河南省城镇污水处理厂污泥处理处置现状及对策

2011-02-09张智瑞郭春霞刘德杰

河南化工 2011年3期

张智瑞，郭春霞，王岩，刘德杰

(1.郑州大学化工与能源学院，河南郑州 450001;2.河南省固体废物管理中心，河南郑州 450004)

污泥是污水处理厂在污水净化处理过程中产生的含水率不同的废弃物，它是由多种生物形成的菌胶体与其吸附的有机物、无机物组成的集合体，是污水处理厂的附属产物［1-2］。近些年来，全国城镇污水的处理量大幅增加，污水处理厂产生的污泥也增长迅速。因此，如何将产量巨大、成分复杂的污泥进行妥善而安全地处理，使其稳定化、减量化、无害化和资源化，已成为国内外环境界所关注的一个重要课题［3］。

1 河南省城市污泥产生量和处理现状

截止2009年底河南省已建成并投入运行的城镇污水处理厂共140座，年污水处理量约18亿t，年产生污泥量约130万t(含水率80%左右)，并且随着河南省经济和城镇化建设的进度加快，河南省污泥的产生量仍将以每年5%的速度增长，到2015年河南省污泥年产生量将高达183万t，届时污泥的处理处置问题将更加突出。在环保部门的配合支持下，作者于2009年对河南省18个省辖市的污水处理厂进行了实地调查和统计分析，其调查结果如表1所示。

由表1可以看出，开封、鹤壁、焦作、濮阳、漯河、三门峡、商丘、信阳、周口、驻马店和济源这11个地市的污泥产生量均在5万t左右，洛阳、平顶山、安阳、新乡和许昌这5个地市的污泥产生量在10万t左右。从城镇人口数和工业单位数分析［4］，郑州、南阳两地的人口数量分别居于河南省前两位，南阳的工业单位数在河南省位居第一位，郑州的工业单位数也位居第四位，居民和企业用水数量大。因此，在河南省所有城镇中郑州市和南阳市所产生的污泥量也最多，污泥产量均达到了30万t。

针对污泥的脱水，河南省大部分的污水处理厂采用重力浓缩和机械浓缩的工艺。在最终的污泥处置方式上，现在大部分污水处理厂都采用了卫生填埋、土地利用和作为建筑材料(制砖和水泥)这三种形式，其中土地利用方式所占的比例约为16.9%，填埋方式82.9%，作为建筑材料的比例不到1%。就城市而言，开封、平顶山、三门峡、南阳、驻马店等市的污泥全部采用了填埋方式，安阳采用填埋方式的比例约97%，而作为建筑材料方式的仅3%，其他各地市均采用土地利用和填埋作为污泥处置的最主要方式，各地市污泥处置方式统计结果见表2。

2 河南省各城市污泥理化性状

2.1 污泥中有机质及N、P、K元素的含量分析

城市污泥中富含可用于土壤结构改良的有机质和氮、磷、钾等多种植物营养元素。一般在没有其它限制因素，如重金属元素等存在时，污泥中的植物营养元素含量越高，其农林利用价值就越大［5］。本文通过对采自河南省多个地市的10个污泥样品中有机质和总N、总P、总K元素含量的测定表明，各含量的平均值分别为 280、29.6、22.2、5.83 g/kg，该测定结果与郭广慧等［6］于2006年对全国不同城市的98个污泥样本测定结果非常相似，以此平均值作为河南省污泥中有机质和总N、总P、总K的含量，并对河南省污泥中的有机质及植物营养元素的总含量进行了计算，其结果见表3。

表1 河南省城镇污水处理厂基本情况

表2 河南省各地市污泥处置方式统计结果

表3 河南省城市污泥的有机质及植物营养元素含量 kg

由表3可知，河南省城市污泥中有机质及总氮、总磷、总钾含量的值分别为3.58×108、3.78×107、2.84×107和7.46×106kg。因此，如果这些污泥中的有害成分如重金属含量等不超标的话，即符合污泥农用时重金属污染物控制标准限值［7］，这些污泥的农林利用价值将十分巨大。

2.2 污泥中重金属含量及质量分数的因素分析

通过对河南省各地市污水处理厂污泥进行采样测定(测定结果见表4)，并按照我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)规定的污泥农用时(在中性和碱性土壤上)污染物的控制标准限值对比分析，表明河南省18个地市的污泥中共有5个地市的污泥重金属超标，即郑州、洛阳、三门峡、焦作和信阳，其中郑州市为总铬和总锌超标，洛阳市为总铜、总铅、总镉、总镍、总砷和总锌超标，三门峡市为总铜、总汞、总镍、总砷和总锌超标，焦作市为总铬和总镉超标，信阳市为总镉超标。由此可见，除上述这5个城市的污泥在农林土地上使用受到一定限制外，其他地市的污泥均具有农林地应用的可能性。

表4 河南省城市污泥中重金属含量 mg/kg

污水处理厂的进水水源、处理规模、处理工艺及重金属形态等都是影响污泥中重金属质量分数的因素，其中，进水水源对其影响较大，特别是工业污水是污泥中重金属的主要来源［8］。

表5 重金属污水的主要来源

表5给出了重金属污水主要来源的工业企业。结合表5和各地市的工业企业数量［4］可知，郑州与排放总铬和总锌相关的工业数量占总工业企业单位数量的36%，洛阳与排放总铜、总铅、总镉、总镍、总砷和总锌相关的工业数量占总工业企业单位数量的62%，三门峡与排放总铜、总汞、总镍、总砷和总锌相关的工业数占总工业企业单位数的57%，焦作与排放总铬和总镉相关的工业数量占总工业企业单位数量的45%，信阳与排放总镉相关的工业数量占总工业单位数量的33%。从上述数据分析来看，河南省5个地市的污泥重金属超标的确与其经济发展和工业结构相关性很大。因此，为了便于将来的污泥资源化处理与处置，当地政府及环保部门应加强对那些含重金属污水排放企业的监督与管理，以确保这些企业的污水能够达标排放。

3 污泥处理处置思路和对策

目前河南省各地市的污泥大多采用填埋法进行处理。污泥填埋投资低、容量大、见效快，利用太阳能热可有效杀灭污泥中的病原菌，而且随着渗滤液的导排可使污泥中的重金属含量降低，填埋稳定化以后，污泥的腐殖化程度逐渐提高［9］，但是，由于污泥含水率过高，大部分都在80%左右，加之污泥中有机成分含量较高，存放时间长时极易发生变质发臭，从而给污泥的运输、暂存和填埋带来不便。此外，也由于污泥的含水率过高，导致其黏性大，无法与其他垃圾均匀混合，因而也阻碍了填埋场垃圾正常的生物发酵和降解过程;填埋场的地基也需要做好防渗处理，渗滤液一旦泄漏会对环境造成威害［10］，因此许多垃圾填埋场均拒绝含水率大于60%的污泥进入场地。加之近年来各城市的垃圾产生速度较快，污泥的填埋更加缩短了垃圾填埋场的使用年限，因此对于人口稀疏、土地资源多、经济相对欠发达的地市可以选择该方式。相对而言，河南省的济源市、漯河市在一段时间内较为适用此种污泥处置方式。

土地利用是城市污泥资源化处置的常用方法，其优点是投资少、能耗低、运行费用低，可充分利用污泥中的有机物及N、P元素对土壤结构进行改良，增加土壤肥力，用于绿化及农林业时可以节约化肥，促进草木的生长［10］。但是，如果污泥中有毒有害物质的含量超标，就会进入土壤，导致蔬菜中的病菌和重金属含量超标，同时影响植物的生长，并污染地下水，因此该方法的选用应受到限制［11］。从河南省污泥成分的分析来看，河南省大多数地市的污泥重金属含量均符合国家污泥农用标准，因此在这些地市应加快投资对污泥进行堆肥化处理，同时加大政府宣传力度，明确责任主体，指导当地农民正确地将堆肥化处理后的污泥应用于林地、园林绿化和农地，以发挥污泥的肥效。

污泥建材利用包括利用污泥及其焚烧产物制造砖块、水泥、陶粒、玻璃、生化纤维板等［12］。污泥中含有硅、铝、钙、铁等元素及其无机物，成分上与建筑材料相似，把污泥用做建材的方式不仅减少了污泥填埋占用的土地，降低了自然资源的消耗，同时实现了污泥的循环利用，变废为宝［13］。但是污泥的制砖费用比普通砖成本高，而且干化污泥需要大量的能耗，对干化工艺技术的突破是影响污泥建材利用的关键因素［14］。目前国内大多采用干化污泥制砖、制水泥产品的销售渠道没有形成，导致该市场的前景不景气。理论而言，该方式仅适用于周边有大型建材企业的城市和城镇，如平顶山、新乡、鹤壁、南阳、安阳等地市，对于那些重金属含量超标的污泥，该方式可作为首选。

污泥干化焚烧是一种较为彻底的处置方式，可实现污泥的能量回收，减少电能或热能的消耗。焚烧可减少污泥的体积和总量，处理速度快，焚烧灰也可以制成有用的产品;就地焚烧解决了污泥的长距离运输，回收的能量又可以用来供热和发电，但是该方法投资高，能耗大，燃烧时需要对尾气进行严格处理，燃烧的过程中会产生二氧化硫、二噁英等有害气体，污染大气，焚烧也大大浪费其中的营养物质［15］。因此在污泥中有毒有害物质很高、污泥产量大，当地垃圾填埋场地又十分紧张的市县［16］可优先考虑此种技术。例如在经济相对发达的郑州、洛阳和南阳等城市可以进行示范工程建设，取得经验后再逐步于其它地市进行推广。

总之，污泥的处理方式应根据污泥的性质和当地的实际情况进行选择。其中，最理想的方式应是将其进行资源化综合利用。因此，通过推行循环经济模式来预防、消除和削减污泥中的污染源，以保证污泥资源的安全利用和当地经济、环境的可持续发展［17］。

［1］王静，卢宗文，田顺，等.国内外污泥研究现状及进展［J］.市政技术，2006，24(3):140-142.

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［3］张义安，高定，陈同斌，等.城市污泥不同处理处置方式的成本和效益分析［J］.生态环境，2006，15(2):234-238.

［4］河南统计年鉴(2008)［J］.北京:中国统计出版社，2008.

［5］王硕，鲍建国，刘成林.城市污泥特性研究与园林绿化利用前景分析［J］.环境科学与技术，2010，33(6E):239-241.

［6］郭广慧，杨军，陈同斌，等.中国城市污泥的有机质和养分含量及其变化趋势［J］.中国给水排水，2009，25(13):120-121.

［7］国家环境保护总局.GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准［S］.北京:中国标准出版社，2002.

［8］姚金玲，王海燕，等.城市污水处理厂污泥重金属污染状况及特征［J］.环境科学研究，2010，23(6):696-702.

［9］朱英，赵由才，李鸿江.城镇污水处理厂污泥填埋方法与技术分析［J］.中国给水排水，2010，26(20)，12-15.

［10］姚金玲.污水处理厂污泥处理处置技术评估［D］.中国环境科学院硕士学位论文，2010.6.

［11］汪志涛.污水厂污泥处置方法优缺点比较与适用范围［J］.农村经济与科技，2010，21(06):126-127.