城市污水廠污泥最終處置方式及資源化利用

　　城市污水廠的污泥是指處理污水所產生的固態、半固態及液態的廢棄物，含有大量的有機物、豐富的氮磷等營養物、重金屬以及致病菌和病原菌等，如果不加處理的任意排放和投棄會對環境造成嚴重的污染。隨著污水處理設施的普及、處理率的提高和處理程度的深化，污泥的產生量必將有較大的增長。如何妥善地處置污水廠污泥，并將其作為一種新的資源加以有效利用，變廢為寶，已成為城市污水廠和相關部門提高技術水平和管理水平的重要因素，也是全球共同關注的課題。 
　　１、污泥最終處置的主要方式 
　　目前，國內外污泥最終處置方式主要有：綜合利用、填埋、投海。 
　　（1）綜合利用 
　　①農田林地利用 
　　污泥脫水后堆肥農用是目前國內一些污水處理廠正在進行研究和開發的課題，污泥中含有大量植物生長所必需的肥分（N、P、K）、微量元素及土壤改良劑（有機腐殖質）。我國城市污水處理廠的各種污泥所含肥分見表1，故污泥農田林地利用是最佳的最終處置方法，但污泥中也含有對植物及土壤有危害作用的病菌、寄生蟲卵、難降解有機物、重金屬離子以及N、P的流失對地表水和地下水的污染，甚至可能含有一些致癌物質，目前對重金屬污染研究較多。因此，在作農田林地利用前，應進行堆肥處理以殺死病菌及寄生蟲卵，同時還應去除這些有害物質。目前普遍的問題是檢測手段跟不上要求，處理成本無法和經濟效益相平衡，化肥的普遍應用造成銷售市場難以開發等，這些使得此種處置方式尚未得到普遍的推廣。我國有大量工業廢水進入污水處理廠，污水中重金屬離子約有50％以上轉移到污泥中，污泥中的重金屬離子含量一般都較高，見表2

表1我國城市污水處理廠污泥肥分表

　　  為提高污泥的農用量可以采取一些措施：一是把污泥制成有機—無機復合肥料，適當添加鉀肥以補充污泥肥料中鉀的不足，這樣可以提高肥效降低有害物的含量；二是在經濟政策上優惠使用污泥復合肥料的單位或個人，如免費提供試用肥料樣品，免費為施用污泥復合肥料的區域或地塊作土壤營養狀況分析等。 

表2我國城市污水處理廠污泥中重金屬含量（mg/kg）　　

　　②污泥焚燒產物利用 
　　污泥中合有一定量的有機成分，經脫水干燥的污泥可用焚燒處理。在日本，該方法巳占污泥處理總量的60％以上、歐盟也在10％以上。為防止焚燒過程中產生二噁英等有毒氣體，焚燒溫度應高于850℃。污泥焚燒所產生的焚燒灰具有吸水性、凝固性，因而可用于改良土壤、筑路等，也可作為磚瓦和陶瓷等的原料，另外，污泥灰也可以作為混凝土混料的細填料。將污泥轉變成一種顆粒狀燃料，可以很好燃燒，其熱值和褐煤相當，燃燒釋放的有害氣體遠低于焚燒過程，其殘余物可用于建筑工業。 
　　污泥焚燒可以從廢氣中獲得剩余能量，用來發電。在脫水污泥中加入引燃劑、催化劑、疏松劑和固硫劑等添加劑制成合成燃料，該合成燃料可用于工業和生活鍋妒，燃燒穩定，熱工測試和環保測試良好，是污泥有效利用的一種理想途徑。 
　　③低溫熱解制取可燃物 
　　污泥熱化學處理因其無害化和減量化徹底，地位已逐漸增強。污泥低溫熱解是一種發展中的能量回收型污泥熱化學處理技術。它通過在催化劑作用下無氧加熱干燥污泥至一定溫度（〈500℃）、由干餾和熱分解作用使污泥轉化為油、反應水、不凝性氣體和炭等可燃產物，最大轉化率取決于污泥組成和催化劑的種類，正常產率為200～300L（油）/t（干泥），其性質與柴油相似。 
　　④建筑材料利用 
　　污泥可用于制磚和制纖維板材。 
　　污泥制磚的方法有兩種。一種是用干化污泥直接制磚，另一種是用污泥灰渣制磚。用干化污泥直接制磚時，應對污泥的成分作適當調整，使其成分與制磚粘土的化學成分相當。當污泥與粘土按重量比1:10配料時，污泥磚可達普通紅磚的強度。利用污泥焚燒灰渣制磚時，灰渣的化學成分與制磚粘土的化學成分是比較接近的，制坯時只需添加適量粘土與硅砂。比較適宜的配料重量比為灰渣：粘土：硅砂＝100:50:（15～20）。 
　　污泥制生化纖維板，主要是利用活性污泥中所含粗蛋白（有機物）與球蛋白（酶）能溶解于水及稀酸、稀堿、中性鹽的水溶液這一性質，在堿性條件下加熱、干燥、加壓后，發生蛋白質的變性作用，從而制成活性污泥樹脂（又稱蛋白膠），使之與漂白、脫脂處理的廢纖維壓制成板材。其品質優于國家三級硬質纖維板的標準。 
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　　(2)填理 
　　污泥填埋有填地與填海造地兩種。 
　　污泥消化后經脫水再進行填埋是目前國內許多大型污水處理廠中常采取的方式，經過消化后的污泥有機物含量減少，性能穩定，總體積減少，脫水后作填埋處置是一種比較經濟的處理方式。由于消化裝置工藝復雜、一次性投資大、運行操作難度大，實際運行經驗表明往往難以達到預期的效果。況且脫水污泥含水率大大高于普通生活垃圾衛生填埋場所要求的30％含水率，因此需再經處理才能送生活垃圾填埋場填埋；或者設置專用的污泥填埋場，根據污泥的含水率及力學特性等因素進行專門填埋，但此法有占地較大、選址受阻及存在二次污染隱患等缺點。 
　　污泥填埋的操作要求與垃圾填埋相似。污泥填埋場的滲濾液屬高濃度有機污水，必須集中加以處理；污泥填埋場四周應設圍欄，并采取相應的防蚊蠅、防鼠措施，未經干燥焚燒處理的污泥，宜小規模分層填埋，生污泥泥層厚度應〈0.5m，消化污泥泥層厚度應不大于3m，泥層上面鋪砂土層為0.5m，彼此交替進行填埋，并設置通氣裝置，污泥焚燒灰渣填埋時，可不分層填埋。 
　　污泥填海造地，應遵守下列要求：①必須設護堤，滲水也必須集中進行處理，以防污泥和污水污染海水；②污泥或灰渣中的重金屬含量應符合填海造地標準。 
　　(3)投海 
　　沿海地區，尤其是有大江、大河入海口附近，可考慮把生污泥、消化污泥、脫水泥餅或焚燒灰渣投海。投海污泥最好是經過消化處理的污泥。投海方式可用管道輸送或船運，其中管道輸送較為經濟。在污泥投海工程實施前，必須搞好投海區的選擇（離海岸10km以外，水深25m左右），以保證海水的稀釋與自凈作用。 
　　總之，綜合利用將是今后污泥處置的主要方式。填理由于占地多，潛在生物可利用率低，滲濾液可污染地下水，后續處理管理費用高等問題，應用受到限制。海洋投棄將逐漸被禁止。隨著科技的發展，污泥的有效利用的方式和有效利用率將會進一步增加。 
　　２、污泥利用方案的選擇 
　　(1)污泥利用的潛在風險 
　　污泥利用需滿足嚴格的環境衛生標準，不能造成新的環境危害。污泥利用的環境問題是重金屬和氮對土壤、作物、水體的影響以及病原物污染，所以具有潛在風險。污泥的熱能利用無疑是風險最小的，而土地利用則需嚴格管理，只有重金屬含量低于農用污泥標準才可用于農作物，而且污泥肥的施用也需嚴格定量以控制重金屬的積累和減少氮、磷淋失對水體的污染。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，產品可完全抑制微生物的活性；堿性穩定化基本上也能達到安全標準；堆肥則不足以保證安全性，因病原物仍有少量存活且產品的高含水率（一般為30％～40％）可使病原物復活，故采用堆肥方案時需加強對堆肥質量、場所和施用場地的管理。 
　　(2)利用方案的比較 
　　①農田林地利用 
　　用污泥對農田、林地、草坪施肥或進行土壤改良以及用于市政綠化、育苗等，不僅可改善土壤的理化性質，增加土壤肥力，促進樹木、花卉及草坪等的生長，而且可避免污泥中的重金屬、有毒有機物因食物鏈的生物富集效應對人畜產生的危害，除此之外土壤的自凈能力還可使污泥進一步無害化。因此土地利用是一種積極的、生產性的污泥處置方法。污泥利用前需堆肥化處理，堆肥化若采用靜態條垛工藝，成本最低，但其生產周期長、占用土地多且對周圍環境的影響比較嚴重；若采用發酵倉，其設備投資和運行費用將增加，而且若要制成復合肥還需烘干造粒設備，這樣其成本優勢就大大削弱了。 
　　②污泥焚燒產物利用 
　　污泥焚燒效果好，焚燒產物既可用作新的產品原料，又可回收熱能。國外已有較成熟經驗和工藝，可以直接借鑒使用。但總體來說焚燒的成本最高（是其他工藝的2～4倍）。今后應從降低成本，減少二次污染角度著手，生產新設備。 
　　③低溫熱解制取可燃物 
　　污泥低溫熱解效果亦好，污泥可通過干餾提取油、氣等，不但可做燃料也可用于制造四氯化碳等化工產品，具有工業化利用前景，且能量回收率高，經濟性優于焚燒處理，是大有前途的處理方法。在熱解機理和動力學研究方面，還有很多工作需進一步探討。在工藝和設備的改進方面有待新的突破。 
　　④建筑材料利用 
　　建筑材料利用，不僅可以減少污泥填埋所占用的土地，減少自然資源消耗，而且可以使資源得到循環利用，變廢為寶。 
　　(3)其他因素 
　　污泥處理設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省運輸費用和減少濕污泥運輸對沿途造成的污染。由于污泥處理過程中可能會帶來臭味、有毒有害氣體及病原體等環境問題，所以選址會對方案選擇產生決定性影響。 
　　3、結語 
　　污泥經過減容、穩定和無害化處理后，可以作為資源加以綜合利用。污泥的處理處置及其無害化，作為再生資源有效利用是世界各國共同重視的問題。面對各地區千差萬別的污泥利用經驗，應立足于本地區的實際情況，在兼顧環境生態效益、社會效益和經濟效益平衡的前提下，審慎地、全面地論證各種方案實施的可行性，從中選出最佳方案。目前的利用方向是土地利用和熱能利用。從長遠看，對于我們這樣一個農業大國，應將污泥制成污泥復合肥料或污泥生物復合肥料，將農田林地利用作為主要的有效利用途徑。同時，也要發展研究其它的資源化途徑，如直接或間接作為燃料、熱分解制油等。污泥焚燒作為最徹底的處理方式，在國外，特別是西歐和日本已得到了廣泛的應用，歐洲將來有30％的污泥土地利用、70％熱能利用。在國內，由于其一次性投資和處理成本大、焚燒煙氣需進一步處理等問題而一直未得到應用。隨著國內大型城市污水處理廠建設的進一步加快，污泥處置已成為突出的問題。 
　　
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