污泥处理现状分析及处理方法

张俊涛，付炳炳，计映东

（郑州大学水利与环境学院，河南 郑州 450000）

1 概述

随着国民经济和科技水平的发展，城市污水的处理率逐年提高，城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加［1］。目前中国已建成运转的城市污水处理厂约427 余座，年处理能力为113.6亿m3。根据有关预测，我国城市污水量在未来20 年还会有较大增长，2010 年污水排放量将达到440 亿m3/d；2020 年污水排放量达到536 亿m3/d。污泥的合理处理越来越引起人们的关注。现阶段我国主要通过微生物的代谢作用及物理化学方法将污水中的污染物大量转移到剩余污泥中，其实质是污染物的相对转移，即可溶性污染物转变为不溶的固体，在水质得到净化的同时，污水中的污染物作为污泥被分离出来，可以说污泥是被浓缩的污染物。污泥的处理水平从一定程度上反映了污水处理过程中对环境的净化效果和对整个生态环境的保护程度。污泥的成分很复杂，包括混入生活污水和工业废水中的泥砂，纤维动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物，由多种微生物形成的菌胶团及其吸附的有机物，重金属元素和盐类，少量的病原微生物寄生虫卵等综合固体物质，有机物含量高，容易腐化发臭，颗粒较细，密度较小。如果处置不当的污泥进入环境后，直接会给水体、土壤、大气带来二次污染。一个城市的污水处理厂就不能充分地发挥其消除污染、保护环境的作用，同时还将对生态环境和人类的活动构成严重的威胁，所以合理地处理污泥是当务之急。

2 国外污泥处置现状

美国有约16 000 座污水处理厂，服务2.3 亿人口，年产污泥量3500 万t（以80%的含水率计）。建有650 座集中厌氧消化设施，处理58%的污泥；700 座好氧发酵稳定处理22%的污泥；其余的以填埋为主。欧盟国家的50 000 座污水处理厂年产污泥量4000 万t（以80%的含水率计）。有50%以上的污泥进行厌氧消化稳定处理，其中英国的污泥厌氧处理达到66%。20%进行填埋处理，20%进行焚烧处理，填埋量在持续降低。德国的城市污水处理厂总规模达2800 万m2。污泥年产量1000万t（以80%的含水率计）。污泥已经实现了100%的稳定化处理，对稳定化和无害化提出了量化的约束性指标，规模5000t/d 以上的污水处理厂采用污泥厌氧消化稳定工艺，通过回收污泥中的生物质能源可以满足污水处理厂40%～60%的电耗需求，碳减排效益十分可观。污泥最终处置50%土地利用，50%为焚烧或协同焚烧。污泥填埋有机质低于5%。统计显示，大多数发达国家实现了污泥资源化处理。

3 我国污泥处理的现状及问题分析

据对我国的污水处理厂调查显示，污泥的处理方法有所不同。69%的处理厂采用人工填埋技术，23%的处理厂采用堆肥技术，7%的处理厂采用焚烧技术，1%的处理厂未配备稳定的污泥处理设备。

3.1 污泥焚烧

现阶段我国基本采用窑式焚烧技术、多炉膛焚烧技术、流化床焚烧技术、电炉焚烧技术［2］，少量的采用低能耗等离子体焚烧技术［3］，这些焚烧工艺的优势在于可以迅速、有效地使污泥达到无菌化、减量化的目的，其产物为无菌无臭的无机残渣，含水率为零，对人类的生活危害较小，且在恶劣的天气条件下不需储存设备，并能达到污泥自持，满足越来越严格的环境要求，能充分地处理不适宜于资源化利用的部分，污泥焚烧后的产物能充分地利用。干污泥颗粒用作发电厂的燃料掺和料，通过干馏提取焦油和燃气污泥焚烧灰做水泥添加剂、污泥砖等建筑材料。但这些工艺缺点是重金属随着烟尘扩散而污染空气，残余灰烬也富含污染物，再进行填埋也会造成污染，而且焚烧成本是其他工艺的2～4 倍，且污泥必须保证比较低的含水率才能制成合成燃料。这就提高了污泥的脱水程度，机械脱水成本比较高，自然脱水成本低但时间长，占地面积大而且晾晒期间的污泥腐臭气严重污染空气。

3.2 堆肥处理

传统的堆肥采用厌氧发酵技术，自然通过风发酵技术，在一定的时间内通过充气和翻垛达到通氧的目的，操作简单，但该工艺占地面积较大，易产生臭气且时间较长、效率低下。随着科技的发展，机械通风技术和高温好氧发酵法［4］广泛地应用到污泥的处理过程中，实现了自动化处理程度高、周期短、日处理量大，可以有效地控制臭气和其他污染物对环境造成的影响，但是这种工艺的进程是很缓慢的，且堆肥的肥效不能得到稳定的控制，在用于农业生产过程中出现了烧苗的现象，投资成本高，又会造成能源的浪费。

3.3 传统填埋技术

据统计显示，污泥的填埋主要分为2 种工艺：单独填埋和混合填埋。单独填埋是对污泥进行单独的处理，与其他固废分开处理。混合填埋是将生活固体垃圾和污水处理厂脱水污泥一起进行填埋。2 种工艺的操作相对简单，投资费用小，实用性强，但是严重地浪费了土地资源，存在潜在的土壤和地下水污染，减少了填埋场使用年限而且填埋周围的环境也会恶化，还会有渗滤液和臭气的问题，在许多国家和地区新建的填埋场遭到很多人民的坚决反对，而从污水处理厂运输出来的污泥脱水后含固量低，流动性大，可压缩性差，影响垃圾填埋压实，简单脱水后的污泥普遍被填埋场拒绝。所以，当今国家污泥填埋带来了严重的二次污染。

3.4 污泥的密封填埋

污泥不同于其他固体废弃物。有机质含量占污泥干重的38.4%±12.7%，总氮量2.71%±1.35%，全磷含量1.43%±1.16%，全钾0.69%±0.27%。污泥中含有大量的厌氧微生物，如以不同的形式存在于污泥中，密度约为9500 个/L，对污泥有机物分解起重要作用。

作用原理厌氧消化过程

第1 和第2 阶段

戊酸转化CH3CH2CH2CH2COOH+2H2O→CH3CH2COOH+CH3COOH+2H2

丙酸转化CH3CH2COOH+2H2O→CH3COOH+3H2+CO2

乙醇转化CH3CH2OH+H2O→CH3COOH+2H2

第3 阶段

4H2+CO2→CH4+2H2O

CH3COOH→2CH4+2CO2

首先对从污水处理厂运来的污泥进行密封处理，减少挥发，从而减少难闻气味和细菌对人类生活的影响，也避免渗滤液给填埋带来的不便。将封闭后的污泥进行浅层的填埋。在封闭无氧的条件下污泥中的微生物利用有机质等进行生命活动，不断地将有机物分解成氨基酸、脂肪酸、甘油、CO2及氢气等物质，污泥中的能量将用于微生物的新陈代谢，从而降低有机物的含量。微生物在生命活动过程中产生大量的热量和气体，通过导气管及填埋场气体收集装置如抽气井等［5］排除污泥中的气体（氢气、甲烷和水蒸气等）进行处理。而作为一个孤立的系统，污泥中的能量是有限的，随着污泥中能量的降低和水分的减少，微生物的生命活动受到限制，微生物将大量的死亡，污泥中的病原体等微生物将急剧降低，起到杀菌作用，减少污泥中微生物给人类带来的危害。经过长期的封闭后，污泥则变为污染程度低、对人类危害小、且含有大量植物生长所需营养物质的有机肥。在填埋污泥的土地上可以种植树木等绿色植物，使污泥中的营养物质得到充分的利用，减少污泥对地下水的污染以及土地资源的浪费。密封填埋与传统填埋相比，提高了对污泥污染物的处理程度，对生态环境破坏小，减少了污泥中污染物对人类生活的危害。

3.5 污泥处理问题分析

最近几年，我国虽然对污泥问题高度重视，但对污泥的本质缺乏深入的认识，虽然我国主要大城市开始使用先进技术进行污泥处理处置规划，对其技术方案进行了充分论证，但关于污泥处理处置的技术路线，目前存在2 个巨大的认识性错误。首先是资源化的认识。目前污泥处理处置技术的发展程度，尚不能高效地实现能量回收和物质回用，以实现经济效益和节约能源的效果。污泥的资源化必须总体考虑，不能分割整个处理处置过程而强调某一局部单元工艺的效果，从而得出污泥资源化的概念。部分决策者误认为污泥就是资源，污泥的处理处置可以盈利，对污泥处理处置认识误区将影响到整个体系的有效运行。其次，不能结合中国的实际情况设计出合理的处理规划方案。设计合理的规划方案和监督管理体制是实现污泥的资源化处理和先进技术推广普及的重要环节。因为我国地域辽阔，不同地区的自然环境、人文环境、产业结构和经济发展水平都不同，各地区也应从自身特点出发，采取适宜的技术路线，以便因地制宜，实现污泥的最大化处理。

4 结语

虽然污泥填埋没有最大限度地实现污泥的减量化和资源化，但实现污泥的资源化利用是污泥处理的理想目标。通过对我国污水污泥的现状和经济状况的合理分析，我国污泥的处理技术发展还面临着巨大的挑战。人们必须正确地认清污泥的本质，加大投入，使先进的技术在各个城市普及。用技术改变我国污泥处理现状，做到低排放，高回收，最终实现保护环境的目的。

［1］张光明.城市污泥资源化技术发展［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［2］王罗春.污泥干化与焚烧技术［M］.北京：冶金工业出版社，2010.

［3］徐强.污泥处理处置新技术［M］.北京：化学工业出版社，2011.

［4］尹军.污水污泥处置与资源化利用［M］.北京：化学工业出版社，2004.

［5］冯向明.城市生活垃圾卫生填埋处理技术［M］.北京：中国建筑工业出版社，2003.