污泥處置技術(shù)的選取判定原則

姜鵬明，武顯亮，李玉鴻

(北京綠創(chuàng)生態(tài)科技有限公司，北京 100080)

污泥處置技術(shù)的選取判定原則

姜鵬明，武顯亮，李玉鴻

(北京綠創(chuàng)生態(tài)科技有限公司，北京 100080)

根據(jù)生態(tài)學(xué)的基本原理，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，推導(dǎo)出污泥處置技術(shù)的選取和判定原則：一致性匹配原則、能級(jí)穩(wěn)定原則及資源循環(huán)最短原則；并用這些原則對(duì)現(xiàn)有污泥處置技術(shù)進(jìn)行了評(píng)判。

污泥處置;判定原則;生態(tài)學(xué)

1 前言

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部（以下簡(jiǎn)稱“住建部”）全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理管理信息系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)，截至2010年6月底，全國(guó)設(shè)市城市、縣城及部分重點(diǎn)建制鎮(zhèn)（以下簡(jiǎn)稱“城鎮(zhèn)”）累計(jì)建成城鎮(zhèn)污水處理廠2389座，污水處理能力達(dá)到1.15億立方米/日。目前，全國(guó)正在建設(shè)的城鎮(zhèn)污水處理項(xiàng)目有1929個(gè)，總設(shè)計(jì)能力約4900萬(wàn)立方米/日。在655個(gè)設(shè)市城市中，已有579個(gè)城市建有污水處理廠，其中，36個(gè)大中城市（直轄市、省會(huì)城市和計(jì)劃單列市）建有污水處理廠353座，處理能力達(dá)4100萬(wàn)立方米/日。目前全國(guó)仍有76個(gè)設(shè)市城市沒(méi)有建成投運(yùn)污水處理廠，國(guó)務(wù)院確定2010年新增城鎮(zhèn)污水處理能力1500萬(wàn)立方米/日[1]。伴隨著中國(guó)的城市化進(jìn)程以及環(huán)境保護(hù)力度的不斷加大，污水處理廠在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)還會(huì)迅速增長(zhǎng)。

隨著大量污水處理廠的迅速建立，污水處理廠產(chǎn)生的巨量污泥的處置問(wèn)題亟須妥善解決。從環(huán)境的角度講，污泥如果不能有效處置，甚至再次污染水體，污水處理的意義顯然就大打折扣了。

根據(jù)有關(guān)資料，截至2009年年底，濕污泥（含水率80%）的年產(chǎn)生量已突破2000萬(wàn)噸。有關(guān)調(diào)研結(jié)果顯示，我國(guó)污水處理廠產(chǎn)生的污泥，約有80%沒(méi)有得到妥善處理，污泥隨意堆放所造成的污染與再污染問(wèn)題已日漸凸顯，并已引起了社會(huì)的關(guān)注。由于污泥不合理處置造成的社會(huì)矛盾事件時(shí)有發(fā)生，有的甚至發(fā)展成嚴(yán)重案件。由于缺乏集中的戰(zhàn)略性考慮和規(guī)劃，簡(jiǎn)易的污泥處理、處置方法已經(jīng)造成諸多問(wèn)題，如二次污染嚴(yán)重，脫水污泥直接填埋對(duì)垃圾填埋場(chǎng)的正常運(yùn)行造成危害，并占用日益緊缺的填埋土地容量等。其中尤為突出的是，污泥的含水率較高而顆粒細(xì)小，填埋時(shí)常會(huì)堵塞滲濾液收集系統(tǒng)和排水管，加重垃圾壩的承載負(fù)荷，給填埋場(chǎng)的運(yùn)行管理帶來(lái)困難，如發(fā)生導(dǎo)氣石籠和滲濾液的濾層堵塞，以及垃圾填埋場(chǎng)局部積水等情況，嚴(yán)重時(shí)還可能造成“污泥沼澤”的現(xiàn)象。由于上述問(wèn)題，許多城市的垃圾填埋場(chǎng)拒收城市污水處理廠的污泥，有關(guān)部門不得不出臺(tái)強(qiáng)制性的行政規(guī)定促使垃圾填埋場(chǎng)接收污水污泥。因此，對(duì)于污水處理廠沿邊農(nóng)業(yè)利用污泥的重要性，以及對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的特殊敏感性，對(duì)整個(gè)市域范圍內(nèi)特別是都市區(qū)來(lái)說(shuō)，戰(zhàn)略性考慮對(duì)污水污泥的科學(xué)處置，顯得十分必要和迫切。

2009年初，住建部發(fā)布了《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策（試行）》。2010年初，住建部副部長(zhǎng)仇保興指出，“十五”期間我國(guó)主要進(jìn)行污水處理廠建設(shè)工作，“十一五”期間，重點(diǎn)是進(jìn)行管網(wǎng)的配套，“十二五”將重點(diǎn)放在污泥處置等方面，應(yīng)“千方百計(jì)地將污泥處置搞上去”，并鼓勵(lì)污泥無(wú)害化后進(jìn)行綜合利用。由此可見，“十二五”期間，污泥處理處置市場(chǎng)將得到進(jìn)一步發(fā)展，將成為繼污水處理之后的下一個(gè)投資熱點(diǎn)。

污泥的妥善處理處置既是環(huán)保工作必須面對(duì)的一個(gè)棘手問(wèn)題，也是各固廢處理處置企業(yè)眼中極具吸引力和挑戰(zhàn)性的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。但長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)于污泥的有效處置沒(méi)有引起足夠的重視，相關(guān)的技術(shù)開發(fā)特別是產(chǎn)業(yè)化工程示范工作基礎(chǔ)薄弱，一時(shí)難以為污泥的妥善處理和處置提供權(quán)威的可供選用的技術(shù)路線，更缺少與政策要求相適應(yīng)的成套處理設(shè)備。

污泥作為污水處理工藝的產(chǎn)物，是一種由有機(jī)廢物、細(xì)菌菌體、無(wú)機(jī)顆粒、膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體。含水率高、有機(jī)物含量高、容易腐化發(fā)臭。其組成、性質(zhì)的復(fù)雜性決定了其處置的高難度。一方面，其自然消解困難，如任其自然消解，勢(shì)必占用大量的土地資源，其間還會(huì)產(chǎn)生大量溫室氣體，有毒、有害的臭氣、滲濾液等對(duì)環(huán)境造成次生破壞。另一方面，由于其體系的復(fù)雜性，對(duì)處置技術(shù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，雖然人們?cè)噲D采用各種不同的方法對(duì)污泥進(jìn)行處理，也開發(fā)出很多技術(shù)，但用“減量化、穩(wěn)定化、資源化”三大基本要求衡量，目前污泥處置領(lǐng)域還未出現(xiàn)規(guī)模化且經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)效果良好的技術(shù)工藝及設(shè)備系統(tǒng)。各種不同的處理技術(shù)往往顧此失彼，很難達(dá)到合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。

2 污泥終端處置技術(shù)的綜合評(píng)價(jià)原則

正是由于我國(guó)的污泥處理市場(chǎng)蘊(yùn)含著巨大的機(jī)遇，包括研發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)服務(wù)、投資等各種不同領(lǐng)域的機(jī)構(gòu)都開始涉足這一市場(chǎng)，也造成了這一市場(chǎng)一時(shí)間千帆競(jìng)渡的局面，各種不同的技術(shù)手段也如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)。一方面，鑒于污泥處理問(wèn)題的復(fù)雜性，可完全借鑒的外國(guó)經(jīng)驗(yàn)不多，因而加大對(duì)自主創(chuàng)新技術(shù)的扶持力度，有望更好地解決這一問(wèn)題；另一方面污泥處理長(zhǎng)期較為粗放式的管理和初級(jí)的填埋式處理方式，使得眾多處理技術(shù)缺乏實(shí)踐的示范和檢驗(yàn)，更無(wú)相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，缺乏對(duì)不同技術(shù)的判別和選用標(biāo)準(zhǔn)。這對(duì)于一個(gè)即將爆發(fā)的市場(chǎng)無(wú)疑是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，既加大了政府宏觀決策的難度，也令使用方陷入技術(shù)路線選擇的迷局，難于抉擇。

污泥問(wèn)題的產(chǎn)生，實(shí)質(zhì)是人類與自然相互作用的結(jié)果，因此為了更好地解決這一問(wèn)題，就不僅要考慮具體技術(shù)的成熟適用性，更應(yīng)該從保護(hù)生態(tài)的角度出發(fā)，使所采用的技術(shù)不僅具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能，更應(yīng)具有最佳的生態(tài)效益。同時(shí)，鑒于當(dāng)前污泥處置問(wèn)題已經(jīng)引發(fā)了很多尖銳的社會(huì)矛盾，又必須從社會(huì)學(xué)的角度加以考慮。因此，僅從單一的技術(shù)角度是無(wú)法綜合衡量一項(xiàng)污泥處置技術(shù)的，必須將生態(tài)學(xué)的準(zhǔn)則與社會(huì)學(xué)的原理融入到污泥處置技術(shù)的評(píng)價(jià)原則中，并結(jié)合具體的宏觀政策，對(duì)污泥的處置技術(shù)加以判定。也可以說(shuō)，污泥處置技術(shù)的判定原則既要與生態(tài)學(xué)的基本原則相結(jié)合，也要符合中國(guó)的國(guó)情。

著名的環(huán)境科學(xué)家、生態(tài)學(xué)家巴里?康芒納（Barry Commoner）早就在其《封閉的循環(huán)—自然、人和技術(shù)》（THE CLOSING CIRCLE—NATURE，MAN ADN TECHNOLOGY）一書的中文譯本序中指出，歷史使中國(guó)有機(jī)會(huì)吸取美國(guó)上世紀(jì)50年代的污染教訓(xùn)，從而使經(jīng)濟(jì)的發(fā)展建立在非污染的生產(chǎn)技術(shù)之上。他在書中給出了生態(tài)學(xué)的四個(gè)基本法則，簡(jiǎn)要地概括起來(lái)就是：物物相連、物質(zhì)不滅、自然取向最可靠以及取此失彼。從這些基本的原則出發(fā)，結(jié)合我國(guó)當(dāng)前的實(shí)際情況，針對(duì)目前多種污泥處置技術(shù)路線，本文提出采用如下三個(gè)原則對(duì)污泥的處置技術(shù)加以判定和選擇：

（1）一致性匹配原則—效率匹配

一致性匹配，污泥的處理技術(shù)要與污水處理的工業(yè)化、規(guī)模化過(guò)程相匹配，即時(shí)空匹配。把污水-污泥處置看作一條流水線上的兩個(gè)環(huán)節(jié)，污泥達(dá)到終端處置所消耗的時(shí)間應(yīng)當(dāng)大體與污水處理的速度相當(dāng)。否則，水處理的高效率會(huì)造成污泥處置的遲滯，帶來(lái)一系列二次污染的問(wèn)題。

從空間上講，自然界的生態(tài)循環(huán)有凈化水的功能，匹配的是微生物過(guò)程處置污泥；工業(yè)化污水處理則很難與生化處置污泥的過(guò)程相匹配。中國(guó)的土地資源情況以及城市化的快速進(jìn)程，不可能以更多的空間去消納越來(lái)越多的污泥。因此以占用大面積土地和幾十年消納的填埋、幾十天發(fā)酵腐熟過(guò)程的堆肥等工藝很難成為污泥處理的技術(shù)選項(xiàng)。又如生化處理工藝，其實(shí)質(zhì)是自然界微生物生化過(guò)程的改良（主要是縮短生化處理時(shí)間），但產(chǎn)物穩(wěn)定性差、占地巨大、無(wú)法與工業(yè)化污水處理規(guī)模相適應(yīng)，大面積的空間處理過(guò)程暴露在自然環(huán)境中，會(huì)造成新的環(huán)境沖突而誘發(fā)新的矛盾。

（2）能級(jí)穩(wěn)定原則——成本匹配

能級(jí)穩(wěn)定原則是“資源回收永遠(yuǎn)高于能量回收”的根本原因。試圖通過(guò)改變能量形態(tài)，尤其是改變能級(jí)的方式對(duì)污泥加以處理，代價(jià)一定是消耗更多能量。采用不同的技術(shù)路線將污泥干化、分解為氣態(tài)、等離子體等，然后再進(jìn)行能量利用，或作為燃料焚燒，都會(huì)形成新的資源耗費(fèi)，引發(fā)新的碳排放，并產(chǎn)生新的更難處理的高危污染物，其結(jié)果往往得不償失。而這一原則的核心就是污泥處置過(guò)程中的成本控制問(wèn)題，要盡可能少地引入額外的能源輸入，以降低處置成本，才能夠找到真正適合中國(guó)國(guó)情的處置措施。從住建部《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策（試行）》中關(guān)于“不宜采用優(yōu)質(zhì)一次能源作為主要干化熱源，要嚴(yán)格防范熱干化可能產(chǎn)生的安全事故”的要求中可以看出，此原則已經(jīng)得到有關(guān)部門的高度重視。

（3）資源循環(huán)最短原則——路徑匹配

形成污泥的過(guò)程實(shí)際上也是一個(gè)碳匯集的過(guò)程。生活污水本質(zhì)上是來(lái)自土壤，污泥處理后回歸土壤符合資源循環(huán)最短的生態(tài)法則（如HiROS的路線），并且可以取得固碳的效果。變成氣態(tài)或固態(tài)的燃料排入大氣是不可取的。而污泥作為“建材”，只能是作為傳統(tǒng)建材的添加劑或部分替代物，如果添加量少則難以適應(yīng)工業(yè)化污水處理規(guī)模需求的處理量，如果添加量大又會(huì)降低建材品質(zhì)，形成新的資源浪費(fèi)。污泥建材最終還要回歸土壤。但是，這繞路的代價(jià)，肯定大于專門生產(chǎn)建材的路徑。

以上三條原則相輔相成，互聯(lián)各重，是一整體；且與住建部《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策（試行）》的精神高度契合，可以作為選擇污泥處理技術(shù)路線的依據(jù)，也可以作為污泥等有機(jī)固廢技術(shù)開發(fā)、投資等的評(píng)判參考。

3 污泥終端處置技術(shù)評(píng)價(jià)

采用以上原則對(duì)現(xiàn)有的污泥處理技術(shù)進(jìn)行判定，就可以得出合理的結(jié)論：

（1）傳統(tǒng)的污泥堆肥工藝

其核心是采用微生物進(jìn)行處理，而這一以生命活動(dòng)為特征的處理方式必須是以一定的時(shí)間和空間為成本的，這就造成了其與上游過(guò)程時(shí)間空間上的不匹配，因此在目前土地資源日益缺乏的情況下不具備現(xiàn)實(shí)可行性。其他一些含有生物處理步驟的工藝技術(shù)，大都需要在前端進(jìn)行預(yù)處理，或在后端進(jìn)行終端處理，也有的前后端都需要處理。這不僅不能徹底解決這一空間時(shí)間上的矛盾，同時(shí)，由于其他工藝步驟的引入會(huì)使工藝路線變長(zhǎng)，這就意味著需要更多的從外部輸入資源能源，從而使總體的經(jīng)濟(jì)性下降。

（2）污泥焚燒技術(shù)

將污泥焚燒生成二氧化碳和水，由于徹底改變了其能量狀態(tài)，問(wèn)題也就隨之而來(lái)。首先焚燒之前必須對(duì)污泥進(jìn)行干化處理，將其水分由80%左右降低到燃燒所需的50%以下，本身就是一個(gè)耗能巨大的過(guò)程，再結(jié)合中間各種過(guò)程的效率，與焚燒產(chǎn)生的能量相比，其結(jié)果也可能是一個(gè)得不償失的過(guò)程；其次，污泥中的各種元素在燃燒過(guò)程中也都以不同形式被釋放出來(lái)，如氮、硫、磷以及各種微量元素的氧化物，包括二英等燃燒過(guò)程產(chǎn)生的有害物質(zhì)，不僅對(duì)焚燒設(shè)備提出了更高的技術(shù)要求，同時(shí)這些物質(zhì)的后端廢氣處理也會(huì)極大地加重設(shè)備的初始投資和運(yùn)行費(fèi)用。其結(jié)果可能是負(fù)經(jīng)濟(jì)效益并產(chǎn)生新的污染問(wèn)題。

（3）其他中間處置技術(shù)——熱干化等

其他如各種污泥干化工藝則還只是污泥處理的中間工藝，如此后的處理和利用技術(shù)不解決，則很可能只是總體增量的污染物的形式轉(zhuǎn)變過(guò)程。熱干化是“中間”處理技術(shù)，加上焚燒或堆肥才能成為終端處理技術(shù)；而污泥的干化在需要大量能量輸入的同時(shí)，并伴有有毒有害氣體的產(chǎn)生。其他類似技術(shù)大都脫離不開微生物堆肥環(huán)節(jié)。

（4）污泥快速資源化成套設(shè)備——HiROS

該技術(shù)以工業(yè)化的技術(shù)路線處理污泥，快速高效；以污泥中有機(jī)質(zhì)的易降解部分參與氧化反應(yīng)釋放能量以維持反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，對(duì)外部能量的需求最低；而余下未反應(yīng)部分的有機(jī)質(zhì)可以高吸附性有機(jī)肥的形式加以資源化利用，使其發(fā)揮最大的生態(tài)效益。

該技術(shù)完全遵從一致性匹配原則、能級(jí)穩(wěn)定原則、資源循環(huán)最短原則，具有明顯優(yōu)勢(shì)：1）占地省。因?yàn)樘幚砜焖伲勰嗫扇债a(chǎn)日清。2）能耗低。因?yàn)椴粌H沒(méi)有改變能量的形式，還可以盡可能地利用其內(nèi)部能量消解自身。3）效益高。處理過(guò)程不過(guò)多地消耗其他資源能源，有機(jī)物中的各種組分都可作為肥分，產(chǎn)品具有高附加使用價(jià)值和環(huán)境效益。因此該技術(shù)是具有較高正收益的終端處理技術(shù)，目前階段，在世界范圍內(nèi)，還沒(méi)有比HiROS更適用的污泥“終端”處置技術(shù)。

采用HiROS工藝設(shè)備的北京南口污水處理廠污泥示范項(xiàng)目，日處理50噸污泥，噸處理成本180元；裝置占地面積600平方米；產(chǎn)出液態(tài)肥和固態(tài)有機(jī)復(fù)合肥（不加氮磷鉀，直接產(chǎn)出的是營(yíng)養(yǎng)土，每噸污泥可產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)土0.3噸）。由于產(chǎn)出的營(yíng)養(yǎng)土有20%的營(yíng)養(yǎng)分，已經(jīng)正式與一家有機(jī)肥廠簽訂供銷合同，以400元/噸的價(jià)格被收購(gòu)用做肥基，生產(chǎn)出有機(jī)復(fù)合肥則可售1800元/噸。因此，采用該技術(shù)可最終實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥分散處理、就地處理、日產(chǎn)日清。

4 結(jié)論

（1）針對(duì)污泥處置這一難題，在選擇、開發(fā)工藝路線的時(shí)候，有必要參照一致性匹配原則、能級(jí)穩(wěn)定原則、資源循環(huán)最短原則，才能找到真正適合我國(guó)國(guó)情的污泥處理之路。

（2）綜合以上分析，HiROS技術(shù)無(wú)疑是目前污泥處置的最佳工藝路線。該技術(shù)克服了其他污泥處理技術(shù)（如填埋、焚燒、傳統(tǒng)堆肥等）的諸多弊端，不僅可以達(dá)到快速處理，實(shí)現(xiàn)無(wú)害化與資源化的目的，還可以大量節(jié)約土地，減少因污泥填埋、焚燒、堆放而帶來(lái)的環(huán)境及社會(huì)問(wèn)題。

（3）污泥處置問(wèn)題目前已成為困擾我國(guó)各級(jí)政府的一個(gè)難題，鑒于國(guó)內(nèi)首臺(tái)套示范裝置已經(jīng)完成并調(diào)試完畢即將投入運(yùn)行，因此有關(guān)部門應(yīng)將此技術(shù)作為國(guó)家重要的研究及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目加以扶持、采用，以期為我國(guó)的污泥處理事業(yè)找到一條真正的科學(xué)發(fā)展之路。

[1]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部通報(bào)：第二季度全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)運(yùn)行情況[Z].

[2]中國(guó)污泥處理處置市場(chǎng)報(bào)告（2010版）[R].

[3]城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策（試行）[Z].

[4]巴里?康芒納（美）著，候文惠，譯.封閉的循環(huán)—自然、人和技術(shù)[M].吉林：吉林人民出版社，1997.

Option Principle of Technology for Sludge Treatment

JIANG Peng-ming, WU Xian-liang, LI Yu-hong
(Beijing Greentec Ecological Science and Technology Co., Ltd, Beijing 100080, China)

The option principles for sludge treatment, consistency matching, energy level stability and the shortest resources cycle, are built according to the basic mechanism of ecology and Chinese situation. Several current technologies are assessed by these principles.

sludge treatment; option principle; ecology

X703

A

1006-5377（2011）02-0040-04