市政污泥處理處置及資源化途徑與新技術的應用分析

鮑王軒

（中國市政工程西北設計研究院有限公司，福建 福州 350001）

市政污泥是指城鎮生活廢水經處理后遺留的產物。通常污水廠在處理生活廢水時會采用沉淀、過濾等技術手段去除無機或有機顆粒物及可生物降解的化合物，處理后會產生大量的污水、污泥。近年來由于城市規模擴大、城市人口增多等因素的影響，導致市政污泥的數量也在不斷增多。我國雖然在不斷擴建和新修污水處理廠，但依然難以滿足污泥處理處置的需求。大量未經無害化處理的污泥會造成二次污染，在治理污泥時也會造成水資源的浪費。

目前市政污泥的處理處置工作得到人們的高度重視，由此而開發的處理處置技術也在不斷被應用。目前常見的處理處置措施包括土地利用、填埋、焚燒、綜合利用等，這些技術在使用中具有不同的優勢和劣勢[1]。本文將對當前市政污泥處理處置的資源化途徑及新技術的應用進行分析，致力于解決當前市政污泥處理處置中存在的突出矛盾，為城市的可持續發展提供保障。

1 市政污泥處理處置的原則與技術

目前我國城鎮污泥處理相關配套設施尚處于大規模建設的階段，但市政污泥的處理處置原則與技術尚未完全明確。污泥處理處置的基本原則、技術路線對污水處理廠的新建、改建有重要指導意義，因此需明確污泥處理處置的基本原則，并選擇合適的技術路線。

1.1 污泥處理處置原則

市政污泥對環境的破壞極大，因此處理市政污泥的首要原則是“污泥全處理”，即需要逐步對所有市政污泥進行無害化處理。目前由于處理能力有限，某些地區尚不能對所有污泥進行處理，但應該明確所有污泥應該進行無害化處理的目標，并不斷提升污泥處理能力。其次，污泥處理處置還需要遵循“環保”“再利用”“節能”“因地制宜”“安全”等基本原則。環保原則要求污泥的處理必須遵守環保的基本原則，各地在污泥的處理處置中不應以犧牲環保為代價，換取對污泥的臨時處理，而應該以環保為基本準則，使污泥得到無害化處理；再利用原則要求盡可能地實現污泥的循環利用，無論是再用于工業、農業或其他行業，總之需要盡可能發揮污泥的再利用價值，“變廢為寶”，再利用原則一方面可降低處理處置污泥的成本，另一方面也使得污泥具有循環利用價值，減少需要廢棄化處理的污泥數量；節能原則是指盡可能降低污泥處理處置的成本，繼而降低其在市政污泥處理中的公共支出，使污泥處理處置的總成本降低；因地制宜原則指處理時需要考慮到不同地區的差異，比如沿海地區和內陸地區在污泥處理處置中存在極大的差異，不能要求不同地區采用相同的處理處置思路，而應該結合當地實情，因地制宜地選擇合理的資源化路徑和技術路線；安全原則是指在處理處置過程中，相關人員需要保證處理過程的安全，避免發生安全生產事故。市政污泥處理處置基本原則是治理污泥的前提，相關部門應該以基本原則為基礎，制定相關的規章制度。

1.2 污泥處理處置技術

目前市政污泥的處理處置技術尚處于不斷發展的階段，在技術路線上，不同地區存在較大的差異。常見的技術目標要求實現污泥的減量化、穩定化、無害化和資源化[2]。其中減量化、穩定化、無害化技術主要是保障污泥的處置不對環境造成過多的不良影響，而資源化則是污泥循環利用的路線。

在污泥在處理處置過程中，相關人員需要充分考慮到污泥的具體構成差異，采用合適的技術以達到充分處理或充分利用的目的。如發達城市可投入資金數額大，適合開發污泥資源化的路線；而欠發達城市可投入資金少，則需要以無害化為基本目標，再考慮污泥的循環利用；有的地區污泥物質構成中有大量物質可回收，因此可作為建材、土壤進行綜合利用；有的地區污泥物質構成不具備較大的回收價值，則可選擇填埋的方式進行處理處置。污泥的不同處理處置技術路線，相關人員需盡可能結合當地實際情況來選擇，不能刻舟求劍，盲目追求循環利用或單純無害化處理。

1.3 污泥成分分析

市政污泥構成復雜，其中占比最大的是水分，約占總量的90%～99%，剩余成分則包括有機物、微生物、營養成分、黏土質、重金屬等；有機物主要是指碳、氫、氧、磷等，以碳水化合物、蛋白質、脂肪等形式存在；微生物則包括細菌、寄生蟲、病毒、輪蟲、真菌等，這些微生物致病性高，未經過處理的污泥直接排放會導致微生物轉移到植物、地下水、地表水中；營養成分則主要是指氮、鉀、鈣等元素，可幫助植物生長；黏土質是指可用于建筑材料的成分，包括硅、鐵、鋁、鈣等，這些成分與建筑材料的原料相近；重金屬則包括汞、鎘、鎳等，我國污泥中的重金屬含量普遍低于歐美國家。

2 污泥處理處置的基本要求和方式

在污泥處理技術發展的過程中，國外的一些經驗可供借鑒。歐美、日本等發達國家以資源再利用和熱能回收作為最高優先原則，并以此原則發展出相應的技術路線[3]。而我國由于人口多，城市規模更大，污水處理后產生的污泥量也更大，如完全照搬歐美、日本的經驗，則可能會出現南轅北轍的情況。住建部發布《城鎮污水處理廠污泥處理處置技術指南》[4]，為污泥的處理處置提出基本原則，并明確處理處置的優先層級。第一層級是結合污泥的構成，優先考慮污泥土地利用（土地改良、園林綠化、農用等）的可行性；第二層級則是在第一層級無法實現時，考慮通過焚燒、建材利用等方式進行處理處置；第三層級則是在第一、第二層級均無法實現時，采用填埋等措施進行處置。

2.1 污泥的土地利用

污泥土地利用是污泥處理處置的第一層級，指在參考污泥構成的情況下，首先考慮污泥的土地利用。污泥的土地利用方向包括土地改良、園林綠化、農用等，不同污泥的基本構成決定了其是否能實現土地利用。污泥通常由有機質、無機質、氮、磷、鉀等元素組成，這些物質構成的合理性是實現土地利用的前提。如污泥經處理后符合關于土地利用的標準《城鎮污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質》（GB/T 23486-2009）[5]時可用于園林綠化中；而在符合土地改良的有關標準《城鎮污水處理廠污泥處置土地改良用泥質》（GB/T 24600-2009）[6]時，則可用于沙化地、廢棄礦場、鹽堿地的改良中。土地利用的前提是經處理的污泥符合相關標準，如不符合標準，不僅達不到土地利用的效果，還可能造成環境污染。土地農用對污泥處置的要求最高，大部分污泥經處理處置后也依然難以滿足土地農用的使用標準，故土地農用的利用方式在實際中應用較少。

2.2 污泥的建材利用及焚燒處理

第二層級的污泥處理包括焚燒、建材利用，焚燒對環境污染較大，處理人員通常在能夠進行土地建材利用的情況下優先選擇建材利用。有關部門要求經處理的污泥達到《城鎮污水處理廠污泥處置制磚用泥質》（GB/T 25031-2010）[7]的標準后，可將污泥作為輕質磚的原料；而在滿足水泥熟料的使用標準下，污泥還可作為水泥熟料生產的原料。污泥的建材利用方向具有極大的潛力，也是最符合資源化技術路線的選擇，但作為建材使用的污泥，對其構成要求較高，不能達到使用標準的污泥采用建材利用的方式進行利用，會產生巨大的隱患。

焚燒是無法建材利用的污泥處理備選方案，將污泥加熱至（850～1 100 ℃）的高溫，通過熱解、氧化使污泥中的有機物、微生物被徹底破壞，從而達到無害化處理的目的[8]。焚燒需要使用焚燒爐，還需要大量能源，故處理成本較高。為了降低焚燒成本，工作人員通常在焚燒前進行干化處理，降低污泥的含水量后再進行焚燒，但目前我國的干化焚燒技術水平較低，關鍵的技術和設備依賴國外，且存在能耗高、污染大的問題。

2.3 污泥填埋處理

無法實現第一、第二層級處理的污泥，當前主要是采用填埋的方式進行處理處置，由于污泥填埋的成本最低，故在部分地區被濫用。大量可進行土地利用、建材利用的污泥被直接通過填埋的方式處理，增加了環境負擔。在正常情況下，需要在污泥泥質不適合土地利用、建材利用、焚燒處理時才考慮通過填埋的方式處置。并且在填埋前也需要對污泥進行處理，如以石灰穩定工藝，或添加粉煤灰、陳化垃圾等對污泥進行處理，以確保填埋后污泥的性質穩定，避免對土地、地下水等造成不良影響。

3 污泥處理處置及資源化利用新技術

發達國家由于人口數量少，城市規模較小等因素的影響，污泥數量遠低于我國，故在污泥處理處置中可采用更為精細的技術實現污泥的循環利用或無害化處理；我國由于城市規模大、人口數量多，污泥的數量遠高于國外發達國家，故污泥處理處置的資源化路線和技術不能直接照搬發達國家，而是需要結合我國實情進行有針對性的借鑒或研發。

3.1 污泥原位減量技術

目前在處理污泥時，第一選擇是采用減量技術使污泥的總量減少。污泥原位減量技術能夠使污泥的總量減少，其原理是降低污泥中的微生物數量，抑制微生物的生成、分解以達到減少污泥總量的目的[9]。既往利用的污泥減容減量技術與污泥原位減量技術存在本質的差異，前者只能降低污泥的含水量，通過減少污泥中的水分達到縮小體積的目的，并未實質減少泥質；而污泥原位減量技術通過抑制微生物的生產、代謝等，可使泥質減少20%～30%，不僅減少污泥中的水分，也減少了污泥中的泥質。原位減量技術利用污泥中微生物發酵效應進行處理，技術原理簡單，具有經濟、實用、耗能小等優勢。隨著發酵技術的發展，我國在該技術工藝上也取得了較大突破，但依然有需要解決的問題，如需要添加大量輔料促進發酵、存在人畜健康風險等。除原位減量技術外，通過污泥濃縮處理技術也可使污泥達到減量的目的。利用重力、離心、氣浮等物理特性，可達到水、泥分離的目的，有效降低污泥中的含水量，降低后續處理技術的負擔。

3.2 污泥干化技術

污泥干化是污泥處理中的重要步驟，通過干化處理的污泥更易進行后續利用，如焚燒、建材利用均需要先進行干化處理。干化處理的實質是去除污泥中的有機物，抑制微生物的繁殖生長，使其水分盡可能地降低。通常市政污泥的含水率在70%～80%左右，而在此含水量下，相關人員可通過微生物技術進行干化處理，使其水分降低，再利用熱能技術進一步降低污泥的含水量。目前經干化處理的污泥含水量可降低10%～40%。污泥干化的過程是處理成本最高的部分，因此如何降低污泥干化的能源成本有重大意義。

隨著污泥干化處理技術的發展，如何降低干化能源成本成為取得技術突破的關鍵。對于如何降低能源成本，目前主要技術路線包括：（1）利用太陽能、生物質能等新能源替代傳統化石能源，降低成本，但該技術的使用受限于空間，大部分地區不具備利用太陽能等新能源的空間條件。（2）改進干燥機、反應器等，使能源利用效率提升，以達到降低能源支出的目的。（3）研發污泥干化的新技術，目前正在研發的技術包括生物干化、水熱干化、低溫真空脫水干化、微波干化等，但新技術的研發偶然性較大，無法準確推算可應用的時間。

污泥干化能為后續利用提供便利，但我國當前污泥干化技術水平較低，使用的設備、技術尚不成熟，存在較大的局限性。因此，相關部門需將污泥干化作為重點攻克項目推進。

3.3 污泥焚燒技術

污泥焚燒能使污泥的體積最大程度地降低，目前污泥焚燒技術可使污泥體積縮減至原污泥的10%以下[10]。經焚燒處理的污泥成為較為穩定的惰性灰渣，此類灰渣是建材利用的原料，因此污泥焚燒技術是實現污泥循環利用的重要前提技術，并且在污泥焚燒過程中可回收熱量進行污泥的干化，極大降低能源支出，使得污泥處理全流程有機聯合。

污泥焚燒工程極為復雜，且建設成本、運行成本均較高，極大制約著污泥焚燒技術的推廣應用，由于技術成本的限制，目前尚不能大規模推進污泥焚燒技術的工業利用。以上海某污泥處理項目為例，其項目建設成本高達6億元，而處理污泥的每噸成本超過200元，因此，我國在現有技術水平下，還無法通過焚燒實現污泥的循環利用。但污泥焚燒技術前景廣闊，因此焚燒技術、相關設備的研發等一直受到重視，目前我國已建設一批示范工程，對推進污泥焚燒技術的發展有引領作用。這其中，異重流化床污泥清潔焚燒技術值得重視，該技術利用石英砂床料，并在流化床上添加鈣基物質，是實現污泥循壞焚燒的重要基礎技術。

3.4 厭氧消化技術

厭氧消化技術目前在污泥資源化中極為常用，它可將污泥中的碳、氮、磷等元素進行資源化利用。該技術通過在污水處理廠加裝污泥厭氧消化裝置，實現污泥的縮減。但是我國污泥中含有大量的泥沙，有機質含量低，實現厭氧消化技術較為困難，且其能源支出、產出難以平衡，因此目前我國絕大部分污水處理廠并未使用厭氧消化技術。近年來厭氧消化技術在我國也有一定發展，如通過高溫、高壓熱水解設備實現低有機質的厭氧消化。其次，還有高含固氧技術，該技術基于污泥細胞破壞技術，能最大限度地破壞細胞，使有機物溶出，提升厭氧處理的效率和質量。目前圍繞開發應用厭氧消化技術，已出現許多新的技術，這對規模化使用厭氧消化技術具有重要意義。

3.5 其它技術

除上述重點技術外，還有一些污泥處理處置技術也值得重視，這些技術可作為污泥處理處置的備選方案或儲備技術。

3.5.1 濕式空氣氧化技術

該技術是針對有機質含量豐富的污泥，通過將污泥儲存在密閉的反應器中，通過構建高壓、高溫環境，加快有機質的氧化分解，最終生成二氧化碳和水。但該技術適用面較窄，且污泥有機質含量差異較大，反應基礎不同導致的結果也不同。

3.5.2 蚯蚓處理技術

蚯蚓污泥處理技術是利用生物習性，通過蚯蚓處理污泥中的金屬元素，使其含量降低，臭味減輕，并且泥質松散、營養豐富。處理后的產物在園林綠化方面有較好的前景，但受限于蚯蚓處理效率低的因素影響，該技術在現階段不可能大規模應用。

3.5.3 人工濕地處理技術

該技術通過多種技術將污泥濃縮、脫水、降解處理后利用，但處理成本極高，因此可行性較低，尚停留在理論階段。

4 結論與展望

市政污泥是城市運轉過程中產生的“廢物”，如不進行資源化、無害化等處理，會對我們的環境造成巨大破壞。近年來，隨著我國城市人口的增多，市政污泥數量連年增加，即使不斷新建污水處理廠也難以滿足處理需求。因此，為了更為合理地處理污泥，本文對當前污泥處理基本原則、技術路線等進行了分析，旨在為今后污泥處理相關配套建設提供思路和技術上的參考。由于我國人口數量大，且尚處于工業化過程中，國情與發達國家不同，因此解決思路不能完全參考發達國家的解決辦法。在處理原則上，我們應堅持從國情出發，遵循污泥處理的基本原則，不斷探究更為合理的技術路線，實現污泥資源化、無害化的處理目的。