城市污泥處理處置的問(wèn)題及其建材資源化利用

□文 /李劍光

1 我國(guó)及天津市城市污泥處理處置現(xiàn)狀

隨著我國(guó)污水處理行業(yè)的不斷發(fā)展，污水處理過(guò)程中產(chǎn)生污泥的處理處置已經(jīng)成為亟待解決的熱點(diǎn)環(huán)境問(wèn)題之一。污水處理產(chǎn)生的污泥數(shù)量巨大，含水率高，化學(xué)成分復(fù)雜且含有重金屬、耗氧有機(jī)化合物、有毒有機(jī)化合物、病原微生物、放射性元素等污染物質(zhì)，處理成本較高，其處理處置在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都面臨著諸多困難。

目前我國(guó)污泥處理處置方式主要包括填埋、焚燒、好氧堆肥、土地利用、建材利用等，其中填埋占60%～65%，露天堆放占2%，外運(yùn)占15%，好氧堆肥+土地利用占10%～15%，焚燒占2%～3%，自然干化綜合利用占3%～6%（如建材資源化利用等），填埋、露天堆放及外運(yùn)污泥絕大多數(shù)屬于隨意處置。近年來(lái)，我國(guó)各大城市因?yàn)槲勰嗵幚聿划?dāng)而造成環(huán)境污染的新聞數(shù)見(jiàn)不鮮，因污泥缺乏有效處理處置手段導(dǎo)致的環(huán)境二次污染問(wèn)題給我國(guó)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

以天津市為例，目前天津市污水處理廠(chǎng)總數(shù)65座，平均產(chǎn)泥量2 000～3 000 t/d，其中市內(nèi)六區(qū)平均產(chǎn)泥量為1 275 t/d，脫水處理后污泥含水率約為80%。市區(qū)污泥處置方式包括衛(wèi)生填埋744.4 t/d（58.4%），污泥廠(chǎng)綜合利用（提取蛋白質(zhì)）156.7 t/d（12.3%），好氧發(fā)酵 130 t/d（10.2%），焚燒 77 t/d（6%），磚瓦廠(chǎng)利用 15.3 t/d（1.2%），水泥廠(chǎng)利用2 t/d（0.2%），其余149.2 t/d（11.7%）未實(shí)現(xiàn)規(guī)范化處置。由調(diào)研數(shù)據(jù)可知，天津現(xiàn)有已運(yùn)行的污水處理廠(chǎng)污泥處置大多采用外運(yùn)堆存，運(yùn)至垃圾填埋場(chǎng)填埋等臨時(shí)措施。位于西青區(qū)的青凝侯污泥填埋場(chǎng)總處理規(guī)模為45×104t，采用深坑填埋處理市內(nèi)四座污水處理廠(chǎng)污泥，已使用約30×104，每年支付約2 000萬(wàn)元處置費(fèi)用；污泥填埋占用土地且易對(duì)土壤、地下水及周邊環(huán)境產(chǎn)生二次污染，不能作為污泥處理長(zhǎng)久之計(jì)，歐美等許多國(guó)家填埋比例逐漸下降由于工業(yè)廢水和生活污水混合處理，污水普遍有機(jī)質(zhì)含量低、重金屬含量較高，污泥的土地利用和好氧發(fā)酵受到限制；而焚燒雖然是污泥處理速度最快并且最徹底的方法，但是由于成本較高且會(huì)產(chǎn)生飛灰等危廢不易處理，應(yīng)用并不普遍。天津市對(duì)污水廠(chǎng)污泥處理規(guī)劃建立污泥處理廠(chǎng)，其中高效厭氧消化工藝處理污泥800 t/d，好氧堆肥工藝處理污泥300 t/d，此外水泥廠(chǎng)摻燒處理污泥800 t/d，基本滿(mǎn)足近期市區(qū)污泥處理需求；但是郊區(qū)約1 500 t/d污泥仍無(wú)明確歸宿且厭氧消化后污泥仍需填埋，沒(méi)有有效的資源化利用，隨著土地資源日趨緊張及環(huán)境壓力增大，填埋已不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的污泥處理需求。因此，天津市在大力加強(qiáng)污水處理的同時(shí)，面臨著極大的污泥處理與處置壓力，這些污泥的經(jīng)濟(jì)、安全、有效處置已成為生態(tài)環(huán)境保護(hù)面臨的緊迫問(wèn)題之一。

2 城市污泥建材資源化現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

目前，國(guó)內(nèi)外在污泥處置方面的發(fā)展趨勢(shì)是棄用投海，減少填埋，增加農(nóng)林回用以及資源化處理。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、環(huán)境保護(hù)部、科學(xué)技術(shù)部于2009年2月28日印發(fā)的《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策》是目前我國(guó)對(duì)于污泥處理處置方面作出的最新的政策性指導(dǎo)意見(jiàn)，文件中指出“污泥處理處置的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化和無(wú)害化；鼓勵(lì)回收和利用污泥中的能源和資源”。住建部、環(huán)境保護(hù)部、科學(xué)技術(shù)部印發(fā)的《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策（試行）》和天津市2009年批復(fù)的《中心城區(qū)排水專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》中都規(guī)定優(yōu)先鼓勵(lì)符合標(biāo)準(zhǔn)的污泥進(jìn)行土地利用，不具備土地利用條件的，可考慮焚燒和建筑材料綜合利用，都不具備條件時(shí)可采用填埋處置，衛(wèi)生填埋僅作為應(yīng)急和過(guò)渡方式。

污泥的建材利用作為資源化方法之一，已經(jīng)在日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家逐漸發(fā)展起來(lái)，但在我國(guó)發(fā)展比較緩慢。利用污泥生產(chǎn)建材可以節(jié)省天然礦物原料和能源，對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)資源相對(duì)匱乏的發(fā)展中國(guó)家是十分重要的，因此，污泥生產(chǎn)建材是很有發(fā)展?jié)摿Φ奈勰嗵幹眉百Y源化的方法。

污泥的建材資源化利用主要包括燒制墻體材料（磚、陶粒等）、水泥窯協(xié)同處置等方式。

2.1 燒制墻體材料

燒制墻體材料（磚、陶粒等）是污泥建材資源化應(yīng)用主要途徑之一，最大優(yōu)勢(shì)就是能夠?qū)⑽勰嘧鳛椴牧系挠行ЫM分而充分轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的資源：從工藝特點(diǎn)上來(lái)看，污泥經(jīng)過(guò)高溫煅燒制備輕集料不僅可以將污泥中存在的病原菌及寄生蟲(chóng)卵全部殺滅，而且高溫煅燒過(guò)程還能夠使污泥中的重金屬元素參與反應(yīng)，固化于高溫礦物的結(jié)構(gòu)中，體系在高溫下產(chǎn)生的高溫液相冷卻后還可形成致密的玻璃體，進(jìn)一步將重金屬離子包裹住由此實(shí)現(xiàn)重金屬元素的固定化及穩(wěn)定化，從而有效降低這些重金屬元素對(duì)環(huán)境的潛在威脅；此外，污泥的參與一方面減少了原材料的用量，另一方面污泥中有機(jī)質(zhì)在高溫煅燒時(shí)還可以提供一部分熱量，可以減少資源消耗，降低生產(chǎn)中的能耗與溫室氣體排放。因此，相比其他處理方法，污泥燒制墻體材料既可有效消耗污泥總量，避免二次污染，又能節(jié)約天然資源和能源且成本較低，無(wú)論從工藝角度還是環(huán)保角度考慮都是可行的。

但燒制墻體材料技術(shù)在國(guó)內(nèi)外大多還處于研究及嘗試階段，存在許多不足之處，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展緩慢，主要面臨以下問(wèn)題。

1）生產(chǎn)技術(shù)不成熟，污泥摻加量低。由于污泥焚燒灰利用設(shè)施投資大，處理費(fèi)用高，混合焚燒造成環(huán)境污染等問(wèn)題[1]，我國(guó)污泥燒制建材多以干化污泥作為原料添加，污泥焚燒灰利用較少，由于污泥本身含水率（約80%左右）和有機(jī)質(zhì)含量（50%～70%）較高，有效無(wú)機(jī)成分含量較低，隨著污泥摻混量增加，成品抗壓強(qiáng)度降低，吸水率和燒成收縮率上升[3～4]，影響成品性能，為達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)燒制建材的污泥添加量質(zhì)量比為5%～20%，污泥利用率低，難以達(dá)到大量處置和資源化利用的效果。

2）大多污泥制備輕集料原料中依然需要添加粘土、頁(yè)巖等不可再生資源，達(dá)不到污泥利用對(duì)這些資源的替代和保護(hù)作用，與國(guó)家保護(hù)粘土政策相沖突，實(shí)際工程應(yīng)用難以開(kāi)展。

3）污泥干化大大增加了制備成本，與普通產(chǎn)品相比沒(méi)有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，降低了其經(jīng)濟(jì)性和市場(chǎng)接受度。

4）我國(guó)燒結(jié)磚和陶粒的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)化程度不高，難以達(dá)到實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的精確程度，影響成品質(zhì)量穩(wěn)定性，研究成果僅限于實(shí)驗(yàn)室研究，應(yīng)用于實(shí)際工程較少，難以實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化。

5）在污泥運(yùn)輸、放置、處理、燒制過(guò)程中及成品使用、老化后存在污染物遷移擴(kuò)散的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)際工程難以通過(guò)環(huán)評(píng)。

2.2 水泥窯協(xié)同處置

水泥窯協(xié)同處置污泥生產(chǎn)生態(tài)水泥，在廣州、北京、重慶、天津等城市已建成生產(chǎn)線(xiàn)。水泥窯處置污泥具有處理溫度高、焚燒空間大、焚燒停留時(shí)間長(zhǎng)、處理規(guī)模大、無(wú)二次排渣等優(yōu)點(diǎn)，可以使污泥中有機(jī)物分解徹底，抑制二噁英的形成，在處置過(guò)程中不產(chǎn)生飛灰并且能有效固化重金屬[4]，與污泥燒制墻體材料相比，水泥窯協(xié)同處理無(wú)需深度干燥脫水污泥，節(jié)省成本且處理量大，資源化效率高，因此處置污泥、垃圾等固體廢棄物的水泥生產(chǎn)線(xiàn)被認(rèn)為是建材行業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向。但是目前一些實(shí)際工程存在著運(yùn)營(yíng)成本高、污泥中水分和成分影響水泥品質(zhì)等問(wèn)題，同時(shí)水泥行業(yè)本身也屬于高能耗行業(yè)，面臨著產(chǎn)能過(guò)剩的問(wèn)題，如何降低能耗和污染是水泥窯處理污泥要解決的問(wèn)題。

3 污泥建材資源化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展建議

針對(duì)我國(guó)城市污泥處理處置面臨的問(wèn)題，特別是天津市面臨的污泥處理巨大壓力以及污泥建材資源化利用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展問(wèn)題，對(duì)污泥建材資源化產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提出以下建議。

1）大力促進(jìn)相關(guān)科研進(jìn)展，提高技術(shù)水平，特別是有效促進(jìn)相關(guān)科技成果的應(yīng)用和轉(zhuǎn)化。促進(jìn)轉(zhuǎn)化平臺(tái)的發(fā)展，加大相關(guān)領(lǐng)域科技投資，大力扶持中試或生產(chǎn)線(xiàn)試驗(yàn)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室成果的實(shí)際應(yīng)用轉(zhuǎn)化，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)工藝和配方、提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、防止污染擴(kuò)散、降低二次污染及長(zhǎng)期使用風(fēng)險(xiǎn)等方面進(jìn)行深入研究，對(duì)污泥分類(lèi)、運(yùn)輸、貯存、產(chǎn)品制備、產(chǎn)品應(yīng)用、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制形成成套技術(shù)體系，在技術(shù)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)上為實(shí)際應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

2）以政府為主導(dǎo)對(duì)污泥建材資源化利用的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展給予有效政策支持，根據(jù)天津市實(shí)際情況，加快各項(xiàng)具體政策、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及管理?xiàng)l例的制定和實(shí)施，明確各單位（如水泥廠(chǎng)、建材生產(chǎn)廠(chǎng)、污水處理廠(chǎng)、污泥廠(chǎng)等）的職責(zé)和利益分配，除政府資金扶持外，建立多渠道融資模式和市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)機(jī)制并且加大宣傳力度，避免用戶(hù)對(duì)污泥制品產(chǎn)生偏見(jiàn)，擴(kuò)大市場(chǎng)需求，通過(guò)系統(tǒng)化市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)制的建立，從根本上解決成本、投資、售價(jià)、市場(chǎng)等經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。

3）針對(duì)水泥窯協(xié)同處置污泥的資源化利用方式，急需建立市場(chǎng)準(zhǔn)入條件（如相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)程、污泥性能質(zhì)量要求等）并嚴(yán)格執(zhí)行力度，使其標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化；對(duì)尾氣控制治理提高重視，避免造成環(huán)境污染并且對(duì)水泥窯協(xié)同處理污泥的相關(guān)技術(shù)和設(shè)備（如降低能耗、低溫余熱、污泥滲濾液等）深入研究，保證其技術(shù)、環(huán)境可行性。

4 結(jié)語(yǔ)

污泥的處理處置已經(jīng)成為我國(guó)環(huán)境的焦點(diǎn)問(wèn)題之一，其建材資源化利用在國(guó)外多個(gè)國(guó)家都有成功的應(yīng)用并且取得了良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，但是在我國(guó)由于技術(shù)水平落后、政策支持滯后等多方面的問(wèn)題，污泥的建材資源化應(yīng)用比例極小，成功的實(shí)際工程較少，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展緩慢。為推動(dòng)污泥建材資源化的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，提高技術(shù)水平、促進(jìn)相關(guān)科研成果轉(zhuǎn)化、加速相關(guān)扶持政策及標(biāo)準(zhǔn)的制定、建立市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)機(jī)制等方面需要進(jìn)一步發(fā)展。