城市污水處理中污泥處理的可持續性分析

楊廣萍,萬　敏，郭宏龍

(云南省環境科學研究院，云南 昆明 650034)

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城市污水處理中污泥處理的可持續性分析

楊廣萍,萬敏，郭宏龍

(云南省環境科學研究院，云南 昆明 650034)

摘要：闡述了污泥處理處置的原則、污泥處理的思路、分類技術特點，結合現有城市污水處理廠污泥處置現狀、處置技術發展現狀及發展趨勢，以及污泥自身特性、污泥處置的經濟成本等因素，對城市污泥處置途徑的選擇進行了分析。

關鍵詞：城市污水處理；污泥處理；污泥特性；經濟成本；可持續性

隨著我國環保重視程度的增加，越來越多的城市，甚至鄉鎮都開始建設不同規模、不同處理工藝的污水處理廠，用以處理城市及鄉鎮的生活污水。在生活污水收集及處理程度大幅提升的情況下，人居生活環境得到了大幅度改善，城市周邊河道水質也有改善的趨勢，但隨之帶來的污水處理站污泥處置及利用的問題，也日益迫切及突出。目前城市污水處理廠污泥處置方法大多是采用填埋處置，或者隨意堆放，極易因存放、處置不當造成二次污染，進而影響大氣、水體及土壤環境。

本文將從污泥處置的原則、處理思路、現有主流處置技術、以及如何合理選擇處置技術等幾方面，對城市污水處理廠污泥處理的可持續性進行簡要分析。

1污泥處理處置的原則

城市污水處理廠污泥處置的原則，與一般固體廢棄物處置的原則一致，基本上遵循“穩定化、無害化、減量化和資源化”四大原則。

污泥的穩定化處理過程，主要是通過物理或者化學處理，使污泥達到穩定狀態，不再繼續降解。其主要目的是避免污泥因不穩定持續降解所產生的二次污染。

污泥的無害化處置主要是針對其含有的大量危險的病原菌、病毒等。主要是通過各種殺菌消毒的方式，殺滅其中的病原微生物和寄生蟲卵，以保證后續利用過程安全衛生。

污泥的減量化處置屬于所有固體廢棄物處置的主要原則之一。其主要目的是通過減容、減量，達到降低處置成本、運輸成本等的目的。資源化是污泥處置的最終目的，現有主要資源化途徑是作為農用肥料，或者土壤改良土以及補充燃料等。

2污泥處理的思路

隨著現有城市污水處理站建設速度、數量以及規模的提升，以及污水處理工藝的改進，世界范圍內城市污水處理污泥總量增長迅速。尤其是采用化學除磷法進行含磷物質的脫除，污泥量可比其他處理方式增加30%左右。

城市污泥現有主流處理思路仍是將其在土地上進行資源化處置，但污泥大規模應用于土地，還受到以下因素的限制：

首先是如何將碳和營養物質高效充分地回用；其次是該應用受到有無農業用地以及農業用地距離污泥產生點的距離限制；第三是受到利用前期投入及后期運行管理環節的費用限制；最后是如何實現高效安全的利用，該階段主要受到法律規定、監督管理、各項規范等的限制，也受到土地所有者的接受程度限制。

此外，在上述限制之外，污泥在土地利用之前，應該進行進一步處理，以滿足利用要求、或者當地規定及應用土地的實際情況。常見的前期處理有污泥堆肥處置、對污泥進行高溫消化處理或者進行高溫消毒處理。這些預處理均會導致污泥的處理成本增加。

在上述問題均可以解決的情況下，還有很大一部分污泥因為各種原因不能應用于農業用地。如為保證糧食等的安全性，一些微污染物、病菌超標的污泥就不能應用；一些肥力較低、或者運輸距離較遠的污泥，利用價值不大而不能被應用；還有一些是因為公眾不能接受而不能應用的污泥：只能采用常規的填埋處置方式，或者高溫氧化后銷毀。

3污泥處置的分類技術特點

3.1污泥消化處理技術

污泥消化處理技術是污泥減量化的重要手段之一，主要包括厭氧消化和好氧消化，其中以厭氧消化應用為主。我國目前已有約20個城市建設了污泥厭氧消化處理系統。

污泥厭氧消化處理技術兼具有減量化和穩定化的作用，與其他穩定化技術對比，具有以下優點：污泥厭氧消化可進一步使污泥中的有機物得到降解，通過轉換為甲烷氣體，可達到減容約30%的作用；在污泥消化完全時，可有效減少污泥產生的惡臭。此外，如果采用高溫厭氧消化，可以有效殺死病原微生物，以使消化污泥達到衛生學的相關指標，消化污泥的生物穩定性和脫水性能都可以得到較大改善。

不過，厭氧消化也存在缺點，即厭氧消化后的污泥，尚未完全穩定，還需要進行進一步處理。

3.2污泥堆肥處置技術

污泥堆肥處置技術屬于污泥土地應用的前處理技術之一，通常分為好氧堆肥和厭氧堆肥。常見工藝為連續發酵的好氧工藝。堆肥工藝的主要特點是通過堆肥，讓污泥中的微生物降解污泥中的有機物，最終使污泥實現穩定化的目的。在堆肥過程中，會產生一定的熱量，并可保持高溫一段時間，有利于堆肥后的污泥滿足相關的衛生學標準，便于后續土地利用。

根據我國污泥的統計分析數據，我國污泥的有機質平均含量約為37.18%左右，總磷、總氮和總鉀的平均含量分別約為1.52%、3.03%、0.69%。與國家堆肥需要的養分標準對比，均滿足其各項要求。所以，污泥通過合理堆肥工藝，可實現在污泥穩定化處置的過程中實現資源的有效利用。

3.3污泥填埋

污泥填埋是現行最為常見和通用的處置方式，但并不是所有的污泥都適合填埋處置，污泥填埋也有限制因素。首先是污泥本身的土力學性質，其次是填埋后可能產生的環境影響。通常，污泥含水率較高，一般在78%～82%，受含水率影響，污泥的抗剪強度較低，不符合填埋場的要求。故填埋場通常不愿意接受含水量不符合要求的污泥。根據現行的《GB16889-2008 生活垃圾填埋場污染控制標準》要求，厭氧產沼等生物處理后的固態殘余物、糞便經處理后的固態殘余物和生活污水處理廠污泥經處理后含水率<60%，方可進入生活垃圾填埋場進行填埋處置。

4城市污泥處置途徑的選擇

4.1污泥特性

城市污水處理廠污泥的性質(干基)見表1，污泥中重金屬含量見表2。

表1　污水廠污泥性質(干基)

表2　部分污水廠污泥中重金屬含量　(mg/kg)

根據表1，我國城市污水處理廠污泥的干基含量中，有機物含量最高，可達60%～70%，污泥中N、P、K含量也較高，合計占40～90g/kg。與國外發達國家的城市生活污水處理廠污泥含量相比，國外有機組分含量達70%～80%，國內略低于該水平。從現有污水處理工藝的發展趨勢來看，隨著越來越多的污水處理廠脫氮處理工藝的運用，污泥中的N、P含量將會有所增長，堆肥利用的可行性也會進一步加強。不過，污泥中含有少量重金屬元素，部分重金屬元素或含量會存在接近甚至超過我國《GB4284-1984 農用污泥中污染物控制標準》的情況，故污泥回用于農田利用需要視回用條件及其他具體情況而定。根據表1，污泥本身具有較高的熱值，如果可以控制好污泥含水率的比重，污泥作為能源利用的可行性也會進一步加強。不過與農田利用一樣，是否焚燒處置也應根據實際情況作出選擇。

4.2污泥處置途徑的選擇

污泥處置途徑的選擇，應該兼顧多方效益之間的平衡，如環境效益、生態效益、經濟效益等。行之有效的、合理可行以及能被公眾接收的污泥處置方式應該兼具以下特點：環境上可行，經濟上合理，社會上能接收。常規的污泥處置，如衛生填埋，污泥需要經消化處理，達到穩定化和無害化后，方可進行填埋處置，以減小污泥填埋可能產生的二次環境影響及環境風險影響。此外，消化處理后的污泥，容積也可大大減少，在此基礎上可進一步減少污泥運輸、脫水及填埋過程產生的一系列費用，與污泥直接填埋處理工藝相比，總運行費用低，環境影響相對較小，可能產生的環境風險影響也較小。常規焚燒工藝，則可省略消化處理，以減少因消化處理后產生的熱值降低現象。故污泥處置途徑的組合與污泥最終處置去向也有很大的關系。

通常計算污泥投資及運行費用的依據為：

混合污泥產生量約為10000m3/d，該部分污泥含水率為99%，按照1kg/tDS絮凝劑(絮凝劑價格約為55000元/t)添加量添加絮凝劑并濃縮處理后，含水率可降至95%。

(1)填埋處置

城市污水處理廠污泥進行厭氧消化處理后，通常假設固體的去除率為1/3，得到的消化污泥，如果其含水率<80%，則認為可進行填埋處置，但是一般含水率>68%的消化污泥，在進行填埋處理時，必須摻入相應比例的填充料，方可進行填埋。此時，需要填埋處置的污泥通常可考慮以下兩種脫水方案：

①將需填埋的污泥，采用高干度離心脫水后，將其含水率降至約65%左右，此時，可按約為5kg/tDS的比例投加絮凝劑的用量。

②需填埋處置的污泥通過離心脫水后，將其含水率降至80%左右，此時，可按約為2.5kg/t DS的比例投加絮凝劑的用量[4]。

(2)污泥焚燒處置

通常，采用污泥焚燒處理工藝時，需處理的污泥必須經離心脫水后，含水率降為80%左右，按照2.5kg/tDS的比例投加絮凝劑量用量，污泥經焚燒后，殘余灰分量約為污泥干重的1/3；焚燒煙氣處理需消耗約37kg/tDS的NaOH量(NaOH價格約為3450元/t)。在此過程中，污泥運輸費用按照0.75元/(t·km)，運輸距離為40km進行計算，運輸費用為30元/t。污泥所需填埋費用，參照城市生活垃圾填埋運行費用約15元/t計算。各處理流程的耗電量約為：濃縮25kW·h/tDS，脫水75kW·h/tDS，消化150kW·h/tDS，焚燒200kW·h/tDS，電費約為0.7元/(kW·h)[5]。

根據上述計算結果，污泥干固體處理總成本約為800元/t，以1×104t的污水產生2.0t的污泥計算，1t污水的污泥處理成本，大約為0.16元/t。按照國內大型污水處理廠污水處理部分成本0.3～0.45元/t計算，約占處理成本的35%～50%。將該數據與發達國家相比，測算結果相差不大。

4.2.1污泥的熱處置

污泥熱處置的優勢在于可以迅速和較大程度地使污泥達到減量化。近年來，隨著焚燒預處理工藝以及焚燒工藝的逐步發展，污泥焚燒處置技術稱為較有前景的污泥處置技術，在實際應用中也被越來越多的國家采用。

4.2.2污泥的填埋處置

污泥填埋廠的設置，必須經過較為科學的選址，并設置必要的場地防護處理或者距離措施，其建立及運行管理必須具有嚴格管理制度的科學的工程操作方法，必須經過公開合法的環境影響評價。

污泥填埋最大的優點，是投資省、處理容量大、短期見效快。其缺點是：污泥填埋占地面積大，對污泥的土力學性質要求較高，場地費和運輸費較高，且必須進行地基防滲處理，以免造成周圍地下水受到污染等。隨著現在可利用土地資源的愈發緊張，以及百姓環保意識的提高，近年來污泥填埋處置所占比例越來越小。

4.2.3污泥的其他處置方式

其他的污泥熱處理方法，如污泥濕式氧化處理方式、污泥熱解處置技術等，近年也取得了較大的進展，但目前仍處在研究階段。

5結論

通過分析比較，筆者認為在今后較長的一段發展時期內，城市污水處理廠污泥的可持續利用的主體途徑仍以農用處置為主，燃料焚燒處置為輔。對于擬建大型污水處理廠，若后期考慮采用農用方式處置污泥，則應在運輸、施用計劃以及施用土地面積等方面提前進行計劃考慮；若計劃采用常規填埋處置方式進行污泥處置，則應針對污泥脫水方案設置高要求，并對填埋場選址有合理計劃及論證；若計劃采用焚燒處置，則需對擬建污水處理廠污泥成分進行詳細分析，以便為污泥焚燒的可行性提供基礎支撐。

隨著現今污泥處置問題的愈發突出，積極探索污泥處理處置的新方法，探索固廢處置與資源利用的最佳平衡途徑，加強污泥處置的管理等，將會是污泥處置可行性研究后續的熱點。

參考文獻：

[1]夏志祥，游建瓊.污泥調理壓榨深度脫水技術工程應用[J].中國高新技術企業，2012(18):60-63.

[2]吳華明.城市污水處理廠污泥產率的探討[J].中國市政工程，1998(4):40-42.

[3]于麗昕，王洪臣.關于活性污泥工藝中剩余污泥量計算的討論[J].給水排水，2003，29(8):23-26.

[4]鄧曉林，王國華，任鶴.上海城市污水處理廠的污泥處置途徑的探討[J].環境工程，2000，16(5)：19-22.

[5]朱澤華.城市污水處理廠污泥的無害化、資源化處置[J].中國資源綜合利用，2015,33(2)：27-29.

Sustainability Analysis of Urban Sewage Sludge Treatment

YANG Guang-ping,WAN Min,GUO Hong-long

(Yunnan Institute of Environmental Science, Kunming Yunnan 650034 ,China)

Abstract：The principles and ideas and characteristics of sludge treatment were introduced as well as the present sludge disposal technique and development trend. The possible ways to treat sludge properly were analyzed based on the properties of sludge and the cost of sludge treatment.

Key words：urban sewage treatment; sludge treatment; sludge property; cost; sustainability

收稿日期：2015-09-06

中圖分類號：X703

文獻標志碼：A

文章編號：1673-9655(2016)02-0032-04