三峽庫區城鎮污水污泥資源化利用潛力分析

楊政成 呂念南

0 引言

截止到2010年，三峽庫區重慶段已有100多座污水處理廠建成并投入運營，污泥總產量已經突破3000 t/d(含水率80%)，根據《三峽庫區及其上游水污染防治規劃》預測，到2020年三峽庫區污水污泥總產量將會突破5500 t/d(含水率80%)［1］，這些污泥能否得到有效最終處置，將是對三峽庫區生態環境保護的嚴峻考驗。

1 三峽庫區污水污泥處置現狀

污泥衛生填埋是國內外很多地區最常用的處置方式，三峽庫區也不例外。據環衛部門相關資料顯示，當前三峽庫區污水污泥的主要處置方式是脫水處理后送至垃圾填埋場與生活垃圾摻混后做衛生填埋處理，只有都市區少數污水廠設有污泥厭氧消化設施進行穩定化處理后送至垃圾填埋場填埋，或少量進行農用或綠化肥料。三峽庫區內多數污水處理廠設計處理規模較小，大多沒有污泥消化等設施，將剩余污泥經過脫水后直接運至填埋場填埋。

污泥衛生填埋雖然有使用時間長、技術成熟、操作簡單、投資少、處理量大、運行費用低等優點。但由于污泥含水率過高，數量大，污泥粒度分布較小，不具有穩定的形態，會急劇增加填埋場垃圾滲濾液的數量，同時，極易造成填埋場垃圾滲濾液管道的堵塞、垃圾無法壓實、填埋體變形或滑坡等，均給填埋場的運行帶來諸多不便。污泥中含有大量有毒有害物質，污泥衛生填埋具有二次污染的危險，給填埋場的安全運行造成了巨大隱患。三峽庫區已經有部分垃圾填埋場拒接污泥進行填埋。

2 國內外污泥資源化利用技術

2.1 污泥土地利用技術

20世紀90年代以來，世界各國在污泥處置利用方面的發展趨勢為放棄投海、減少填埋，大力增加農林土地利用及能源回收。我國污泥農業利用率較低于10%，而英國、美國、法國、荷蘭等國家污泥農業利用率為60%［2］，污泥土地利用是最有發展前景的一種處置方法，它是城市污水污泥處置中一種經濟有效的出路，為此我國相繼開展了園林綠地施用污泥對環境的影響及污泥林地利用等方面的研究。

污泥土地利用主要是利用土壤具有自凈能力的特性來消納污泥，同時污泥中含豐富的蛋白質、核酸、氨基酸等有機質，N，P等營養性元素和Ca，Mg，Cu，Zn，Fe等微量元素，又因具有一定的粘性、肥力，可作為肥料、調節劑等來增加土壤肥力，改善土壤理化性質，用于農作物種植、植樹、園林景觀、改良受損土壤等。

2.2 污泥建材化技術

2.2.1 污泥制磚

污泥燃燒產物和粘土的化學成分基本接近，在適當的調整或混入適量的添加劑后，完全可以制備建筑用磚。直接采用干化污泥制磚時，還可以充分利用污泥中有機質的發熱量，降低燒磚能耗。污泥磚在焙燒過程中病原菌可全部被殺滅，重金屬(As，Cd，Cr，Cu，Pb等)被固結，病原菌全部被殺死，實現無害化處置。

2.2.2 污泥制造生態水泥

隨著水泥窯中焚燒廢棄物技術水平的提高，在水泥生產過程中使用污泥作為輔助的原燃料的研究也取得了較大的發展。污泥制水泥的理論是污泥灰分高，其化學特性與水泥生產所用的原料基本相似，干化和研磨后添加適量石灰即可制成水泥，與單獨建設專用焚化爐相比，具有建設投資省、運行費用低、經濟效益好、無害化處理徹底等資源化環保處理的優點。

2.3 污泥能源化技術

污泥能源技術中較成熟的有污泥作為燃料直接燃燒、發酵制沼氣等，污泥制造合成燃料、熱解制油、分解制氫仍處于研究階段。

污泥中含有大量的有機質以及大量的發熱性物質，蘊含了大量的能量，混合污泥的發熱量12005 kJ/kg～16956.5 kJ/kg，為褐煤24000 kJ/kg熱值的一半左右［3］，污水污泥具有良好能源前景。

2.4 污泥材料化技術

2.4.1 制造輕質材料(陶粒)

污泥中無機成分以SiO2，Al2O3和Fe2O3為主，類似粘土的成陶成分，將其與粘土按一定的配比混合，經過干燥，脫碳，燒脹等工藝條件，在不同的溫度、燒制時間的條件下，制成不同程度的陶粒。我國廣州華穗輕質陶粒制品廠自2000年起利用獵德、大坦沙污水處理廠產出的污泥作為主要輔助原料生產超輕陶粒，產品質量好，生產成本低，企業經濟效益好，獲得圓滿成功［4］。

2.4.2 污泥作粘結劑

污泥本身含有大量有機物，如蛋白質、脂肪和多糖，具有一定的粘結性能。利用活性污泥作粘結劑將無煙粉煤加工成型煤，型煤燃燒的同時污泥在高溫氣化爐內被處理，防止了污染;污泥作為型煤粘結劑替代白泥可改善在高溫下型煤的內部孔結構，提高了型煤的生化反應性，降低灰渣中的殘炭，提高炭轉化率。污泥既可作為一種粘結劑，同時也是一種疏松劑，污泥的熱值也得到了利用，這種處理方式既提高了碳的轉化率［5］，同時污泥的熱值也得到了充分的利用。

2.4.3 垃圾填埋場覆蓋材料

含水率為60%的消化污泥與爐渣以2∶1混合時，滲透系數達到10數量級，已經接近垃圾填埋場防滲層對滲透系數的要求，且各種污染物負荷較小，各項指標能達到污泥作為垃圾填埋場覆蓋材料的要求［6］。

3 三峽庫區城市污水污泥的組成及性質分析

3.1 污泥中含有機質及N，P等可利用元素

三峽庫區污水廠污泥中含較多的有機質和氮、磷、鉀等植物營養素，其中揮發性有機物含量一般為30%～60%(質量百分比)，有效氮含量為 446 mg/kg～518 mg/kg，有機磷含量為114 mg/kg～160 mg/kg，速效鉀含量為 392 mg/kg～577 mg/kg，基本上仍能較好地滿足重慶市園林用土的理化指標，且可以對土壤起到一定的改良作用，重慶市農業局進行了污泥堆肥的相關研究，試運行處置費用為 110 元/t［7］。

3.2 含有大量可以建材化利用成分

三峽庫區污水污泥燃燒灰近似二類粘土質原料。硅酸率低于2.7可摻合硅酸率高的硅質校正原料——砂巖和粉砂巖。氧化鎂堿含量、三氧化硫都能滿足粘土質原料的要求。三峽庫區拉法基公司、農業局、同興垃圾處理公司等單位利用水泥窯并行處置污泥已經完成中試，技術可靠，各項污染物均達標排放，運行處置費用約為106元/t～126元/t［8］，這表明三峽庫區污泥用于建筑材料是完全可行的。

3.3 重金屬污染并不嚴重

三峽庫區污水廠的污泥重金屬含量高于一般園林用土和廄肥，但仍低于GB 18918-2002城鎮污水處理廠污染物排放標準中的相應限值，部分污水廠污泥鋅含量較高(502 mg/kg)，部分污水廠污泥鎳含量較高(達176 mg/kg)，約是酸性土壤要求最高允許限值(100 mg/kg)的2倍，可能是工業廢水預處理沒有達標直接排放至城市下水道所致，其他重金屬含量均低于我國城鎮污水處理廠污泥處置農用標準(CJT-2009)，低于美國EPA 503的標準和歐盟建議性標準，所以說只有鋅元素限制了庫區污泥的農用途徑，如果含鋅廢水得到較好的預處理，庫區污水污泥農用基本是沒有問題的。

3.4 污水污泥熱值相對較高

三峽庫區污水污泥熱值約9 MJ/kg～12 MJ/kg，低于國內其他地區一般污水廠污泥的平均熱值23 MJ/kg，能夠達到自持燃燒熱值底線(＞3349 kJ/kg)［9］，無需添加入助燃劑就可自持燃燒;少數污泥甚至能夠達到余熱利用的低位熱值(＞4180 kJ/kg)，如果選用適合燃用低熱值污泥的流化床焚燒爐，可不加輔助燃料進行處理，大大降低費用。

另外隨著城市居民生活水平的提高，污水污泥中的有機質含量也在逐步提高，更是增加了污水污泥作為燃料進行開發的可能性。

4 污泥資源化利用技術路線

4.1 污泥利用的技術路線

結合三峽庫區污水污泥上述污泥特性分析，三峽庫區城鎮污水廠污泥的具體消納途徑可考慮采用建材化利用、園林綠化、廢棄礦場修復以及垃圾填埋場覆蓋土等，而農田使用應慎重。所以三峽庫區污水廠污泥的處置應該以建材化利用、園林綠化利用、廢棄礦山修復、焚燒發電等資源化利用體系或手段逐步取代以填埋為主的土地消納途徑，不僅可以解決污泥出路問題，還可大量節省填埋場使用空間，是適合三峽庫區當前發展的、經濟高效的污泥處置方法。

4.2 污泥資源化利用存在問題或障礙

三峽庫區污水污泥進行資源化開發利用時，由于現在科技水平、工藝條件等方面的問題，污泥組成以及利、害兩重性又限制了污泥資源化開發利用，主要體現在兩方面:

一方面在污泥組成上的限制因素:污泥中的重金屬;寄生蟲、細菌、病毒等病原微生物;殺蟲劑等有毒有機物。

另一方面污泥含水率過高，易腐、不穩定等性質又增加了污泥處置的難度，提高了污泥處理的成本，限制污泥資源化利用前景。

5 結論與展望

雖然一些技術問題和困難有待解決，但三峽庫區污水污泥是可以作為資源進行開發利用的。三峽庫區污水污泥資源化利用，不僅可以有效解決污泥填埋帶來的問題，還可以使其資源性得到充分發揮，為三峽庫區污水污泥處理與處置找到一條化害為利、變廢為寶的合理出路，實現經濟利益與社會效益同步增長。

［1］ 焦艷靜.三峽庫區污水廠污泥改性作生活垃圾填埋場日覆蓋材料研究［D］.重慶:重慶大學優秀碩士論文，2007.

［2］ 王 新，周啟星.污泥堆肥土地利用對樹木生長和土壤環境的影響［J］.農業環境科學導報，2005，24(1):174-177.

［3］ 班福忱，劉明秀，李業峰，等.城市污水處理廠污泥資源化研究探討［J］.環境科學與管理，2006，31(5):45-47.

［4］ 郭立新，劉天元，羅景輝，等.污泥熱處理技術的研究進展［J］.長春理工大學學報(自然科學版)，2008，31(3):90-95.

［5］ 熊 帆，黃君濤，鐘 理.城市污泥的處理處置與資源化利用［J］.廣東化工，2005(1):87-91.

［6］ 焦艷靜，王里奧.三峽庫區污水廠污泥處理處置淺析［J］.環境科學導刊，2007(2):54-56.

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［8］ 張召述，馬培舜.污泥制備聚合物復合材料工藝研究［J］.化學建材，2003(21):21-25.

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［10］ 劉媛媛，張芹芹.污泥基本特性與安全處置［J］.水科學與工程技術，2008(4):63-67.