我国污泥处理处置问题现状分析

污泥处理处置方法研究进展摘要随着城市污水生物处理技术的发展，城市污泥产量增加，污泥处理处置问题成为人们关注的热点话题，在减量化、无害化、稳定化的同时达到资源化利用的效果。对比国内外污泥处之现状可以发现中国的污泥处置技术相对落后，中西部地区因为经济发展水平的差距在污泥处置的政策以及投入的费用方面有很大差异，大部分污泥仍然是采用填埋或堆肥的方式，造成严重的二次污染。湿式氧化、污泥湿地构筑、超临界水氧化技术等较为先进的技术在国内非常少见，在发达国家已经推广使用。中国在提高污泥处理处置率的同时，结合自身的情况，向发达国家借鉴经验，使污泥处理处置更符合可持续发展的原则。关键词污泥处理处置研究进展新兴处理工艺ResearchProgressofsludgetreatmentanddisposalmethodsAbstractWiththedevelopmentoftheurbanwastewaterbiologicaltreatmenttechnology,theyieldoftheurbansludgeincreased.Andthetreatmentanddisposalofthesludgehasbecomethehottopicsofthesociety,withthereduction,harmless,stabilizationofthesludge,alsowewillachievetheeffectofresourcerecovery.Comparedwiththedevelopedcountries,thetechnologyinChinaisrelativelybackward.EveninChina,thepolicyandinvestmentinsludgetreatmentoftheeastandwestregionisdifferent.Sumup,themostpopulationtechnologyislandfill,thismaybringaboutserioussecondarypollution.Theadvancedtechnologiessuchas,SCWOtechnology,wetoxidationandthebuildingofthesludgewetandsoon,arerareinChina,whiletheyarepopularinEU,USandJapan.Inall,whileimprovementofthedisposalrate,weshouldstudyfromthedevelopedcountriescombinedwithourownsituation,tofulfillthesustainabledevelopment.Keywordssludgetreatmentanddisposal,researchprogress,newtreatmentprocess一、污泥处理与处置概述1.污泥来源及特性污泥作为污水处理的副产物通常含有大量的有毒、有害或对环境产生负面影响的物质，处置不当容易造成二次污染。污泥中含有大量的固体物质，包括进水中的固体物质、污水处理过程中转化形成的生物絮体和悬浮物质以及污水处理过程中投加的化学药剂等。污泥的性质和组成取决与污水的性质和污水处理的工艺流程，根据处理工艺的不同，污泥分为以下几种：初沉污泥（污水处理过程中初沉池的污泥）、生物或剩余污泥（来自污水生物处理系统的二沉池和生物反应池，污泥结构松散，含水率高，脱水性差）、消化污泥（经过厌氧消化或好氧消化后的污泥）、化学污泥（用混凝、化学沉淀等方法处理污水过程中产生的污泥）[1]。其中初沉池污泥含有病原体和重金属化合物等，二沉池污泥基本上是微生物机体，含水率高，数量多。初沉池污泥和二沉池污泥因富含有机物，容易腐化、破坏环境，必须进行妥善的处置。污泥特性主要包括四点：（1）污泥中的固体：包括溶解性固体和悬浮固体。（2）污泥固体的成分：组成与污水的来源有关，如来自城市污水处理厂的污泥的固体成分主要是蛋白质、纤维素、油脂、氮磷等，而来自石油化工行业的污水处理厂的污泥中含有大量的油，固体成分决定了后续污泥处理处置的工艺。（3）含水率：不同污泥含水率差异很大，但污泥含水率一般都很高。（4）相对密度：污泥相对密度取决于含水率和污泥中固体组分的比例，城镇污水处理系统产生的污泥相对密度一般略大于1，工业废水处理系统排除的污泥密度往往较大[2]。（5）含有复杂的重金属、盐类等成分，如果不加控制地施用，将污染土地，甚至会造成耕地的不可逆退化，造成土壤板结、重金属积累超标[3]。研究表明城市污泥的热值较高，含有SiO2、P2O5、Al2O3、Fe2O3、CaO等，城市污泥的矿物组分相比其他污泥而言较为复杂，与粘土比较相近[4]。不同污水处理厂的污泥或者不同行业的污水处理厂的污泥性质不同，这跟污水的组成以及处理工艺之间有十分重要的关系。2.一般城市污泥处理处置流程污泥经常被大规模弃置在河湖、堤岸、沟壑、田地中，污泥中的污染物可能被雨水充入水体，通过土壤污染地下水，散发的气味和挥发性有机物会污染周边空气，同时还会造成局部土壤的污染物浓度提高，污泥对环境所产生的危害十分隐蔽，容易被人们忽视[5]。很多研究发现城市污水处理厂排放的污泥中含有大量的污染物，组成十分复杂，包括重金属、持久性有机污染物、环境持久性制药污染物、多环芳烃、挥发性有机化合物以及大量的病原菌、病毒等，如果不妥善处理，污泥将会给环境健康带来很大的威胁。污泥处理处置在污水处理过程中非常重要，污泥处理系统的建设投资约占污水处理厂总投资费用的20%－30%，污泥处理的主要目的是减少污泥量并使其稳定，便于污泥的运输和最终处置。城镇污水二级处理厂污泥处理流程和一般工业废水处理方法不同，典型处理工艺流程如下[2]：（1）污泥浓缩污泥浓缩的主要目的是减少污泥体积，以便后续操作。污泥浓缩的操作方式有间歇式和连续式，浓缩方法有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩。重力浓缩适合与固体密度较大的重质污泥，气浮浓缩主要用于相对密度接近1的轻污泥或含有气泡的污泥，离心浓缩是利用离心力达到浓缩的目的。离心浓缩效率高、时间短、占地少，而且卫生条件好，但费用较高。储存浓缩稳定调理脱水干化最终处置（2）污泥稳定采用适当措施去除或减少污泥中的有机物，抑制或杀灭其中的微生物，或改变污泥的环境条件使之不适宜微生物的生存，以达到消除或减缓微生物对污泥腐化分解作用，从而使污泥稳定下来。污泥稳定的方法主要有生物法和化学法，生物稳定法即在人工条件下加速微生物对污泥中有机物的分解，使之变成稳定的无机物或不易被微生物降解的有机物的过程，其中包括好氧生物稳定和厌氧生物稳定；化学法即投加某种化学药剂杀死微生物或改变污泥的环境使微生物难以生存，从而使污泥中的有机物在短期内不致腐败的过程，其中包括石灰稳定法、氯稳定法、臭氧稳定法等。（3）污泥脱水将污泥含水率降到80%以下即为污泥脱水。污泥脱水处理之前首先要进行调理，通过物理、化学或物理化学作用，通过改变污泥的组织结构，减小污泥的黏性，降低污泥的比阻，从而改善污水的脱水性能。化学调理主要是向污泥中投加各种絮凝剂，使污泥中的细小颗粒形成大的絮体，从而提高脱水性能，物理调理有加热、冷冻、添加惰性助滤剂和淘洗等方法。污泥脱水的方法有自然脱水、机械脱水。自然脱水主要构筑物是污泥干化场，其中包括上部蒸发、底部渗透和中部放泄等，机械脱水是利用机械力对污泥进行脱水的方法，其中包括过滤脱水和离心脱水等。目前常用的脱水技术有超声波脱水技术、微波脱水技术、絮凝脱水技术、电渗析脱水技术和热水解脱水技术等[6]。（4）污泥的最终处置污泥经过以上几步的预处理后基本上达到稳定的状态，但是污泥中一些有毒有害物质仍然需要处理，即污泥的最终处置，污泥最终处置的方法有综合利用、湿式氧化、焚烧以及和城市垃圾一起填埋。污泥处理的有效顺序是减容、利用、废弃，污泥处理处置的主要目标是：减量化、稳定化、无害化、资源化。二、污泥处理处置现状分析国家环保部门统计，截止2010年，我国城镇污水处理率将达到60%，届时每年全国污泥产生量将达到3000万吨，污水处理厂将达到1800座，而中国目前污泥70%以上弃置，20%填埋，不到10%的污泥通过堆肥等技术处理后回用于土地[7]。研究表明，法国、德国、意大利和英国污泥产量较大，而德国污泥的产生量占这四国总产生量的48.9%[8]。据美国环保署估计，美国15300个城市污水处理厂中，年产干固体污泥约769×104吨，其中45%用于农、林业，21%进行填埋，30%投弃海洋。在日本，55%的污泥进行焚烧，35%的污泥进行填埋，约9%的污泥进行农田利用[9]。由于技术以及管理手段的滞后，中国污泥大量污泥直接弃置，发达国家通过合理的处理处置污泥，回收能源的同时减少了环境污染。大量污泥的无序弃置不只是污染物从污水向陆地转移，还使污染物进一步扩散，并导致营养物质和能源物质的大量流失[10]。传统污泥处理处置主要方法是直接填埋、堆肥、干化和焚烧、海洋弃置，但是这些处置方法都有环境或经济上的局限性。从可持续发展的角度来说，污泥焚烧将是最终出路，但不能实现污泥减量的最大化，而且焚烧过程产生的致癌物二恶英、二氧化硫会对空气造成严重二次污染，焚烧的投资费用较高，运行费用高达700－900元/吨干污泥[11]，焚烧过程浪费了大量的能源，这些限制了干化和焚烧工艺的使用。土地填埋过程中产生渗滤液和气体，如果处理不当渗滤液会进入地下水层污染地下水，填埋气可能会引起爆炸和燃烧等，而且随着城市化进程的加快，土地填埋也收到越来越严格的限制，因为填埋占有大量土地、耗费可观的填埋费用且不能根治污染，这些都制约污泥的土地填埋技术的发展和应用，在欧美等发达国家大部分污泥填埋场陆续关闭。欧洲国家对含有可生物降解的固体废弃物的填埋处置的管理越来越严格，丹麦、瑞士等国家相继实施了禁止固体废弃物填埋的法令法规，德国将污水厂污泥划分为固体废弃物类，目前填埋比例大幅下降，焚烧比例则明显上升[8]。海洋弃置不仅污染海洋，危害海洋生态系统，造成海洋环境恶化。美国EPA于1991年全面禁止污泥的海洋处置，欧盟从1998年12月31日禁止向水体中倾置污泥，同年底国际公约组织通过了禁止向大海排放污泥的决议，我国于1994年起承诺不再海上处置城市污泥[3]。污水因为来源比较复杂，污泥中含有的重金属超过人类和动物的耐受水平，可能会导致堆肥产品中的重金属沿着食物链富集最终进入人体。人们在寻找处理处置污泥方法的同时也在寻求资源化利用途径，高效回收污泥中可利用的资源。20世纪60年代发达国家污泥处理处置系统的装备已经达到成套化水平，如污泥消化系统设备、污泥浓缩脱水设备、沼气综合利用设备、污泥高温堆肥系统装备以及污泥固化工业技术与设备等，80年代末又启用湿式氧化处理技术处置污泥[9]。德国目前90%以上的污泥经过厌氧消化处理，降低了30－40%的产量，在2005年颁布了污泥禁止填埋的法规条例后，污泥物质利用和能源利用两种处置方式在德国得到广泛的应用[12]。80年代中期我国的污泥处理才刚刚起步，后来采用中温厌氧消化，引进先进技术和设备，经过几十年的积累中国在厌氧消化处理污泥方式上积累了丰富的经验。目前国内外常用的污泥处理方法主要有卫生填埋处理、土地利用、热处置等方法[13]。上世纪六十年代开始使用卫生填埋方法处理污泥，在传统填埋基础上发展起来，建设污泥卫生填埋场地址须选择在底基渗透系数低且地下水位不高的区域，填坑铺设防渗性能好的材料，卫生填埋场还应配设渗滤液收集装置和净化设施。1992年欧盟大约40%的污泥采用了填埋处置，2005年欧盟国家的污泥卫生填埋场所仅能容纳污泥总量的17%[9]，污泥的卫生填埋对周围环境的影响越来越收到人们的重视，填埋场的选址越来越困难。土地利用被认为是最有发展潜力的处置方式，把城市污泥应用于农田、菜地、果园、林地、草地、市政绿化、育苗基质及严重扰动的土地修复与重建等，城市污泥农用比例最高的国家是荷兰，占55%；其次