城市污泥处理处置的问题及其建材资源化利用

□文 /李剑光

1 我国及天津市城市污泥处理处置现状

随着我国污水处理行业的不断发展，污水处理过程中产生污泥的处理处置已经成为亟待解决的热点环境问题之一。污水处理产生的污泥数量巨大，含水率高，化学成分复杂且含有重金属、耗氧有机化合物、有毒有机化合物、病原微生物、放射性元素等污染物质，处理成本较高，其处理处置在技术上和经济上都面临着诸多困难。

目前我国污泥处理处置方式主要包括填埋、焚烧、好氧堆肥、土地利用、建材利用等，其中填埋占60%～65%，露天堆放占2%，外运占15%，好氧堆肥+土地利用占10%～15%，焚烧占2%～3%，自然干化综合利用占3%～6%（如建材资源化利用等），填埋、露天堆放及外运污泥绝大多数属于随意处置。近年来，我国各大城市因为污泥处理不当而造成环境污染的新闻数见不鲜，因污泥缺乏有效处理处置手段导致的环境二次污染问题给我国环境带来严峻的挑战。

以天津市为例，目前天津市污水处理厂总数65座，平均产泥量2 000～3 000 t/d，其中市内六区平均产泥量为1 275 t/d，脱水处理后污泥含水率约为80%。市区污泥处置方式包括卫生填埋744.4 t/d（58.4%），污泥厂综合利用（提取蛋白质）156.7 t/d（12.3%），好氧发酵 130 t/d（10.2%），焚烧 77 t/d（6%），砖瓦厂利用 15.3 t/d（1.2%），水泥厂利用2 t/d（0.2%），其余149.2 t/d（11.7%）未实现规范化处置。由调研数据可知，天津现有已运行的污水处理厂污泥处置大多采用外运堆存，运至垃圾填埋场填埋等临时措施。位于西青区的青凝侯污泥填埋场总处理规模为45×104t，采用深坑填埋处理市内四座污水处理厂污泥，已使用约30×104，每年支付约2 000万元处置费用；污泥填埋占用土地且易对土壤、地下水及周边环境产生二次污染，不能作为污泥处理长久之计，欧美等许多国家填埋比例逐渐下降由于工业废水和生活污水混合处理，污水普遍有机质含量低、重金属含量较高，污泥的土地利用和好氧发酵受到限制；而焚烧虽然是污泥处理速度最快并且最彻底的方法，但是由于成本较高且会产生飞灰等危废不易处理，应用并不普遍。天津市对污水厂污泥处理规划建立污泥处理厂，其中高效厌氧消化工艺处理污泥800 t/d，好氧堆肥工艺处理污泥300 t/d，此外水泥厂掺烧处理污泥800 t/d，基本满足近期市区污泥处理需求；但是郊区约1 500 t/d污泥仍无明确归宿且厌氧消化后污泥仍需填埋，没有有效的资源化利用，随着土地资源日趋紧张及环境压力增大，填埋已不能满足日益增长的污泥处理需求。因此，天津市在大力加强污水处理的同时，面临着极大的污泥处理与处置压力，这些污泥的经济、安全、有效处置已成为生态环境保护面临的紧迫问题之一。

2 城市污泥建材资源化现状及存在问题

目前，国内外在污泥处置方面的发展趋势是弃用投海，减少填埋，增加农林回用以及资源化处理。住房和城乡建设部、环境保护部、科学技术部于2009年2月28日印发的《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策》是目前我国对于污泥处理处置方面作出的最新的政策性指导意见，文件中指出“污泥处理处置的目标是实现污泥的减量化、稳定化和无害化；鼓励回收和利用污泥中的能源和资源”。住建部、环境保护部、科学技术部印发的《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》和天津市2009年批复的《中心城区排水专项规划》中都规定优先鼓励符合标准的污泥进行土地利用，不具备土地利用条件的，可考虑焚烧和建筑材料综合利用，都不具备条件时可采用填埋处置，卫生填埋仅作为应急和过渡方式。

污泥的建材利用作为资源化方法之一，已经在日本、德国等发达国家逐渐发展起来，但在我国发展比较缓慢。利用污泥生产建材可以节省天然矿物原料和能源，对于我国这样一个资源相对匮乏的发展中国家是十分重要的，因此，污泥生产建材是很有发展潜力的污泥处置及资源化的方法。

污泥的建材资源化利用主要包括烧制墙体材料（砖、陶粒等）、水泥窑协同处置等方式。

2.1 烧制墙体材料

烧制墙体材料（砖、陶粒等）是污泥建材资源化应用主要途径之一，最大优势就是能够将污泥作为材料的有效组分而充分转化为相应的资源：从工艺特点上来看，污泥经过高温煅烧制备轻集料不仅可以将污泥中存在的病原菌及寄生虫卵全部杀灭，而且高温煅烧过程还能够使污泥中的重金属元素参与反应，固化于高温矿物的结构中，体系在高温下产生的高温液相冷却后还可形成致密的玻璃体，进一步将重金属离子包裹住由此实现重金属元素的固定化及稳定化，从而有效降低这些重金属元素对环境的潜在威胁；此外，污泥的参与一方面减少了原材料的用量，另一方面污泥中有机质在高温煅烧时还可以提供一部分热量，可以减少资源消耗，降低生产中的能耗与温室气体排放。因此，相比其他处理方法，污泥烧制墙体材料既可有效消耗污泥总量，避免二次污染，又能节约天然资源和能源且成本较低，无论从工艺角度还是环保角度考虑都是可行的。

但烧制墙体材料技术在国内外大多还处于研究及尝试阶段，存在许多不足之处，产业化发展缓慢，主要面临以下问题。

1）生产技术不成熟，污泥掺加量低。由于污泥焚烧灰利用设施投资大，处理费用高，混合焚烧造成环境污染等问题[1]，我国污泥烧制建材多以干化污泥作为原料添加，污泥焚烧灰利用较少，由于污泥本身含水率（约80%左右）和有机质含量（50%～70%）较高，有效无机成分含量较低，随着污泥掺混量增加，成品抗压强度降低，吸水率和烧成收缩率上升[3～4]，影响成品性能，为达到使用标准，多数烧制建材的污泥添加量质量比为5%～20%，污泥利用率低，难以达到大量处置和资源化利用的效果。

2）大多污泥制备轻集料原料中依然需要添加粘土、页岩等不可再生资源，达不到污泥利用对这些资源的替代和保护作用，与国家保护粘土政策相冲突，实际工程应用难以开展。

3）污泥干化大大增加了制备成本，与普通产品相比没有价格优势，降低了其经济性和市场接受度。

4）我国烧结砖和陶粒的实际生产过程中自动化程度不高，难以达到实验室试验的精确程度，影响成品质量稳定性，研究成果仅限于实验室研究，应用于实际工程较少，难以实现成果转化。

5）在污泥运输、放置、处理、烧制过程中及成品使用、老化后存在污染物迁移扩散的环境风险，实际工程难以通过环评。

2.2 水泥窑协同处置

水泥窑协同处置污泥生产生态水泥，在广州、北京、重庆、天津等城市已建成生产线。水泥窑处置污泥具有处理温度高、焚烧空间大、焚烧停留时间长、处理规模大、无二次排渣等优点，可以使污泥中有机物分解彻底，抑制二噁英的形成，在处置过程中不产生飞灰并且能有效固化重金属[4]，与污泥烧制墙体材料相比，水泥窑协同处理无需深度干燥脱水污泥，节省成本且处理量大，资源化效率高，因此处置污泥、垃圾等固体废弃物的水泥生产线被认为是建材行业的重点发展方向。但是目前一些实际工程存在着运营成本高、污泥中水分和成分影响水泥品质等问题，同时水泥行业本身也属于高能耗行业，面临着产能过剩的问题，如何降低能耗和污染是水泥窑处理污泥要解决的问题。

3 污泥建材资源化产业化发展建议

针对我国城市污泥处理处置面临的问题，特别是天津市面临的污泥处理巨大压力以及污泥建材资源化利用产业化发展问题，对污泥建材资源化产业化发展提出以下建议。

1）大力促进相关科研进展，提高技术水平，特别是有效促进相关科技成果的应用和转化。促进转化平台的发展，加大相关领域科技投资，大力扶持中试或生产线试验，促进实验室成果的实际应用转化，同时对生产工艺和配方、提高产品质量稳定性、防止污染扩散、降低二次污染及长期使用风险等方面进行深入研究，对污泥分类、运输、贮存、产品制备、产品应用、环境风险控制形成成套技术体系，在技术和环境风险上为实际应用奠定技术基础。

2）以政府为主导对污泥建材资源化利用的产业化发展给予有效政策支持，根据天津市实际情况，加快各项具体政策、质量标准及管理条例的制定和实施，明确各单位（如水泥厂、建材生产厂、污水处理厂、污泥厂等）的职责和利益分配，除政府资金扶持外，建立多渠道融资模式和市场化运营机制并且加大宣传力度，避免用户对污泥制品产生偏见，扩大市场需求，通过系统化市场运营机制的建立，从根本上解决成本、投资、售价、市场等经济问题。

3）针对水泥窑协同处置污泥的资源化利用方式，急需建立市场准入条件（如相关质量标准、操作规程、污泥性能质量要求等）并严格执行力度，使其标准化和规范化；对尾气控制治理提高重视，避免造成环境污染并且对水泥窑协同处理污泥的相关技术和设备（如降低能耗、低温余热、污泥渗滤液等）深入研究，保证其技术、环境可行性。

4 结语

污泥的处理处置已经成为我国环境的焦点问题之一，其建材资源化利用在国外多个国家都有成功的应用并且取得了良好的经济和环境效益，但是在我国由于技术水平落后、政策支持滞后等多方面的问题，污泥的建材资源化应用比例极小，成功的实际工程较少，产业化发展缓慢。为推动污泥建材资源化的产业化发展，提高技术水平、促进相关科研成果转化、加速相关扶持政策及标准的制定、建立市场化运营机制等方面需要进一步发展。