城市污泥處理工藝研究進(jìn)展

劉文來(lái)（合肥經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)公用事業(yè)發(fā)展公司 安徽合肥 230601）

引言

改革開(kāi)放以來(lái)，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加深,城市的污水的排放量與日俱增,污泥是凈化污水時(shí)的副產(chǎn)物，產(chǎn)量因而也顯著增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)各城市還在不斷的興建污水處理廠，污水的處理效率也都在逐漸提高，依處理一萬(wàn)立方米污水產(chǎn)生七噸左右污泥(含水率約75%)估算，污泥目前每年有超過(guò)四千萬(wàn)噸的產(chǎn)量[1]，到2020年，城市污泥的年產(chǎn)量大約會(huì)達(dá)到六千萬(wàn)噸。污泥組成復(fù)雜一般含有重金屬、細(xì)菌菌體、寄生蟲(chóng)以及毒性有機(jī)物等[2]具有難以遷移、危害性大、容易富集等特征，很容易污染土壤和地下水。但同時(shí)污泥中還含有具有農(nóng)業(yè)應(yīng)用價(jià)值的有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并具備一定的熱值，因此若污泥處理不當(dāng)或者任意傾倒，不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，威脅人類(lèi)健康而且也是對(duì)污泥中有用資源的浪費(fèi)。怎樣科學(xué)高效地處理產(chǎn)量巨大的污泥是我國(guó)乃至全世界廣泛研究的課題之一。

1 城市污泥處理現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)情況

我國(guó)污泥處理研究起步較晚，過(guò)去對(duì)污泥處理的重視程度不夠，污泥處理的工藝技術(shù)和設(shè)備也落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。改革開(kāi)放以來(lái)，環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越突出，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)越來(lái)越重視，出臺(tái)了一系列的環(huán)保相關(guān)的法律規(guī)范，涵蓋了大氣，水，土壤，固廢等許多方面，產(chǎn)量巨大的城市污泥也受到了高度重視。國(guó)家積極引進(jìn)先進(jìn)的污泥處理工藝和設(shè)備，加大資金投入，鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新，監(jiān)督和管理落到實(shí)處，污泥處理技術(shù)越來(lái)越多樣化。傳統(tǒng)污泥土地填埋的比重從2/3降到1/5，污泥資源化利用的比重從也2/15升高到現(xiàn)在的3/5[3]。2012年政府提出的《“十二五”全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》里，清晰表示到2015年，污泥無(wú)害化處理率指標(biāo)直轄市、省會(huì)城市以及計(jì)劃單列市達(dá)到八成，其他設(shè)市城市要到70%，區(qū)縣及鎮(zhèn)要達(dá)到30%。2015年的“水十條”發(fā)布以后，對(duì)污泥處理提出了更加嚴(yán)格的要求，2017年實(shí)現(xiàn)污泥處理設(shè)備達(dá)標(biāo)改造，所有地級(jí)市污泥無(wú)害化處理率到2020年要超過(guò)9成。2016年《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》里進(jìn)一步表示了政府對(duì)污泥處理的重視，提出要大力推進(jìn)污泥無(wú)害化、穩(wěn)定化和資源化處理。

目前國(guó)內(nèi)主流的污泥處理技術(shù)占比情況如圖1所示，可見(jiàn)填埋和堆肥占據(jù)很大比例，有很大比例的污泥并沒(méi)有進(jìn)行無(wú)害化和穩(wěn)定化處理，僅僅做了初步的減容處理，填埋和堆肥使污泥中可能含有的重金屬及有毒有機(jī)物累積在土壤表層，不但對(duì)植物具有毒害作用還有可能污染地下水。

1.2 現(xiàn)存的問(wèn)題

污泥處理工藝技術(shù)和設(shè)備落后，處理以填埋和堆肥為主，污泥的穩(wěn)定化、無(wú)害化程度低，存在二次污染風(fēng)險(xiǎn)，威脅人類(lèi)健康；缺乏經(jīng)驗(yàn)豐富的污泥處理人才，從事污泥處理的科研人員少，工藝技術(shù)的創(chuàng)新較薄弱，依賴(lài)于國(guó)外的工藝輸入，但照搬國(guó)外的污泥處理技術(shù)并不能很好的適應(yīng)國(guó)內(nèi)的污泥特性，難以取得理想的效果；國(guó)家和各個(gè)污水處理廠對(duì)污泥處理投資較少，沒(méi)有足夠的費(fèi)用用于污泥的無(wú)害化和穩(wěn)定化處理，嚴(yán)重制約了污泥處理工藝的發(fā)展；同時(shí)，污泥的監(jiān)管體系還不完善，污泥的處理處置有許多環(huán)節(jié)，涉及到不止一個(gè)部門(mén)。缺乏一致的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，各類(lèi)主體職責(zé)分工不清晰都造成了污泥處理監(jiān)督管理的乏力[4]。

1.3 國(guó)際情況

國(guó)外的污泥處理歷史悠久，污泥的處理一直都備受重視。不同國(guó)家和地區(qū)因地制宜地采取符合本國(guó)國(guó)情的污泥處理技術(shù)，例如美國(guó)、法國(guó)以及葡萄牙等這些國(guó)家，污泥堆肥土地利用的占比在逐年減少。美國(guó)許多地區(qū)已經(jīng)禁止污泥地方填埋；日韓國(guó)土面積較小，主要采用焚燒和熱干化技術(shù)，同時(shí)他們正嘗試?yán)梦勰嗟臓I(yíng)養(yǎng)成分把其作為蚯蚓飼料，另外也在嘗試將污泥和混凝劑混合作為一種保護(hù)性地表層，這樣有利于植被生長(zhǎng)減少水土流失；歐盟等國(guó)家從2006年開(kāi)始禁止填埋有機(jī)物含量大于5%的污泥，對(duì)于城市污泥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有嚴(yán)格得規(guī)定，不允許污泥直接施用過(guò)的農(nóng)產(chǎn)品售賣(mài)；英國(guó)、丹麥等國(guó)家政府則支持將城市污泥土地利用，以節(jié)約磷及其他礦物資源；荷蘭、瑞典等國(guó)家則要求必須將城市污泥做熱處理（發(fā)電、制建筑材料），污泥里面可能含有重金屬元素、有毒有機(jī)物等有害物質(zhì)，所以不允許污泥直接土地利用[5]。

2 當(dāng)前污泥處理工藝比較

2.1 填埋處理

填埋是最早的污泥處理手段之一，是包括我國(guó)在內(nèi)得許多國(guó)家污泥處置的重要途徑，填埋處理要先經(jīng)過(guò)機(jī)械壓濾或者熱處理等方式將污泥脫水，把剩下脫水后的污泥拉運(yùn)到指定地點(diǎn)進(jìn)行填埋處置。我國(guó)大多將污泥與生活垃圾混合之后在進(jìn)行填埋，具有操作簡(jiǎn)單、成本低及周期短等優(yōu)點(diǎn)。但是污泥填埋一方面會(huì)占用大量土地，另一方面可能污染周?chē)耐寥兰暗叵滤绻盥癫划?dāng)產(chǎn)生的有害氣體會(huì)污染大氣。我國(guó)已經(jīng)逐步限制未經(jīng)無(wú)害化處理的污泥在垃圾填埋場(chǎng)填埋，并且許多國(guó)家甚至已經(jīng)頒布相關(guān)規(guī)定禁止將城市污泥直接填埋。

2.2 焚燒處理

污泥焚燒處理技術(shù)是將脫水后的污泥放入焚燒爐內(nèi)，進(jìn)行有氧燃燒，碳化污泥中的大部分有機(jī)物，使污泥顯著減量，污泥里的有害病菌通過(guò)焚燒被徹底殺滅，重金屬成氧化態(tài)，最終得到穩(wěn)定的灰渣[6]，根據(jù)灰渣不同組成可用于制備水泥或者陶瓷，焚燒污泥產(chǎn)生的熱量也能被用于發(fā)電和供熱，實(shí)現(xiàn)資源化；但是焚燒對(duì)設(shè)備和技術(shù)要求高，條件控制不當(dāng)可能會(huì)產(chǎn)生二噁英、硫氫化物等劇毒物質(zhì)，飛灰和底渣的管理也會(huì)增加運(yùn)營(yíng)成本。焚燒處理無(wú)害化穩(wěn)定化徹底，效率高。因此，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)且人多地少的國(guó)家和地區(qū)，焚燒成為處理污泥十分好的選擇。

2.3 堆肥處理

污泥中一般含有較多的N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素和一些微量元素，是不錯(cuò)的植物養(yǎng)料和土地優(yōu)化劑，污泥無(wú)害化處理之后施用于農(nóng)田和城市園林，非常有利于植物生長(zhǎng)[7]，改善劣質(zhì)土壤，達(dá)到資源化的目的，是目前我國(guó)處理污泥的主要方式之一。但大多污泥包有難以降解的有毒有機(jī)物或有累積危害的重金屬，污泥中含有的病菌體也可能對(duì)農(nóng)作物、植被造成不利影響，污泥農(nóng)用的安全性在國(guó)際上受到不少質(zhì)疑。因此，污泥要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的無(wú)害化處理才能用于土地利用。對(duì)此我國(guó)應(yīng)建立完善的污泥農(nóng)用風(fēng)險(xiǎn)研究體系，對(duì)污泥的堆肥處理制定細(xì)致的法律法規(guī)，嚴(yán)格監(jiān)管，各相關(guān)部門(mén)應(yīng)權(quán)責(zé)明確，合理分工。

2.4 厭氧消化處理

污泥的厭氧消化技術(shù)由來(lái)已久，應(yīng)用廣泛，即利用厭氧菌和兼性菌使污泥發(fā)生厭氧生物化學(xué)反應(yīng)，污泥中的有機(jī)物最終成為CO2、CH4和水等無(wú)害的物質(zhì)，過(guò)程中產(chǎn)生的CH4可參與厭氧消化反應(yīng)的加熱過(guò)程[8]。厭氧消化處理能耗相對(duì)低，減量明顯，生物穩(wěn)定性高是性?xún)r(jià)比最優(yōu)的污泥處理工藝。但是該方法工藝流程多，設(shè)備昂貴依賴(lài)進(jìn)口，產(chǎn)生的CH4存在安全隱患，由于我國(guó)的城市污泥一般有機(jī)質(zhì)含量較低、含砂量較高，污泥的可生化性較差，直接運(yùn)用傳統(tǒng)污泥厭氧消化工藝無(wú)法取得良好效果。為此針對(duì)我國(guó)污泥的特性，科研人員進(jìn)行了廣泛的研究，研發(fā)出超聲波預(yù)處理、熱水解、臭氧氧化以及加堿預(yù)處理等預(yù)處理工藝[9]，提高了傳統(tǒng)厭氧處理中污泥的水解和酸化效率，縮短了該過(guò)程生化反應(yīng)時(shí)間，使厭氧消化整體效率大大提升。

2.5 水泥窯協(xié)同處理

水泥窯協(xié)同處理污泥是污泥處理的一個(gè)新方向，國(guó)家也積極鼓勵(lì)水泥廠參與污泥的處理，水泥廠在消納污泥方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，在水泥廠配套一個(gè)污泥烘干預(yù)處理系統(tǒng)，使用預(yù)熱器廢氣余熱將污泥烘至散狀固態(tài)，再經(jīng)輸送及喂料設(shè)備送入分解爐焚燒。通過(guò)撒料板將進(jìn)入爐內(nèi)的散狀污泥充分分散在熱氣流中，借助爐內(nèi)的高溫實(shí)現(xiàn)快速、充分地燃燒。通過(guò)水泥窯的焚燒使污泥中的有機(jī)物徹底的分解，二噁英的生成量很低，飛灰收集再利用，重金屬固化在水泥中，對(duì)污泥的處理量大，效率高。但是該方法水泥廠的前期投資大，處理成本高，過(guò)程中易產(chǎn)生惡臭，若想提高污泥在水泥廠的使用率，政府在前期應(yīng)給予政策優(yōu)惠，幫助水泥廠建立污泥處理系統(tǒng)，同時(shí)水泥廠自身也要進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。

結(jié)語(yǔ)

隨著城市化進(jìn)程的加快，未來(lái)污泥排放量勢(shì)必大大增加，城市污泥將成為環(huán)境保護(hù)關(guān)注的重點(diǎn)。污泥的處理工藝多種多樣，而資源化利用和無(wú)害化處理無(wú)疑最具發(fā)展前景，在選擇具體污泥處理工藝時(shí)，應(yīng)充分考慮國(guó)情和污泥的特性，將污泥處理技術(shù)統(tǒng)籌利用。當(dāng)前我國(guó)的污泥處理壓力還很大，處理技術(shù)和設(shè)備還跟不上日益增加的污泥量。政府應(yīng)從根本上重視污泥的無(wú)害化，穩(wěn)定化，資源化處理，制定完善的污泥處理法律體系，加強(qiáng)對(duì)污泥處理的監(jiān)管力度。污水處理企業(yè)應(yīng)重視技術(shù)革新和人才引進(jìn)將污泥的處理技術(shù)與污水處理的工業(yè)化、規(guī)模化過(guò)程相匹配，不斷開(kāi)發(fā)合適的污泥處理新技術(shù)。各種因地制宜的污泥處理工藝路線應(yīng)該相互交流溝通，大大提高污泥的資源化程度，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。