城市污泥处理工艺研究进展

刘文来（合肥经济技术开发区公用事业发展公司 安徽合肥 230601）

引言

改革开放以来，随着城镇化进程的不断加深,城市的污水的排放量与日俱增,污泥是净化污水时的副产物，产量因而也显著增长。国内各城市还在不断的兴建污水处理厂，污水的处理效率也都在逐渐提高，依处理一万立方米污水产生七吨左右污泥(含水率约75%)估算，污泥目前每年有超过四千万吨的产量[1]，到2020年，城市污泥的年产量大约会达到六千万吨。污泥组成复杂一般含有重金属、细菌菌体、寄生虫以及毒性有机物等[2]具有难以迁移、危害性大、容易富集等特征，很容易污染土壤和地下水。但同时污泥中还含有具有农业应用价值的有机质和营养物质，并具备一定的热值，因此若污泥处理不当或者任意倾倒，不仅会对环境造成二次污染，威胁人类健康而且也是对污泥中有用资源的浪费。怎样科学高效地处理产量巨大的污泥是我国乃至全世界广泛研究的课题之一。

1 城市污泥处理现状

1.1 国内情况

我国污泥处理研究起步较晚，过去对污泥处理的重视程度不够，污泥处理的工艺技术和设备也落后于发达国家。改革开放以来，环境问题越来越突出，国家对环境保护越来越重视，出台了一系列的环保相关的法律规范，涵盖了大气，水，土壤，固废等许多方面，产量巨大的城市污泥也受到了高度重视。国家积极引进先进的污泥处理工艺和设备，加大资金投入，鼓励技术创新，监督和管理落到实处，污泥处理技术越来越多样化。传统污泥土地填埋的比重从2/3降到1/5，污泥资源化利用的比重从也2/15升高到现在的3/5[3]。2012年政府提出的《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》里，清晰表示到2015年，污泥无害化处理率指标直辖市、省会城市以及计划单列市达到八成，其他设市城市要到70%，区县及镇要达到30%。2015年的“水十条”发布以后，对污泥处理提出了更加严格的要求，2017年实现污泥处理设备达标改造，所有地级市污泥无害化处理率到2020年要超过9成。2016年《“十三五”生态环境保护规划》里进一步表示了政府对污泥处理的重视，提出要大力推进污泥无害化、稳定化和资源化处理。

目前国内主流的污泥处理技术占比情况如图1所示，可见填埋和堆肥占据很大比例，有很大比例的污泥并没有进行无害化和稳定化处理，仅仅做了初步的减容处理，填埋和堆肥使污泥中可能含有的重金属及有毒有机物累积在土壤表层，不但对植物具有毒害作用还有可能污染地下水。

1.2 现存的问题

污泥处理工艺技术和设备落后，处理以填埋和堆肥为主，污泥的稳定化、无害化程度低，存在二次污染风险，威胁人类健康；缺乏经验丰富的污泥处理人才，从事污泥处理的科研人员少，工艺技术的创新较薄弱，依赖于国外的工艺输入，但照搬国外的污泥处理技术并不能很好的适应国内的污泥特性，难以取得理想的效果；国家和各个污水处理厂对污泥处理投资较少，没有足够的费用用于污泥的无害化和稳定化处理，严重制约了污泥处理工艺的发展；同时，污泥的监管体系还不完善，污泥的处理处置有许多环节，涉及到不止一个部门。缺乏一致的监管标准，各类主体职责分工不清晰都造成了污泥处理监督管理的乏力[4]。

1.3 国际情况

国外的污泥处理历史悠久，污泥的处理一直都备受重视。不同国家和地区因地制宜地采取符合本国国情的污泥处理技术，例如美国、法国以及葡萄牙等这些国家，污泥堆肥土地利用的占比在逐年减少。美国许多地区已经禁止污泥地方填埋；日韩国土面积较小，主要采用焚烧和热干化技术，同时他们正尝试利用污泥的营养成分把其作为蚯蚓饲料，另外也在尝试将污泥和混凝剂混合作为一种保护性地表层，这样有利于植被生长减少水土流失；欧盟等国家从2006年开始禁止填埋有机物含量大于5%的污泥，对于城市污泥用于农业生产有严格得规定，不允许污泥直接施用过的农产品售卖；英国、丹麦等国家政府则支持将城市污泥土地利用，以节约磷及其他矿物资源；荷兰、瑞典等国家则要求必须将城市污泥做热处理（发电、制建筑材料），污泥里面可能含有重金属元素、有毒有机物等有害物质，所以不允许污泥直接土地利用[5]。

2 当前污泥处理工艺比较

2.1 填埋处理

填埋是最早的污泥处理手段之一，是包括我国在内得许多国家污泥处置的重要途径，填埋处理要先经过机械压滤或者热处理等方式将污泥脱水，把剩下脱水后的污泥拉运到指定地点进行填埋处置。我国大多将污泥与生活垃圾混合之后在进行填埋，具有操作简单、成本低及周期短等优点。但是污泥填埋一方面会占用大量土地，另一方面可能污染周围的土壤及地下水，如果填埋不当产生的有害气体会污染大气。我国已经逐步限制未经无害化处理的污泥在垃圾填埋场填埋，并且许多国家甚至已经颁布相关规定禁止将城市污泥直接填埋。

2.2 焚烧处理

污泥焚烧处理技术是将脱水后的污泥放入焚烧炉内，进行有氧燃烧，碳化污泥中的大部分有机物，使污泥显著减量，污泥里的有害病菌通过焚烧被彻底杀灭，重金属成氧化态，最终得到稳定的灰渣[6]，根据灰渣不同组成可用于制备水泥或者陶瓷，焚烧污泥产生的热量也能被用于发电和供热，实现资源化；但是焚烧对设备和技术要求高，条件控制不当可能会产生二噁英、硫氢化物等剧毒物质，飞灰和底渣的管理也会增加运营成本。焚烧处理无害化稳定化彻底，效率高。因此，在经济发达且人多地少的国家和地区，焚烧成为处理污泥十分好的选择。

2.3 堆肥处理

污泥中一般含有较多的N、P、K等营养元素和一些微量元素，是不错的植物养料和土地优化剂，污泥无害化处理之后施用于农田和城市园林，非常有利于植物生长[7]，改善劣质土壤，达到资源化的目的，是目前我国处理污泥的主要方式之一。但大多污泥包有难以降解的有毒有机物或有累积危害的重金属，污泥中含有的病菌体也可能对农作物、植被造成不利影响，污泥农用的安全性在国际上受到不少质疑。因此，污泥要经过严格的无害化处理才能用于土地利用。对此我国应建立完善的污泥农用风险研究体系，对污泥的堆肥处理制定细致的法律法规，严格监管，各相关部门应权责明确，合理分工。

2.4 厌氧消化处理

污泥的厌氧消化技术由来已久，应用广泛，即利用厌氧菌和兼性菌使污泥发生厌氧生物化学反应，污泥中的有机物最终成为CO2、CH4和水等无害的物质，过程中产生的CH4可参与厌氧消化反应的加热过程[8]。厌氧消化处理能耗相对低，减量明显，生物稳定性高是性价比最优的污泥处理工艺。但是该方法工艺流程多，设备昂贵依赖进口，产生的CH4存在安全隐患，由于我国的城市污泥一般有机质含量较低、含砂量较高，污泥的可生化性较差，直接运用传统污泥厌氧消化工艺无法取得良好效果。为此针对我国污泥的特性，科研人员进行了广泛的研究，研发出超声波预处理、热水解、臭氧氧化以及加碱预处理等预处理工艺[9]，提高了传统厌氧处理中污泥的水解和酸化效率，缩短了该过程生化反应时间，使厌氧消化整体效率大大提升。

2.5 水泥窑协同处理

水泥窑协同处理污泥是污泥处理的一个新方向，国家也积极鼓励水泥厂参与污泥的处理，水泥厂在消纳污泥方面具有明显的优势，在水泥厂配套一个污泥烘干预处理系统，使用预热器废气余热将污泥烘至散状固态，再经输送及喂料设备送入分解炉焚烧。通过撒料板将进入炉内的散状污泥充分分散在热气流中，借助炉内的高温实现快速、充分地燃烧。通过水泥窑的焚烧使污泥中的有机物彻底的分解，二噁英的生成量很低，飞灰收集再利用，重金属固化在水泥中，对污泥的处理量大，效率高。但是该方法水泥厂的前期投资大，处理成本高，过程中易产生恶臭，若想提高污泥在水泥厂的使用率，政府在前期应给予政策优惠，帮助水泥厂建立污泥处理系统，同时水泥厂自身也要进行技术创新。

结语

随着城市化进程的加快，未来污泥排放量势必大大增加，城市污泥将成为环境保护关注的重点。污泥的处理工艺多种多样，而资源化利用和无害化处理无疑最具发展前景，在选择具体污泥处理工艺时，应充分考虑国情和污泥的特性，将污泥处理技术统筹利用。当前我国的污泥处理压力还很大，处理技术和设备还跟不上日益增加的污泥量。政府应从根本上重视污泥的无害化，稳定化，资源化处理，制定完善的污泥处理法律体系，加强对污泥处理的监管力度。污水处理企业应重视技术革新和人才引进将污泥的处理技术与污水处理的工业化、规模化过程相匹配，不断开发合适的污泥处理新技术。各种因地制宜的污泥处理工艺路线应该相互交流沟通，大大提高污泥的资源化程度，促进循环经济的发展。