污泥處理現狀分析及處理方法

張俊濤，付炳炳，計映東

（鄭州大學水利與環境學院，河南 鄭州 450000）

1 概述

隨著國民經濟和科技水平的發展，城市污水的處理率逐年提高，城市污水處理廠的污泥產量也急劇增加［1］。目前中國已建成運轉的城市污水處理廠約427 余座，年處理能力為113.6億m3。根據有關預測，我國城市污水量在未來20 年還會有較大增長，2010 年污水排放量將達到440 億m3/d；2020 年污水排放量達到536 億m3/d。污泥的合理處理越來越引起人們的關注。現階段我國主要通過微生物的代謝作用及物理化學方法將污水中的污染物大量轉移到剩余污泥中，其實質是污染物的相對轉移，即可溶性污染物轉變為不溶的固體，在水質得到凈化的同時，污水中的污染物作為污泥被分離出來，可以說污泥是被濃縮的污染物。污泥的處理水平從一定程度上反映了污水處理過程中對環境的凈化效果和對整個生態環境的保護程度。污泥的成分很復雜，包括混入生活污水和工業廢水中的泥砂，纖維動植物殘體等固體顆粒及其凝結的絮狀物，由多種微生物形成的菌膠團及其吸附的有機物，重金屬元素和鹽類，少量的病原微生物寄生蟲卵等綜合固體物質，有機物含量高，容易腐化發臭，顆粒較細，密度較小。如果處置不當的污泥進入環境后，直接會給水體、土壤、大氣帶來二次污染。一個城市的污水處理廠就不能充分地發揮其消除污染、保護環境的作用，同時還將對生態環境和人類的活動構成嚴重的威脅，所以合理地處理污泥是當務之急。

2 國外污泥處置現狀

美國有約16 000 座污水處理廠，服務2.3 億人口，年產污泥量3500 萬t（以80%的含水率計）。建有650 座集中厭氧消化設施，處理58%的污泥；700 座好氧發酵穩定處理22%的污泥；其余的以填埋為主。歐盟國家的50 000 座污水處理廠年產污泥量4000 萬t（以80%的含水率計）。有50%以上的污泥進行厭氧消化穩定處理，其中英國的污泥厭氧處理達到66%。20%進行填埋處理，20%進行焚燒處理，填埋量在持續降低。德國的城市污水處理廠總規模達2800 萬m2。污泥年產量1000萬t（以80%的含水率計）。污泥已經實現了100%的穩定化處理，對穩定化和無害化提出了量化的約束性指標，規模5000t/d 以上的污水處理廠采用污泥厭氧消化穩定工藝，通過回收污泥中的生物質能源可以滿足污水處理廠40%～60%的電耗需求，碳減排效益十分可觀。污泥最終處置50%土地利用，50%為焚燒或協同焚燒。污泥填埋有機質低于5%。統計顯示，大多數發達國家實現了污泥資源化處理。

3 我國污泥處理的現狀及問題分析

據對我國的污水處理廠調查顯示，污泥的處理方法有所不同。69%的處理廠采用人工填埋技術，23%的處理廠采用堆肥技術，7%的處理廠采用焚燒技術，1%的處理廠未配備穩定的污泥處理設備。

3.1 污泥焚燒

現階段我國基本采用窯式焚燒技術、多爐膛焚燒技術、流化床焚燒技術、電爐焚燒技術［2］，少量的采用低能耗等離子體焚燒技術［3］，這些焚燒工藝的優勢在于可以迅速、有效地使污泥達到無菌化、減量化的目的，其產物為無菌無臭的無機殘渣，含水率為零，對人類的生活危害較小，且在惡劣的天氣條件下不需儲存設備，并能達到污泥自持，滿足越來越嚴格的環境要求，能充分地處理不適宜于資源化利用的部分，污泥焚燒后的產物能充分地利用。干污泥顆粒用作發電廠的燃料摻和料，通過干餾提取焦油和燃氣污泥焚燒灰做水泥添加劑、污泥磚等建筑材料。但這些工藝缺點是重金屬隨著煙塵擴散而污染空氣，殘余灰燼也富含污染物，再進行填埋也會造成污染，而且焚燒成本是其他工藝的2～4 倍，且污泥必須保證比較低的含水率才能制成合成燃料。這就提高了污泥的脫水程度，機械脫水成本比較高，自然脫水成本低但時間長，占地面積大而且晾曬期間的污泥腐臭氣嚴重污染空氣。

3.2 堆肥處理

傳統的堆肥采用厭氧發酵技術，自然通過風發酵技術，在一定的時間內通過充氣和翻垛達到通氧的目的，操作簡單，但該工藝占地面積較大，易產生臭氣且時間較長、效率低下。隨著科技的發展，機械通風技術和高溫好氧發酵法［4］廣泛地應用到污泥的處理過程中，實現了自動化處理程度高、周期短、日處理量大，可以有效地控制臭氣和其他污染物對環境造成的影響，但是這種工藝的進程是很緩慢的，且堆肥的肥效不能得到穩定的控制，在用于農業生產過程中出現了燒苗的現象，投資成本高，又會造成能源的浪費。

3.3 傳統填埋技術

據統計顯示，污泥的填埋主要分為2 種工藝：單獨填埋和混合填埋。單獨填埋是對污泥進行單獨的處理，與其他固廢分開處理。混合填埋是將生活固體垃圾和污水處理廠脫水污泥一起進行填埋。2 種工藝的操作相對簡單，投資費用小，實用性強，但是嚴重地浪費了土地資源，存在潛在的土壤和地下水污染，減少了填埋場使用年限而且填埋周圍的環境也會惡化，還會有滲濾液和臭氣的問題，在許多國家和地區新建的填埋場遭到很多人民的堅決反對，而從污水處理廠運輸出來的污泥脫水后含固量低，流動性大，可壓縮性差，影響垃圾填埋壓實，簡單脫水后的污泥普遍被填埋場拒絕。所以，當今國家污泥填埋帶來了嚴重的二次污染。

3.4 污泥的密封填埋

污泥不同于其他固體廢棄物。有機質含量占污泥干重的38.4%±12.7%，總氮量2.71%±1.35%，全磷含量1.43%±1.16%，全鉀0.69%±0.27%。污泥中含有大量的厭氧微生物，如以不同的形式存在于污泥中，密度約為9500 個/L，對污泥有機物分解起重要作用。

作用原理厭氧消化過程

第1 和第2 階段

戊酸轉化CH3CH2CH2CH2COOH+2H2O→CH3CH2COOH+CH3COOH+2H2

丙酸轉化CH3CH2COOH+2H2O→CH3COOH+3H2+CO2

乙醇轉化CH3CH2OH+H2O→CH3COOH+2H2

第3 階段

4H2+CO2→CH4+2H2O

CH3COOH→2CH4+2CO2

首先對從污水處理廠運來的污泥進行密封處理，減少揮發，從而減少難聞氣味和細菌對人類生活的影響，也避免滲濾液給填埋帶來的不便。將封閉后的污泥進行淺層的填埋。在封閉無氧的條件下污泥中的微生物利用有機質等進行生命活動，不斷地將有機物分解成氨基酸、脂肪酸、甘油、CO2及氫氣等物質，污泥中的能量將用于微生物的新陳代謝，從而降低有機物的含量。微生物在生命活動過程中產生大量的熱量和氣體，通過導氣管及填埋場氣體收集裝置如抽氣井等［5］排除污泥中的氣體（氫氣、甲烷和水蒸氣等）進行處理。而作為一個孤立的系統，污泥中的能量是有限的，隨著污泥中能量的降低和水分的減少，微生物的生命活動受到限制，微生物將大量的死亡，污泥中的病原體等微生物將急劇降低，起到殺菌作用，減少污泥中微生物給人類帶來的危害。經過長期的封閉后，污泥則變為污染程度低、對人類危害小、且含有大量植物生長所需營養物質的有機肥。在填埋污泥的土地上可以種植樹木等綠色植物，使污泥中的營養物質得到充分的利用，減少污泥對地下水的污染以及土地資源的浪費。密封填埋與傳統填埋相比，提高了對污泥污染物的處理程度，對生態環境破壞小，減少了污泥中污染物對人類生活的危害。

3.5 污泥處理問題分析

最近幾年，我國雖然對污泥問題高度重視，但對污泥的本質缺乏深入的認識，雖然我國主要大城市開始使用先進技術進行污泥處理處置規劃，對其技術方案進行了充分論證，但關于污泥處理處置的技術路線，目前存在2 個巨大的認識性錯誤。首先是資源化的認識。目前污泥處理處置技術的發展程度，尚不能高效地實現能量回收和物質回用，以實現經濟效益和節約能源的效果。污泥的資源化必須總體考慮，不能分割整個處理處置過程而強調某一局部單元工藝的效果，從而得出污泥資源化的概念。部分決策者誤認為污泥就是資源，污泥的處理處置可以盈利，對污泥處理處置認識誤區將影響到整個體系的有效運行。其次，不能結合中國的實際情況設計出合理的處理規劃方案。設計合理的規劃方案和監督管理體制是實現污泥的資源化處理和先進技術推廣普及的重要環節。因為我國地域遼闊，不同地區的自然環境、人文環境、產業結構和經濟發展水平都不同，各地區也應從自身特點出發，采取適宜的技術路線，以便因地制宜，實現污泥的最大化處理。

4 結語

雖然污泥填埋沒有最大限度地實現污泥的減量化和資源化，但實現污泥的資源化利用是污泥處理的理想目標。通過對我國污水污泥的現狀和經濟狀況的合理分析，我國污泥的處理技術發展還面臨著巨大的挑戰。人們必須正確地認清污泥的本質，加大投入，使先進的技術在各個城市普及。用技術改變我國污泥處理現狀，做到低排放，高回收，最終實現保護環境的目的。

［1］張光明.城市污泥資源化技術發展［M］.北京：化學工業出版社，2005.

［2］王羅春.污泥干化與焚燒技術［M］.北京：冶金工業出版社，2010.

［3］徐強.污泥處理處置新技術［M］.北京：化學工業出版社，2011.

［4］尹軍.污水污泥處置與資源化利用［M］.北京：化學工業出版社，2004.

［5］馮向明.城市生活垃圾衛生填埋處理技術［M］.北京：中國建筑工業出版社，2003.