城市污水处理中污泥处理的可持续性分析

杨广萍,万　敏，郭宏龙

(云南省环境科学研究院，云南 昆明 650034)



城市污水处理中污泥处理的可持续性分析

杨广萍,万敏，郭宏龙

(云南省环境科学研究院，云南 昆明 650034)

摘要：阐述了污泥处理处置的原则、污泥处理的思路、分类技术特点，结合现有城市污水处理厂污泥处置现状、处置技术发展现状及发展趋势，以及污泥自身特性、污泥处置的经济成本等因素，对城市污泥处置途径的选择进行了分析。

关键词：城市污水处理；污泥处理；污泥特性；经济成本；可持续性

随着我国环保重视程度的增加，越来越多的城市，甚至乡镇都开始建设不同规模、不同处理工艺的污水处理厂，用以处理城市及乡镇的生活污水。在生活污水收集及处理程度大幅提升的情况下，人居生活环境得到了大幅度改善，城市周边河道水质也有改善的趋势，但随之带来的污水处理站污泥处置及利用的问题，也日益迫切及突出。目前城市污水处理厂污泥处置方法大多是采用填埋处置，或者随意堆放，极易因存放、处置不当造成二次污染，进而影响大气、水体及土壤环境。

本文将从污泥处置的原则、处理思路、现有主流处置技术、以及如何合理选择处置技术等几方面，对城市污水处理厂污泥处理的可持续性进行简要分析。

1污泥处理处置的原则

城市污水处理厂污泥处置的原则，与一般固体废弃物处置的原则一致，基本上遵循“稳定化、无害化、减量化和资源化”四大原则。

污泥的稳定化处理过程，主要是通过物理或者化学处理，使污泥达到稳定状态，不再继续降解。其主要目的是避免污泥因不稳定持续降解所产生的二次污染。

污泥的无害化处置主要是针对其含有的大量危险的病原菌、病毒等。主要是通过各种杀菌消毒的方式，杀灭其中的病原微生物和寄生虫卵，以保证后续利用过程安全卫生。

污泥的减量化处置属于所有固体废弃物处置的主要原则之一。其主要目的是通过减容、减量，达到降低处置成本、运输成本等的目的。资源化是污泥处置的最终目的，现有主要资源化途径是作为农用肥料，或者土壤改良土以及补充燃料等。

2污泥处理的思路

随着现有城市污水处理站建设速度、数量以及规模的提升，以及污水处理工艺的改进，世界范围内城市污水处理污泥总量增长迅速。尤其是采用化学除磷法进行含磷物质的脱除，污泥量可比其他处理方式增加30%左右。

城市污泥现有主流处理思路仍是将其在土地上进行资源化处置，但污泥大规模应用于土地，还受到以下因素的限制：

首先是如何将碳和营养物质高效充分地回用；其次是该应用受到有无农业用地以及农业用地距离污泥产生点的距离限制；第三是受到利用前期投入及后期运行管理环节的费用限制；最后是如何实现高效安全的利用，该阶段主要受到法律规定、监督管理、各项规范等的限制，也受到土地所有者的接受程度限制。

此外，在上述限制之外，污泥在土地利用之前，应该进行进一步处理，以满足利用要求、或者当地规定及应用土地的实际情况。常见的前期处理有污泥堆肥处置、对污泥进行高温消化处理或者进行高温消毒处理。这些预处理均会导致污泥的处理成本增加。

在上述问题均可以解决的情况下，还有很大一部分污泥因为各种原因不能应用于农业用地。如为保证粮食等的安全性，一些微污染物、病菌超标的污泥就不能应用；一些肥力较低、或者运输距离较远的污泥，利用价值不大而不能被应用；还有一些是因为公众不能接受而不能应用的污泥：只能采用常规的填埋处置方式，或者高温氧化后销毁。

3污泥处置的分类技术特点

3.1污泥消化处理技术

污泥消化处理技术是污泥减量化的重要手段之一，主要包括厌氧消化和好氧消化，其中以厌氧消化应用为主。我国目前已有约20个城市建设了污泥厌氧消化处理系统。

污泥厌氧消化处理技术兼具有减量化和稳定化的作用，与其他稳定化技术对比，具有以下优点：污泥厌氧消化可进一步使污泥中的有机物得到降解，通过转换为甲烷气体，可达到减容约30%的作用；在污泥消化完全时，可有效减少污泥产生的恶臭。此外，如果采用高温厌氧消化，可以有效杀死病原微生物，以使消化污泥达到卫生学的相关指标，消化污泥的生物稳定性和脱水性能都可以得到较大改善。

不过，厌氧消化也存在缺点，即厌氧消化后的污泥，尚未完全稳定，还需要进行进一步处理。

3.2污泥堆肥处置技术

污泥堆肥处置技术属于污泥土地应用的前处理技术之一，通常分为好氧堆肥和厌氧堆肥。常见工艺为连续发酵的好氧工艺。堆肥工艺的主要特点是通过堆肥，让污泥中的微生物降解污泥中的有机物，最终使污泥实现稳定化的目的。在堆肥过程中，会产生一定的热量，并可保持高温一段时间，有利于堆肥后的污泥满足相关的卫生学标准，便于后续土地利用。

根据我国污泥的统计分析数据，我国污泥的有机质平均含量约为37.18%左右，总磷、总氮和总钾的平均含量分别约为1.52%、3.03%、0.69%。与国家堆肥需要的养分标准对比，均满足其各项要求。所以，污泥通过合理堆肥工艺，可实现在污泥稳定化处置的过程中实现资源的有效利用。

3.3污泥填埋

污泥填埋是现行最为常见和通用的处置方式，但并不是所有的污泥都适合填埋处置，污泥填埋也有限制因素。首先是污泥本身的土力学性质，其次是填埋后可能产生的环境影响。通常，污泥含水率较高，一般在78%～82%，受含水率影响，污泥的抗剪强度较低，不符合填埋场的要求。故填埋场通常不愿意接受含水量不符合要求的污泥。根据现行的《GB16889-2008 生活垃圾填埋场污染控制标准》要求，厌氧产沼等生物处理后的固态残余物、粪便经处理后的固态残余物和生活污水处理厂污泥经处理后含水率<60%，方可进入生活垃圾填埋场进行填埋处置。

4城市污泥处置途径的选择

4.1污泥特性

城市污水处理厂污泥的性质(干基)见表1，污泥中重金属含量见表2。

表1　污水厂污泥性质(干基)

表2　部分污水厂污泥中重金属含量　(mg/kg)

根据表1，我国城市污水处理厂污泥的干基含量中，有机物含量最高，可达60%～70%，污泥中N、P、K含量也较高，合计占40～90g/kg。与国外发达国家的城市生活污水处理厂污泥含量相比，国外有机组分含量达70%～80%，国内略低于该水平。从现有污水处理工艺的发展趋势来看，随着越来越多的污水处理厂脱氮处理工艺的运用，污泥中的N、P含量将会有所增长，堆肥利用的可行性也会进一步加强。不过，污泥中含有少量重金属元素，部分重金属元素或含量会存在接近甚至超过我国《GB4284-1984 农用污泥中污染物控制标准》的情况，故污泥回用于农田利用需要视回用条件及其他具体情况而定。根据表1，污泥本身具有较高的热值，如果可以控制好污泥含水率的比重，污泥作为能源利用的可行性也会进一步加强。不过与农田利用一样，是否焚烧处置也应根据实际情况作出选择。

4.2污泥处置途径的选择

污泥处置途径的选择，应该兼顾多方效益之间的平衡，如环境效益、生态效益、经济效益等。行之有效的、合理可行以及能被公众接收的污泥处置方式应该兼具以下特点：环境上可行，经济上合理，社会上能接收。常规的污泥处置，如卫生填埋，污泥需要经消化处理，达到稳定化和无害化后，方可进行填埋处置，以减小污泥填埋可能产生的二次环境影响及环境风险影响。此外，消化处理后的污泥，容积也可大大减少，在此基础上可进一步减少污泥运输、脱水及填埋过程产生的一系列费用，与污泥直接填埋处理工艺相比，总运行费用低，环境影响相对较小，可能产生的环境风险影响也较小。常规焚烧工艺，则可省略消化处理，以减少因消化处理后产生的热值降低现象。故污泥处置途径的组合与污泥最终处置去向也有很大的关系。

通常计算污泥投资及运行费用的依据为：

混合污泥产生量约为10000m3/d，该部分污泥含水率为99%，按照1kg/tDS絮凝剂(絮凝剂价格约为55000元/t)添加量添加絮凝剂并浓缩处理后，含水率可降至95%。

(1)填埋处置

城市污水处理厂污泥进行厌氧消化处理后，通常假设固体的去除率为1/3，得到的消化污泥，如果其含水率<80%，则认为可进行填埋处置，但是一般含水率>68%的消化污泥，在进行填埋处理时，必须掺入相应比例的填充料，方可进行填埋。此时，需要填埋处置的污泥通常可考虑以下两种脱水方案：

①将需填埋的污泥，采用高干度离心脱水后，将其含水率降至约65%左右，此时，可按约为5kg/tDS的比例投加絮凝剂的用量。

②需填埋处置的污泥通过离心脱水后，将其含水率降至80%左右，此时，可按约为2.5kg/t DS的比例投加絮凝剂的用量[4]。

(2)污泥焚烧处置

通常，采用污泥焚烧处理工艺时，需处理的污泥必须经离心脱水后，含水率降为80%左右，按照2.5kg/tDS的比例投加絮凝剂量用量，污泥经焚烧后，残余灰分量约为污泥干重的1/3；焚烧烟气处理需消耗约37kg/tDS的NaOH量(NaOH价格约为3450元/t)。在此过程中，污泥运输费用按照0.75元/(t·km)，运输距离为40km进行计算，运输费用为30元/t。污泥所需填埋费用，参照城市生活垃圾填埋运行费用约15元/t计算。各处理流程的耗电量约为：浓缩25kW·h/tDS，脱水75kW·h/tDS，消化150kW·h/tDS，焚烧200kW·h/tDS，电费约为0.7元/(kW·h)[5]。

根据上述计算结果，污泥干固体处理总成本约为800元/t，以1×104t的污水产生2.0t的污泥计算，1t污水的污泥处理成本，大约为0.16元/t。按照国内大型污水处理厂污水处理部分成本0.3～0.45元/t计算，约占处理成本的35%～50%。将该数据与发达国家相比，测算结果相差不大。

4.2.1污泥的热处置

污泥热处置的优势在于可以迅速和较大程度地使污泥达到减量化。近年来，随着焚烧预处理工艺以及焚烧工艺的逐步发展，污泥焚烧处置技术称为较有前景的污泥处置技术，在实际应用中也被越来越多的国家采用。

4.2.2污泥的填埋处置

污泥填埋厂的设置，必须经过较为科学的选址，并设置必要的场地防护处理或者距离措施，其建立及运行管理必须具有严格管理制度的科学的工程操作方法，必须经过公开合法的环境影响评价。

污泥填埋最大的优点，是投资省、处理容量大、短期见效快。其缺点是：污泥填埋占地面积大，对污泥的土力学性质要求较高，场地费和运输费较高，且必须进行地基防渗处理，以免造成周围地下水受到污染等。随着现在可利用土地资源的愈发紧张，以及百姓环保意识的提高，近年来污泥填埋处置所占比例越来越小。

4.2.3污泥的其他处置方式

其他的污泥热处理方法，如污泥湿式氧化处理方式、污泥热解处置技术等，近年也取得了较大的进展，但目前仍处在研究阶段。

5结论

通过分析比较，笔者认为在今后较长的一段发展时期内，城市污水处理厂污泥的可持续利用的主体途径仍以农用处置为主，燃料焚烧处置为辅。对于拟建大型污水处理厂，若后期考虑采用农用方式处置污泥，则应在运输、施用计划以及施用土地面积等方面提前进行计划考虑；若计划采用常规填埋处置方式进行污泥处置，则应针对污泥脱水方案设置高要求，并对填埋场选址有合理计划及论证；若计划采用焚烧处置，则需对拟建污水处理厂污泥成分进行详细分析，以便为污泥焚烧的可行性提供基础支撑。

随着现今污泥处置问题的愈发突出，积极探索污泥处理处置的新方法，探索固废处置与资源利用的最佳平衡途径，加强污泥处置的管理等，将会是污泥处置可行性研究后续的热点。

参考文献：

[1]夏志祥，游建琼.污泥调理压榨深度脱水技术工程应用[J].中国高新技术企业，2012(18):60-63.

[2]吴华明.城市污水处理厂污泥产率的探讨[J].中国市政工程，1998(4):40-42.

[3]于丽昕，王洪臣.关于活性污泥工艺中剩余污泥量计算的讨论[J].给水排水，2003，29(8):23-26.

[4]邓晓林，王国华，任鹤.上海城市污水处理厂的污泥处置途径的探讨[J].环境工程，2000，16(5)：19-22.

[5]朱泽华.城市污水处理厂污泥的无害化、资源化处置[J].中国资源综合利用，2015,33(2)：27-29.

Sustainability Analysis of Urban Sewage Sludge Treatment

YANG Guang-ping,WAN Min,GUO Hong-long

(Yunnan Institute of Environmental Science, Kunming Yunnan 650034 ,China)

Abstract：The principles and ideas and characteristics of sludge treatment were introduced as well as the present sludge disposal technique and development trend. The possible ways to treat sludge properly were analyzed based on the properties of sludge and the cost of sludge treatment.

Key words：urban sewage treatment; sludge treatment; sludge property; cost; sustainability

收稿日期：2015-09-06

中图分类号：X703

文献标志码：A

文章编号：1673-9655(2016)02-0032-04