污泥處理處置技術的研究進展

張海鳳 賴梅東,2

（1.深圳市深港產學研環保工程技術股份有限公司 廣東 深圳 518057；

2.重慶市環境保護設計工程設計研究院有限公司 中國 重慶 401100）

污泥處理處置技術的研究進展

張海鳳1賴梅東1,2

（1.深圳市深港產學研環保工程技術股份有限公司 廣東 深圳 518057；

2.重慶市環境保護設計工程設計研究院有限公司 中國 重慶 401100）

介紹了目前主要的污泥處理處置方法，并分析了各自的優缺點，特別介紹了新興技術在國內外的進展狀況。資源化和能源化利用是今后污泥處理的發展方向，探討了污泥超臨界水氧化資源回收和利用的可行性。

污泥；新興技術；處理處置技術；資源化

污泥是污水處理的副產物，含有多種菌膠體、有機物、無機物的一種復合產物[1]，未經處理的污泥成分復雜，除含有灰分外，還含有大量的有機質、難降解的有機物、多種微量元素、病原微生物和寄生蟲卵、重金屬及鹽類等成分[2]。據統計[3]，截至2009年9月底，全國已有1792座城市污水處理廠投入運營，處理能力達 9 904萬噸/日，在建城鎮污水處理項目1 977個，設計能力約為5 527萬噸/日。預計處理1萬噸污水會產生產1.5噸干污泥，濕污泥含水率估計為80%，全國將產生濕污泥4,224萬噸。污泥處理和處置在我國還處于初級階段，因此，如何將成分復雜、產量大的污泥妥善處置，使其減量化、無害化和資源化、具有重要的現實意義。

1 污泥處理新技術

國內外的污水處理廠傳統的污泥處理方法主要有調理、濃縮、脫水、干燥、消化等。這些方法在工程實踐中不斷的暴露出一些缺點和不足，如占地面積大、運行管理要求高、運行費用與機械維修費用較高等。近年來，已有很多新興的污泥處理技術得到發展，被應用到實踐中。

1.1 污泥熱干化技術

污泥熱干化就是用熱蒸汽或熱能將污泥烘干，干化后的物相品質穩定，呈顆粒或粉末狀，容積減量效果顯著，且無臭味。由于熱干化技術要求和處理成本較高，管理復雜，直到20世紀末90年才得到迅速發展，我國相關研究開展也相對較多，但推廣成功案例較少。Idris[4]等在污泥熱干試驗中發現，持續干燥過程與溫度升高一致，干燥時間較短時產生污泥質量和熱量比。馬德剛等[8]研究表明，污泥的粘壁強度有電場時與無電場時的比1：16，污泥含水率大于50%時，干燥速度加快。鄭宗和等[5]對太陽能干燥污泥進行研究，發現該技術對污泥脫水節能影響較大。雷海燕等[10]研究發現了太陽能干燥器污泥過程的可行性和干燥特性。

熱干化法可以做到污泥減量化、無害化、穩定化，其特點是：占地面積小，機械化程度高，可大幅度縮減污泥的體積和重量，污泥性質穩定，不會腐敗發臭，便于運輸和消納。但熱干法存在設備投資費用高、運行、維護成本較高，安全系數低，操作復雜等缺點。

1.2 污泥的濕式氧化技術

濕式空氣氧化法(以下簡稱WAO)是以O2(或O3、H2O2)為氧化劑在液相中(125～320℃，0.5～20MPa)將有機污染物氧化為CO2和H2O等小分子有機物或無機物的化學過程。有研究發現[6]，經濕式氧化處理后的污泥變得較穩定，上清液生化性能升高、沉降性能增加；低溫時污泥是由水分蒸發造成失重，100℃～200℃之間污泥的失重是由有機物揮發造成的，200℃～400℃之間吸熱或放熱是由含碳高分子化合物分解引起的。

WAO法的優點是脫水性能極佳，適應性較強，顯著的滅菌和除臭效果，處理周期短，污泥經處理后，重量和體積都大為減少，缺點是投資成本昂貴、設備復雜、運行和維護費用較高，因而限制其廣泛使用。

1.3 污泥的超臨界水氧化技術

超臨界水氧化(Supercritical Water Oxidation，簡稱SCWO)技術是一種新型綠色氧化處理技術。當溫度和壓力分別高于374.3℃和22.05MPa時，水能與有機物、空氣和氧氣以任意比混溶形成均一相，消除了相間的傳質阻力，反應速度加快，反應時間縮短，有些有機物甚至可以在不到1min的時間內完全轉化成無害的H2O和CO2。目前，污泥的SCWO處理已經得到了較好的發展，國外已開始了SCWO技術的工業化、商業化運用，在美國的Modell Development Corp、Eco-Waste Technologies、Modar Inc.公司和日本奇玉縣下水處理廠等已經先后建成多座超臨界水氧化處理污泥裝置，而國內還處于實驗室研究階段。

表1是不同方法處理制漿造紙廠污泥的費用比較[7]。可以看出，SCWO法處理污泥的費用遠小于焚燒法，與填埋法相近，從經濟角度上看，超臨界水氧化處理污泥是可行的。與其他處理方法比較，超臨界水氧化法具有較大優勢：反應速度快、處理徹底、效率高、無二次污染，還可以通過能源回收（熱能和CO2、CH4）降低成本。美國哈靈根的SCWO系統的成功運行，說明從技術、經濟上，SCWO法處理污泥都是可行的，可使污泥減量化、無害化、資源化和能源化，應用前景光明。

表1 不同方法處理制漿造紙廠污泥的費用比較

2 污泥的處置

對污泥的處置首先應該注重于減量化、無害化和資源化的處理方法，消除二次污染，間接節約能源，提高資源率。目前污泥的處置方法因國家情況的不同而有很大差異，主要有衛生填埋、堆肥處理、焚燒處理等。

2.1 衛生填埋

污泥衛生是一項比較成熟的污泥處理技術，需要經過科學選址和嚴格的場地防護處理，污泥衛生填埋存在諸多問題，填埋場內部滲透的有毒物質易造成土壤、地下水的二次污染。由于填埋場需要大面積的場地，地基土壤力學性質要求較高，需作防滲處理等問題，近年來污泥填埋處理所占我國污泥處理比例逐漸減少，但目前仍有30%。從長遠看，常規填埋是一種不可循環的處理方式，不能最終避免環境污染，而只是延緩了產生時間，其應用比例將會逐漸減少，應用前景存在局限性。

2.2 污泥焚燒

在過量空氣加入情況下，將污泥置入焚燒爐內，進行完全氧化叫污泥焚燒，最終產物為穩定的灰渣，污泥體積減量效果明顯，污泥最終處置也極為方便。目前在歐盟、日本等發達國家焚燒仍在污泥處理處置的方式中占有很大的比重。例如，日本有75%的污泥用于焚燒[8]，奧地利有31%的污泥用于焚燒。國內對污泥進行焚燒處理處置的不多，2007香港政府年投產了一組日處理6000噸的焚燒爐已投入使用。針對目前國內的情況，我國應增加焚燒所占污泥處理處置方法的比例，嚴格控制污泥中重金屬和有毒物質含量，避免二次污染，加強對焚燒技術的研究，早日形成具有自主知識產權的焚燒設備，降低焚燒處理成本。

2.3 堆肥處理

污泥的堆肥處理是指通過高溫，將污泥中的有機質經發酵轉成腐殖質的技術過程，處理后產物無害化和資源化，既增加了植物可利用的養分，又減小重金屬，肥料價值大大提高。堆肥技術已得到了廣泛的應用，我國也有許多專家學者對污泥堆肥技術進行研究。Lee等[9]利用污泥進行試驗，發現火炬松機械性能與污泥量濃度相關行不大。Labrecque等[10]對柳樹（Salix）進行施用污泥試驗，結果表明總生物量與污泥量呈顯著相關性，植物吸收Zn Ni、Hg和Pb比Cd弱，說明柳樹處理污水污泥具有進一步的可能性，并有高的生物量。張增強等研究指出，污泥堆肥在城市園林綠地施用可促進綠色植物的生長。近幾年，國內外已經出現了不少的污泥堆肥產品，但此類污泥堆肥產品的安全性還要進一步討論，需謹慎使用。

3 污泥處置發展趨勢

從發達國家污泥處理的發展趨勢分析，今后污泥處理的方向將會是資源化和能源化利用，嚴把安全、經濟關。污泥填埋的比例會越來越少，污泥焚燒和熱能利用的比例將會進一步增加。污泥土地利用即把污泥直接施用(或干燥化后施用)和經過發酵化形成的生物固體，應用于林地、果園、草地、市政綠化、育苗基質以及嚴重擾動的土地復墾與重建等，具有投資少、能耗低等特點。

中國一個發展中的農、林業大國，污水處理廠的污泥土地利用（不包括農用）具有光明的發展前景，需要發展出一條合理化的符合中國特色的污泥治理道路。這對迅速恢復生態，提高作物產量有巨大影響，是符合我國國情的。從國內污水廠對重金屬的監測來看，我國污水處理廠大部分是不超過《農用污泥中污染物控制標準》中的標準，雖然此標準本身存在問題。從國外的運行經驗來看，污泥土地利用只要嚴把準入條件，是可以被安全銷納的。但由于污泥的土地利用存在風險和隱患，因此，必須嚴格按照相關標準進行污泥利用，并要不斷地完善國家或地方的污水污泥凈化技術標準以及污泥的土地利用標準。此外，還須建立有效的土壤質量監測和評估體系。

4 結語

隨著科學技術和實踐水平的發展，一些新的污泥處理技術也漸漸地投入實際應用。如熱干、濕式氧化、超臨界水氧化法等。這些污泥能量利用技術在國內外都是前沿領域，僅僅還處于探索階段，沒有實際的工程經驗可借鑒，仍需要進一步深入研究。

污泥的處置與利用應當兼顧到環境效益、社會效益和經濟效益，應遵循穩定化、無害化、減量化和資源化的原則，通過污泥資源化解決日益增多的污泥數量和有限的可供填埋的空間的矛盾，實現經濟的可持續發展。應該看到，新興污泥的污水處理工藝更符合可持續發展的思想，如超臨界水氧化，符合污泥處理的減量化、資源化和無害化要求，具有廣闊的發展前景。

［1］黃雅曦,李季,李國學.污泥處理與資源化利用現狀分析[J].農業環境科學學報,2003,22(6)：765－768.

［2］周少奇.城市污泥處理處置與資源化[M].廣州：華南理工大學出版社，2002：150-168.

［3］中華人民共和國住房和城鄉建設部.關于全國城鎮污水處理設施2009年第三季度建設和運行情況的通報建城［2009］263號[EB].http：//www.mohurd.gov.cn/zcfg/jswj/csjs/200912/t20091229_198779.htm.

［4］IDRIS A,KHALID K,OMAR M.Drying of silica sludge using microwave heating[J].Applied Thermal Engineering,2004,24：905-918.

［5］鄭宗和,牛寶聯,雷海燕.利用太陽能進行污泥脫水干燥的試驗[J].中國給水排水,2003,19(S1)：111-113.

［6］楊琦,文湘華,王志強.濕式氧化處理城市污水廠污泥的研究[J].中國給水排水,1999,15.

［7］何品晶,顧國維,邵立明,等.污水污泥低溫熱解處理技術研究[J].中國環境科學,1996,16(4)：254-257.

［8］李媛.焚燒工藝在污水廠污泥處理中的應用[J].中國環保產業，2004,1：32-33.

［9］LEE A W C,CHEN G,DICKEBS D E,et al.Selected mechanical properties of wood produce by Loblolly pine trees fertilized with sludge [J].Forest Products Journal,1999,49(9)：43-47.

［10］LABRECQUE M,TEODORESCU T I,Daigle S.Effect wastewater sludge on growth and heavy metal bioaccumulation of two soils species [J].Plant and Soil,1995,17(2)：303-316.

王靜］