城市污泥資源化利用現狀及發展趨勢

饒遠紅

（湖南川涵環保科技有限公司，長沙 410016）

污泥是污水處理的一大副產物，其產生量伴隨著城市規模的擴大而不斷增加，相應的處理壓力日益增大。城市污泥含有豐富的有機物、營養元素以及重金屬，具有資源與污染的雙屬性，若單純作為固體廢物進行填埋，則占地面積大，而且存在資源浪費問題。為有效彌補污泥處理處置成本、回收利用資源并解決污泥的最終去向問題，開展城市污泥資源化利用的研究與應用十分重要。目前，國內在此方面已經頒布了不少標準與規范進行指導，相關技術與設備研發也取得一定的進展，下一步還需要繼續進行實際應用研究，以真正實現全面推廣。

1 城市污泥的產生與危害

隨著污水處理率的提高，污泥產生量不斷攀升。據統計，2014年我國干污泥產生量為813.4萬t，2020年增長至1 459.5萬t，2014年以來干污泥產生量復合增速率達到10.23%，此數據還將持續增長。

城市污泥是固態或是半固態非均質體，富集了污水中的污染物，含有無機物、有機物、細菌菌體和膠體等，成分相對繁雜且性質不穩定。若大量污泥未能夠獲得及時、有效的處理，則極易產生惡臭、滋生病原微生物、污染水體，對生態環境與人們的生命健康產生巨大威脅。從污水處理情況來看，污水中70%～80%的重金屬元素會經由物理沉降、吸附作用等轉移至污泥內，且濃縮至污泥中的重金屬性質穩定、不易分離，久而久之出現累積效應。目前，我國污泥處理方式仍以衛生填埋為主，但是隨著污泥產生量的增大，填埋處置的弊端逐漸暴露，其占用了大量土地，且污泥中的有害物質未能有效去除，僅僅是換了儲存載體，填埋區周邊土壤及地下水極易受到污泥中重金屬及有機污染物的影響。總的來說，近些年，污泥引發的各類環境問題逐漸凸顯，其作為一種被浪費的資源，加強資源化利用的研究與應用具有必要性，不僅要實現其應有的經濟效益，更要具備環保效益，最終獲得良好的社會效益。

2 城市污泥資源化利用現狀

城市污泥資源化利用是一大必然趨勢，資源短缺的形勢下，很多發達國家已將污泥視為一種資源而非固體廢物，資源化利用程度也比較高。近年來，對于城市污泥資源化利用，我國在政策上給予了很大的支持，在技術方面也有所進展。

2.1 政策支持現狀

2015年4月，國務院印發《水污染防治行動計劃》，提出污泥需要實施穩定化、無害化和資源化處理處置，嚴禁不達標污泥進入耕地，與此同時對地級及以上城市污泥無害化處理處置率的要求進一步提高，其需要超過90%。2016年12月，國家發展和改革委員會、住房和城鄉建設部聯合印發《“十三五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》，提出必須從“重水輕泥”朝著“泥水并重”的方向轉變，提高污泥處理的重視度。2020年7月，國家發展和改革委員會、住房和城鄉建設部聯合印發《城鎮生活污水處理設施補短板強弱項實施方案》，提出要進一步促進污水資源化利用、污泥無害化資源化處理處置。

與此同時，地方政府根據自身特點，出臺了污泥處置相關政策與規劃。據統計，我國31個省級行政區（不包括香港特別行政區、澳門特別行政區和臺灣省）均出臺了相關規劃，要求污泥無害化處理處置率超過90%，并在“十四五”生態環境保護規劃中提出推進污泥無害化、資源化處置要求，污泥資源化利用方面給予了一定的政策傾斜。

2.2 技術研究現狀

污泥資源化利用要求盡量利用污泥有用成分，實現有機質、營養元素的循環，達到節能減排的效果，同時不得對環境產生二次污染。目前，我國城市污泥資源化利用技術研究取得不少成果，污泥資源化利用水平總體上升。

2.2.1 土地利用

污泥是一種較好的土壤改良劑，但是由于含有害物質，無法直接用于土地，必須經無害化處理，殺死病原菌，降低有毒物質危險性，方可用于農田、林地和園地。在污泥處理中，堆肥處理可殺滅病原菌、寄生蟲，但是針對重金屬去除問題，生物瀝浸是一種較為理想的技術，不僅可實現重金屬的去除，還可實現污泥高度脫水，最大限度地保留污泥中的有機質和熱值，有利于后續資源化利用。

2.2.2 建筑和工藝材料

污泥焚燒后獲得灰渣，其成分與黏土類似，可用于建筑與工藝材料制作，如輕質骨材、透水磚、混凝土骨材、混凝土二次制品和瀝青填充材料等。污泥焚燒后，重金屬可永久固定在材料內，有效避免二次污染。灰渣制成的玻璃陶瓷強度超過天然材料，如花崗巖、大理石等，耐久性表現較好。但是，灰渣固有孔隙率將影響制成材料的孔隙率，其鐵、鈣含量對產品硬度也會產生一定影響。

2.2.3 能源利用

污泥熱解、污泥制氫、污泥發電以及輔助燃料都是污泥進行能源利用的重要方向。其中，城市污泥低溫熱解是一項新興技術，可合理回收熱能，熱解產物可利用性高，污染程度較低。污泥制氫包括生物制氫、高溫氣化制氫以及超臨界水氣化制氫等工藝，具體原理如表1所示。污泥發電是一種較為常見的方法，典型工藝有污泥焚燒發電、污泥厭氧消化產沼氣發電，沼氣發電工藝流程如圖1所示。目前，最新研究方向主要集中在污泥微生物燃料電池（SMFC）方面，在發電時從污泥中提取生物質能。研究顯示，干化污泥是一種節能環保的輔助燃料，適宜的干化方式可保存濕污泥中90%以上的原始熱值。

圖1 污泥厭氧消化產沼氣發電技術路線

表1 污泥制氫工藝原理

2.2.4 環保材料

污泥可用于生物炭、絮凝劑、粘結劑和可降解塑料等環保材料的制作，現階段可降解塑料的研究中，聚羥基烷酸酯（PHA）材料受到廣泛關注，其可由生物污泥厭氧消化中間產物揮發性脂肪酸（VFA）合成。該方法能解決可降解塑料生產原料成本高的問題，同時實現污泥的資源化利用，被認為是新一代污水處理及污泥減量化資源化利用技術。

3 城市污泥資源化利用的發展趨勢

當前，隨著我國城市污泥產生量的大幅增加，污泥處理處置方面陸續出現了各種新型資源化利用方法，相關規范不斷完善。為進一步提高城市污泥資源化利用水平，當前迫切需要加強相關技術發展路徑的研究。鑒于我國污泥產生量、處理現狀以及資源化利用技術研究情況，未來城市污泥資源化利用技術發展路徑主要有3種：以沼氣能源回收和土地利用為主的厭氧消化/好氧堆肥技術路線；污泥干化+焚燒/熱解技術路線；以建材利用為主的技術路線。下面提出具體發展建議。

現階段，相關部門在污泥土地利用方面尚未形成共識，且公眾對污泥土地利用的認識不足。因此，必須完善污泥資源化利用風險評估機制，制定相應的法規政策，同時積極宣傳污泥資源化利用的利弊，加強公眾認識。我國在污泥干化焚燒/熱解方面尚處于起步階段，存在諸多建設、運行問題。所以，必須加強工程設計與運行經驗的積累，綜合考慮污泥處理處置投資、運行成本及其社會經濟效益，同時應最大限度地減少焚燒產物的毒性。

污泥建材利用是目前較具潛力的一種資源化利用方式，不僅可以減少自然資源消耗，而且可以使資源得到循環利用，提高其經濟價值。它既解決了污泥的出路問題，又滿足建材生產的原料需求。污泥建材利用包括制磚、制纖維板材、制熔融材料、制陶粒等。一是污泥制磚，主要方法有兩種，即干化污泥直接制磚和污泥灰渣制磚。干化污泥直接制磚節約了焚燒部分的投資，且燒結時能充分利用污泥自身熱量，經濟效益更明顯。二是污泥制纖維板材，主要利用污泥中的蛋白類物質能溶解于水及稀酸、稀堿、中性鹽溶液這一性質，基于堿性條件進行加熱、干燥與加壓，發生蛋白質變性，以此制成活性污泥樹脂（也稱為蛋白膠），使之與漂白、脫脂處理后的廢纖維壓制成板材，其品質優于國家三級硬質纖維板。三是污泥熔融制得熔融材料，其既可用作混凝土骨料，也可用作路基、路面以及地下管道襯墊材料。利用城市垃圾焚燒灰渣與污泥，可制成生態水泥，生態水泥與普通水泥相比，最大的特點是凝結時間短。四是污泥制陶粒是一種新型建材，其具有輕質、高強、保溫、隔熱、耐久等特點，節能效果較好。目前，我國已具備成熟的陶粒生產技術與設備制造能力。

未來，要加強污泥資源化利用新路線的研究，充分引進和消化發達國家的先進技術和成功經驗，經由實踐進行工藝優化、關鍵設備研發，推進我國污泥資源化利用的工業化進程，并將新技術運用于現代產業。

4 結語

城市污泥的處理處置與資源化利用對控制污泥環境危害與加強資源回收具有重要意義。近年來，我國不斷加深對污泥資源化利用的認知，同時出臺不少支持政策，相關技術研究也取得一定成果。從實際應用來看，必須根據當地污泥性質與經濟環境狀況，合理選擇污泥資源化利用的技術路線，保證技術的可行性與經濟性，最大限度地獲得污泥資源化利用的社會效益、經濟效益與生態效益。