泥厭氧消化裝置，實現(xiàn)污泥的縮減。但是我國污泥中含有大量的泥沙，有機質(zhì)含量低，實現(xiàn)厭氧消化技術(shù)較為困難，且其能源支出、產(chǎn)出難以平衡，因此目前我國絕大部分污水處理廠并未使用厭氧消化技術(shù)。近年來厭氧消化技術(shù)在我國也有一定發(fā)展，如通過高溫、高壓熱水解設(shè)備實現(xiàn)低有機質(zhì)的厭氧消化。其次，還有高含固氧技術(shù)，該技術(shù)基于污泥細胞破壞技術(shù)，能最大限度地破壞細胞，使有機物溶出，提升厭氧處理的效率和質(zhì)量。目前圍繞開發(fā)應(yīng)用厭氧消化技術(shù)，已出現(xiàn)許多新的技術(shù)，這對規(guī)?；褂脜捬跸夹g(shù)具有重要意義。

3.5 其它技術(shù)

除上述重點技術(shù)外，還有一些污泥處理處置技術(shù)也值得重視，這些技術(shù)可作為污泥處理處置的備選方案或儲備技術(shù)。

3.5.1 濕式空氣氧化技術(shù)

該技術(shù)是針對有機質(zhì)含量豐富的污泥，通過將污泥儲存在密閉的反應(yīng)器中，通過構(gòu)建高壓、高溫環(huán)境，加快有機質(zhì)的氧化分解，最終生成二氧化碳和水。但該技術(shù)適用面較窄，且污泥有機質(zhì)含量差異較大，反應(yīng)基礎(chǔ)不同導(dǎo)致的結(jié)果也不同。

3.5.2 蚯蚓處理技術(shù)

蚯蚓污泥處理技術(shù)是利用生物習(xí)性，通過蚯蚓處理污泥中的金屬元素，使其含量降低，臭味減輕，并且泥質(zhì)松散、營養(yǎng)豐富。處理后的產(chǎn)物在園林綠化方面有較好的前景，但受限于蚯蚓處理效率低的因素影響，該技術(shù)在現(xiàn)階段不可能大規(guī)模應(yīng)用。

3.5.3 人工濕地處理技術(shù)

該技術(shù)通過多種技術(shù)將污泥濃縮、脫水、降解處理后利用，但處理成本極高，因此可行性較低，尚停留在理論階段。

4 結(jié)論與展望

市政污泥是城市運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的“廢物”，如不進行資源化、無害化等處理，會對我們的環(huán)境造成巨大破壞。近年來，隨著我國城市人口的增多，市政污泥數(shù)量連年增加，即使不斷新建污水處理廠也難以滿足處理需求。因此，為了更為合理地處理污泥，本文對當(dāng)前污泥處理基本原則、技術(shù)路線等進行了分析，旨在為今后污泥處理相關(guān)配套建設(shè)提供思路和技術(shù)上的參考。由于我國人口數(shù)量大，且尚處于工業(yè)化過程中，國情與發(fā)達國家不同，因此解決思路不能完全參考發(fā)達國家的解決辦法。在處理原則上，我們應(yīng)堅持從國情出發(fā)，遵循污泥處理的基本原則，不斷探究更為合理的技術(shù)路線，實現(xiàn)污泥資源化、無害化的處理目的。