市政污泥处理处置及资源化途径与新技术的应用分析

鲍王轩

（中国市政工程西北设计研究院有限公司，福建 福州 350001）

市政污泥是指城镇生活废水经处理后遗留的产物。通常污水厂在处理生活废水时会采用沉淀、过滤等技术手段去除无机或有机颗粒物及可生物降解的化合物，处理后会产生大量的污水、污泥。近年来由于城市规模扩大、城市人口增多等因素的影响，导致市政污泥的数量也在不断增多。我国虽然在不断扩建和新修污水处理厂，但依然难以满足污泥处理处置的需求。大量未经无害化处理的污泥会造成二次污染，在治理污泥时也会造成水资源的浪费。

目前市政污泥的处理处置工作得到人们的高度重视，由此而开发的处理处置技术也在不断被应用。目前常见的处理处置措施包括土地利用、填埋、焚烧、综合利用等，这些技术在使用中具有不同的优势和劣势[1]。本文将对当前市政污泥处理处置的资源化途径及新技术的应用进行分析，致力于解决当前市政污泥处理处置中存在的突出矛盾，为城市的可持续发展提供保障。

1 市政污泥处理处置的原则与技术

目前我国城镇污泥处理相关配套设施尚处于大规模建设的阶段，但市政污泥的处理处置原则与技术尚未完全明确。污泥处理处置的基本原则、技术路线对污水处理厂的新建、改建有重要指导意义，因此需明确污泥处理处置的基本原则，并选择合适的技术路线。

1.1 污泥处理处置原则

市政污泥对环境的破坏极大，因此处理市政污泥的首要原则是“污泥全处理”，即需要逐步对所有市政污泥进行无害化处理。目前由于处理能力有限，某些地区尚不能对所有污泥进行处理，但应该明确所有污泥应该进行无害化处理的目标，并不断提升污泥处理能力。其次，污泥处理处置还需要遵循“环保”“再利用”“节能”“因地制宜”“安全”等基本原则。环保原则要求污泥的处理必须遵守环保的基本原则，各地在污泥的处理处置中不应以牺牲环保为代价，换取对污泥的临时处理，而应该以环保为基本准则，使污泥得到无害化处理；再利用原则要求尽可能地实现污泥的循环利用，无论是再用于工业、农业或其他行业，总之需要尽可能发挥污泥的再利用价值，“变废为宝”，再利用原则一方面可降低处理处置污泥的成本，另一方面也使得污泥具有循环利用价值，减少需要废弃化处理的污泥数量；节能原则是指尽可能降低污泥处理处置的成本，继而降低其在市政污泥处理中的公共支出，使污泥处理处置的总成本降低；因地制宜原则指处理时需要考虑到不同地区的差异，比如沿海地区和内陆地区在污泥处理处置中存在极大的差异，不能要求不同地区采用相同的处理处置思路，而应该结合当地实情，因地制宜地选择合理的资源化路径和技术路线；安全原则是指在处理处置过程中，相关人员需要保证处理过程的安全，避免发生安全生产事故。市政污泥处理处置基本原则是治理污泥的前提，相关部门应该以基本原则为基础，制定相关的规章制度。

1.2 污泥处理处置技术

目前市政污泥的处理处置技术尚处于不断发展的阶段，在技术路线上，不同地区存在较大的差异。常见的技术目标要求实现污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化[2]。其中减量化、稳定化、无害化技术主要是保障污泥的处置不对环境造成过多的不良影响，而资源化则是污泥循环利用的路线。

在污泥在处理处置过程中，相关人员需要充分考虑到污泥的具体构成差异，采用合适的技术以达到充分处理或充分利用的目的。如发达城市可投入资金数额大，适合开发污泥资源化的路线；而欠发达城市可投入资金少，则需要以无害化为基本目标，再考虑污泥的循环利用；有的地区污泥物质构成中有大量物质可回收，因此可作为建材、土壤进行综合利用；有的地区污泥物质构成不具备较大的回收价值，则可选择填埋的方式进行处理处置。污泥的不同处理处置技术路线，相关人员需尽可能结合当地实际情况来选择，不能刻舟求剑，盲目追求循环利用或单纯无害化处理。

1.3 污泥成分分析

市政污泥构成复杂，其中占比最大的是水分，约占总量的90%～99%，剩余成分则包括有机物、微生物、营养成分、黏土质、重金属等；有机物主要是指碳、氢、氧、磷等，以碳水化合物、蛋白质、脂肪等形式存在；微生物则包括细菌、寄生虫、病毒、轮虫、真菌等，这些微生物致病性高，未经过处理的污泥直接排放会导致微生物转移到植物、地下水、地表水中；营养成分则主要是指氮、钾、钙等元素，可帮助植物生长；黏土质是指可用于建筑材料的成分，包括硅、铁、铝、钙等，这些成分与建筑材料的原料相近；重金属则包括汞、镉、镍等，我国污泥中的重金属含量普遍低于欧美国家。

2 污泥处理处置的基本要求和方式

在污泥处理技术发展的过程中，国外的一些经验可供借鉴。欧美、日本等发达国家以资源再利用和热能回收作为最高优先原则，并以此原则发展出相应的技术路线[3]。而我国由于人口多，城市规模更大，污水处理后产生的污泥量也更大，如完全照搬欧美、日本的经验，则可能会出现南辕北辙的情况。住建部发布《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南》[4]，为污泥的处理处置提出基本原则，并明确处理处置的优先层级。第一层级是结合污泥的构成，优先考虑污泥土地利用（土地改良、园林绿化、农用等）的可行性；第二层级则是在第一层级无法实现时，考虑通过焚烧、建材利用等方式进行处理处置；第三层级则是在第一、第二层级均无法实现时，采用填埋等措施进行处置。

2.1 污泥的土地利用

污泥土地利用是污泥处理处置的第一层级，指在参考污泥构成的情况下，首先考虑污泥的土地利用。污泥的土地利用方向包括土地改良、园林绿化、农用等，不同污泥的基本构成决定了其是否能实现土地利用。污泥通常由有机质、无机质、氮、磷、钾等元素组成，这些物质构成的合理性是实现土地利用的前提。如污泥经处理后符合关于土地利用的标准《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》（GB/T 23486-2009）[5]时可用于园林绿化中；而在符合土地改良的有关标准《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》（GB/T 24600-2009）[6]时，则可用于沙化地、废弃矿场、盐碱地的改良中。土地利用的前提是经处理的污泥符合相关标准，如不符合标准，不仅达不到土地利用的效果，还可能造成环境污染。土地农用对污泥处置的要求最高，大部分污泥经处理处置后也依然难以满足土地农用的使用标准，故土地农用的利用方式在实际中应用较少。

2.2 污泥的建材利用及焚烧处理

第二层级的污泥处理包括焚烧、建材利用，焚烧对环境污染较大，处理人员通常在能够进行土地建材利用的情况下优先选择建材利用。有关部门要求经处理的污泥达到《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》（GB/T 25031-2010）[7]的标准后，可将污泥作为轻质砖的原料；而在满足水泥熟料的使用标准下，污泥还可作为水泥熟料生产的原料。污泥的建材利用方向具有极大的潜力，也是最符合资源化技术路线的选择，但作为建材使用的污泥，对其构成要求较高，不能达到使用标准的污泥采用建材利用的方式进行利用，会产生巨大的隐患。

焚烧是无法建材利用的污泥处理备选方案，将污泥加热至（850～1 100 ℃）的高温，通过热解、氧化使污泥中的有机物、微生物被彻底破坏，从而达到无害化处理的目的[8]。焚烧需要使用焚烧炉，还需要大量能源，故处理成本较高。为了降低焚烧成本，工作人员通常在焚烧前进行干化处理，降低污泥的含水量后再进行焚烧，但目前我国的干化焚烧技术水平较低，关键的技术和设备依赖国外，且存在能耗高、污染大的问题。

2.3 污泥填埋处理

无法实现第一、第二层级处理的污泥，当前主要是采用填埋的方式进行处理处置，由于污泥填埋的成本最低，故在部分地区被滥用。大量可进行土地利用、建材利用的污泥被直接通过填埋的方式处理，增加了环境负担。在正常情况下，需要在污泥泥质不适合土地利用、建材利用、焚烧处理时才考虑通过填埋的方式处置。并且在填埋前也需要对污泥进行处理，如以石灰稳定工艺，或添加粉煤灰、陈化垃圾等对污泥进行处理，以确保填埋后污泥的性质稳定，避免对土地、地下水等造成不良影响。

3 污泥处理处置及资源化利用新技术

发达国家由于人口数量少，城市规模较小等因素的影响，污泥数量远低于我国，故在污泥处理处置中可采用更为精细的技术实现污泥的循环利用或无害化处理；我国由于城市规模大、人口数量多，污泥的数量远高于国外发达国家，故污泥处理处置的资源化路线和技术不能直接照搬发达国家，而是需要结合我国实情进行有针对性的借鉴或研发。

3.1 污泥原位减量技术

目前在处理污泥时，第一选择是采用减量技术使污泥的总量减少。污泥原位减量技术能够使污泥的总量减少，其原理是降低污泥中的微生物数量，抑制微生物的生成、分解以达到减少污泥总量的目的[9]。既往利用的污泥减容减量技术与污泥原位减量技术存在本质的差异，前者只能降低污泥的含水量，通过减少污泥中的水分达到缩小体积的目的，并未实质减少泥质；而污泥原位减量技术通过抑制微生物的生产、代谢等，可使泥质减少20%～30%，不仅减少污泥中的水分，也减少了污泥中的泥质。原位减量技术利用污泥中微生物发酵效应进行处理，技术原理简单，具有经济、实用、耗能小等优势。随着发酵技术的发展，我国在该技术工艺上也取得了较大突破，但依然有需要解决的问题，如需要添加大量辅料促进发酵、存在人畜健康风险等。除原位减量技术外，通过污泥浓缩处理技术也可使污泥达到减量的目的。利用重力、离心、气浮等物理特性，可达到水、泥分离的目的，有效降低污泥中的含水量，降低后续处理技术的负担。

3.2 污泥干化技术

污泥干化是污泥处理中的重要步骤，通过干化处理的污泥更易进行后续利用，如焚烧、建材利用均需要先进行干化处理。干化处理的实质是去除污泥中的有机物，抑制微生物的繁殖生长，使其水分尽可能地降低。通常市政污泥的含水率在70%～80%左右，而在此含水量下，相关人员可通过微生物技术进行干化处理，使其水分降低，再利用热能技术进一步降低污泥的含水量。目前经干化处理的污泥含水量可降低10%～40%。污泥干化的过程是处理成本最高的部分，因此如何降低污泥干化的能源成本有重大意义。

随着污泥干化处理技术的发展，如何降低干化能源成本成为取得技术突破的关键。对于如何降低能源成本，目前主要技术路线包括：（1）利用太阳能、生物质能等新能源替代传统化石能源，降低成本，但该技术的使用受限于空间，大部分地区不具备利用太阳能等新能源的空间条件。（2）改进干燥机、反应器等，使能源利用效率提升，以达到降低能源支出的目的。（3）研发污泥干化的新技术，目前正在研发的技术包括生物干化、水热干化、低温真空脱水干化、微波干化等，但新技术的研发偶然性较大，无法准确推算可应用的时间。

污泥干化能为后续利用提供便利，但我国当前污泥干化技术水平较低，使用的设备、技术尚不成熟，存在较大的局限性。因此，相关部门需将污泥干化作为重点攻克项目推进。

3.3 污泥焚烧技术

污泥焚烧能使污泥的体积最大程度地降低，目前污泥焚烧技术可使污泥体积缩减至原污泥的10%以下[10]。经焚烧处理的污泥成为较为稳定的惰性灰渣，此类灰渣是建材利用的原料，因此污泥焚烧技术是实现污泥循环利用的重要前提技术，并且在污泥焚烧过程中可回收热量进行污泥的干化，极大降低能源支出，使得污泥处理全流程有机联合。

污泥焚烧工程极为复杂，且建设成本、运行成本均较高，极大制约着污泥焚烧技术的推广应用，由于技术成本的限制，目前尚不能大规模推进污泥焚烧技术的工业利用。以上海某污泥处理项目为例，其项目建设成本高达6亿元，而处理污泥的每吨成本超过200元，因此，我国在现有技术水平下，还无法通过焚烧实现污泥的循环利用。但污泥焚烧技术前景广阔，因此焚烧技术、相关设备的研发等一直受到重视，目前我国已建设一批示范工程，对推进污泥焚烧技术的发展有引领作用。这其中，异重流化床污泥清洁焚烧技术值得重视，该技术利用石英砂床料，并在流化床上添加钙基物质，是实现污泥循坏焚烧的重要基础技术。

3.4 厌氧消化技术

厌氧消化技术目前在污泥资源化中极为常用，它可将污泥中的碳、氮、磷等元素进行资源化利用。该技术通过在污水处理厂加装污泥厌氧消化装置，实现污泥的缩减。但是我国污泥中含有大量的泥沙，有机质含量低，实现厌氧消化技术较为困难，且其能源支出、产出难以平衡，因此目前我国绝大部分污水处理厂并未使用厌氧消化技术。近年来厌氧消化技术在我国也有一定发展，如通过高温、高压热水解设备实现低有机质的厌氧消化。其次，还有高含固氧技术，该技术基于污泥细胞破坏技术，能最大限度地破坏细胞，使有机物溶出，提升厌氧处理的效率和质量。目前围绕开发应用厌氧消化技术，已出现许多新的技术，这对规模化使用厌氧消化技术具有重要意义。

3.5 其它技术

除上述重点技术外，还有一些污泥处理处置技术也值得重视，这些技术可作为污泥处理处置的备选方案或储备技术。

3.5.1 湿式空气氧化技术

该技术是针对有机质含量丰富的污泥，通过将污泥储存在密闭的反应器中，通过构建高压、高温环境，加快有机质的氧化分解，最终生成二氧化碳和水。但该技术适用面较窄，且污泥有机质含量差异较大，反应基础不同导致的结果也不同。

3.5.2 蚯蚓处理技术

蚯蚓污泥处理技术是利用生物习性，通过蚯蚓处理污泥中的金属元素，使其含量降低，臭味减轻，并且泥质松散、营养丰富。处理后的产物在园林绿化方面有较好的前景，但受限于蚯蚓处理效率低的因素影响，该技术在现阶段不可能大规模应用。

3.5.3 人工湿地处理技术

该技术通过多种技术将污泥浓缩、脱水、降解处理后利用，但处理成本极高，因此可行性较低，尚停留在理论阶段。

4 结论与展望

市政污泥是城市运转过程中产生的“废物”，如不进行资源化、无害化等处理，会对我们的环境造成巨大破坏。近年来，随着我国城市人口的增多，市政污泥数量连年增加，即使不断新建污水处理厂也难以满足处理需求。因此，为了更为合理地处理污泥，本文对当前污泥处理基本原则、技术路线等进行了分析，旨在为今后污泥处理相关配套建设提供思路和技术上的参考。由于我国人口数量大，且尚处于工业化过程中，国情与发达国家不同，因此解决思路不能完全参考发达国家的解决办法。在处理原则上，我们应坚持从国情出发，遵循污泥处理的基本原则，不断探究更为合理的技术路线，实现污泥资源化、无害化的处理目的。