【绿水】技术 | 污泥处理环保工艺

      对小城镇污水处理厂污泥的产生、特性、处理和处置问题进行论述，概述了污泥处理和处置方法的进展，并结合污泥成分复杂、资金利用等实际情况，提出了近远期结合的污泥处理处置方法，逐步实现污泥的稳定化、减量化、无害化与资源化。

1、前言

      随着经济发展和环保意识的加强，小城镇污水处理事业不断发展，污水厂总处理水量和处理程度将不断扩大和提高，产生的污泥量也日益增加。污泥处理处置的投资和运行费较高，如处置不当，将造成“二次污染”，这已成为环境保护领域难题，备受关注。

2、国内外污泥处理处置现况与发展趋势

2.1 国内外污泥处理处置现状

      目前国内外常用的成熟的污泥稳定工艺有：厌氧消化、好氧消化、热处理、加热干化和加碱稳定；常用的污泥处置是土地利用、焚烧、卫生填埋、堆肥、投海、建筑材料等。

      由于受技术和经济制约，我国现阶段的污泥处置仍以填埋为主，污泥利用为辅。污泥投海在沿海城市占一定比例，但总量较少。污泥焚烧尚未起步。在污泥利用方面，污泥自然干化后用于农、林、绿化较多。采用机械干燥器干化污泥的污水厂有大连开发区污水厂、秦皇岛污水处理厂、徐州市污水处理厂、但这些设备处理量小（3～12t/d干泥），臭气污染重，尽管投资低，但效果不够理想。

        国外污水厂污泥目前主要采用农业利用、填埋，还有部分采用焚烧等其它处理方式。据日本1994年统计资料，日本年产城市污泥量为230.7万吨，其处置方式是：陆地和海岸填埋占62.7％；资源化利用占24.9％，其它处置为占12.4％。德国近年污泥填埋为80％，农用为8％，堆肥为4％；据美国环保局资料统计，近年来污泥填埋为35％，焚烧为15％，农用或其它土地利用为49％，其它处置为1％。由此可见，农用和填埋目前是大多数国家污泥处置的最主要的方法，农用和陆地填埋方案的选择很大程度上取决于各国政府有关的法律、法规和污染源控制情况，同时也与国家农业发展有关。近年来，美国、日本和英国等污泥农用的比例呈增加趋势；而也有些国家如德国、丹麦由于污泥农用标准日益严格，污泥农用的比例不断下降，其它处理方法如焚烧比例有所上升。

2.2 污泥处理与处置技术发展

2.2.1 污泥稳定处理

      污泥稳定的目的是污泥通过处理成为稳定（即不易腐败）的产物，以便进一步对其进行处置及利用。污泥稳定过程还可以杀灭部分病原体，减少污泥中的臭味。国内常用的稳定工艺是厌氧消化和堆肥，美国目前常用的稳定工艺共四种：厌氧消化、好氧消化、堆肥和加碱稳定。在污泥处理工艺中，厌氧消化也是较普遍采用的稳定化技术。在日本从1980年就开始把消化所产生的沼气用于发电系统，这种利用途径无论是在运行管理还是在经济效益方面都有广阔的前景。

     我国对污泥堆肥进行了深入地研究，确定了堆肥方式、添加剂种类以及堆肥的工艺参数，为污泥规模堆肥工程的实施奠定了基础。常用的污泥堆肥方法有静态堆肥、动态堆肥和料仓堆肥三种。

      干化技术一般可分为自然干化和人工干化两类，自然干化技术最常见的是干化床，人工干化最常见的是加热干化技术，近年来得到了迅速发展。加热干化的进料含固率为20％～25％，出料含固率可以达到40％～92％，因此可以大大减少污泥体积和污泥重量。这种方法可使污泥体积显著减小至原来的1/4～l/5，使污泥稳定化和无害化，并且可最终使污泥资源化，如作为肥料、土壤良剂、燃料等等。

2.2.2 污泥处置

       目前，国内污水处理厂污泥大都采用卫生填埋方式处置，国外许多国家对污泥处置采用较多的方法是焚烧、卫生填埋、堆肥、干化造粒和投海等。

      焚烧是既是一种污泥处理方法，也是一种污泥处置方法,利用污泥中丰富的生物能发热，使污泥达到最大程度的减容。焚烧过程中，所有的病菌病原体被彻底杀灭，有毒有害的有机残余物被热氧化分解。焚烧灰可用作生产水泥的原料，使重金属被固定在混凝土中，避免其重新进入环境。污泥焚烧的优点是适应性较强、反应时间短、占地面积小、残渣量少、达到了完全灭菌的目的。该法的缺点是工艺复杂，一次性投资大；设备数量多，操作管理复杂，能耗高，运行管理费亦高，焚烧过程存在“二噁英”污染的潜在危险。

       卫生填埋是把脱水污泥运到卫生填埋场与城市垃圾一起，按卫生填埋操作进行处置的工艺，常见的有厌氧和兼氧卫生填埋两种。卫生填埋法处置具有处理量大，投资省，运行费低，操作简单，管理方便，对污泥适应能力强等优点，但亦有占地大，渗滤液及臭气污染较重等缺点。卫生填埋法适宜于填埋场容易选地、运距较近、有覆盖土的地方。迄今为止，卫生填埋法是国内外处理城市污水厂脱水污泥最常用的方法。其缺点是机械脱水后直接填埋操作困难；运输费用大，且产生卫生问题。卫生填埋将向调理后再实施的方向发展。

      污泥干化造粒工艺[6]是近年来比较引人注目的动向。一般说来，污泥干化造粒工艺是污泥直接土地利用技术普及前的一种过渡。干化造粒后的泥球可以作为肥料、土壤改良剂和燃料，用途广泛。国内的污泥复合肥研究生产，也是走的干化造粒的道路，只是在其中添加了化肥以提高肥效。污泥投海曾经是沿海城市污水处理厂污泥处置最常见的方式，但近年来出于对海洋环境保护的考虑和越来越严格的环保条例的执行，已经越来越少。

2.2.3 污泥综合利用

     污泥的综合利用包括直接利用和间接利用。污泥的直接利用如农业利用，利用污泥消化处理产生沼气再加以利用则属于污泥的间接利用。

       污泥中富含有机物和氮、磷等元素，为植物所需要，是一种优良的有机肥料，将污泥用做农肥，或者作为土壤改良剂使用，可以改良土壤结构和提高农作物的产量。实践证明这是行之有效的简易的污泥处置与利用的方法，也是应用较多的污泥处置方法。污泥还可用于森林或绿化施肥，也可直接作为绿化用的有机质土壤。但目前广泛进行污泥农用其实面临很大的难题，首先是污泥中重金属含量的问题，其次是市场问题。

2.3 国内外污泥处理处置与利用的发展趋势

     随着海洋投弃被禁止，污泥弃置的比例正逐渐减少；同时由于填埋需要占用大量土地、影响填埋场作业且不能根治污染，土地填埋也受到严格的限制。欧盟规定填埋必须和焚烧相结合，仅焚烧灰可填埋。污泥处理的优先顺序是减容、利用、废弃，污泥减量化、稳定化、无害化处理后作为资源回用已成为主流。污泥利用可分为土地利用和热能利用，具体方法包括堆肥、碱性稳定化、热干化、焚烧等。

       目前欧美发达国家污泥填埋呈显著下降趋势，污泥利用呈急剧上升趋势。不仅美国、加拿大等北美洲的发达国家以及挪威、波兰等欧洲中等发达国家、发展中国家也重视污水污泥的土地利用。污泥土地利用程度较低的发达国家只有日本，这可能与日本国土狭小有关。国内早在“七五”期间就开始了污泥农业利用的尝试，天津、上海、北京、大连、秦皇岛、深圳等城市都进行了污泥堆肥、干化造粒和复合肥的研究和实践，但规模小，农业利用仍处于起步阶段。目前我国污泥处置的主要途径是填埋，与日本类似。

      综上所述，污泥农用实现了有机物的土壤→农作物→城市→污水→污泥→土壤的良性大循环，污泥直接土地利用是污泥处理处置的发展趋势。

      污泥的普遍土地利用要求对工业废水进行严格的预处理，世界各国都作了严格的限制，中国也不例外，重在立法，更重在执行，必须长期坚持不懈。

      美国主要是通过承包商直接销售污泥。污水处理厂不能急功近利，不急于从污泥产品中获得利益，必须让利给使用者和中间商，才能培育和发展产品市场。复合肥是污泥利用的一种方法，但不是污泥利用的主流。虽然土地利用是污水污泥处置的必然趋势。但应看到，目前距离普遍的污泥土地利用尚有一个过渡时期，这就是干化、堆肥、造粒（包括复合肥）等污泥产品的推广，使污泥使用者有一个学习和适应的过程，并制定完善的土地利用法规和管理办法。普遍污泥土地利用以前，美国也曾较多使用堆肥和复合肥，而且1998年堆肥还占了12.6%。因此，在污泥特性满足利用的前提下，污泥利用将是国内外污泥处置的发展趋势，包括热能利用和土地利用。

3、小城镇污泥处理处置现状及存在问题分析

3.1 小城镇污泥处理处置现状

      由于对污泥利用的认识存在不足，国内污泥处理处置的起步较晚，许多城市没有将污泥处置场所纳入城市总体规划，很多处理厂难以找到合适的污泥处置方法和污泥弃置场所，导致小城镇的污泥处置即最终出路存在严重问题，这将为环境污染带来巨大危害。因此，目前小城镇的污水处理厂污泥以填埋为主。由于污泥含水率高，影响填埋场的正常作业，且重金属和有毒有害有机物污染地表和地下水系统，对对人类健康产生潜在威胁。

3.2 小城镇污泥特性分析

     在污泥处理处置途径的选择中，污泥特性是污泥利用、处置的重要依据。目前南方某城镇已建污水处理厂的污泥成分详见下表。

从上表可以看出，该污水处理厂污泥基本满足污泥农用要求。

4、小城镇污泥处理处置的出路

     根据小城镇污水处理系统规模不大、城镇分散的特点，确定污泥处理分散化、处置集约化原则，结合小城镇污泥成分复杂的特点，应具体问题具体分析，采取合适的处理方式。分析目前国内外污泥处理处置的方法，对污泥的最终处置可采用以下四个处理工艺路线：

方案一：湿污泥→干化→干化污泥填埋场填埋

     此工艺方案是将污水处理厂所产生的机械脱水后的污泥集中在一起进行热干化处理，干化后污泥送至垃圾填埋场处置。

     该工艺特点是污泥量显著减少，灭菌彻底，污泥稳定。

方案二：湿污泥→干化→干化污泥焚烧→焚烧灰填埋

     此工艺方案是将械脱水污泥进行热干化处理，干化后污泥送垃圾焚烧厂进行焚烧，焚烧灰由垃圾焚烧厂处置。

     该工艺特点是污泥量显著减少，灭菌彻底，污泥稳定。干化污泥含有一定的热值，可节省垃圾焚烧厂的燃料消耗。

方案三：湿污泥→高温消化→干化→干化污泥填埋场填埋

      此方案是将脱水污泥进行高温厌氧消化，消化后的污泥再进行热干化处理，干化后的污泥送往垃圾填埋场处置。热干化所需热能由高温厌氧消化过程中产生的沼气提供，不足部分由天然气提供。

      该工艺特点是污泥量显著减少，有机物降解率高，灭菌彻底，污泥稳定。污泥消化产生的沼气作为干化的补充热源，节省天然气消耗。但其工艺流程长、设备较多，管理复杂，工程投资高、占地大。且由于有沼气产生，有一定的安全隐患。

方案四：湿污泥→干化→土地利用

    此方案是将脱水污泥进行热干化处理，干化后污泥用于农用，污泥农用实现了有机物的土壤→农作物→城市→污水→污泥→土壤的良性大循环。

    该工艺需要严格控制污泥中重金属含量，对重金属含量超标的污水宜单独处理达标后排放，对重金属含量超标的污泥宜脱水后采取填埋等其他处理方式。

通过以上的方案分析可以看出：

（1）方案二由于增加了焚烧工艺，工程总投资大幅增加，但该方案可充分利用污泥中的热能，可节省燃料用量，因而其成本费用在三个方案中最低。

（2）方案三工程总投资介于方案一与方案二之间，由于可以回收利用消化沼气，节省天然气的用量，单位总成本也介于二者之间。其缺点时工艺路线长、设备种类多、占地大，管理工作量大。

（3）方案四工程总投资基本同于方案一，运行费用高于方案二，可以实现污泥资源化利用，但该方案需要加强管理，严格控制重金属含量。

      由此可见，方案二、方案四各具优势，均是可选方案。方案二具有明显的运行成本优势，且对污泥的处置更加彻底；方案四投资相对较低，实现良性循环，符合污泥处置的发展趋势。综上，结合污泥处理处置技术的发展和小城镇的经济情况，建议小城镇污水处理厂污泥近期采用方案一方式处理，对污泥进行干化后填埋，以便降低成本和投资；中期采用方案二处理：对污泥进行干化后焚烧，以便利用干化污泥中的热能：远期采用方案四处理，实现良性循环，符合污泥处置的发展趋势。

5、结论

     随着小城镇的发展，污水处理率的提高，污泥产生量越来越大，从目前情况来看，国内小城镇污泥处理处置技术还比较落后，宜严格控制小城镇污水重金属含量，近期采用干化填埋、中期采用干化焚烧、远期采用干化后土地利用的方式进行处理，对重金属含量超标的部分污泥采取填埋等其他处理方式。