污水處理廠脫水污泥有機污染物含量調查及處置方式評估

姜欣彤，畢東蘇

（上海應用技術大學化學與環境工程學院,上海 201418）

隨著我國現代化進程的推進，城市用水量以及需要凈化的污水量也不斷增加。根據中國水網統計數據，截至2020年1月，我國已累計建設污水處理廠10 113座，而且每年新建數量呈增加趨勢[1-3]。污水得到了凈化，但如何對這些污水處理廠產生的大量污泥進行妥善處置，已成為固體廢物處理領域的重要問題之一。城市污水處理廠產出的污泥泥質中，通常含有不同含量的有機質、養分、重金屬及有機污染物，而污泥回收利用率和污泥中污染物二次污染等問題未能得到充分關注[4-10]。為落實國家“綠水青山就是金山銀山”理念及保障水資源的可持續發展，需要將產出的污泥結合城市發展需要，進行全面深度處理[11-12]。以污泥達到處置農用化作為最優標準，以污泥得到資源化回收及妥善處置作為當前污泥處置技術的目標。

污水處理廠遍布全國，對于其中的任意一家污水處理廠，其地理位置、氣候條件和所屬城市的發展方向都是其適用何種處理技術的重要影響因素。目前，結合城市發展需求，常用的傳統污泥處置技術主要包括3種[2-3]：①填埋技術，其主要是針對有機物含量較高的脫水污泥。此法操作簡單、經濟成本低，但可能導致該地區土壤有機污染物平均含量增加，存在土壤二次污染的風險。②熱干化與焚燒處理技術[2]，其特點是高溫處理滅菌速度快，可使污泥體積最小化。但焚燒污泥后可能產生有毒氣體，污泥有機污染物含量較高時有導致大氣二次污染的風險；而且焚燒爐造價不菲，成本相對較高。③生物置肥技術[3]，即利用污泥中的微生物將污泥發酵轉化為農用有機肥料，最大程度實現污泥資源化無害化。但其產品肥料中殘留的污染物含量需要嚴格控制，以避免施肥過程中可能對農用土地造成的污染，降低施肥后種植作物食用的健康風險。本研究調查了某地地處不同環境的3座污水處理廠，根據其產出泥質中不同污染物的含量情況，結合各項環境發展因素，針對性地提出符合該地區污泥處置的相關建議，以期實現該地區污泥無害化、減量化及穩定化的處置目的。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

某地3個城市污水處理廠(A、B、C)為本研究獲取樣品的來源，概況如表1所示。樣品編號分別為A、B-1、B-2、C，其中B-1、B-2來源于同一污水處理廠B的不同獨立分區。

表1 污水處理廠概況Tab.1 The general situation of wastewater treatment plants

1.2 檢測方法

本研究測定的有機污染物種類包括礦物油、揮發酚、總氰化物、苯并（a）芘、多氯聯苯、多環芳烴、可吸附有機鹵化物（以Cl 計）7種。相關的國家標準及其含量限值參數如表2所示，具體操作方法按照文獻進行[8-12]。檢測采用平均混合泥樣，樣品質量不小于1 kg。

表2 污泥處理標準及參數Tab.2 Sludge treatment standards and parameters mg/kg

2 結果與討論

2.1 有機污染物成分分布特征

調查結果如表3所示。經檢測，3座污水處理廠的脫水污泥中礦物油、揮發酚、總氰化物、可吸附有機鹵化物平均值分別為193.39、0.04、3.58、41.28 mg/kg，總體來說，脫水污泥中礦物油含量最高。苯并（a）芘、多氯聯苯、多環芳烴均未檢出。考慮到A污水處理廠地處城區人口居住率最高，廠內進水多來源于生活污水；B污水處理廠位于工業區和化工區，廠內進水多來源于工業污水；C污水處理廠地處環境人口居住率和工業化程度都較低，廠內進水多來源于生活污水，同一城市污水處理場污泥樣品中各種有機污染物含量存在一定差異較為合理。由于城市工業化程度較高，礦物油和可吸附有機鹵化物含量相對標準比值較高。3座污水處理廠出水水質均達到設計標準。

表3 樣品中的有機污染物含量Tab.3 Contents of organic pollutants in samples mg/kg

2.2 有機污染物含量評估

將各污水處理廠脫水污泥中有機污染物的含量與污泥處理標準中的有機污染物含量限值進行比較，評估具體情況。

2.2.1 礦物油

污水處理廠污泥礦物油含量的調研結果見表3，在污水處理廠污泥常見的7種有機污染物中，礦物油含量（65.5～346.2 mg/kg）是最高的。但其含量遠低于我國城鎮污水處理廠污泥處置標準中對于礦物油的限值，也滿足《城鎮污水處理廠污泥處置農用泥質》（CJ/T 309-2009）污泥農用A級的標準，幾乎不會對環境產生重大影響。

2.2.2 揮發酚

污泥中揮發酚含量范圍為0.02～0.05 mg/kg。各調研污水處理廠污泥揮發酚含量均滿足我國《城鎮污水處理廠污泥泥質》（GB 24188-2009）、《城鎮污水處理廠污泥處置土地改良用泥質》（GB/T 24600-2009）、《城鎮污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質》（GB/T 23485-2009）和《城鎮污水處理廠污泥處置制磚用泥質》（GB/T 25031-2010）的規定限值，但不滿足《城鎮污水處理廠污泥處置農用泥質》（CJ/T 309-2009）、《城鎮污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質》（GB/T 23486-2009）、《城鎮污水處理廠污泥處置林地用泥質》（CJ/T 362-2011），即不可用于農用生產土壤、園林綠化及林地用途等與人身體健康密切相關的土壤。

2.2.3 總氰化物

污泥中總氰化物含量均低于我國《城鎮污水處理廠污泥泥質》（GB 24188-2009）、《城鎮污水處理廠污泥處置土地改良用泥質》（GB/T 24600-2009）、《城鎮污水處理廠污泥處置混合填埋用泥質》（GB/T 23485-2009）和《城鎮污水處理廠污泥處置制磚用泥質》（GB/T 25031-2010）要求的限值。

2.2.4 可吸附有機鹵化物、苯并（a）芘、多氯聯苯和多環芳烴

各污水處理廠污泥可吸附有機鹵化物值低于《城鎮污水處理廠污泥處置土地改良用泥質》（GB/T 24600-2009）、《城鎮污水處理廠污泥處置園林綠化用泥質》（GB/T 23486-2009）的限值。苯并（a）芘、多氯聯苯、多環芳烴均未檢出。

2.3 處置優化建議

根據上述各污水處理廠脫水污泥中有機污染物的含量評估，結合該地區城鎮污水處理廠的實際情況，進行綜合分析。目前該地區經濟以第二產業為主，地區年產脫水污泥總質量約15萬t，污泥處理方式主要為濃縮脫水，污泥處置方式主要為堆肥、廠內堆置。該地區工業生產的過程中不可避免使用到消泡劑、除塵劑、潤滑油、燃油、輪胎和瀝青等烴類礦物油；另外，農業生產、紡織行業、造紙行業生產過程中的除草劑、除蟲劑，印染廢水中的助染劑、消毒劑，造紙廢水中的漂白試劑等的大量使用，也會導致凈水廠脫水污泥中殘留可吸附有機污染物。A污水處理廠進水中工業廢水比例較大，污泥泥質較差，有機物污染物和重金屬含量較高，根據《城鎮污水處理廠污泥處理處置技術指南》，當污泥不具備土地利用條件時，可考慮采用焚燒及建材利用相結合的處置方式。B污水處理廠地處化工區污泥泥質總氰化物含量超出A級農用泥質標準，總體只能作為酸性土壤改良用泥質、園林綠化用泥質、制磚用泥質使用。該廠脫水污泥其他指標均滿足各項泥質標準的要求。在廠內堆置的過程中，B-1污泥需要嚴控泄露以防二次污染。B-2污泥的有機污染物含量對照標準，可適用于污泥土地利用、建材利用和焚燒處置等各項用途。C污水處理廠污泥泥質總體較好，適用于土地改良、建材利用和處置等。因此，除農用用地外，C污水處理廠泥質能廣泛應用于土地改良、園林綠化或林用、混合填埋處置、制水泥熟料和制磚等領域。

上述污泥傳統處置方法和資源化利用方法，屬于污泥減量化處置的末端減量處置法[4-5]。另外一種污泥減量化處置的方法，就是源頭減量處置法。源頭減量處置法是通過物理、化學和生物處理綜合技術處理污泥，以達到處理相同污水量但污泥產率更低的目的，包括溶胞隱性生長、解偶聯技術、微型動物捕食及維持代謝的污泥減量法等[5]。但由于受到當前科學技術的發展限制，源頭減量處置法尚處于實驗室研究開發階段，還無法實際應用于污水處理廠的污泥處置環節中。

3 結語

某地區污水處理廠脫水污泥中部分有機污染物（揮發酚、氰化物）的含量較高，影響其資源利用。該地區脫水污泥僅可用于土地改良或綠化，無法作為農用泥質。所調查的3個污水處理廠脫水污泥的有機污染物成分含量均符合《城鎮污水處理廠污泥處置土地改良用泥質》（GB/T 24600-2009）標準的規定，現階段產出污泥中泥質較好部分可用于綠化，較差部分可制造建材。但制約污泥處置方式選擇的因素不僅是有機污染物，實際上重金屬元素在土壤中長期積存的影響和危害也不容小覷。隨著城鎮化進程推進，污泥產量不斷增加，現今處置方式終不是根本之策。通過經濟結構的調整以及生產技術的更新來減少污染物的排放，才是治理該地區環境污染問題的必由之路。