城市污泥资源化利用现状及发展趋势

饶远红

（湖南川涵环保科技有限公司，长沙 410016）

污泥是污水处理的一大副产物，其产生量伴随着城市规模的扩大而不断增加，相应的处理压力日益增大。城市污泥含有丰富的有机物、营养元素以及重金属，具有资源与污染的双属性，若单纯作为固体废物进行填埋，则占地面积大，而且存在资源浪费问题。为有效弥补污泥处理处置成本、回收利用资源并解决污泥的最终去向问题，开展城市污泥资源化利用的研究与应用十分重要。目前，国内在此方面已经颁布了不少标准与规范进行指导，相关技术与设备研发也取得一定的进展，下一步还需要继续进行实际应用研究，以真正实现全面推广。

1 城市污泥的产生与危害

随着污水处理率的提高，污泥产生量不断攀升。据统计，2014年我国干污泥产生量为813.4万t，2020年增长至1 459.5万t，2014年以来干污泥产生量复合增速率达到10.23%，此数据还将持续增长。

城市污泥是固态或是半固态非均质体，富集了污水中的污染物，含有无机物、有机物、细菌菌体和胶体等，成分相对繁杂且性质不稳定。若大量污泥未能够获得及时、有效的处理，则极易产生恶臭、滋生病原微生物、污染水体，对生态环境与人们的生命健康产生巨大威胁。从污水处理情况来看，污水中70%～80%的重金属元素会经由物理沉降、吸附作用等转移至污泥内，且浓缩至污泥中的重金属性质稳定、不易分离，久而久之出现累积效应。目前，我国污泥处理方式仍以卫生填埋为主，但是随着污泥产生量的增大，填埋处置的弊端逐渐暴露，其占用了大量土地，且污泥中的有害物质未能有效去除，仅仅是换了储存载体，填埋区周边土壤及地下水极易受到污泥中重金属及有机污染物的影响。总的来说，近些年，污泥引发的各类环境问题逐渐凸显，其作为一种被浪费的资源，加强资源化利用的研究与应用具有必要性，不仅要实现其应有的经济效益，更要具备环保效益，最终获得良好的社会效益。

2 城市污泥资源化利用现状

城市污泥资源化利用是一大必然趋势，资源短缺的形势下，很多发达国家已将污泥视为一种资源而非固体废物，资源化利用程度也比较高。近年来，对于城市污泥资源化利用，我国在政策上给予了很大的支持，在技术方面也有所进展。

2.1 政策支持现状

2015年4月，国务院印发《水污染防治行动计划》，提出污泥需要实施稳定化、无害化和资源化处理处置，严禁不达标污泥进入耕地，与此同时对地级及以上城市污泥无害化处理处置率的要求进一步提高，其需要超过90%。2016年12月，国家发展和改革委员会、住房和城乡建设部联合印发《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》，提出必须从“重水轻泥”朝着“泥水并重”的方向转变，提高污泥处理的重视度。2020年7月，国家发展和改革委员会、住房和城乡建设部联合印发《城镇生活污水处理设施补短板强弱项实施方案》，提出要进一步促进污水资源化利用、污泥无害化资源化处理处置。

与此同时，地方政府根据自身特点，出台了污泥处置相关政策与规划。据统计，我国31个省级行政区（不包括香港特别行政区、澳门特别行政区和台湾省）均出台了相关规划，要求污泥无害化处理处置率超过90%，并在“十四五”生态环境保护规划中提出推进污泥无害化、资源化处置要求，污泥资源化利用方面给予了一定的政策倾斜。

2.2 技术研究现状

污泥资源化利用要求尽量利用污泥有用成分，实现有机质、营养元素的循环，达到节能减排的效果，同时不得对环境产生二次污染。目前，我国城市污泥资源化利用技术研究取得不少成果，污泥资源化利用水平总体上升。

2.2.1 土地利用

污泥是一种较好的土壤改良剂，但是由于含有害物质，无法直接用于土地，必须经无害化处理，杀死病原菌，降低有毒物质危险性，方可用于农田、林地和园地。在污泥处理中，堆肥处理可杀灭病原菌、寄生虫，但是针对重金属去除问题，生物沥浸是一种较为理想的技术，不仅可实现重金属的去除，还可实现污泥高度脱水，最大限度地保留污泥中的有机质和热值，有利于后续资源化利用。

2.2.2 建筑和工艺材料

污泥焚烧后获得灰渣，其成分与黏土类似，可用于建筑与工艺材料制作，如轻质骨材、透水砖、混凝土骨材、混凝土二次制品和沥青填充材料等。污泥焚烧后，重金属可永久固定在材料内，有效避免二次污染。灰渣制成的玻璃陶瓷强度超过天然材料，如花岗岩、大理石等，耐久性表现较好。但是，灰渣固有孔隙率将影响制成材料的孔隙率，其铁、钙含量对产品硬度也会产生一定影响。

2.2.3 能源利用

污泥热解、污泥制氢、污泥发电以及辅助燃料都是污泥进行能源利用的重要方向。其中，城市污泥低温热解是一项新兴技术，可合理回收热能，热解产物可利用性高，污染程度较低。污泥制氢包括生物制氢、高温气化制氢以及超临界水气化制氢等工艺，具体原理如表1所示。污泥发电是一种较为常见的方法，典型工艺有污泥焚烧发电、污泥厌氧消化产沼气发电，沼气发电工艺流程如图1所示。目前，最新研究方向主要集中在污泥微生物燃料电池（SMFC）方面，在发电时从污泥中提取生物质能。研究显示，干化污泥是一种节能环保的辅助燃料，适宜的干化方式可保存湿污泥中90%以上的原始热值。

图1 污泥厌氧消化产沼气发电技术路线

表1 污泥制氢工艺原理

2.2.4 环保材料

污泥可用于生物炭、絮凝剂、粘结剂和可降解塑料等环保材料的制作，现阶段可降解塑料的研究中，聚羟基烷酸酯（PHA）材料受到广泛关注，其可由生物污泥厌氧消化中间产物挥发性脂肪酸（VFA）合成。该方法能解决可降解塑料生产原料成本高的问题，同时实现污泥的资源化利用，被认为是新一代污水处理及污泥减量化资源化利用技术。

3 城市污泥资源化利用的发展趋势

当前，随着我国城市污泥产生量的大幅增加，污泥处理处置方面陆续出现了各种新型资源化利用方法，相关规范不断完善。为进一步提高城市污泥资源化利用水平，当前迫切需要加强相关技术发展路径的研究。鉴于我国污泥产生量、处理现状以及资源化利用技术研究情况，未来城市污泥资源化利用技术发展路径主要有3种：以沼气能源回收和土地利用为主的厌氧消化/好氧堆肥技术路线；污泥干化+焚烧/热解技术路线；以建材利用为主的技术路线。下面提出具体发展建议。

现阶段，相关部门在污泥土地利用方面尚未形成共识，且公众对污泥土地利用的认识不足。因此，必须完善污泥资源化利用风险评估机制，制定相应的法规政策，同时积极宣传污泥资源化利用的利弊，加强公众认识。我国在污泥干化焚烧/热解方面尚处于起步阶段，存在诸多建设、运行问题。所以，必须加强工程设计与运行经验的积累，综合考虑污泥处理处置投资、运行成本及其社会经济效益，同时应最大限度地减少焚烧产物的毒性。

污泥建材利用是目前较具潜力的一种资源化利用方式，不仅可以减少自然资源消耗，而且可以使资源得到循环利用，提高其经济价值。它既解决了污泥的出路问题，又满足建材生产的原料需求。污泥建材利用包括制砖、制纤维板材、制熔融材料、制陶粒等。一是污泥制砖，主要方法有两种，即干化污泥直接制砖和污泥灰渣制砖。干化污泥直接制砖节约了焚烧部分的投资，且烧结时能充分利用污泥自身热量，经济效益更明显。二是污泥制纤维板材，主要利用污泥中的蛋白类物质能溶解于水及稀酸、稀碱、中性盐溶液这一性质，基于碱性条件进行加热、干燥与加压，发生蛋白质变性，以此制成活性污泥树脂（也称为蛋白胶），使之与漂白、脱脂处理后的废纤维压制成板材，其品质优于国家三级硬质纤维板。三是污泥熔融制得熔融材料，其既可用作混凝土骨料，也可用作路基、路面以及地下管道衬垫材料。利用城市垃圾焚烧灰渣与污泥，可制成生态水泥，生态水泥与普通水泥相比，最大的特点是凝结时间短。四是污泥制陶粒是一种新型建材，其具有轻质、高强、保温、隔热、耐久等特点，节能效果较好。目前，我国已具备成熟的陶粒生产技术与设备制造能力。

未来，要加强污泥资源化利用新路线的研究，充分引进和消化发达国家的先进技术和成功经验，经由实践进行工艺优化、关键设备研发，推进我国污泥资源化利用的工业化进程，并将新技术运用于现代产业。

4 结语

城市污泥的处理处置与资源化利用对控制污泥环境危害与加强资源回收具有重要意义。近年来，我国不断加深对污泥资源化利用的认知，同时出台不少支持政策，相关技术研究也取得一定成果。从实际应用来看，必须根据当地污泥性质与经济环境状况，合理选择污泥资源化利用的技术路线，保证技术的可行性与经济性，最大限度地获得污泥资源化利用的社会效益、经济效益与生态效益。