丁镠

摘要：指出了隨著我國城市化進(jìn)程不斷加快，污水處理量與之俱增，同時也產(chǎn)生了大量污泥，其對環(huán)境的影響已經(jīng)相當(dāng)突出，污泥如何妥善地處理處置已經(jīng)成為了國家關(guān)注的熱點。對國內(nèi)外污泥處置現(xiàn)狀進(jìn)行了探討，系統(tǒng)分析了目前關(guān)于污泥的處理和處置技術(shù)，并提出了未來污泥處理處置的3種主流技術(shù)路線。

關(guān)鍵詞：市政污泥；處理處置；現(xiàn)狀與技術(shù)

中圖分類號：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2017）20009003

1引言

隨著中國城市化進(jìn)程不斷加快，城市人口不斷增加，我國污水處理量與之俱增，同時也產(chǎn)生了大量污泥。污泥的處置問題作為一項環(huán)保難題擺在了決策層面前。它聚集了城市污水處理過程中無法消解的重金屬等污染物，同時還包含大量的病原體、微生物等；如果不進(jìn)行妥善的處理處置，將會形成二次的污染，對環(huán)境造成很大破壞。

2污泥

2.1污泥的含義

污泥是在污水處理過程中產(chǎn)生的半固態(tài)或固態(tài)物質(zhì)，包含了大量的微生物病原體、有機物和膠體等。不論是活性污泥及其衍生技術(shù)，還是膜處理技術(shù)，在污水處理過程中都會產(chǎn)生污泥。

2.2污泥的分類

污泥通常是固液混合共呈存膠著狀的粘稠物，用自然沉降的方法一般很難進(jìn)行固液分離。通常按照以下的幾種方法來對污泥進(jìn)行分類：根據(jù)污泥的分離階段和處理的方法一般分為生物處理污泥和沉淀污泥[1]。目前一般的污水處理廠污泥大部分是生物處理污泥和沉淀污泥的混合污泥。處理的主要對象包括腐殖污泥、剩余污泥和初次沉淀污泥。按照污泥的來源通常分為河道湖泊淤泥、工業(yè)污泥和生活污泥。

2.3污泥的特性

污泥的主要特性是含水率高，含有大量的有機質(zhì)、易腐爛，有濃烈臭味，內(nèi)部含有各種寄生蟲和微生物，還含有重金屬，如鋅、鉻、銅、汞等。不加以處置任意排放，對人類及周圍環(huán)境的危害極大。

2.3.1重金屬污染

中國的污泥重金屬含量高。重金屬通過吸附和沉淀進(jìn)入并留在污泥里面。其中的一些重金屬主要來自工業(yè)廢水，如鉻、鎘等；還有一些重金屬來自人類生活中，如銅、鋅等。當(dāng)污泥施用于土壤后，其重金屬將累積于地表層，通過食物鏈，在農(nóng)作物、動物以及人類體內(nèi)積聚。因而，污泥中含有大量的重金屬是限制污泥大規(guī)模土地利用的重要方面。

2.3.2有機質(zhì)污染

污泥中含有大量的有機質(zhì)，不斷的進(jìn)行分解腐爛，也帶來很多病原體的微生物、寄生蟲等。同時污泥中存在大量如多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、呋喃等不易降解、有毒性、對人體危害大的有機高聚物。在未經(jīng)處理的新鮮污泥里面寄生著成千上萬的病原體，如將這些污泥任意排放，會跟土壤、水體結(jié)合，最終導(dǎo)致食物鏈的感染，給人體的健康帶來較大的危害。

2.3.3含水率較高

通常污泥的含水率用污泥里水的質(zhì)量除以污泥的總質(zhì)量來計算表示。污泥的含水率較高是由污泥中各種類型的水份組成決定的。通常污泥中7/10左右的是自由間隙水，呈游離態(tài)，在濃縮脫水環(huán)節(jié)可去除，1/5左右為毛細(xì)結(jié)合水，一般采用壓濾、離心脫水等較高的機械力去除，1/10左右為表面吸附水，一般通過加入絮凝劑來調(diào)節(jié)，最難脫水的是胞內(nèi)水，約占5%，可通過生物分離或熱力方法去除[2]。

3國內(nèi)外污泥處理處置現(xiàn)狀

3.1國外現(xiàn)狀

國外在污泥的無害化和資源化方面做得比較好。一些發(fā)達(dá)國家為了變廢為寶，大力發(fā)展資源化利用，現(xiàn)在已經(jīng)成為主要的發(fā)展趨勢。

3.1.1美國

在美國，絕大部分的污泥通過好氧發(fā)酵、厭氧消化以及焚燒等多種方式進(jìn)行相應(yīng)的處理，處理處置率達(dá)到80%左右。而在這80%被處理的污泥中，約有60%的污泥通過1300 多座厭氧消化與好氧發(fā)酵系統(tǒng)資源化處理，最終變成肥料進(jìn)行資源化利用。剩下的處理處置方式中，約1/5左右被焚燒處置，還有一小部分作為覆蓋土或者進(jìn)行填埋。美國的處置方式是循環(huán)利用，其污泥處理處置的未來發(fā)展趨勢是逐步減少填埋，部分地區(qū)已經(jīng)禁止土地填埋，重視資源化處理處置，加大能源利用。

3.1.2日本

眾所周知，日本國土面積有限，所以一直以來，日本的處理處置方式是填埋輔助，焚燒為主。從1980年以來，約2/3以上的污泥通過焚燒被處理，最終被用于水泥原料、路基和建筑材料等。最近幾年，污泥的熱解、干餾、氣化技術(shù)的不斷發(fā)展，在污泥的處理處置方法和工藝路線上都做了一定的調(diào)整，減少污泥的焚燒，重視污泥的生物質(zhì)能源利用，日本的污泥處理處置在未來的發(fā)展趨勢同樣是注重污泥的資源化利用。

3.1.3歐洲

20世紀(jì)，土地利用和衛(wèi)生填埋是歐洲一些國家的主要處理方式。1990年以后填埋場緊張，為緩解土地壓力，歐洲國家上馬干化焚燒項目。隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)更完善，污泥成分發(fā)生改變，污泥的泥質(zhì)特性已遠(yuǎn)高于以前，再加上干化焚燒高額的運行成本和投資費用，歐洲發(fā)達(dá)國家也紛紛重視污泥資源化的利用，制定了一系列的政策用來支持和鼓勵污泥的土地利用。但是各國的土地資源和經(jīng)濟(jì)水平參差不齊，其處理的技術(shù)和處置的方式也不完全一致。現(xiàn)在污泥處理的目標(biāo)是減量化、無害化、穩(wěn)定化和資源化。基本上各國都已經(jīng)將如何將污泥在減量化和無害化的基礎(chǔ)上更好的進(jìn)行資源化利用作為未來污泥處理處置的研究重點，而污泥的資源化處理處置也是未來污泥處置的發(fā)展趨勢。

3.2國內(nèi)現(xiàn)狀

受經(jīng)濟(jì)條件的制約，我國污泥處理處置整體發(fā)展滯后。一直以來存在著重水輕泥的現(xiàn)象，污水處理廠的污泥通常在污水廠內(nèi)簡單的脫水后就被外運。隨著生態(tài)環(huán)境的持續(xù)惡化，污泥的處理處置也逐漸受到了重視，進(jìn)入21世紀(jì)后隨著相關(guān)部門對這一問題的重視和關(guān)注，一些發(fā)達(dá)地區(qū)都紛紛建設(shè)了污泥的治理項目。在我國，目前污泥的處置方式和比例情況分別是：2/3的土地填埋、1/5被外運和隨意堆放、焚燒和資源化利用的比例較少[3]。而由于我國這方面的制度不完善，監(jiān)管不到位，大部分的填埋和外運堆放基本屬于無人管狀態(tài)，所以嚴(yán)格意義上的減量化無害化穩(wěn)定化處置不到1/5。endprint

在我國還有接近18%的縣和90%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)沒有污水處理的設(shè)施，農(nóng)村地區(qū)幾乎還是個空白[4]。隨著我國城市化進(jìn)程的加快和生活水平的提高，伴隨著大量的污水產(chǎn)生的將是大量的污泥，到2015年底全國的污泥總產(chǎn)生量約為3500萬t。據(jù)預(yù)測，中國在 2020～2025 年間的污水處理量將達(dá)到項峰，到2020年末全國的污泥總產(chǎn)生量很有可能突破 6000萬t[5]。

4污泥處理處置技術(shù)

4.1衛(wèi)生填埋

污泥衛(wèi)生填埋目前在我國污水處理廠中普遍采用。這種處理方式投資小、成本低、操作簡單。但是污泥中的病原體和重金屬很容易進(jìn)入土壤和污染地下水，進(jìn)而對居民的生活造成危害。同時未經(jīng)無害化穩(wěn)定化處理的污泥粘稠而且易腐爛發(fā)臭，縮短了填埋場的使用壽命。

但是鑒于我國的實際情況以及綜合考慮各種處置方法的成本，現(xiàn)階段填埋是我國大部分污泥的處置方式，后果已經(jīng)顯現(xiàn)，一些大城市的填埋場已經(jīng)不堪重負(fù)，部分地方城市的垃圾填埋場已經(jīng)明確拒收污泥。

4.2熱干化

污泥熱干化的是指利用熱能，將脫水污泥加溫干化，使之成為干化產(chǎn)品。根據(jù)污泥干化的工藝可以分為間接和直接干化。

間接干化一般是通過換熱器將電廠高溫的煙氣或水泥窯等工藝窯爐的余熱與熱工介質(zhì)進(jìn)行熱交換，熱工介質(zhì)吸收熱量后再通過密閉的管道回路和污泥換熱從而對污泥進(jìn)行不斷的干化，換熱過程不與污泥發(fā)生直接接觸。相比較直接干化而言，雖然會有一些熱量的損失，但是后續(xù)處理的廢氣較少，大大節(jié)約了后期廢氣處理成本，同時也避免了二次污染。

直接干化是將電廠等窯爐的高溫?zé)煔饣驘犸L(fēng)直接通入在干化設(shè)備，在設(shè)備內(nèi)和濕的污泥進(jìn)行直接接觸，污泥吸收熱量后污泥中的水分蒸發(fā)，高溫?zé)煔饣驘犸L(fēng)會帶走一部分蒸發(fā)處理的水分，雖然沒有了熱效率的問題，但是隨之帶來的就是煙氣或熱風(fēng)夾雜了有污染性的氣體，后期廢氣處理的成本大大增加了。

在干化領(lǐng)域，以提高安全性和熱效率為目標(biāo)專家學(xué)者們對干化技術(shù)進(jìn)行不斷的優(yōu)化，如何更有效的污泥干化是解決污泥處理處置的關(guān)鍵[6-8]。因此，結(jié)合了干化和焚燒工藝的污泥處理處置方法已經(jīng)成了我國污泥處理處置的主流技術(shù)之一，并會保存很長一段時間。

4.3厭氧消化

厭氧消化指的是在密閉的環(huán)境中，污泥里的可被生物分解的有機質(zhì)在微生物菌種的作用下，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生沼氣、二氧化碳等。厭氧消化根據(jù)厭氧反應(yīng)的時候的溫度差異可以分為35℃左右的中溫厭氧和55℃的高溫厭氧。目前在國內(nèi)運用比較多的是中溫的厭氧消化。

因為污泥經(jīng)厭氧反應(yīng)后穩(wěn)定化和無害化效果好，運行成本較低，并且可以通過產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行資源利用，所以對污泥進(jìn)行厭氧消化是國際上目前一種比較主流的污泥處理處置方法。與好氧消化相比具有成本低、不良?xì)怏w排放少等優(yōu)勢。國內(nèi)污泥厭氧消化處理起步于1984年建成的天津市紀(jì)莊子污水處理廠的污泥項目，隨后的20多年里我國一共建設(shè)了60多個污泥的厭氧消化項目。不過遺憾的是污泥的厭氧消化在我國存在明顯水土不服。在我國建設(shè)的污泥厭氧消化設(shè)施中，可以穩(wěn)定運營的只有幾座。主要原因是由我國污泥的泥質(zhì)決定了污泥可生化性差，有機物的含量較低，特別雨污分流沒做好導(dǎo)致了污泥含砂量過高。此外，我國缺乏沼氣利用的激勵機制，設(shè)備的投資費用高，系統(tǒng)運行較為復(fù)雜不易掌握。

不過，由于厭氧消化的優(yōu)勢明顯，為了彌補污泥厭氧在國內(nèi)的缺陷，眾多的專家學(xué)者針對國內(nèi)的污泥特性不斷研發(fā)和改進(jìn)提出了以熱水解、微波以及超聲波等為手段的污泥預(yù)處理技術(shù)，通過對污泥前期的熱水解等預(yù)處理，提高污泥在傳統(tǒng)厭氧過程中的水解和酸化的速率，縮短了厭氧消化的時間，減少了厭氧裝置的容積，污泥的厭氧消化整體效果顯著提高。因此，污泥厭氧消化技術(shù)在我國應(yīng)用的瓶頸正不斷被突破，未來將會得到進(jìn)一步發(fā)展，會是未來的一個主流方向。

4.4好氧堆肥

污泥堆肥工藝一般是將木屑、秸稈等植物經(jīng)過破碎后與污泥一起混合攪拌，送入堆肥車間，保持好一定的溫度、濕度，不斷鼓風(fēng)通入氧氣，在菌種的作用下將混合原料不斷氧化，不斷攪拌翻拋后最終全部分解成腐殖質(zhì)。被好氧堆肥處理后的污泥由于寄生蟲病原體都被消滅實現(xiàn)了無害化穩(wěn)定化的效果，可以用于土壤修復(fù)、園林綠化、垃圾填埋場的覆蓋土。

近些年，專家學(xué)者不斷的對好氧堆肥運行的不同階段的通風(fēng)量進(jìn)行研究，同時針對調(diào)理添加劑使用過多的情況，對C/N等控制因素的也進(jìn)行了一系列的理論研究，在前期預(yù)處理及堆肥設(shè)備和工藝上都有了明顯提高，運行成本和環(huán)境污染控制水平都了一定程度的改善。但長期以來人們對污泥好氧發(fā)酵技術(shù)存在占地面積大、對發(fā)酵產(chǎn)品存在重金屬污染等的認(rèn)識，限制了其在我國的推廣。該技術(shù)在相對欠發(fā)達(dá)地區(qū)，應(yīng)用前景較大。

4.5污泥焚燒

污泥焚燒是最徹底的處理方法，它能夠使有機物全部碳化，殺死病原體，可實現(xiàn)減量化、穩(wěn)定化和無害化。按照焚燒方式不同分為直接焚燒和干化焚燒兩種。

污泥的直接焚燒通常是用輔助燃料將送入焚燒爐內(nèi)的含水率很高的濕物料直接進(jìn)行焚燒，由于污泥水份大，熱值低，焚燒的時候能耗很高，后續(xù)排出的尾氣處理設(shè)備龐大，操作復(fù)雜。干化焚燒是指將污泥干化后再進(jìn)行焚燒。直接焚燒的建設(shè)投資和運行成本要高于干化焚燒，我國目前有很多地方的污泥是采用直接焚燒進(jìn)行處理，特別是電廠分布較多的沿海及江浙滬地區(qū)。當(dāng)前焚燒工藝包括單獨焚燒、電廠協(xié)同處置、水泥窯協(xié)同處置。

由于污泥中或多或少都含有一定比例的有機質(zhì)，在焚燒過程中會產(chǎn)生如二口惡英、二氧化硫等有毒氣體，處理不好非常容易造成二次污染影響生態(tài)環(huán)境。但焚燒具有處置效率高、技術(shù)成熟等優(yōu)點，且目前我國污泥處理缺口大，以焚燒為核心的處理方法是被認(rèn)為是污泥處置最徹底、快捷和經(jīng)濟(jì)的方法。

5結(jié)語

短期來看，深度脫水后衛(wèi)生填埋依然是很多城市的首選，但會逐漸減少被其它方式取代。焚燒方法在現(xiàn)階段優(yōu)勢明顯，但煙氣治理趨嚴(yán)以及其帶來的運行費用較高的問題是主要障礙。未來，干化焚燒以及水泥窯等的協(xié)同處置會是主流的技術(shù)手段之一。厭氧消化具有運行費用低、資源回收率高等優(yōu)點，特別是熱水解技術(shù)的應(yīng)用較好的解決了傳統(tǒng)厭氧的缺陷，未來也會成為污泥處理的主流技術(shù)之一。好氧發(fā)酵的優(yōu)勢在于其成本低，會得到經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的青睞?？偟膩碚f，我國目前污泥處理技術(shù)路線已基本形成，從建造投入、運營效果、資源再利用的角度來看，以厭氧消化、好氧堆肥和干化焚燒為主體的三種技術(shù)路線會是未來的主流。endprint

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Present Status Research and Analysis of Treatment and Disposal

of Sludge in the Urban Wastewater Treatment Plants

Ding Liu

（China Energy Engineering Group， Beijing， 100020， China）

Abstract： With the rapid progress of urbanization in China， the amount of sewage treatment in China is increasing， and a large amount of sludge has been produced.It has resulted in negative impact on the ecological environment.The treatment and disposal ofsludge has become a hot issue.This paper discussed the currentsituation and technologies of sludge treatmentand disposal then presented three mainstream technical routes for the sludge treatment and disposal in future.

Key words： sludge； treatment and disposal； present status and researchendprint