【技術(shù)】我國(guó)污泥處理處置技術(shù)應(yīng)用與比較分析
本文分析了我國(guó)污泥處理處置技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及各相關(guān)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上指出了，我國(guó)的污泥處理處置必須基于污泥的特性，從政策、技術(shù)集成，裝備制造，投資模式等方面的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化、無(wú)害化處置。
一、前言
污泥的處理處置一直都是環(huán)境熱點(diǎn)問(wèn)題，引發(fā)頻繁的媒體報(bào)道且受到越來(lái)越多的關(guān)注。我國(guó)污水廠規(guī)模大，污泥產(chǎn)量大且集中。隨著人口的增長(zhǎng)和污水處理能力的提升，市政污泥的日產(chǎn)量已超過(guò)10萬(wàn)t/d。我國(guó)污泥的處理處置率低，污水廠具備濃縮、脫水等通用技術(shù)環(huán)節(jié)，但對(duì)污泥穩(wěn)定化、無(wú)害化的重視不足，80%以上的污泥處理不當(dāng)。此外，缺乏對(duì)全國(guó)污水廠污泥泥量、泥質(zhì)的統(tǒng)計(jì)和分析，約15%的污水處理廠根本不提交污泥處理處置的相關(guān)數(shù)據(jù)。這也從另一個(gè)方面暴露了中國(guó)絕大部分的污泥未得到合理處置。
與國(guó)外污泥特性不同（有機(jī)質(zhì)含量60-75%），我國(guó)污泥具有高含砂/低有機(jī)質(zhì)的特點(diǎn)。有機(jī)質(zhì)含量一般為30-60%，砂粒徑分布比較小，粒度小于200 μm的顆粒在90%以上。我國(guó)污泥中的重金屬等污染物含量也比較高，部分處置后污泥有害物質(zhì)超標(biāo)，產(chǎn)物出路難尋。針對(duì)我國(guó)的污泥特性，開(kāi)展適用性研究，加快關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)，促進(jìn)成套裝備及全產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)化集成應(yīng)用，具有現(xiàn)實(shí)意義。
二、我國(guó)污泥處理處置技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
污泥處理主要包括脫水及穩(wěn)定化過(guò)程見(jiàn)圖1。由圖1可知，絕大多數(shù)污水處理廠的污泥處理處置工藝都采用了濃縮—混凝—機(jī)械脫水。此外，污泥堆肥，污泥消化和干化也有一定程度的應(yīng)用。厭氧消化的主要優(yōu)點(diǎn)為可以實(shí)現(xiàn)能量回收，且污泥性狀穩(wěn)定，在發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用較多，但是該技術(shù)在中國(guó)的污水處理廠的應(yīng)用不到3%�，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查顯示，近2/3的厭氧消化設(shè)施不能正常工作。究其原因，主要是因?yàn)橐蛭鬯幚聿怀浞謱?dǎo)致的污泥中無(wú)機(jī)物含量太高，缺乏資金，管理不善，擔(dān)心火災(zāi)隱患等等。污泥堆肥是另一個(gè)有發(fā)展前景的處理技術(shù)，因?yàn)樗墚a(chǎn)生寶貴的肥料。然而，農(nóng)業(yè)部對(duì)污泥農(nóng)用的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)一直特別關(guān)注。此外，相應(yīng)的法律也嚴(yán)重制約了污泥肥料的應(yīng)用。
圖1 污水處理廠污泥處理處置工藝
大多數(shù)城市污水處理廠污泥處理的不合格大多不利于污泥的最終處置。污泥處置的費(fèi)用很高，若處理不當(dāng)，將對(duì)環(huán)境造成污染。目前，衛(wèi)生填埋仍是我國(guó)主要的處理方式。污泥焚燒和土地利用也有一定應(yīng)用。
三、污泥處理處置技術(shù)比較分析
1.脫水
污泥脫水是整個(gè)污泥處理工藝的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，其目的是使固體富集，減少污泥體積，為污泥的最終處置創(chuàng)造條件。為使污泥液相和固相分離，必須克服它們之間的結(jié)合力，所以污泥脫水所遇到的主要問(wèn)題是能量問(wèn)題。針對(duì)結(jié)合力的不同形式，有目的采用不同的外界措施可以取得不同的脫水效果。目前常用的污泥脫水設(shè)備主要有真空過(guò)濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)、離心脫水機(jī)、板框壓濾機(jī)和回轉(zhuǎn)脫水機(jī)等。對(duì)于污泥脫水形式選擇的條件，主要根據(jù)污泥的理化性質(zhì)、進(jìn)泥含水率、脫水后泥餅含水率、占地、一次性投資和運(yùn)行費(fèi)用等，進(jìn)行綜合比較考慮確定。
為便于污泥進(jìn)一步處理處置，我國(guó)有關(guān)部門(mén)要求將城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥的含水率控制在60%以內(nèi)。然而，目前尚缺少能耗較低、添加劑用量少、產(chǎn)能大且能對(duì)污泥連續(xù)進(jìn)行處理的深度脫水設(shè)備。當(dāng)前市場(chǎng)上出現(xiàn)的板框式深度脫水處理機(jī)在脫水方面能滿足相關(guān)的要求，但其壓榨時(shí)間較長(zhǎng)（一個(gè)循環(huán)周期時(shí)間約3h 45 min）、不能連續(xù)出料、單臺(tái)設(shè)備處理能力小、設(shè)備使用壽命較短、技術(shù)有待完善等缺點(diǎn)限制了其進(jìn)一步的推廣使用。
2.固化劑穩(wěn)定
該技術(shù)為在原污泥中加入石灰及其他固化劑，與污泥產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)放出大量熱，降低含水率。
主要缺點(diǎn)：
￭添加大量石灰、鋁基材料，污泥增量；
￭污泥無(wú)法再次利用，只能填埋；
￭運(yùn)營(yíng)成本較高130-150元/噸。
3.污泥厭氧消化
厭氧消化是利用兼性菌和厭氧菌進(jìn)行厭氧生化反應(yīng)，分解污泥中有機(jī)物質(zhì)的一種污泥處理工藝。厭氧消化是使污泥實(shí)現(xiàn)“四化”的主要環(huán)節(jié)。首先，有機(jī)物被厭氧消化分解，可使污泥穩(wěn)定化，使之不易腐敗。其次，通過(guò)厭氧消化，大部分病原菌或蛐蟲(chóng)卵被殺滅或作為有機(jī)物被分解，使污泥無(wú)害化。第三，隨著污泥被穩(wěn)定化，將產(chǎn)生大量高熱值的沼氣，作為能源利用，使污泥資源化。另外，污泥經(jīng)消化以后，其中的部分有機(jī)氮轉(zhuǎn)化成了氨氮，提高了污泥的肥效。污泥的減量化雖然主要借濃縮和脫水，但有機(jī)物被厭氧分解，轉(zhuǎn)化成沼氣，這本身也是一種減量過(guò)程。目前，全國(guó)污泥厭氧消化工程約有60個(gè)，正常運(yùn)行的≤15個(gè)。
厭氧消化技術(shù)的主要缺點(diǎn)有：
（1）投資大，運(yùn)營(yíng)成本高、安全問(wèn)題；
（2）污泥需預(yù)熱耗費(fèi)大量熱能，不能滿足維持自身需要；
（3）產(chǎn)生大量沼渣，需再次處理；
（4）甲烷氣體難以并入市政管網(wǎng)利用；
（5）北方地區(qū)冬季無(wú)法運(yùn)行；
（6）安全隱患，占地比較大。
4.污泥好氧堆肥
污泥高溫好氧發(fā)酵，俗稱堆肥，是指好氧環(huán)境下，利用微生物使污泥得到穩(wěn)定，同時(shí)反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的高溫能殺滅致病菌。經(jīng)高溫好氧發(fā)酵后的產(chǎn)物，因含有豐富的有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微量元素，在其有毒有害物質(zhì)含量滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，對(duì)農(nóng)業(yè)、園林綠化和土壤改良是有益的，發(fā)酵產(chǎn)物的土地利用是國(guó)外普遍采用的處置方式；在其有毒有害物質(zhì)含量不滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，發(fā)酵產(chǎn)物因具有良好的吸附性和低含水率，也是垃圾填埋場(chǎng)良好的覆蓋材料。常用的工藝有自然堆肥、封閉式堆肥、滾筒堆肥、豎式多層堆肥等。目前，全國(guó)污泥好氧堆肥工程約有35個(gè)。
好氧堆肥技術(shù)的主要缺點(diǎn)有：
（1）污泥泥質(zhì)不穩(wěn)定，中重金屬難以穩(wěn)定化，只能用作園林綠化用肥；
（2）堆肥過(guò)程產(chǎn)生大量的臭氣，污染周邊環(huán)境。
（3）加入大量秸稈等調(diào)理劑，不斷供氧，運(yùn)行成本200元/t以上。
5.污泥焚燒
濕污泥干化后再直接焚燒應(yīng)用得較為普遍，沒(méi)有經(jīng)過(guò)干化的污泥直接進(jìn)行焚燒不僅十分困難，而且在能耗上也是極不經(jīng)濟(jì)的。以焚燒為核心的處理方法是最徹底的處理方法，它能使有機(jī)物全部碳化，殺死病原體，可最大限度地減少污泥體積，但是其缺點(diǎn)在于處理設(shè)施投資大，處理費(fèi)用高，有機(jī)物焚燒會(huì)產(chǎn)生二噁英等劇毒物質(zhì)。為防治焚燒產(chǎn)生二噁英等有害氣體，要求焚燒溫度高于850℃。焚燒后產(chǎn)生的焚燒灰可以改良土壤、筑路，制磚瓦、陶瓷、混凝土填料等。
核心設(shè)備焚燒爐，主體設(shè)備為塔形，底部有多孔板，板上放置載熱體砂為燃燒床，塔內(nèi)襯有耐火材料，氣體從底部通入，污泥進(jìn)入后成沸騰流化狀態(tài)燃燒。目前全國(guó)污泥干化焚燒/協(xié)同工程約有15個(gè)。
污泥焚燒技術(shù)的主要缺點(diǎn)有：
（1）投資大、對(duì)鍋爐腐蝕嚴(yán)重，維護(hù)成本高；
（2）含水率80%污泥熱值低，焚燒耗費(fèi)大量能量，摻燒1噸多用標(biāo)煤70 kg，運(yùn)行成本高300-400元/t；
（3）對(duì)尾氣排放影響較大，易產(chǎn)生二噁英等有害氣體。
6. 污泥衛(wèi)生填埋
污泥衛(wèi)生填埋簡(jiǎn)單、易行、成本低，污泥又不需要高度脫水，適應(yīng)性強(qiáng)。但是污泥填埋也存在一些問(wèn)題，尤指填埋滲濾液和氣體的形成。滲濾液是一種被嚴(yán)重污染的液體，如果填埋場(chǎng)選址或運(yùn)行不當(dāng)會(huì)污染地下水環(huán)境。填埋場(chǎng)產(chǎn)生的氣體主要是甲烷，若不采取適當(dāng)措施會(huì)引起爆炸和燃燒。目前我國(guó)用于填埋的土地資源緊張，污泥填埋渠道將很快沒(méi)有出路。
7. 污泥農(nóng)用
目前，對(duì)污泥土地利用的政策法規(guī)還不清楚，因此污泥的土地利用比例非常有限。污泥土地利用面臨的最大瓶頸是重金屬和持久性有機(jī)污染物。在重金屬控制方面，德國(guó)做得較好。1977年以后，德國(guó)的污泥中大部分重金屬都呈下降趨勢(shì)，銅、鎳等元素的含量最近幾年基本趨于穩(wěn)定。究其原因，德國(guó)污泥處理費(fèi)用較高，主要通過(guò)水費(fèi)覆蓋，企業(yè)若想最大程度降低成本，必不可少的是做好污泥穩(wěn)定化。并在此基礎(chǔ)上，將污泥進(jìn)行土地利用，實(shí)現(xiàn)資源化。
8.污泥的建材利用
（1）污泥制取水泥質(zhì)材料
污泥含有大量的灰分，尤其是混凝法處理廢水的污泥中含有大量的Al、Fe等成分，是建筑材料可用的添加劑。不過(guò)在作為建筑材料之前，有關(guān)強(qiáng)度的提高、凝結(jié)特性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性還需進(jìn)一步研究。另外，成本高，而且人們對(duì)產(chǎn)品的安全產(chǎn)生憂慮。
（2）污泥制陶粒
輕質(zhì)陶粒一般可做路基、混凝土骨料或花卉覆蓋材料使用。污泥制輕質(zhì)陶粒的方法按原料不同可以分為兩種，一是用生活污泥或厭氧發(fā)酵污泥的焚燒灰造粒后燒結(jié)，這種方法20世紀(jì)80年代已趨成熟，并投入應(yīng)用。利用焚燒灰制輕質(zhì)陶粒需要單獨(dú)建設(shè)焚燒爐，污泥中的有機(jī)成分沒(méi)有得到有效利用。近年來(lái)開(kāi)發(fā)了直接從脫水污泥制陶粒的新技術(shù)。
目前來(lái)看，依靠某一種單一工藝，已很難滿足污泥處理處置要求。針對(duì)不同地區(qū)、不同污泥種類(lèi)，綜合考慮氣候、區(qū)域特點(diǎn)、建設(shè)地條件等，把多種工藝巧妙結(jié)合，以達(dá)到最佳效果，是比較理想的選擇。在污泥處理工藝技術(shù)的選擇上，沒(méi)有最好的，只有最適合的。
四、污泥處理處置的加強(qiáng)與改善措施
改善管理政策和條例，并提高公眾對(duì)這一問(wèn)題的認(rèn)識(shí)：
（1）確保污泥處理及處置充足的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。在發(fā)達(dá)國(guó)家，污泥的處置成本包含在水價(jià)里，占比達(dá)到50%。此外，污泥處理項(xiàng)目必須與污水處理廠同步建設(shè)。
（2）發(fā)展新技術(shù)與裝備。針對(duì)我國(guó)污泥產(chǎn)量大、含砂高、有機(jī)質(zhì)低的特征，加快關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)，促進(jìn)成套裝備及全產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)化集成應(yīng)用；研究大型裝備，提高設(shè)備穩(wěn)定性，降低故障率；開(kāi)展污泥綜合解決技術(shù)路線的集成研究。
（3）強(qiáng)化從污泥中回收能源和資源，包括污泥中磷的回收等。解決污染問(wèn)題的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)和能源的最大化回收；打破污泥土地利用的瓶頸是當(dāng)前我國(guó)污泥處理處置的關(guān)鍵問(wèn)題。污泥土地利用是一種經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)的污泥處理方式，在歐洲廣泛使用，但在中國(guó)卻很少。
（4）推廣PPP模式有助于在污泥處置中加速政企聯(lián)合，為企業(yè)提供極廣闊的平臺(tái)，也是政府解決污泥處置環(huán)保問(wèn)題的策略之一。（文：袁芳，李曉尚，王一軍，張俊昊。作者單位：中環(huán)保水務(wù)投資有限公司；湘潭中環(huán)污水有限公司）
