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　　摘要：城市污泥處理處置是污水處理事業(yè)的重要組成部分。分析污水污泥處理處置應(yīng)該采取的對(duì)策，同時(shí)介紹新興的污泥處理技術(shù)，并指出了污水污泥土地利用時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題。城市污泥既是污染物又是一種資源，污泥的處理、處置與資源化利用相結(jié)合才是其最好的出路。
　　關(guān)鍵詞：城市污泥 處理 資源化
　　 前言：
　　城市污泥是污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物。中國(guó)現(xiàn)有人口13億多，城市640多個(gè)，城市人口2.7億，每年大約排放污水401億ｍ３，已建成運(yùn)轉(zhuǎn)的城市污水處理廠有400余座，日處理能力2534萬(wàn)ｍ３，污水廠在凈化污水的同時(shí)，產(chǎn)生的污泥量約占污水總處理的0.3%-5%（含水率為97%計(jì)），目前我國(guó)年產(chǎn)干污泥近30萬(wàn)噸，折合濕污泥含量約為750萬(wàn)噸（96%的含水率）。目前在國(guó)內(nèi)一般污水廠中其基建和運(yùn)行費(fèi)用約占總基建和運(yùn)行費(fèi)用的20%～50%。污泥中除了含有大量的有機(jī)物和豐富的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還存在重金屬、致病菌和寄生蟲(chóng)等有毒有害成分。為防止污泥造成的二次污染及保證污水處理廠的正常運(yùn)行和處理效果，污水污泥的處理處置問(wèn)題在城市污水處理中占有的位置已日益突出。因此，尋求經(jīng)濟(jì)有效的減量化、無(wú)害化和資源化的污泥處理技術(shù)具有重要意義。
　　1　污泥的處理處置方法
　　隨著海洋投棄被禁止，污泥棄置的比例正逐漸減少，同時(shí)土地填埋也受到越來(lái)越嚴(yán)格的限制，因?yàn)樘盥裥枵加么罅客恋亍⒑馁M(fèi)可觀的填埋費(fèi)用且不能根治污染。在今后數(shù)年里美國(guó)的大部分污泥填埋場(chǎng)將關(guān)閉，歐盟也將規(guī)定填埋必須和焚燒相結(jié)合，只有焚燒灰才可以被填埋。人們已認(rèn)識(shí)到污泥處理的優(yōu)先順序是減容、利用、廢棄，污泥減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化處理后作為資源回用已經(jīng)成為主流。污泥利用可分為土地利用和熱能利用，具體方法包括堆肥、堿性穩(wěn)定化、熱干化、焚燒等。
　　1.1 堆肥
　　堆肥是利用污泥中的微生物進(jìn)行發(fā)酵的過(guò)程。在污泥中加入一定比例的膨松劑和調(diào)理劑(如秸桿、稻草、木屑或生活垃圾等)，利用微生物群落在潮濕環(huán)境下對(duì)多種有機(jī)物進(jìn)行氧化分解并轉(zhuǎn)化為類腐殖質(zhì)。研究表明，經(jīng)過(guò)堆肥的污泥質(zhì)地疏松，陽(yáng)離子交換量(CEC)顯著增加、容重減小、可被植物利用的營(yíng)養(yǎng)成分增加、病原菌和寄生蟲(chóng)卵幾乎全被殺滅。
　　目前采用的方法有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)堆肥兩種。有些地方仍沿用傳統(tǒng)的條形靜態(tài)通風(fēng)垛，一些發(fā)達(dá)國(guó)家則多采用現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)酵倉(cāng)工藝，如日本至20世紀(jì)90年代末已建了35座污泥堆肥廠，其中最大的堆肥廠在北海道的札幌市，其發(fā)酵倉(cāng)和生產(chǎn)線很具規(guī)模且機(jī)械化自動(dòng)化程度高［2］。國(guó)內(nèi)的唐山、常州等地也采用發(fā)酵倉(cāng)處理污泥。
　　1.2 堿性穩(wěn)定化
　　堿性穩(wěn)定化是在污泥中加入石灰或水泥窯灰等堿性物質(zhì)，使污泥pH＞12并保持一段時(shí)間，利用強(qiáng)堿性和石灰放出的大量熱能殺滅病原體、降低惡臭和鈍化重金屬，處理后污泥可直接施用于農(nóng)田。
　　堿性穩(wěn)定化的兩個(gè)主要處理方法是N-ViroSoil和Agri-Soil方法。前者是在堿性穩(wěn)定后通過(guò)機(jī)械翻堆或其他方法使污泥快速干燥，后者則是在混合堿性物料后進(jìn)行堆肥。美國(guó)愛(ài)森技術(shù)公司開(kāi)發(fā)了成套N-Viro設(shè)備并在美國(guó)、澳大利亞等地使用，其自動(dòng)化程度高，處理濕污泥量可達(dá)50～240t/d。
　　1.3　熱干化
　　熱干化是利用熱能將污泥烘干。干化后的污泥呈顆粒或粉末狀，體積僅為原來(lái)的1/5～1/4，而且由于含水率在10%以下微生物活性完全受到抑制而避免了產(chǎn)品發(fā)霉發(fā)臭，利于儲(chǔ)藏和運(yùn)輸。熱干化過(guò)程的高溫滅菌作用很徹底，產(chǎn)品可完全達(dá)到衛(wèi)生指標(biāo)并使污泥 性能全面改善，產(chǎn)品可作替代能源也可土地利用。20世紀(jì)90年代熱干化技術(shù)得到迅速發(fā)展，2000年世界干污泥產(chǎn)量已是1990年的10倍［5］。目前在設(shè)備市場(chǎng)技術(shù)領(lǐng)先的有奧地利的Andritz公司、比利時(shí)的Seghers公司和美國(guó)的Bio-Gro等，其設(shè)備可蒸發(fā)水量為0.5～ 10t/h(相當(dāng)于處理含水率為20%的濕污泥15～300t/d)，而且設(shè)備自動(dòng)化程度高、安全性能好。
　　熱干化按加熱方式可分為直接加熱和間接加熱，其中有代表性的是歐洲最大的直接加熱污泥干化廠——英國(guó)的Bransands(可蒸發(fā)水量為7×5000kg/h)以及世界最大的間接加熱干化廠——西班牙的巴塞羅那(可蒸發(fā)水量為4×5000kg/h)。國(guó)內(nèi)的大連、秦皇島和徐州等地也開(kāi)展了污泥熱干化生產(chǎn)的研究，都采用直接加熱方式。
　　1.4 焚燒
　　通過(guò)焚燒可利用污泥中豐富的生物能來(lái)發(fā)電并使污泥達(dá)到最大程度的減容。焚燒過(guò)程中所有的病菌、病原體均被徹底殺滅、有毒有害的有機(jī)殘余物被氧化分解。焚燒灰可用作生產(chǎn)水泥的原料，使重金屬被固定在混凝土中而避免其重新進(jìn)入環(huán)境，不足之處在于焚燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二英等空氣污染物。目前應(yīng)用最廣的焚燒設(shè)備是流化床焚燒爐，當(dāng)污泥的含水率達(dá)到38%以上時(shí)就可不需要輔助燃料直接燃燒，污泥焚燒在日本和歐美較為普遍，日本有61%的污泥采用焚燒處理。
　　1. 5新興的污泥處理技術(shù)—超臨界水氧化
　　超臨界水氧化（Supercritical Water Oxidatian，簡(jiǎn)稱SCWO）技術(shù)是在水的溫度和壓力均高于其臨界溫度T（374.3℃）和臨界壓力P（22.05MPA）時(shí)，以超臨界水作為反應(yīng)介質(zhì)與溶解于其中的有機(jī)物發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)，使有機(jī)物最后被氧化成無(wú)毒小分子化合物的過(guò)程。
　　超臨界水能與空氣，氧氣和有機(jī)物以任意比混溶形成均一相，即氣液的相界消失，也就消除了相間的傳質(zhì)阻力，反映速度不再受氧的傳質(zhì)控制，因此加快了反應(yīng)速度而縮短了反應(yīng)時(shí)間，大多數(shù)有機(jī)物在幾分鐘之內(nèi)去除率可達(dá)99.99%，有些有機(jī)物在不到1分鐘的時(shí)間內(nèi)去除率就可達(dá)到99.999%。
　　由于超臨界水氧化充分利用了超臨界水所具有的特性，所以具有其他有機(jī)廢水處理技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)越性：效率高，處理徹底，反應(yīng)速度快，反應(yīng)容器小，無(wú)二次污染，且當(dāng)有機(jī)物含量〉2%時(shí)就可以完全自熱，不需要外加熱量。另外，城市污泥中所含有機(jī)物是以油脂、蛋白質(zhì)、纖維素和糖類等碳水化合物為主，重力濃縮之后的污泥含水率在95%左右，它的成分與濕生物質(zhì)相似。以C6H12O6作為濕生物質(zhì)的分子式模型，研究了其超臨界水汽化（600、34.5Mpa）汽化與生物甲烷化的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果濕生物質(zhì)在超臨界水汽化工藝中，產(chǎn)生的氣體組分及含量（體積分?jǐn)?shù)）分別是：H2為46%，CH4為39%，CO2為10%，N2為4%，CO為1%，能量的有效利用率為64.8%，而生物甲烷化的能量有效利用率為49.3%。由于城市污泥與濕物質(zhì)類似，因此污泥的超臨界水汽化成為可能，鹽類等無(wú)機(jī)物在超臨界水中的溶解度很小，在反應(yīng)器及管路中沉積下來(lái)的無(wú)機(jī)鹽易于分離，這樣就能有效地去除污泥中的重金屬。
　　2、污泥資源化利用
　　2.1污泥農(nóng)用
　　這種利用和處置方式使污泥最終剩余物問(wèn)題得到真正解決，因?yàn)槠渲械挠袡C(jī)物得以重新進(jìn)入自然環(huán)境。污泥含有豐富的微量元素，將其施用于農(nóng)田能夠改良土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤肥力，促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)。
　　污泥農(nóng)用必須注意：嚴(yán)格控制污水廠污泥的有毒有害物質(zhì)及病原微生物，使其達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；注意污泥中重金屬含量，按照計(jì)算得出污泥施用量進(jìn)行施用；農(nóng)田利用在安全施用量之下控制使用，同時(shí)整個(gè)利用區(qū)應(yīng)該建立嚴(yán)密的使用，管理，監(jiān)測(cè)，監(jiān)控體系，關(guān)注區(qū)域內(nèi)土壤，地下水，地表水，作物等相關(guān)因子的狀態(tài)和變化。
　　2.2污泥用于園林綠化地和林地的建設(shè)
　　將污泥施用于花卉、草坪等，既可遠(yuǎn)離食物連，又可就近消化污泥，還能減少化學(xué)肥料的用量，同時(shí)污泥還被用在森林土地的施用上，污泥中的營(yíng)養(yǎng)成分和微量元素可促進(jìn)樹(shù)木生長(zhǎng)。
　　2.3 能量利用
　　污泥發(fā)孝產(chǎn)生的污泥氣體可作燃料，也可作化工原料，消化池產(chǎn)生的污泥氣能完全燃燒，保存運(yùn)輸方便，是一種清潔燃料，污泥氣發(fā)熱量為20850-25020KJ/m3，1m3氣體約相當(dāng)于1Kg煤。污泥氣的主要成分為CH4和CO2，將污泥氣凈化，除去CO2，可得到CH4，其可以制成多種化工產(chǎn)品。
　　2.4污泥作建材
　　利用污泥可以制磚，制纖維板，也可用于鋪路等。制磚時(shí)，可直接用干化污泥制磚，或用污泥焚燒灰制磚。污泥中含有大量的灰分，鋁，鐵等成分，可作為生產(chǎn)建筑材料的添加劑。
　　2.5新的熱能利用技術(shù)——熱解制油
　　即在300～500℃、常壓（或高壓）和缺氧條件下，借助污泥中所含的硅酸鋁和重金屬(尤其是銅)的催化作用將污泥中的脂類和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成碳?xì)浠衔铮罱K產(chǎn)物為油、碳、非冷凝氣體和反應(yīng)水。英，美等國(guó)主要研究的是熱化學(xué)液化法，即在300℃、10MP左右的條件下對(duì)脫水污泥進(jìn)行化學(xué)液化，使污泥反應(yīng)成油狀物。德國(guó)和加拿大以熱分解油化法為主，把干燥的污泥在無(wú)氧條件下加熱到300-500℃，使之干餾氣化，再將氣體冷卻轉(zhuǎn)化成油狀物。
　　該技術(shù)的環(huán)境效益和資源化效益均是很可觀的，主要表現(xiàn)在：能有效控制重金屬排放，特別是Hg,Ti,在灰燼和炭中來(lái)自污泥的重金屬被鈍化，可回收利用，易儲(chǔ)藏的液體燃油，回收的液體燃油可提供700kw/t的凈能量，可破壞有機(jī)氯化物的生成，反應(yīng)器中燃燒溫度應(yīng)維持盡可能低（〈800℃〉，可減少水蒸汽中金屬的排放，氣體凈化簡(jiǎn)單而廉價(jià)，占地面積小，運(yùn)輸費(fèi)用減少，運(yùn)行成本較低。第一座工業(yè)規(guī)模的污泥煉油廠在澳大利亞柏斯，處理干污泥量可達(dá)25t/d。
　　此外，還有污泥直接油化和微波高壓油化技術(shù)，直接油化技術(shù)是污泥不經(jīng)過(guò)干燥處理，在250-350℃，5.0-15MP和催化作用下，使污泥中的大部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化成低分子油狀物。
　　2.6污泥制活性炭技術(shù)
　　污泥中含有許多的碳，具備了制備活性碳的客觀條件。制備活性碳的路徑是先對(duì)污泥炭化，然后活化，所以污泥制活性碳的主要研究問(wèn)題是最佳炭化，活化條件以及提高質(zhì)量，降低成本等，目前，污泥炭化方式除了傳統(tǒng)的高溫炭化外，也有用工業(yè)廢棄的硫酸來(lái)催化炭化，污泥活化方式以高溫水蒸汽物理活化氯化鋅化學(xué)活化為主。
　　由于污泥的含碳量比其他制活性碳的原料含碳量低，所以污泥活性碳的質(zhì)量不及商品活性碳，其碘值為177-700mg/g,但在處理有機(jī)廢水時(shí)，COD吸附容量和吸附平衡時(shí)間優(yōu)于商品活性碳。由于污泥活性碳中的重金屬可能丟失，所以這些活性碳僅限于簡(jiǎn)單的廢水處理和氣體凈化，其應(yīng)用場(chǎng)合有限，但在一些消耗碳?xì)怏w凈化場(chǎng)合，其應(yīng)用比傳統(tǒng)的活性碳更經(jīng)濟(jì)。而且，污泥活性碳如果不在再生，可以考慮燒掉，同時(shí)可固化其中的重金屬，因此有一定的應(yīng)用前景。
　　3　污泥利用方案的選擇
　　面對(duì)眾多的污泥利用方案，Bridle等提出用生命周期評(píng)價(jià)法即從“環(huán)境衛(wèi)生安全、資源回收、資源投入產(chǎn)出比和收益影響比 ”四個(gè)方面評(píng)估污泥利用方案的可持續(xù)性。因各地區(qū)的發(fā)展?fàn)顩r有差別，所得出的結(jié)論也不同，所以應(yīng)根據(jù)本地實(shí)際情況選擇適合的污泥利用方案。
　　3.1 污泥利用的潛在風(fēng)險(xiǎn)
　　污泥利用需滿足嚴(yán)格的環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，不能造成新的環(huán)境危害。污泥利用的環(huán)境問(wèn)題是重金屬和氮對(duì)土壤、作物、水體的影響以及病原物污染，所以具有潛在風(fēng)險(xiǎn)。污泥的熱能利用無(wú)疑是風(fēng)險(xiǎn)最小的，而土地利用則需嚴(yán)格管理，只有重金屬含量低于農(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)才可用于農(nóng)作物，而且污泥肥的施用也需嚴(yán)格定量以控制重金屬的積累和減少氮、磷淋失對(duì)水體的污染。至于病原物污染，熱干化的安全性較佳，因其高溫滅菌作用很徹底，產(chǎn)品可完全抑制微生物的活性；堿性穩(wěn)定化基本上也能達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)；堆肥則不足以保證安全性［8、9］，因病原物仍有少量存活且產(chǎn)品的高含水率(一般為30%～40%)可使病原物復(fù)活，故采用堆肥方案時(shí)需加強(qiáng)對(duì)堆肥質(zhì)量、場(chǎng)所和施用場(chǎng)地的管理。
　　3.2 利用方法的比較
　　污泥土地利用可回收植物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分并且改善土壤的物理性質(zhì)(降低容重、提高滲透性和保濕性)，其收益是顯著的，但前提是污泥必須安全。焚燒既可回收熱能又可通過(guò)干餾提取油、氣等，不但可做燃料也可用于制造四氯化碳等化工產(chǎn)品，具有工業(yè)化利用前景，因此當(dāng)污泥不能農(nóng)用或者污泥量大于農(nóng)用需求量時(shí)，焚燒也是一種選擇。歐洲將來(lái)有30%的污泥土地利用、70%熱能利用。而在所有方案中，無(wú)疑熱干化最具靈活性，對(duì)可農(nóng)用的污泥進(jìn)行熱干化處理后可形成高質(zhì)量的顆粒肥，易撒播且適宜包裝上市銷售，對(duì)不可農(nóng)用的污泥無(wú)論直接焚燒或者干餾制油都需先熱干化處理，因此，熱干化適用于所有污泥，其產(chǎn)品用途也最廣泛。
　　3.3 其他因素
　　運(yùn)行成本及經(jīng)濟(jì)承受能力是方案選擇的重要因素之一。總體來(lái)說(shuō)焚燒的成本最高(是其他工藝的2～4倍)，而其他方案的綜合成本差異不顯著。堆肥化若采用靜態(tài)條垛工藝 則成本最低，但其生產(chǎn)周期長(zhǎng)、占用土地多且對(duì)周?chē)h(huán)境的影響比較嚴(yán)重；若采用發(fā)酵倉(cāng)則設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用將增加，而且若要制成復(fù)合肥還需烘干造粒設(shè)備，這樣其成本優(yōu)勢(shì)就大大削弱了。因此，考察污泥利用的成本時(shí)應(yīng)在統(tǒng)一產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境影響標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，從設(shè)備投資、運(yùn)行費(fèi)用、地價(jià)、人力價(jià)格等多方面進(jìn)行綜合評(píng)估。
　　污泥處理設(shè)施的選址是方案選擇的決定因素之一。一般而言，污泥宜就近處理以節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用和減少濕污泥運(yùn)輸對(duì)沿途造成的污染。由于污泥處理過(guò)程中可能會(huì)帶來(lái)臭味、有毒有害氣體及病原體等環(huán)境問(wèn)題，所以選址會(huì)對(duì)方案選擇產(chǎn)生決定性影響。如果污水處理廠遠(yuǎn)離城區(qū)并有閑置土地，則堆肥不失為一種合理選擇。在生產(chǎn)用地緊張的情況下，熱干化顯得較有優(yōu)勢(shì)，它不僅占地面積很小，而且可以滿足嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)(其尾氣經(jīng)嚴(yán)格除塵除臭后才排放，廠房?jī)?nèi)的氣體也進(jìn)行除臭處理)，即使在德國(guó)、瑞士等地也有污泥熱干化廠建在市區(qū)或旅游區(qū)內(nèi)的情形。
　　各地區(qū)的實(shí)際情況決定了污泥產(chǎn)品的使用目的和要求不同，從而也導(dǎo)致了污泥處理利用方法的迥異。例如歐洲僅有1%的污泥用于堆肥，美國(guó)也只有4%～5%，但在澳大利亞堆肥卻很受歡迎(尤其是堿性穩(wěn)定后堆肥)，如悉尼水處理集團(tuán)污泥的25%用于堆肥、54%用于堿性穩(wěn)定化，原因是澳大利亞許多土壤呈酸性。在美國(guó)東海岸污泥熱干化處理發(fā)展迅速，這是因?yàn)槟抢锏奈勰酂o(wú)法直接就近農(nóng)用，必須將其制成易于儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)念w粒肥上市銷售或運(yùn)往西部佛羅里達(dá)州的柑橘農(nóng)場(chǎng)。可見(jiàn)污泥處理后的性狀和用途會(huì)制約污泥利用方案的選擇，所以應(yīng)先作詳盡的市場(chǎng)調(diào)查，根據(jù)污泥利用的市場(chǎng)及容量確定了污泥的最終出路之后才能選出最佳的污泥處理方案。
　　4　結(jié)論
　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和城市化的迅速發(fā)展，城市污水處理廠的規(guī)模不斷擴(kuò)大，處理程度將不斷提高，難度也不斷加大， 同時(shí)，我國(guó)在城市污泥處理，處置及有效利用方面的技術(shù)剛起步，因此在污泥處理處置方面，應(yīng)將傳統(tǒng)技術(shù)與新技術(shù)相結(jié)合，逐步改進(jìn)，以提高處理效益，增強(qiáng)處理效果，而且在污泥 利用方面，應(yīng)兼顧到生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)成本的均衡。