城市污水廠污泥最終處置方式及資源化利用

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簡介： 城市污水廠處理中產(chǎn)生的污泥既是污染物又是一種資源，其最好的出路應(yīng)是污泥的處理、處置與資源化利用相結(jié)合。本文通過污泥的綜合利用、填埋、投海等幾種主要的污泥處置方式的分析，指出污泥的資源化利用應(yīng)立足于各地實際，在兼顧環(huán)境生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益平衡的前提下，選擇最佳處置與利用方案。
關(guān)鍵字：污泥綜合利用 填埋 投海

Eventual Disposal and Resource Utilization of Sewage Sludge in Municipal Sewage Treatment Plant

YANG Kai-ming1,2

(1.Environmental Science and Engineering College, Southwest Jiaotong University, Chengdu, 610031; 2.School of Energy and Environment, Xihua University, Chengdu, 610039)

Abstract: The Sludge is not only contaminant but also useful resources in Municipal sewage Treatment Plant. It is the best way that combines handling, disposal with utilization of sewage sludge. Through analyzing of several major sewage sludge disposal such as Synthesize utilization, bury, sea dumping and so on, this paper points out that resource utilization of sewage sludge should stand reality, select the best way of disposal and utilization, considering environmental ecological results, social and economic benefits.

Keyword: Sludge in Municipal Sewage Treatment Plant; Synthesize use; bury; sea dumping

　　城市污水廠的污泥是指處理污水所產(chǎn)生的固態(tài)、半固態(tài)及液態(tài)的廢棄物，含有大量的有機物、豐富的氮磷等營養(yǎng)物、重金屬以及致病菌和病原菌等，如果不加處理的任意排放和投棄會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。隨著污水處理設(shè)施的普及、處理率的提高和處理程度的深化，污泥的產(chǎn)生量必將有較大的增長。如何妥善地處置污水廠污泥，并將其作為一種新的資源加以有效利用，變廢為寶，已成為城市污水廠和相關(guān)部門提高技術(shù)水平和管理水平的重要因素，也是全球共同關(guān)注的課題。

１、污泥最終處置的主要方式

目前，國內(nèi)外污泥最終處置方式主要有：綜合利用、填埋、投海。

（1）綜合利用

①農(nóng)田林地利用

　　污泥脫水后堆肥農(nóng)用是目前國內(nèi)一些污水處理廠正在進行研究和開發(fā)的課題，污泥中含有大量植物生長所必需的肥分（N、P、K）、微量元素及土壤改良劑（有機腐殖質(zhì)）。我國城市污水處理廠的各種污泥所含肥分見表1，故污泥農(nóng)田林地利用是最佳的最終處置方法，但污泥中也含有對植物及土壤有危害作用的病菌、寄生蟲卵、難降解有機物、重金屬離子以及N、P的流失對地表水和地下水的污染，甚至可能含有一些致癌物質(zhì)，目前對重金屬污染研究較多。因此，在作農(nóng)田林地利用前，應(yīng)進行堆肥處理以殺死病菌及寄生蟲卵，同時還應(yīng)去除這些有害物質(zhì)。目前普遍的問題是檢測手段跟不上要求，處理成本無法和經(jīng)濟效益相平衡，化肥的普遍應(yīng)用造成銷售市場難以開發(fā)等，這些使得此種處置方式尚未得到普遍的推廣。我國有大量工業(yè)廢水進入污水處理廠，污水中重金屬離子約有50％以上轉(zhuǎn)移到污泥中，污泥中的重金屬離子含量一般都較高，見表2。

表1我國城市污水處理廠污泥肥分表

污泥類別

初沉污泥活性污泥消化污泥

總氮（％）

2～33.3～7.71.6～3.4

磷（以P2O5計）％

1～30.78～4.3 0.6～0.8

鉀（以K2O計）％

0.1～0.5 0.22～0.44

有機物

50～6060～7025～30

　　為提高污泥的農(nóng)用量可以采取一些措施：一是把污泥制成有機—無機復(fù)合肥料，適當(dāng)添加鉀肥以補充污泥肥料中鉀的不足，這樣可以提高肥效降低有害物的含量；二是在經(jīng)濟政策上優(yōu)惠使用污泥復(fù)合肥料的單位或個人，如免費提供試用肥料樣品，免費為施用污泥復(fù)合肥料的區(qū)域或地塊作土壤營養(yǎng)狀況分析等。

表2我國城市污水處理廠污泥中重金屬含量（mg/kg）　　

重金屬離子名稱

含量范圍

Hg（汞）

4.63～138

Cd（鎘）

3.6～24.5

Cr（鉻）

9.2～540

Pb（鉛）

85～2400

As（砷）

12.4～560

Zn（鋅）

300～1119

Cu（銅）

55～460

Ni（鎳）

3.6～24.5

②污泥焚燒產(chǎn)物利用

污泥中合有一定量的有機成分，經(jīng)脫水干燥的污泥可用焚燒處理。在日本，該方法巳占污泥處理總量的60％以上、歐盟也在10％以上。為防止焚燒過程中產(chǎn)生二噁英等有毒氣體，焚燒溫度應(yīng)高于850℃。污泥焚燒所產(chǎn)生的焚燒灰具有吸水性、凝固性，因而可用于改良土壤、筑路等，也可作為磚瓦和陶瓷等的原料，另外，污泥灰也可以作為混凝土混料的細填料。將污泥轉(zhuǎn)變成一種顆粒狀燃料，可以很好燃燒，其熱值和褐煤相當(dāng)，燃燒釋放的有害氣體遠低于焚燒過程，其殘余物可用于建筑工業(yè)。

污泥焚燒可以從廢氣中獲得剩余能量，用來發(fā)電。在脫水污泥中加入引燃劑、催化劑、疏松劑和固硫劑等添加劑制成合成燃料，該合成燃料可用于工業(yè)和生活鍋妒，燃燒穩(wěn)定，熱工測試和環(huán)保測試良好，是污泥有效利用的一種理想途徑。

③低溫?zé)峤庵迫】扇嘉?/p>

污泥熱化學(xué)處理因其無害化和減量化徹底，地位已逐漸增強。污泥低溫?zé)峤馐且环N發(fā)展中的能量回收型污泥熱化學(xué)處理技術(shù)。它通過在催化劑作用下無氧加熱干燥污泥至一定溫度（<500℃）、由干餾和熱分解作用使污泥轉(zhuǎn)化為油、反應(yīng)水、不凝性氣體和炭等可燃產(chǎn)物，最大轉(zhuǎn)化率取決于污泥組成和催化劑的種類，正常產(chǎn)率為200～300L（油）/t（干泥），其性質(zhì)與柴油相似。

④建筑材料利用

污泥可用于制磚和制纖維板材。

污泥制磚的方法有兩種。一種是用干化污泥直接制磚，另一種是用污泥灰渣制磚。用干化污泥直接制磚時，應(yīng)對污泥的成分作適當(dāng)調(diào)整，使其成分與制磚粘土的化學(xué)成分相當(dāng)。當(dāng)污泥與粘土按重量比1:10配料時，污泥磚可達普通紅磚的強度。利用污泥焚燒灰渣制磚時，灰渣的化學(xué)成分與制磚粘土的化學(xué)成分是比較接近的，制坯時只需添加適量粘土與硅砂。比較適宜的配料重量比為灰渣：粘土：硅砂＝100:50:（15～20）。

　　污泥制生化纖維板，主要是利用活性污泥中所含粗蛋白（有機物）與球蛋白（酶）能溶解于水及稀酸、稀堿、中性鹽的水溶液這一性質(zhì)，在堿性條件下加熱、干燥、加壓后，發(fā)生蛋白質(zhì)的變性作用，從而制成活性污泥樹脂（又稱蛋白膠），使之與漂白、脫脂處理的廢纖維壓制成板材。其品質(zhì)優(yōu)于國家三級硬質(zhì)纖維板的標(biāo)準(zhǔn)。

(2)填理

　　污泥填埋有填地與填海造地兩種。

　　污泥消化后經(jīng)脫水再進行填埋是目前國內(nèi)許多大型污水處理廠中常采取的方式，經(jīng)過消化后的污泥有機物含量減少，性能穩(wěn)定，總體積減少，脫水后作填埋處置是一種比較經(jīng)濟的處理方式。由于消化裝置工藝復(fù)雜、一次性投資大、運行操作難度大，實際運行經(jīng)驗表明往往難以達到預(yù)期的效果。況且脫水污泥含水率大大高于普通生活垃圾衛(wèi)生填埋場所要求的30％含水率，因此需再經(jīng)處理才能送生活垃圾填埋場填埋；或者設(shè)置專用的污泥填埋場，根據(jù)污泥的含水率及力學(xué)特性等因素進行專門填埋，但此法有占地較大、選址受阻及存在二次污染隱患等缺點。

　　污泥填埋的操作要求與垃圾填埋相似。污泥填埋場的滲濾液屬高濃度有機污水，必須集中加以處理；污泥填埋場四周應(yīng)設(shè)圍欄，并采取相應(yīng)的防蚊蠅、防鼠措施，未經(jīng)干燥焚燒處理的污泥，宜小規(guī)模分層填埋，生污泥泥層厚度應(yīng)<0.5m，消化污泥泥層厚度應(yīng)不大于3m，泥層上面鋪砂土層為0.5m，彼此交替進行填埋，并設(shè)置通氣裝置，污泥焚燒灰渣填埋時，可不分層填埋。

污泥填海造地，應(yīng)遵守下列要求：①必須設(shè)護堤，滲水也必須集中進行處理，以防污泥和污水污染海水；②污泥或灰渣中的重金屬含量應(yīng)符合填海造地標(biāo)準(zhǔn)。

(3)投海

　　沿海地區(qū)，尤其是有大江、大河入?？诟浇?，可考慮把生污泥、消化污泥、脫水泥餅或焚燒灰渣投海。投海污泥最好是經(jīng)過消化處理的污泥。投海方式可用管道輸送或船運，其中管道輸送較為經(jīng)濟。在污泥投海工程實施前，必須搞好投海區(qū)的選擇（離海岸10km以外，水深25m左右），以保證海水的稀釋與自凈作用。

總之，綜合利用將是今后污泥處置的主要方式。填理由于占地多，潛在生物可利用率低，滲濾液可污染地下水，后續(xù)處理管理費用高等問題，應(yīng)用受到限制。海洋投棄將逐漸被禁止。隨著科技的發(fā)展，污泥的有效利用的方式和有效利用率將會進一步增加。

２、污泥利用方案的選擇

(1)污泥利用的潛在風(fēng)險

污泥利用需滿足嚴(yán)格的環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，不能造成新的環(huán)境危害。污泥利用的環(huán)境問題是重金屬和氮對土壤、作物、水體的影響以及病原物污染，所以具有潛在風(fēng)險。污泥的熱能利用無疑是風(fēng)險最小的，而土地利用則需嚴(yán)格管理，只有重金屬含量低于農(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)才可用于農(nóng)作物，而且污泥肥的施用也需嚴(yán)格定量以控制重金屬的積累和減少氮、磷淋失對水體的污染。至于病原物污染，熱干化的安全性較佳，因其高溫滅菌作用很徹底，產(chǎn)品可完全抑制微生物的活性；堿性穩(wěn)定化基本上也能達到安全標(biāo)準(zhǔn)；堆肥則不足以保證安全性，因病原物仍有少量存活且產(chǎn)品的高含水率（一般為30％～40％）可使病原物復(fù)活，故采用堆肥方案時需加強對堆肥質(zhì)量、場所和施用場地的管理。

(2)利用方案的比較

①農(nóng)田林地利用

　　用污泥對農(nóng)田、林地、草坪施肥或進行土壤改良以及用于市政綠化、育苗等，不僅可改善土壤的理化性質(zhì)，增加土壤肥力，促進樹木、花卉及草坪等的生長，而且可避免污泥中的重金屬、有毒有機物因食物鏈的生物富集效應(yīng)對人畜產(chǎn)生的危害，除此之外土壤的自凈能力還可使污泥進一步無害化。因此土地利用是一種積極的、生產(chǎn)性的污泥處置方法。污泥利用前需堆肥化處理，堆肥化若采用靜態(tài)條垛工藝，成本最低，但其生產(chǎn)周期長、占用土地多且對周圍環(huán)境的影響比較嚴(yán)重；若采用發(fā)酵倉，其設(shè)備投資和運行費用將增加，而且若要制成復(fù)合肥還需烘干造粒設(shè)備，這樣其成本優(yōu)勢就大大削弱了。

②污泥焚燒產(chǎn)物利用

　　污泥焚燒效果好，焚燒產(chǎn)物既可用作新的產(chǎn)品原料，又可回收熱能。國外已有較成熟經(jīng)驗和工藝，可以直接借鑒使用。但總體來說焚燒的成本最高（是其他工藝的2～4倍）。今后應(yīng)從降低成本，減少二次污染角度著手，生產(chǎn)新設(shè)備。

③低溫?zé)峤庵迫】扇嘉?/p>

　　污泥低溫?zé)峤庑Ч嗪?，污泥可通過干餾提取油、氣等，不但可做燃料也可用于制造四氯化碳等化工產(chǎn)品，具有工業(yè)化利用前景，且能量回收率高，經(jīng)濟性優(yōu)于焚燒處理，是大有前途的處理方法。在熱解機理和動力學(xué)研究方面，還有很多工作需進一步探討。在工藝和設(shè)備的改進方面有待新的突破。

④建筑材料利用

　　建筑材料利用，不僅可以減少污泥填埋所占用的土地，減少自然資源消耗，而且可以使資源得到循環(huán)利用，變廢為寶。

(3)其他因素

　　污泥處理設(shè)施的選址是方案選擇的決定因素之一。一般而言，污泥宜就近處理以節(jié)省運輸費用和減少濕污泥運輸對沿途造成的污染。由于污泥處理過程中可能會帶來臭味、有毒有害氣體及病原體等環(huán)境問題，所以選址會對方案選擇產(chǎn)生決定性影響。

3、結(jié)語

　　污泥經(jīng)過減容、穩(wěn)定和無害化處理后，可以作為資源加以綜合利用。污泥的處理處置及其無害化，作為再生資源有效利用是世界各國共同重視的問題。面對各地區(qū)千差萬別的污泥利用經(jīng)驗，應(yīng)立足于本地區(qū)的實際情況，在兼顧環(huán)境生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益平衡的前提下，審慎地、全面地論證各種方案實施的可行性，從中選出最佳方案。目前的利用方向是土地利用和熱能利用。從長遠看，對于我們這樣一個農(nóng)業(yè)大國，應(yīng)將污泥制成污泥復(fù)合肥料或污泥生物復(fù)合肥料，將農(nóng)田林地利用作為主要的有效利用途徑。同時，也要發(fā)展研究其它的資源化途徑，如直接或間接作為燃料、熱分解制油等。污泥焚燒作為最徹底的處理方式，在國外，特別是西歐和日本已得到了廣泛的應(yīng)用，歐洲將來有30％的污泥土地利用、70％熱能利用。在國內(nèi)，由于其一次性投資和處理成本大、焚燒煙氣需進一步處理等問題而一直未得到應(yīng)用。隨著國內(nèi)大型城市污水處理廠建設(shè)的進一步加快，污泥處置已成為突出的問題。

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楊開明，講師，在職博士研究生，長期從事給水排水及環(huán)境工程等領(lǐng)域的教學(xué)、科研及工程設(shè)計工作。Tel：028－81270291