污水處理廠污泥處理處置現狀及利用分析

何英林

（日照市生態環境局莒縣分局，山東 日照 276500）

近些年各地城市化建設進程持續提速，城市生活生產中的污水排放量也日漸增多，生成了大量污泥。污水集中化處理是現代城市建設的一個必然趨勢，為了全面提升水污染防治及水環境整治效果，很多地區新建和改建了大批量的污水處理廠項目。資料記載，到2020年底，國內共計建成了2 618座污水處理廠，日污水處理量達到了19 267萬m3，干污泥產量約1 162.77萬t[1]。面對如此多的污水污泥，如不能及時進行有效處置，對生態環境與人類健康都會構成很大威脅。我國關于污泥處理處置的研究工作起步較晚，早期污水處理廠普遍存在著“重水輕泥”的問題，污泥整體處理效果欠佳。現今，國家大力提倡實現資源回收利用，污泥內含有的部分物質成分，在很大程度上能減輕資源短缺問題，所以完善污泥處置技術及實現資源化利用，具有很大的現實意義。

1 污泥概述

1.1 含義

污泥即污水處置過程中生成的半固態或者固態物質，其內分布了多種微生物病原體、有機物及膠體等。不管污水處理廠采用的是活性污泥及其衍生工藝，還是膜處理手段等，污水處置過程中必然會生成污泥。

1.2 特性

1.2.1 重金屬污染

既往很多報道稱國內的污泥重金屬含量普遍較高，大部分重金屬基于吸附、沉淀等形式進到并滯留在污泥內，工業廢水是重金屬的主要來源，比如鉻、鎘等；也有部分重金屬來源于人們的日常生活，以銅、鋅等較為常見。當污泥被施到土壤以后，重金屬在地表層將會持續積累，以食物鏈作為載體聚集到部分農作物、動物及人類體中。所以，污泥自身重金屬含量高對土地應用產生一定制約作用。

1.2.2 有機質污染

污泥內有機質含量較高，這種物質在持續分解腐爛過程中，也產生了很多病原體的微生物、寄生蟲等。并且，污泥內也有一些難以降解、毒性較大、對人體健康產生一定危害的高聚物。檢測發現，未處置的新鮮污泥內寄居著千萬種病原體，如盲目排放這些污泥，其會結合土壤、水體，最后感染食物鏈，危害人類健康。

1.2.3 含水率相對較高

污泥具有的這一特征主要是由其內的多種水份構成決定的。理論上講，自由間隙水在污泥內占比約70.0%，普遍呈游離態，進入到濃縮脫水環節可以剔除掉大部分，20.0%左右是毛細結合水，在較高機械力作用下通常能被去除，比如設置壓濾、離心脫水等工序，10.0%左右是表面吸附水，運用添加適量絮凝劑去調節控制，胞內水的脫除難度最高，占比大概為5%，該部分可以嘗試采用生物分離或熱力法剔除[2]。

2 污水處理廠污泥處理處置現狀

2.1 處理能力有待提升

不斷提升污泥處置能力水平是污泥處理工作順利推進的重要條件，污水處理廠運營過程中發揮了保障性作用。縱觀當前國內很多地區的污泥處置現狀，部分建設項目還有很大的改進與完善空間，特別是基建、工藝技術應用等。如污水處理能力偏低，則容易滋生出污泥實際處理量遠遠低于其產量的狀況，勢必會對污泥處置工作順利推進造成一定阻礙，資源再利用效率也可能會持續走低。

2.2 技術水平普遍偏低

當前，國內只有一線城市的部分污水處理廠引進了高新技術與設備，其它處理廠普遍運用的是傳統技術，技術能力的落后會直接導致污泥處置效果達不到標準要求，污泥處置的經濟性、實用性同步下滑。和歐美發達國家相比較，中國對污泥處理技術的研究起步較晚，當前處于持續摸索階段，很多新技術的實踐性不足或正處于試用時期，很難在污泥現實處理工序中實現全面化應用[3]。

2.3 安全風險相對較高

如不能合理、規范化處置污泥，則很容易導致污泥內的部分物質進到土壤、空氣、水源或部分工作人員的身體中。伴隨時間的持續推移及各類物質的蓄積、生化反應等，還可能會滋生出新的污染源，它們可能會伴隨水流持續移走和聚集，對本地的土壤、空氣、水源等產生不同程度的危害及影響，安全風險系數較高，對居民生命安全構成極大危害。

3 污泥處理處置技術

3.1 衛生填埋

這是當前我國污水處理廠的一種常用技術，有操作簡單、經濟性高等優點，但污泥內的各種病原體、重金屬等，易被整合到土壤環境內及對地下水造成污染。沒有進行無害化穩定化處置的污泥，粘稠度大且腐爛發臭的概率較大，以致填埋場的使用年限出現不同程度的縮短。鑒于以上情況，現實中采用衛生填埋處理技術時，絕不可以簡單地把污泥填埋到地下環境內，相關部門應提前調查好填埋區域環境，做好滲漏和防滲漏等預防性工作。建議盡量選擇遠離水源、地下水存量較少、土壤滲透系數偏低的城市、偏僻地區建設填埋坑，將高密度聚乙烯防滲層作為填埋坑底層，酌情增設滲透液收集設備[4]。污水處理廠要先對污泥進行預處理，可以運用脫水烘干處理污泥，隨后將其集中運輸到填埋坑進行填埋，通常能取得較好的處置效果，彰顯出衛生填埋的優勢。

3.2 熱干化

這種處理技術的原理是，采用熱能對脫水污泥進行加溫干化處理，借此方式使其轉變成干化產品，實際中依照污泥干化工藝流程的差異，可以將其分成間接與直接干化法。

間接干化工藝一般是利用換熱器，對電廠高溫的煙氣或水泥窯等產生的余熱與熱工介質進行熱交換處理，熱工介質吸熱后，以密閉式管道回路作為載體與污泥之間交互熱量，進而實現持續干化污泥的目標，換熱期間不會直接接觸到污泥。和直接干化法相比較，間接干化過程中雖然會損失掉部分熱量，但是后期無需處理大量廢氣，這樣一方面直接減少了后續廢氣處理投資，另一方面也減少或規避了二次污染問題。

直接干化工藝最大的特點是，能直接把電廠等窯爐生成的高溫煙氣或熱風整合到感化裝置內，與裝置內直接接觸到濕潤的濕污泥吸熱后，其內的水分逐漸蒸發，高溫煙氣或熱風會驅散掉一些蒸發處理的水分。景觀這種工藝規避了熱效率問題，但煙氣或熱風內摻雜了部分污染性氣體，以致后續廢氣處置費用相應提高。

現今，國內外專家學者不斷完善污泥干化處理技術，以進一步提升污水污泥處置效果。聯合使用干化與焚燒工藝的污泥處置技術，逐漸成為國內污泥處理領域的一個主流技術，在未來很長的一段時間內將會被持續使用。

3.3 厭氧消化

厭氧消化即在密閉式環境內，微生物菌種作用在污泥內可被生物分解的有機物質上，誘導發生化學反應，生成沼氣、二氧化碳等諸多產物。依照厭氧反應過程中的溫差可以將厭氧消化分成中溫、高溫厭氧，對應的溫度分別約為35 ℃、55 ℃，當前中溫厭氧消化在國內污泥處理領域內的應用相對較廣。

厭氧反應處理污泥能取得較好的穩定化、無害化效果，工藝運行投資較少，且通過生成沼氣的形式實現資源再利用，故厭氧消化逐漸成為了國際上處理處置污泥的一項主流方法。1984年，厭氧消化處理工藝在中國天津獲得首次應用，后續的20多年，中國內陸續建造了60余個污泥的厭氧消化項目。但是客觀地講，厭氧消化在國內污泥處理領域表現出“水土不服”的劣勢，國內建成的污泥厭氧消化項目內，能夠實現長期穩定運營的簡直是屈指可數[5]。這種情況的原因，主要是由于我國污水污泥的特性決定了其自身可生化性偏差，有機物含量整體較低，尤其是在沒有處理好雨污分流工序時，造成污泥內砂含量過高。除此之外，相關部門長期沒有推行和沼氣資源利用相關的激勵機制，相關設備的引進建設成本較高，系統運行流程繁瑣復雜不易被掌握控制。

厭氧消化工藝處理污泥的優勢是顯而易見的，為了彌補國內應用這種處理技術時暴露出的不足，很多學者進行了國內污泥特性的深度研究，在此基礎上有針對性地改進厭氧消化工藝，做出輔助應用熱水解、微波及超聲波等污泥預處理手段，在前期對污泥進行熱水解等，同步提升傳統厭氧進程中，污泥的水解與酸化速率，明顯厭氧消化處理的時長，降低了厭氧裝置的容積，全面提升了污泥的厭氧消化效率。故而，站在這個角度分析，當污泥厭氧消化技術在國內應用過程中存在的不足逐漸被修復時，該項處理在將來會開辟出更大的應用空間，處理污泥時創造出更理想的效益。

3.4 好氧堆肥

當前國內運用的多數污泥堆肥工藝，是破碎處理木屑、秸稈等植物以后與污泥進行充分混合攪拌，隨后整合進堆肥車間內，維持適宜的溫度、濕度，通過持續鼓風通進足量氧氣，利用菌種逐漸氧化混合物料，通過持續性的攪拌、翻拋以后最后整體分解成為腐殖質。經好氧堆肥處置后，所得的污泥因為內部寄生蟲、病原體等被徹底消滅，故而能夠取得無害化、穩定化的處置效果，可以將最后所得產物用在土壤修整、園林綠化建設、垃圾填埋場的覆蓋等諸多方面。

近幾年中，國內外學者紛紛投入到好氧堆肥技術的研究工作中，著重分析該項工藝運行時不同階段的通風量大小，并且面對污泥處理現場調理添加劑用量過大的狀況，加大了C/N等影響因素的理論研究力度，在早期預處理、堆肥配套設備及工藝應用等諸多方面，均獲得了很大的提升，有效地管控了運營成本及環境污染程度。

4 城市污水處理廠污泥的綜合利用

4.1 燃料化利用

既往國內外均有研究證實，污泥焚燒處理后剩余灰分比和煤炭不相上下，約為20.0%，這預示著污泥焚燒過程中，一定比例會被揮發出去，燃燒殘渣量相應減少；污泥自身的發熱量處于較高的水平，其內蛋白質、多碳等有機物含量相對較高；污泥的揮發成分占比較大，這是其發熱量偏高的主要原因之一，可以推測適用于燃料化處置。污水處理廠與供熱發電單位之間應加大合作力度，把脫水處置后所得的污泥作為燃料，利用其將部分燃煤取而代之，通常能取得較好的效果。焚燒工藝實施后也能實現對污泥的無公害處理，可以將焚燒時產生的熱能提供給發電廠，有助于減少發電廠的制熱成本，這樣污水處理廠和供熱發電廠就能實現互利雙贏。在以上燃料化進程中，主要是基于垃圾衍生燃料法，把污泥制成衍生燃料，具體的工藝流程為：脫水處理污泥→半干化→充分混合（加入適量添加劑）→成型→自然風干→制成燃料（RDF）。

4.2 土壤修復利用

可以嘗試把無化學毒性的污染成分，有機質含量和微量元素含量較高的污泥運用到土壤修復領域內，這種污泥自身就可充當良好的肥料與改良劑。當其作為添加劑添加至待修復土壤環節內，可以顯著改善土壤結構，增強土壤肥力。污泥堆肥是在好氧條件下進行的，主要是在嗜溫菌、嗜熱菌作用下分解有機物，充分融合污泥與脫水劑，增加空隙結構的使用率，減少混合體的含水量，優化碳氮比（C/N）。在多種微生物作用下污泥能產生高溫有機物，剔除掉其內的蟲卵與有害生物，輔助提高污泥的無害化、資源化處理水平，最后生成一種棕黑色土肥，能夠明顯改善土壤的綜合性能，提高農作物的產量，即發揮了生物肥的效用。目前可以運用動態和靜態堆肥兩種技術，國內很多地區運用了條形靜態通風垛，而國外很多發達國家，普遍運用了現代工業化發酵倉工藝。在采用堆肥處理工藝時，建議將污泥含水率調控在55.0%以內，否則很難實現無害化標準。充氧堆肥環境溫度是50～55℃、時間＞8天。

4.3 農業生產方面的利用

過去有學者通過試驗研究分析了污泥農業應用，發現施用污泥有助于增加農作物產量，改善作物品質，對很多農作物體現出良好肥效，尤其是葉菜類農作物，不僅能增加作物產量，還能提高蔬菜內微量元素含量，改善蔬菜口感。農作物生產活動中合理應用污泥，還能輔助提種子的發芽率，但是禁止將污泥施用在幼苗生長期，這主要是因為污泥內的有機酸、醛等，會對幼苗生長過程產生一定抑制作用。污泥內含有部分重金屬，如果直接將其用在農業生產中，會以食物鏈為載體逐漸富集，被人們攝入體內而對健康構成一定威脅，故而實際使用時，一定要做好前期處理工作，并嚴格依照國家現行的土壤環境質量標準，嚴控施用時間、操作方法等，將重金屬帶來的危害降到最低，實現無害化農業增產。

4.4 沼氣利用

為了實現污泥的資源化利用，可以運用厭氧消化工藝基礎，把污泥轉化成沼氣用在發電方面。實現污泥資源化利用目標，主要依托于如下兩種技術：一是厭氧消化，通常是在中溫（33～35 ℃）或高溫（53～55 ℃）條件下進行的，采用預處理工序增加污泥水解率后，能夠使40.0%～45.0%的有機質實現有效降解，隨后達到污泥的減量化處理及產生大量沼氣。二是沼氣發電技術，從本質上講沼氣發電自身是一個能量轉換的過程，于發動機汽缸內點燃沼氣在，基于燃燒放熱推動活塞，驅動發電機自轉，使壓力能逐漸轉變成動能，通過發電機轉動驅動發電過程，最后把動能轉變成電能。在以上過程中，熱能會傳送給缸套水，部分則會傳導進循環水，其它熱能將會消散到外界。

4.5 建材利用

污泥內不僅含有農業生產可利用的多種有機質，還有一些Si、Al、Fe等成分，與建筑材料原料十分接近。可以把污泥焚燒以后所得產物作為生產建材的原材料，運用污泥焚燒灰代替黏土去制備水泥，或添加適量骨料以后燒制成磚。

5 結語

污泥作為污水處理后的主要產物之一，如果對其能進行安全、有效的處置，則能協助污水處理廠提升污水處理的綜合效率，達成環保、資源再利用的目標。而污泥的處理與利用是一個系統化過程，合理進行規劃部署，有針對性地優化中間環節及加大保障力度等，進而輔助提升污泥資源的綜合利用效果，創造出最理想的效益。