我國污水處理廠污泥處置的回顧與展望
行業(yè)動(dòng)態(tài)
污泥是污水處理廠在污水處理過程中的副產(chǎn)物。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)生量以每年約10%的速度增長，即使按城市污水處理量不低于70%的規(guī)劃要求，污泥的數(shù)量也相當(dāng)驚人。
污泥的成分非常復(fù)雜，是由多種微生物形成的菌膠團(tuán)和被其吸附的有機(jī)物、無機(jī)物組成的集合體，除含有大量的水分外，還含有難降解的有機(jī)質(zhì)、重金屬、寄生蟲（卵）、致病菌和病毒等有毒有害物質(zhì)，且伴有惡臭。如果污泥處理不當(dāng)，則會(huì)存在以下隱患：
（1）污泥中寄生蟲（卵）、致病菌可能會(huì)導(dǎo)致流行性傳染病。
（2）污泥中重金屬通過食物鏈富集，污染土地和食物鏈，造成耕地不可逆退化和食物鏈高端消費(fèi)者中毒或死亡。
（3）污泥中有機(jī)物易腐敗，腐敗后產(chǎn)生的氣體會(huì)污染大氣環(huán)境，滲濾液污染水環(huán)境。
（4）脫水污泥含水率高達(dá)80%左右，體積龐大，從而運(yùn)輸困難、成本高。
1 國內(nèi)外污泥處置的過去和現(xiàn)狀
根據(jù)污水處理廠污泥成分與特點(diǎn)，一方面污泥對環(huán)境、資源和人體健康形成的潛在威脅，如果污泥不進(jìn)行妥善處置，將給生態(tài)環(huán)境帶來巨大危害；而另一方面，污泥是一種放錯(cuò)位置的寶貴資源，合理利用可以變廢為寶。
污泥處理與處置的目標(biāo)是使污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化與資源化。
早期污泥處置形式主要是填埋、直接農(nóng)田（土地）利用、填海和棄置。隨著環(huán)境意識(shí)的提高和科技的發(fā)展，填海被禁止，直接農(nóng)田（土地）利用和棄置因污泥中有毒有害物質(zhì)污染土壤而受到嚴(yán)格限制，目前污泥處置方法主要是污泥填埋和污泥的資源化利用。資源化利用則分為污泥中有機(jī)物作為能源利用（如污泥焚燒、高溫裂解、氣化和超臨界氧化等）、污泥中有機(jī)物作為能源之外的可用物利用（如生產(chǎn)肥料、回收磷、揮發(fā)酸等）和污泥中無機(jī)成分的利用（如制磚、水泥及其他建材）等。由于國情不同，不同國家和地區(qū)污泥處置的程度與方式存在差異。
美國早期的污泥處置主要是直接土地利用（污泥投布土地）和填埋，近年則側(cè)重于間接土地利用（制肥）為主的資源化利用，美國20世紀(jì)80年代填埋占42%，20世紀(jì)90年代至現(xiàn)在土地利用由59%上升到64%；歐盟各國污泥處置情況不盡相同，總體是污泥填埋占45%，土地利用占38%，焚燒占17%；英國1998年前42%的污泥土地利用，30%的污泥排海，但目前歐共體已停止污泥排海；德國目前污泥土地利用占57%，脫水污泥填埋占3%；加拿大約50%的污泥土地利用，明顯高于其他處置技術(shù)；日本早期污泥焚燒比例較高，近年著重于區(qū)域污泥集中生產(chǎn)土壤改良劑、堆肥和建材利用，日本污泥焚燒比例62.7%，土地利用占31.9%，其他占5.4%，是僅有的污泥土地利用程度較小的發(fā)達(dá)國家。
我國早期的污水處理廠簡單地追求污水處理率，簡化甚至忽略了污泥處理處置，有的將已建成的污泥處理設(shè)施長期閑置，將未做任何處理的濕污泥外運(yùn)，隨意棄置，簡單填埋或直接農(nóng)用，給生態(tài)環(huán)境帶來了隱患。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年的城市污水處理廠污水處理率約30%（發(fā)達(dá)國家約90%），污泥處置率大致相當(dāng)，用于污泥處理處置的投資約占污水處理廠總投資的20%～50%（發(fā)達(dá)國家50%～70%），產(chǎn)生的污泥多數(shù)沒有得到消化處理，基本是通過機(jī)械脫水后棄置或填埋，小部分污泥進(jìn)行焚燒，少量污泥干化后用于制肥。2003年我國污水廠污泥約70%棄置，20%填埋，不足10%的污泥通過堆肥等形式利用。
2 目前主要的污泥處置技術(shù)簡介
2.1 衛(wèi)生填埋
衛(wèi)生填埋法的優(yōu)點(diǎn)是簡便和處置容量大。其缺點(diǎn)是固體廢物填埋場選址愈來愈困難，導(dǎo)致運(yùn)輸成本不斷增加；大量污泥占用寶貴的土地資源；給土壤、水體和大氣環(huán)境帶來二次污染；一般填埋的脫水污泥含水率80%，達(dá)不到將污泥含水率降至40%～60%后與市政垃圾一同壓實(shí)填埋的要求，污泥的流變性加重了垃圾壩的承載負(fù)荷，給填埋場帶來更大的技術(shù)難度以及安全和管理上的困難。填埋法投資約3～5.5萬元/t（含水率80%，下同），運(yùn)行成本約15～30元/t（含水率80%，下同）。
2.2 焚燒法
污泥焚燒法是較徹底的處置方法。它能使有機(jī)物全部碳化，殺死病原體，可以迅速和較大限度地使污泥減量，但未經(jīng)干化或半干化處理的濕污泥由于過多水分和低熱值難以燃燒，必須添加燃料才能維持焚燒；焚燒產(chǎn)生煙塵造成二次污染。污泥焚燒所需的投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，每噸污泥投資約35～45萬元，運(yùn)行成本約500元/t。
2.3 土地利用
（1）污泥的直接土地利用。早期污泥直接投布于土地。優(yōu)點(diǎn)是投資少、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低以及有機(jī)部分可轉(zhuǎn)化成土壤改良劑成分等，但隨著人們對污泥中有毒有害物質(zhì)潛在威脅認(rèn)識(shí)的提高，加上污泥腐熟度不足導(dǎo)致燒苗和病蟲害，以及重金屬隨著食物鏈富集導(dǎo)致各種疾病的產(chǎn)生，因此污泥在直接利用時(shí)必須經(jīng)過嚴(yán)格的預(yù)處理，目前這種方式已很難推廣。
（2）污泥的土地利用——污泥堆肥。是一種污泥發(fā)酵的資源化技術(shù)，市場潛力極大。農(nóng)用肥在經(jīng)濟(jì)方面所提供的收入可以補(bǔ)償污泥處理所需的部分成本。但過去污泥肥料速效肥分較低，加上國家相關(guān)立法不健全，缺乏污泥肥施用方法技術(shù)引導(dǎo)和對有機(jī)肥改良土壤長遠(yuǎn)意義的宣傳等，導(dǎo)致堆肥產(chǎn)品使用效果不佳、口碑不好，限制了污泥肥的推廣應(yīng)用。堆肥投資約30萬元/t，運(yùn)行成本約60萬元/t。
2.4 低溫?zé)峤?/span>
污泥的低溫?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)，污泥無害化和減量化程度徹底，通過在催化劑作用下無氧加熱干燥污泥至一定溫度（低于500℃），由干餾和熱分解作用使污泥轉(zhuǎn)化為油、水、不凝性氣體和炭4種可燃產(chǎn)物，轉(zhuǎn)化率取決于污泥成分組成和催化劑的種類，正常產(chǎn)率（油/干泥）為200～300L/t，其性質(zhì)與柴油相似。低溫?zé)峤馐悄芰績糨敵鲞^程，成本低于直接焚燒的傳統(tǒng)熱化學(xué)處理。
3 污泥處置技術(shù)發(fā)展趨勢
衛(wèi)生填埋、土地利用、焚燒與熱能利用等幾種主要處置方式各有優(yōu)劣。從技術(shù)難度比較，填埋的技術(shù)難度較低，其次是土地利用，難度較高的是焚燒；從投資成本來看，焚燒的投入成本較高，其次是土地利用，填埋成本較低；而從環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)來比較，焚燒和填埋分別存在尾氣和地下水污染的風(fēng)險(xiǎn)，土地利用的風(fēng)險(xiǎn)也需要控制。在目前乃至今后一個(gè)時(shí)期，污泥的衛(wèi)生填埋運(yùn)行費(fèi)用較低仍是污泥處置的主要方式，但脫水污泥不穩(wěn)定并含有有毒有害物質(zhì)造成二次污染，污泥量與日俱增與土地日趨緊張的矛盾，污泥的高含水率影響填埋場安全等這些無法回避的問題，使得污泥填埋的應(yīng)用越來越受到限制，德國已經(jīng)立法嚴(yán)格控制污泥填埋。隨著科技創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，污泥處置的資源化利用新技術(shù)、與污泥處置相關(guān)聯(lián)的低污泥產(chǎn)出率的污水處理工藝、提高污泥處理設(shè)備的脫水性能、降低干燥系統(tǒng)能耗等技術(shù)，會(huì)成為未來研究的熱點(diǎn)。
根據(jù)國內(nèi)外污泥處置技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，污泥的資源化利用是污泥處置共同取向，污泥土地利用和污泥焚燒、低溫?zé)峤獾葻崮芾觅Y源化技術(shù)必將得到優(yōu)先發(fā)展。結(jié)合我國國情，一種有效的污泥處理處置方法，應(yīng)當(dāng)兼顧環(huán)境生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的平衡，污泥焚燒等技術(shù)因其難以承受的高投資、高運(yùn)行成本，近期在我國尚不能普遍推廣。污泥土地利用技術(shù)將是研發(fā)的重點(diǎn)，并向更安全、更有效、更經(jīng)濟(jì)的利用形式拓展。
4 污泥資源化的土地利用
污泥資源化利用形式應(yīng)因地制宜。尋求滿足“提高效益、降低成本、保障安全、資源利用”的污泥處置優(yōu)化工藝和穩(wěn)定后系統(tǒng)。
我國是農(nóng)業(yè)大國，對肥料的需求量很大，每年需要進(jìn)口。連續(xù)、單一及長期大量施用化肥形成拮抗田，造成土壤板結(jié)，嚴(yán)重缺乏有機(jī)質(zhì)，保肥保水能力減弱，地力下降，肥力利用率低，作物品質(zhì)變差及自然生態(tài)環(huán)境惡化等，總結(jié)歷史經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)是唯一出路。由于污泥中含有豐富的有機(jī)營養(yǎng)成分，氮、磷、鉀等和植物所需的各種微量元素，如Ca、Mg、Cu、Fe等，其中有機(jī)物占40%～70%。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國干污泥中有機(jī)質(zhì)平均占68.7%，氮、磷、鉀平均為5.18%、4.1%、0.37%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于牛羊糞等農(nóng)家肥，與菜籽餅中氮、磷、鉀含量相當(dāng)于化肥硫銨（以含氮量21%計(jì)）218kg、過磷酸鈣（以含磷量18%計(jì)）228kg、硫酸鉀（以含鉀量46%計(jì)）10kg；污泥除了含化肥具備的氮、磷、鉀營養(yǎng)外，還含有化肥所不具備的豐富有機(jī)質(zhì)和微量金屬元素，它們有助于改良土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤肥力、促進(jìn)農(nóng)作物的生長。將污泥制成污泥復(fù)混肥料或污泥生物復(fù)混肥料，可用于農(nóng)田、植樹造林、園林綠化及貧瘠地等領(lǐng)域。
污泥的土地利用維持了“污泥養(yǎng)分→土壤→作物→消費(fèi)者→污水→污泥養(yǎng)分→土壤”的良性大循環(huán)，是較合理的污泥處置方法。
目前污泥土地利用的污泥處置技術(shù)手段主要是厭氧堆肥、好氧堆肥和蚯蚓堆肥。
傳統(tǒng)的土地利用僅僅是簡單堆肥，其有害成分基本上未加以去除，污泥的衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)也不能完全滿足要求，因此污泥的土地利用技術(shù)有待于完善和多元化。但無論采用何種形式，都必須首先保證污泥無害化。
污泥中重金屬類毒物主要來源于工業(yè)廢水，其中鋅、銅和鉻含量相對較高。重金屬一般以可交換態(tài)、碳酸結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)5種形式存在。重金屬類毒物的毒性與濃度、存在形態(tài)及價(jià)態(tài)相關(guān)。OH+、S2+、PO43+對重金屬離子具有不同程度的穩(wěn)定作用，但是，某些看似穩(wěn)定化的產(chǎn)物在一定環(huán)境條件下會(huì)失穩(wěn)。
污泥中的寄生蟲卵、病菌和病毒大多在60℃環(huán)境溫度、60min的時(shí)間內(nèi)被殺滅，考慮到污泥的包裹，致死溫度需提高至70℃左右。常用的污泥無害化方法有巴氏低熱消毒法、石灰穩(wěn)定法、加氯消毒法和輻射消毒法等。
5 污泥資源化面臨的主要問題與建議
要加快實(shí)現(xiàn)新形勢下環(huán)保工作的3個(gè)轉(zhuǎn)變：一是從重經(jīng)濟(jì)增長輕環(huán)境保護(hù)變?yōu)楸Ｗo(hù)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)增長并重；二是從環(huán)保滯后于經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)保與經(jīng)濟(jì)發(fā)展同步；三是從主要用行政手段保護(hù)環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合運(yùn)用法律、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和必要的行政辦法解決環(huán)境問題。走新型工業(yè)化道路，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。
我國目前的污泥處理與處置的法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系尚不完善，部分無法可依，部分無準(zhǔn)確完整指標(biāo)，部分遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后現(xiàn)實(shí)發(fā)展，亟待制定系統(tǒng)、科學(xué)的法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系。建立污泥處理與處置評估與選擇體系和技術(shù)系統(tǒng)，促進(jìn)探索適合我國國情和地區(qū)情況的污泥處置工藝，因地制宜地采取適合本地特點(diǎn)的污泥處理處置技術(shù)路線。
污泥的資源化利用涉及系列學(xué)科和行業(yè)，要生產(chǎn)適銷對路、有推廣價(jià)值的實(shí)用產(chǎn)品，國家有必要組織進(jìn)行多學(xué)科、產(chǎn)學(xué)研一體化的技術(shù)協(xié)作。
把污泥處理處置作為污水處理系統(tǒng)的非常重要的環(huán)節(jié)，污泥處置要與污水處理同等重視。制訂出合理的污泥處置產(chǎn)業(yè)政策、系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行的保障措施，改變現(xiàn)有運(yùn)營機(jī)制，通過財(cái)政補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠等經(jīng)濟(jì)杠桿來引導(dǎo)和扶持企業(yè)積極采用資源化技術(shù)，充分發(fā)揮民營、外來資本的多渠道推動(dòng)作用，促進(jìn)污泥處置市場化健康發(fā)展。
對于污泥的土地利用，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：
（1）對人類食物鏈無關(guān)產(chǎn)業(yè)的污泥不必進(jìn)行嚴(yán)格無害化處理，污泥肥可以直接在林業(yè)和市政綠化等非農(nóng)業(yè)領(lǐng)域大力推廣應(yīng)用。
（2）對于與人類食物鏈相關(guān)的污泥農(nóng)用，應(yīng)深刻吸取過去簡單堆肥肥效不高，未進(jìn)行無害化處理，缺乏對土壤-作物-肥料3者內(nèi)在聯(lián)系的了解和施肥的指導(dǎo)，造成污泥肥使用效果不佳，肥產(chǎn)品應(yīng)用于農(nóng)田受到抵制，得不到推廣應(yīng)用的教訓(xùn)。
首先要改進(jìn)工藝技術(shù)，提高污泥肥品質(zhì)和性能。其次，根據(jù)作物營養(yǎng)特點(diǎn)與需肥規(guī)律、土壤質(zhì)地狀況與生產(chǎn)性能、肥料特性及作基肥或追肥的情況，提供肥料品種選擇、施肥時(shí)機(jī)與施肥量確定等技術(shù)指導(dǎo)。施肥通過改善土壤理化形狀，提供作物適宜生長環(huán)境。施肥不僅要滿足當(dāng)季作物增產(chǎn)對養(yǎng)分的要求，還應(yīng)保持土壤肥力不降低，維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。由于土壤、作物和肥料3者之間相互關(guān)系，因此要針對土壤、作物科學(xué)合理施肥。
污泥有機(jī)復(fù)混肥料具有有機(jī)質(zhì)含量高、養(yǎng)分全面的優(yōu)點(diǎn)，對改良土壤促進(jìn)作物生長的作用極大，但不能由此片面夸大污泥肥料的作用，常規(guī)污泥有機(jī)復(fù)混肥氮磷鉀養(yǎng)分含量相對化肥低，肥效遲緩，肥料中氮的利用率低（約20%～30%），一般作基肥施用，在作物旺盛生長期，使用有機(jī)復(fù)混肥料往往不能及時(shí)供給養(yǎng)分，為了提供作物充足的養(yǎng)分，常常需要追施化學(xué)肥料。
（3）根據(jù)我國現(xiàn)行復(fù)混肥國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，要求“組成該復(fù)混肥料的單一養(yǎng)分含量不得低于4.0%，低濃度三元肥的含量25%”。根據(jù)市場需要，可以通過向污泥肥摻入適當(dāng)種類和數(shù)量的無機(jī)肥成分深加工成符合國家標(biāo)準(zhǔn)的高效污泥三元復(fù)混肥。
（4）利用城市污泥生產(chǎn)有機(jī)肥潛力很大，但要讓農(nóng)民放心使用還得經(jīng)歷一個(gè)逐步轉(zhuǎn)變觀念的過程，政府尚需完善污泥肥的生產(chǎn)、檢測、銷售與施用的法律和標(biāo)準(zhǔn)體系，并予以政策傾斜和經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼，待建立起穩(wěn)定的銷售市場后，再進(jìn)行污泥有機(jī)肥的市場化運(yùn)作。
6 結(jié)論
國內(nèi)外污泥處置的研究和實(shí)踐為我國污泥處置的發(fā)展提供有益的借鑒，污泥填埋處置技術(shù)將呈現(xiàn)明顯下降的趨勢，污泥的資源化技術(shù)是污泥處置技術(shù)的必然趨勢，污泥的土地利用是污泥資源化技術(shù)較合理的方式。污泥處置形式應(yīng)因地制宜地加以選擇。
