城市污水廠污泥處置方式及資源化利用

    城市污水廠的污泥是指處理污水所產(chǎn)生的固態(tài)、半固態(tài)及液態(tài)的廢棄物，含有大量的有機(jī)物、豐富的氮磷等營養(yǎng)物、重金屬以及致病菌和病原菌等，如果不加處理的任意排放和投棄會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。隨著污水處理設(shè)施的普及、處理率的提高和處理程度的深化，污泥的產(chǎn)生量必將有較大的增長。如何妥善地處置污水廠污泥，并將其作為一種新的資源加以有效利用，變廢為寶，已成為城市污水廠和相關(guān)部門提高技術(shù)水平和管理水平的重要因素，也是全球共同關(guān)注的課題。

    1.污泥最終處置的主要方式

    目前，國內(nèi)外污泥最終處置方式主要有：綜合利用、填埋、投海。

    （1）綜合利用

    ①農(nóng)田林地利用

    污泥脫水后堆肥農(nóng)用是目前國內(nèi)一些污水處理廠正在進(jìn)行研究和開發(fā)的課題，污泥中含有大量植物生長所必需的肥分（N、P、K）、微量元素及土壤改良劑（有機(jī)腐殖質(zhì)）。我國城市污水處理廠的各種污泥所含肥分見表1，故污泥農(nóng)田林地利用是最佳的最終處置方法，但污泥中也含有對植物及土壤有危害作用的病菌、寄生蟲卵、難降解有機(jī)物、重金屬離子以及N、P的流失對地表水和地下水的污染，甚至可能含有一些致癌物質(zhì)，目前對重金屬污染研究較多。因此，在作農(nóng)田林地利用前，應(yīng)進(jìn)行堆肥處理以殺死病菌及寄生蟲卵，同時(shí)還應(yīng)去除這些有害物質(zhì)。目前普遍的問題是檢測手段跟不上要求，處理成本無法和經(jīng)濟(jì)效益相平衡，化肥的普遍應(yīng)用造成銷售市場難以開發(fā)等，這些使得此種處置方式尚未得到普遍的推廣。我國有大量工業(yè)廢水進(jìn)入污水處理廠，污水中重金屬離子約有50％以上轉(zhuǎn)移到污泥中，污泥中的重金屬離子含量一般都較高，

    為提高污泥的農(nóng)用量可以采取一些措施：一是把污泥制成有機(jī)—無機(jī)復(fù)合肥料，適當(dāng)添加鉀肥以補(bǔ)充污泥肥料中鉀的不足，這樣可以提高肥效降低有害物的含量；二是在經(jīng)濟(jì)政策上優(yōu)惠使用污泥復(fù)合肥料的單位或個(gè)人，如免費(fèi)提供試用肥料樣品，免費(fèi)為施用污泥復(fù)合肥料的區(qū)域或地塊作土壤營養(yǎng)狀況分析等。

    為提高污泥的農(nóng)用量可以采取一些措施：一是把污泥制成有機(jī)—無機(jī)復(fù)合肥料，適當(dāng)添加鉀肥以補(bǔ)充污泥肥料中鉀的不足，這樣可以提高肥效降低有害物的含量；二是在經(jīng)濟(jì)政策上優(yōu)惠使用污泥復(fù)合肥料的單位或個(gè)人，如免費(fèi)提供試用肥料樣品，免費(fèi)為施用污泥復(fù)合肥料的區(qū)域或地塊作土壤營養(yǎng)狀況分析等。

    ②污泥焚燒產(chǎn)物利用

    污泥中合有一定量的有機(jī)成分，經(jīng)脫水干燥的污泥可用焚燒處理。在日本，該方法巳占污泥處理總量的60％以上、歐盟也在10％以上。為防止焚燒過程中產(chǎn)生二噁英等有毒氣體，焚燒溫度應(yīng)高于850℃。污泥焚燒所產(chǎn)生的焚燒灰具有吸水性、凝固性，因而可用于改良土壤、筑路等，也可作為磚瓦和陶瓷等的原料，另外，污泥灰也可以作為混凝土混料的細(xì)填料。將污泥轉(zhuǎn)變成一種顆粒狀燃料，可以很好燃燒，其熱值和褐煤相當(dāng)，燃燒釋放的有害氣體遠(yuǎn)低于焚燒過程，其殘余物可用于建筑工業(yè)。

    污泥焚燒可以從廢氣中獲得剩余能量，用來發(fā)電。在脫水污泥中加入引燃劑、催化劑、疏松劑和固硫劑等添加劑制成合成燃料，該合成燃料可用于工業(yè)和生活鍋妒，燃燒穩(wěn)定，熱工測試和環(huán)保測試良好，是污泥有效利用的一種理想途徑。

    ③低溫?zé)峤庵迫】扇嘉?

    污泥熱化學(xué)處理因其無害化和減量化徹底，地位已逐漸增強(qiáng)。污泥低溫?zé)峤馐且环N發(fā)展中的能量回收型污泥熱化學(xué)處理技術(shù)。它通過在催化劑作用下無氧加熱干燥污泥至一定溫度（<500℃）、由干餾和熱分解作用使污泥轉(zhuǎn)化為油、反應(yīng)水、不凝性氣體和炭等可燃產(chǎn)物，最大轉(zhuǎn)化率取決于污泥組成和催化劑的種類，正常產(chǎn)率為200～300L（油）/t（干泥），其性質(zhì)與柴油相似。

    ④建筑材料利用

    污泥可用于制磚和制纖維板材。

    污泥制磚的方法有兩種。一種是用干化污泥直接制磚，另一種是用污泥灰渣制磚。用干化污泥直接制磚時(shí)，應(yīng)對污泥的成分作適當(dāng)調(diào)整，使其成分與制磚粘土的化學(xué)成分相當(dāng)。當(dāng)污泥與粘土按重量比1:10配料時(shí)，污泥磚可達(dá)普通紅磚的強(qiáng)度。利用污泥焚燒灰渣制磚時(shí)，灰渣的化學(xué)成分與制磚粘土的化學(xué)成分是比較接近的，制坯時(shí)只需添加適量粘土與硅砂。比較適宜的配料重量比為灰渣：粘土：硅砂＝100:50:（15～20）。

    污泥制生化纖維板，主要是利用活性污泥中所含粗蛋白（有機(jī)物）與球蛋白（酶）能溶解于水及稀酸、稀堿、中性鹽的水溶液這一性質(zhì)，在堿性條件下加熱、干燥、加壓后，發(fā)生蛋白質(zhì)的變性作用，從而制成活性污泥樹脂（又稱蛋白膠），使之與漂白、脫脂處理的廢纖維壓制成板材。其品質(zhì)優(yōu)于國家三級硬質(zhì)纖維板的標(biāo)準(zhǔn)。

    （2）填理

    污泥填埋有填地與填海造地兩種。

    污泥消化后經(jīng)脫水再進(jìn)行填埋是目前國內(nèi)許多大型污水處理廠中常采取的方式，經(jīng)過消化后的污泥有機(jī)物含量減少，性能穩(wěn)定，總體積減少，脫水后作填埋處置是一種比較經(jīng)濟(jì)的處理方式。由于消化裝置工藝復(fù)雜、一次性投資大、運(yùn)行操作難度大，實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明往往難以達(dá)到預(yù)期的效果。況且脫水污泥含水率大大高于普通生活垃圾衛(wèi)生填埋場所要求的30％含水率，因此需再經(jīng)處理才能送生活垃圾填埋場填埋；或者設(shè)置專用的污泥填埋場，根據(jù)污泥的含水率及力學(xué)特性等因素進(jìn)行專門填埋，但此法有占地較大、選址受阻及存在二次污染隱患等缺點(diǎn)。

    污泥填埋的操作要求與垃圾填埋相似。污泥填埋場的滲濾液屬高濃度有機(jī)污水，必須集中加以處理；污泥填埋場四周應(yīng)設(shè)圍欄，并采取相應(yīng)的防蚊蠅、防鼠措施，未經(jīng)干燥焚燒處理的污泥，宜小規(guī)模分層填埋，生污泥泥層厚度應(yīng)<0.5m，消化污泥泥層厚度應(yīng)不大于3m，泥層上面鋪砂土層為0.5m，彼此交替進(jìn)行填埋，并設(shè)置通氣裝置，污泥焚燒灰渣填埋時(shí)，可不分層填埋。

    污泥填海造地，應(yīng)遵守下列要求：①必須設(shè)護(hù)堤，滲水也必須集中進(jìn)行處理，以防污泥和污水污染海水；②污泥或灰渣中的重金屬含量應(yīng)符合填海造地標(biāo)準(zhǔn)。

    （3）投海

    沿海地區(qū)，尤其是有大江、大河入海口附近，可考慮把生污泥、消化污泥、脫水泥餅或焚燒灰渣投海。投海污泥最好是經(jīng)過消化處理的污泥。投海方式可用管道輸送或船運(yùn)，其中管道輸送較為經(jīng)濟(jì)。在污泥投海工程實(shí)施前，必須搞好投海區(qū)的選擇（離海岸10km以外，水深25m左右），以保證海水的稀釋與自凈作用。

    總之，綜合利用將是今后污泥處置的主要方式。填理由于占地多，潛在生物可利用率低，滲濾液可污染地下水，后續(xù)處理管理費(fèi)用高等問題，應(yīng)用受到限制。海洋投棄將逐漸被禁止。隨著科技的發(fā)展，污泥的有效利用的方式和有效利用率將會(huì)進(jìn)一步增加。

    2.污泥利用方案的選擇

    （1）污泥利用的潛在風(fēng)險(xiǎn)

    污泥利用需滿足嚴(yán)格的環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，不能造成新的環(huán)境危害。污泥利用的環(huán)境問題是重金屬和氮對土壤、作物、水體的影響以及病原物污染，所以具有潛在風(fēng)險(xiǎn)。污泥的熱能利用無疑是風(fēng)險(xiǎn)最小的，而土地利用則需嚴(yán)格管理，只有重金屬含量低于農(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)才可用于農(nóng)作物，而且污泥肥的施用也需嚴(yán)格定量以控制重金屬的積累和減少氮、磷淋失對水體的污染。至于病原物污染，熱干化的安全性較佳，因其高溫滅菌作用很徹底，產(chǎn)品可完全抑制微生物的活性；堿性穩(wěn)定化基本上也能達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)；堆肥則不足以保證安全性，因病原物仍有少量存活且產(chǎn)品的高含水率（一般為30％～40％）可使病原物復(fù)活，故采用堆肥方案時(shí)需加強(qiáng)對堆肥質(zhì)量、場所和施用場地的管理。

    （2）利用方案的比較

    ①農(nóng)田林地利用

    用污泥對農(nóng)田、林地、草坪施肥或進(jìn)行土壤改良以及用于市政綠化、育苗等，不僅可改善土壤的理化性質(zhì)，增加土壤肥力，促進(jìn)樹木、花卉及草坪等的生長，而且可避免污泥中的重金屬、有毒有機(jī)物因食物鏈的生物富集效應(yīng)對人畜產(chǎn)生的危害，除此之外土壤的自凈能力還可使污泥進(jìn)一步無害化。因此土地利用是一種積極的、生產(chǎn)性的污泥處置方法。污泥利用前需堆肥化處理，堆肥化若采用靜態(tài)條垛工藝，成本最低，但其生產(chǎn)周期長、占用土地多且對周圍環(huán)境的影響比較嚴(yán)重；若采用發(fā)酵倉，其設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用將增加，而且若要制成復(fù)合肥還需烘干造粒設(shè)備，這樣其成本優(yōu)勢就大大削弱了。

    ②污泥焚燒產(chǎn)物利用

    污泥焚燒效果好，焚燒產(chǎn)物既可用作新的產(chǎn)品原料，又可回收熱能。國外已有較成熟經(jīng)驗(yàn)和工藝，可以直接借鑒使用。但總體來說焚燒的成本最高（是其他工藝的2～4倍）。今后應(yīng)從降低成本，減少二次污染角度著手，生產(chǎn)新設(shè)備。

    ③低溫?zé)峤庵迫】扇嘉?

    污泥低溫?zé)峤庑Ч�亦好，污泥可通過干餾提取油、氣等，不但可做燃料也可用于制造四氯化碳等化工產(chǎn)品，具有工業(yè)化利用前景，且能量回收率高，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于焚燒處理，是大有前途的處理方法。在熱解機(jī)理和動(dòng)力學(xué)研究方面，還有很多工作需進(jìn)一步探討。在工藝和設(shè)備的改進(jìn)方面有待新的突破。

    ④建筑材料利用

    建筑材料利用，不僅可以減少污泥填埋所占用的土地，減少自然資源消耗，而且可以使資源得到循環(huán)利用，變廢為寶。

    （3）其他因素

    污泥處理設(shè)施的選址是方案選擇的決定因素之一。一般而言，污泥宜就近處理以節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用和減少濕污泥運(yùn)輸對沿途造成的污染。由于污泥處理過程中可能會(huì)帶來臭味、有毒有害氣體及病原體等環(huán)境問題，所以選址會(huì)對方案選擇產(chǎn)生決定性影響。
   3.結(jié)語

    污泥經(jīng)過減容、穩(wěn)定和無害化處理后，可以作為資源加以綜合利用。污泥的處理處置及其無害化，作為再生資源有效利用是世界各國共同重視的問題。面對各地區(qū)千差萬別的污泥利用經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)立足于本地區(qū)的實(shí)際情況，在兼顧環(huán)境生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益平衡的前提下，審慎地、全面地論證各種方案實(shí)施的可行性，從中選出最佳方案。目前的利用方向是土地利用和熱能利用。從長遠(yuǎn)看，對于我們這樣一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，應(yīng)將污泥制成污泥復(fù)合肥料或污泥生物復(fù)合肥料，將農(nóng)田林地利用作為主要的有效利用途徑。同時(shí)，也要發(fā)展研究其它的資源化途徑，如直接或間接作為燃料、熱分解制油等。污泥焚燒作為最徹底的處理方式，在國外，特別是西歐和日本已得到了廣泛的應(yīng)用，歐洲將來有30％的污泥土地利用、70％熱能利用。在國內(nèi)，由于其一次性投資和處理成本大、焚燒煙氣需進(jìn)一步處理等問題而一直未得到應(yīng)用。隨著國內(nèi)大型城市污水處理廠建設(shè)的進(jìn)一步加快，污泥處置已成為突出的問題。