淺談城鎮污水處理廠污泥減量化、穩定化處理及資源化、能源化處置技術

李 鑫， 王 剛

(1.菏澤學院 化學化工學院,山東 菏澤 274000；2.菏澤眾興水環境有限公司，山東 菏澤 274000)

隨著我國經濟持續快速穩定發展與生態環境保護工作的逐步深入，對污水處理的要求越來越高，城鎮排水與污水處理事業規模逐漸擴大。城鎮污水處理廠污泥是污水處理的重要產物，其構成除了氮、磷等營養物質還有各類病菌、重金屬和特殊有機物等有毒有害物質。隨著污泥總產量日益增加，污泥的處理處置問題日漸突出。污泥的減量化、無害化和資源化處理處置亟待進行。如何在污泥減量化、穩定化處理的同時實現其資源化開發利用是解決污泥問題的關鍵。

處理和處置是污泥處理處置的兩個階段，處理主要指污泥的減量化、穩定化和無害化過程；處置是對處理后的污泥進一步消納，資源化和能源化的過程[1]。處理處置基本原則是：安全環保、循環利用、節能降耗、因地制宜和穩妥可靠[1]。基于此，本文簡要綜述污泥處理處置的常用方法以及新進發展技術，以期為真正實現"污泥全消納"提供一定的理論和技術支撐。

1 污泥處理處置傳統技術

1.1 污泥處理傳統技術

污泥處理的基本技術主要包括：污泥濃縮技術、厭氧消化技術、高溫好氧發酵技術、污泥熱干化技術、污泥水熱處理技術等。各處理技術的技術特征見表1。

表1 污泥處理的主要技術及特點

1.2 污泥處置傳統技術

目前，污泥處置的基本技術主要包括土地利用、焚燒、建材利用(制作陶粒和水泥等)、衛生填埋及其它等。各技術特征介紹如下：

(1)土地利用：一方面污泥中所含的腐殖質以及各類營養元素可利于改善土壤性能，但另一方面部分污泥成分復雜，部分污染物超標嚴重，極大制約了其土地利用的領域和范圍。以泰安市污水處理廠脫水污泥為例，利用城市污泥替代草炭作為花卉苗木基質可將污泥分散利用，重金屬不進入食物鏈，環境風險小[2]。

(2)焚燒：對污泥中的病原微生物消滅徹底，有效減小污泥占地，且可回收再利用部分燃燒能量，但焚燒帶來的氣體污染現象不容忽視，安全環保的煙氣排放技術亟待開發。焚燒方式有單獨干化焚燒和與垃圾混燒等，目前相關技術的選擇運用還不十分合理[3]。

(3)建材利用：污泥資源化的一種有效方式。城市污泥燃燒后的污泥灰分化學性質與黏土相似，因此可用于建筑材料的制作。目前，在制作過程中污泥代替部分黏土摻入原料中，即宜采取混燒的形式。建材性能如何改善和怎樣提高干污泥的摻入量一直是研究的熱點和重點，也是提高污泥資源化利用效率的關鍵。

(4)衛生填埋：一次性建設填埋場，操作簡單，成本低；但是容易造成二次污染，且本質上屬于資源浪費，與資源節約及環境友好大方向相違背。

1.3 污泥處理處置典型組合技術

在確定污泥綜合處理處置方案時，需綜合考慮污泥的泥質特點和當地的環境背景狀況以及經濟發展水平等，因地制宜。目前，涉及的污泥處理處置組合技術路線多樣，部分列舉如下：(1)濃縮+厭氧消化+脫水+干化或好氧發酵+土地利用；(2)濃縮+脫水+熱干化+焚燒+灰渣建材利用或填埋；(3)濃縮+脫水+石灰穩定+工業窯爐協同焚燒。

2 污泥處理處置新技術

2.1 污泥處理新技術

近年來，污泥濃縮脫水在傳統技術設備的基礎上不斷發展創新，如防釋磷污泥濃縮塔節能環保優勢突出，污泥膜分離技術及電滲析脫水技術脫穎而出等[4]。超濾、微濾膜等技術日趨成熟，用于剩余污泥的濃縮脫水，可提高污泥含固率，便于后續其它處理處置。目前限制膜分離技術規模化應用的關鍵是膜污染問題。因此眾多學者的研究熱點集中在膜污染的機理及防治方面。因為剩余污泥是由親水性膠體和大顆粒凝聚體組成的非均相體系，因此外加直流電場可以增強物料的脫水性能，為電滲析脫水提供了更多可能。電滲析脫水的優點是：脫水范圍寬，施加不同的電流強度和電壓，可獲得不同含水率的泥餅；裝置獨立性強，可在現有脫水裝置基礎上單獨增設，節約成本[1]。

污泥好氧發酵的優點逐漸顯現，因此其工程應用情況逐漸增多。為切實提高處理效率，多種污泥好氧發酵新技術已被開發。其中應用潛力較大的是膜覆蓋好氧發酵技術和超高溫好氧發酵技術。以HTU技術為代表的污泥熱解技術成功應用于蘇州市一家城鎮污水處理廠的剩余污泥，產物熱值和能源轉化率均較可觀，在中國應用前景廣闊[5]。

水達到超臨界狀態，可與有機物完全互溶。近年來，亞/超臨界水氧化技術用于污水處理領域實踐越來越多。利用亞/超臨界處理技術可徹底分解污泥中的有機質，消滅有害病菌，最終減容率高于90%，處理效果干凈清潔，成本適中。2015年，廊坊市政污泥處理項目引入超臨界水處理技術，日污泥處理能力240t，為污泥的無害化、減量化處理提供了成功的范例。

2.2 污泥處置新技術

對污泥的資源化利用技術研究一直方興未艾。一些新的資源化利用技術逐漸見諸報道，如污泥低溫制油、污泥制氫及從中提取蛋白質等。污泥中的大量含碳物質，為將其制備成各類活性炭吸附劑提供了可能。可通過直接熱解、混合熱解、氣體活化法和化學活化法等制備性能優良的污泥吸附劑。如若尾氣控制得當，吸附飽和的污泥吸附劑可進一步燃燒處理，固定重金屬的同時分解有害物質，應用潛力巨大。有學者利用焦作市污水處理廠污泥制備了發電燃料，室內試驗和現場工業化試驗均取得了成功。當城市污水處理廠進水COD偏低時，為切實提高脫氮除磷效果，需要補充碳源。污泥經酸性發酵生成的揮發性脂肪酸(VFAs)可作為有機碳源利用，同時又處置了污泥[1]。因為能耗大、運行費用高，限制了該方法的推廣應用，下一步還需完善和發展相關技術。

雖然創新技術的研發大都停留在理論和中試階段，還缺乏成熟穩定的示范工程的運行數據來推動其工業化應用，但對推動我國污泥資源化和能源化處理處置事業的發展作用巨大。

3 污泥處理處置技術展望

我們要摒棄從前"輕泥重水"的觀念。對癥下藥，尋找適合不同泥質的污泥處理方式。對新鮮脫水污泥需及時進行有效處理處置，不可長期堆置，否則脫水性能和衛生狀況嚴重惡化會影響后續處理。由此最大程度實現污泥的減量化、無害化和資源化，防控二次污染并且杜絕資源浪費。

未來污泥處理處置技術的發展可考慮以下幾個方向：(1)研發污泥源頭減量技術，爭取實現污泥零排放；(2)注重開發先進的污泥處置處理技術及推廣應用，如高含固污泥厭氧消化技術、超臨界水解技術和污泥中有用物質提取技術等；(3)開展污泥處理處置節能降耗研究；(4)在實踐中探索污泥處理處置的高效組合形式等。

4 結語

目前，面對日益嚴峻的環境形式，世界各國都面臨污泥處理處置的難題。在污泥減量化、穩定化處理處置的基礎上，還要注重開發污泥的資源化、能源化技術。隨著適合我國國情、成熟度高的技術推廣應用，未來我國城鎮污泥處理處置系統的建設和運行一定會取得更大的成功。