張智瑞，郭春霞，王 巖，劉德杰

(1.鄭州大學化工與能源學院，河南鄭州 450001;2.河南省固體廢物管理中心，河南鄭州 450004)

污泥是污水處理廠在污水凈化處理過程中產生的含水率不同的廢棄物，它是由多種生物形成的菌膠體與其吸附的有機物、無機物組成的集合體，是污水處理廠的附屬產物［1-2］。近些年來，全國城鎮(zhèn)污水的處理量大幅增加，污水處理廠產生的污泥也增長迅速。因此，如何將產量巨大、成分復雜的污泥進行妥善而安全地處理，使其穩(wěn)定化、減量化、無害化和資源化，已成為國內外環(huán)境界所關注的一個重要課題［3］。

1 河南省城市污泥產生量和處理現狀

截止2009年底河南省已建成并投入運行的城鎮(zhèn)污水處理廠共140座，年污水處理量約18億t，年產生污泥量約130萬t(含水率80%左右)，并且隨著河南省經濟和城鎮(zhèn)化建設的進度加快，河南省污泥的產生量仍將以每年5%的速度增長，到2015年河南省污泥年產生量將高達183萬t，屆時污泥的處理處置問題將更加突出。在環(huán)保部門的配合支持下，作者于2009年對河南省18個省轄市的污水處理廠進行了實地調查和統(tǒng)計分析，其調查結果如表1所示。

由表1可以看出，開封、鶴壁、焦作、濮陽、漯河、三門峽、商丘、信陽、周口、駐馬店和濟源這11個地市的污泥產生量均在5萬t左右，洛陽、平頂山、安陽、新鄉(xiāng)和許昌這5個地市的污泥產生量在10萬t左右。從城鎮(zhèn)人口數和工業(yè)單位數分析［4］，鄭州、南陽兩地的人口數量分別居于河南省前兩位，南陽的工業(yè)單位數在河南省位居第一位，鄭州的工業(yè)單位數也位居第四位，居民和企業(yè)用水數量大。因此，在河南省所有城鎮(zhèn)中鄭州市和南陽市所產生的污泥量也最多，污泥產量均達到了30萬t。

針對污泥的脫水，河南省大部分的污水處理廠采用重力濃縮和機械濃縮的工藝。在最終的污泥處置方式上，現在大部分污水處理廠都采用了衛(wèi)生填埋、土地利用和作為建筑材料(制磚和水泥)這三種形式，其中土地利用方式所占的比例約為16.9%，填埋方式82.9%，作為建筑材料的比例不到1%。就城市而言，開封、平頂山、三門峽、南陽、駐馬店等市的污泥全部采用了填埋方式，安陽采用填埋方式的比例約97%，而作為建筑材料方式的僅3%，其他各地市均采用土地利用和填埋作為污泥處置的最主要方式，各地市污泥處置方式統(tǒng)計結果見表2。

2 河南省各城市污泥理化性狀

2.1 污泥中有機質及N、P、K元素的含量分析

城市污泥中富含可用于土壤結構改良的有機質和氮、磷、鉀等多種植物營養(yǎng)元素。一般在沒有其它限制因素，如重金屬元素等存在時，污泥中的植物營養(yǎng)元素含量越高，其農林利用價值就越大［5］。本文通過對采自河南省多個地市的10個污泥樣品中有機質和總N、總P、總K元素含量的測定表明，各含量的平均值分別為 280、29.6、22.2、5.83 g/kg，該測定結果與郭廣慧等［6］于2006年對全國不同城市的98個污泥樣本測定結果非常相似，以此平均值作為河南省污泥中有機質和總N、總P、總K的含量，并對河南省污泥中的有機質及植物營養(yǎng)元素的總含量進行了計算，其結果見表3。

表1 河南省城鎮(zhèn)污水處理廠基本情況

表2 河南省各地市污泥處置方式統(tǒng)計結果

表3 河南省城市污泥的有機質及植物營養(yǎng)元素含量 kg

由表3可知，河南省城市污泥中有機質及總氮、總磷、總鉀含量的值分別為3.58×108、3.78×107、2.84×107和7.46×106kg。因此，如果這些污泥中的有害成分如重金屬含量等不超標的話，即符合污泥農用時重金屬污染物控制標準限值［7］，這些污泥的農林利用價值將十分巨大。

2.2 污泥中重金屬含量及質量分數的因素分析

通過對河南省各地市污水處理廠污泥進行采樣測定(測定結果見表4)，并按照我國《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)規(guī)定的污泥農用時(在中性和堿性土壤上)污染物的控制標準限值對比分析，表明河南省18個地市的污泥中共有5個地市的污泥重金屬超標，即鄭州、洛陽、三門峽、焦作和信陽，其中鄭州市為總鉻和總鋅超標，洛陽市為總銅、總鉛、總鎘、總鎳、總砷和總鋅超標，三門峽市為總銅、總汞、總鎳、總砷和總鋅超標，焦作市為總鉻和總鎘超標，信陽市為總鎘超標。由此可見，除上述這5個城市的污泥在農林土地上使用受到一定限制外，其他地市的污泥均具有農林地應用的可能性。

表4 河南省城市污泥中重金屬含量 mg/kg

污水處理廠的進水水源、處理規(guī)模、處理工藝及重金屬形態(tài)等都是影響污泥中重金屬質量分數的因素，其中，進水水源對其影響較大，特別是工業(yè)污水是污泥中重金屬的主要來源［8］。

表5 重金屬污水的主要來源

表5給出了重金屬污水主要來源的工業(yè)企業(yè)。結合表5和各地市的工業(yè)企業(yè)數量［4］可知，鄭州與排放總鉻和總鋅相關的工業(yè)數量占總工業(yè)企業(yè)單位數量的36%，洛陽與排放總銅、總鉛、總鎘、總鎳、總砷和總鋅相關的工業(yè)數量占總工業(yè)企業(yè)單位數量的62%，三門峽與排放總銅、總汞、總鎳、總砷和總鋅相關的工業(yè)數占總工業(yè)企業(yè)單位數的57%，焦作與排放總鉻和總鎘相關的工業(yè)數量占總工業(yè)企業(yè)單位數量的45%，信陽與排放總鎘相關的工業(yè)數量占總工業(yè)單位數量的33%。從上述數據分析來看，河南省5個地市的污泥重金屬超標的確與其經濟發(fā)展和工業(yè)結構相關性很大。因此，為了便于將來的污泥資源化處理與處置，當地政府及環(huán)保部門應加強對那些含重金屬污水排放企業(yè)的監(jiān)督與管理，以確保這些企業(yè)的污水能夠達標排放。

3 污泥處理處置思路和對策

目前河南省各地市的污泥大多采用填埋法進行處理。污泥填埋投資低、容量大、見效快，利用太陽能熱可有效殺滅污泥中的病原菌，而且隨著滲濾液的導排可使污泥中的重金屬含量降低，填埋穩(wěn)定化以后，污泥的腐殖化程度逐漸提高［9］，但是，由于污泥含水率過高，大部分都在80%左右，加之污泥中有機成分含量較高，存放時間長時極易發(fā)生變質發(fā)臭，從而給污泥的運輸、暫存和填埋帶來不便。此外，也由于污泥的含水率過高，導致其黏性大，無法與其他垃圾均勻混合，因而也阻礙了填埋場垃圾正常的生物發(fā)酵和降解過程;填埋場的地基也需要做好防滲處理，滲濾液一旦泄漏會對環(huán)境造成威害［10］，因此許多垃圾填埋場均拒絕含水率大于60%的污泥進入場地。加之近年來各城市的垃圾產生速度較快，污泥的填埋更加縮短了垃圾填埋場的使用年限，因此對于人口稀疏、土地資源多、經濟相對欠發(fā)達的地市可以選擇該方式。相對而言，河南省的濟源市、漯河市在一段時間內較為適用此種污泥處置方式。

土地利用是城市污泥資源化處置的常用方法，其優(yōu)點是投資少、能耗低、運行費用低，可充分利用污泥中的有機物及N、P元素對土壤結構進行改良，增加土壤肥力，用于綠化及農林業(yè)時可以節(jié)約化肥，促進草木的生長［10］。但是，如果污泥中有毒有害物質的含量超標，就會進入土壤，導致蔬菜中的病菌和重金屬含量超標，同時影響植物的生長，并污染地下水，因此該方法的選用應受到限制［11］。從河南省污泥成分的分析來看，河南省大多數地市的污泥重金屬含量均符合國家污泥農用標準，因此在這些地市應加快投資對污泥進行堆肥化處理，同時加大政府宣傳力度，明確責任主體，指導當地農民正確地將堆肥化處理后的污泥應用于林地、園林綠化和農地，以發(fā)揮污泥的肥效。

污泥建材利用包括利用污泥及其焚燒產物制造磚塊、水泥、陶粒、玻璃、生化纖維板等［12］。污泥中含有硅、鋁、鈣、鐵等元素及其無機物，成分上與建筑材料相似，把污泥用做建材的方式不僅減少了污泥填埋占用的土地，降低了自然資源的消耗，同時實現了污泥的循環(huán)利用，變廢為寶［13］。但是污泥的制磚費用比普通磚成本高，而且干化污泥需要大量的能耗，對干化工藝技術的突破是影響污泥建材利用的關鍵因素［14］。目前國內大多采用干化污泥制磚、制水泥產品的銷售渠道沒有形成，導致該市場的前景不景氣。理論而言，該方式僅適用于周邊有大型建材企業(yè)的城市和城鎮(zhèn)，如平頂山、新鄉(xiāng)、鶴壁、南陽、安陽等地市，對于那些重金屬含量超標的污泥，該方式可作為首選。

污泥干化焚燒是一種較為徹底的處置方式，可實現污泥的能量回收，減少電能或熱能的消耗。焚燒可減少污泥的體積和總量，處理速度快，焚燒灰也可以制成有用的產品;就地焚燒解決了污泥的長距離運輸，回收的能量又可以用來供熱和發(fā)電，但是該方法投資高，能耗大，燃燒時需要對尾氣進行嚴格處理，燃燒的過程中會產生二氧化硫、二噁英等有害氣體，污染大氣，焚燒也大大浪費其中的營養(yǎng)物質［15］。因此在污泥中有毒有害物質很高、污泥產量大，當地垃圾填埋場地又十分緊張的市縣［16］可優(yōu)先考慮此種技術。例如在經濟相對發(fā)達的鄭州、洛陽和南陽等城市可以進行示范工程建設，取得經驗后再逐步于其它地市進行推廣。

總之，污泥的處理方式應根據污泥的性質和當地的實際情況進行選擇。其中，最理想的方式應是將其進行資源化綜合利用。因此，通過推行循環(huán)經濟模式來預防、消除和削減污泥中的污染源，以保證污泥資源的安全利用和當地經濟、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展［17］。

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