剩余污泥处理处置技术及展望

文丰玉 唐植成

（1.广西壮族自治区环境保护科学研究院，广西 南宁530022；2.广西钦州市环境保护监测站，广西 钦州535000）

1 引言

污水处理厂剩余污泥含水率高，可达90%，并含有丰富的氮、磷等元素，以及多种微量元素和土壤改良剂，如腐殖质，但同时也含有大量病原体、寄生虫卵、一定量的重金属（Cd、Cr、Pb、As、Zn、Cu、Ni等）和多种有毒有害的有机污染物如多氯联苯、二嗯英、放射性核素等［1］且伴有恶臭。因此污泥如未经有效处理处置进入环境，极易对地下水、土壤等造成二级污染，威胁环境安全和公众健康，这些因素严重制约着污泥的资源化利用。污泥处理处置的目标就是实现污泥的减量化、稳定化和无害化。

“十二五”期间我国将完成每年新增污水集中处理能力1 500万m3／d，以新增污水处理量运行负荷率为75%以及污泥（含水率80%）占污水质量比例为0.6‰计算，“十二五”期间污泥年产量将以246万m3／年的速度递增［2］。在我国污泥处理可占整个污水厂投资及运行费用的25%～65%污泥处理已成为污水厂所面临的沉重负担，在污泥产量迅速增加的同时，污泥的处理处置也存在着诸多问题，因此，如何合理的解决污泥问题，已是当前亟待解决的环保问题之一。

2 污泥处置处理技术

2.1 污泥处理

污泥处理是指对污泥进行稳定化、减量化和无害化处理的过程，污泥处理包括脱水、消化、发酵以及热干化等［3］工艺过程。

2.1.1 污泥脱水

污泥脱水是将浓缩或消化污泥脱除水分，转化为半固态或固态泥块的一种污泥处理方法。经过脱水后，污泥含水率可降低到55%～80%，脱水的方法主要为自然干化法、机械脱水法和造粒法。自然干化法和机械脱水法适用于污水污泥，造粒法适用于混凝沉淀的污泥。顾瑞环［4］等通过实验，将剩余污泥与消化污泥混合之后脱水，脱水效果较好，絮凝剂单耗降低，与纯消化污泥脱水耗絮凝剂量一致，泥饼含水质量分数在77%～78%时，絮凝剂单耗均值3.17kg／t干污泥。

当剩余污泥产量大时，为了减少对初沉污泥的浓缩沉降性的冲击，剩余污泥与初沉污泥可以分开浓缩处理的，但在分别浓缩之后需混合脱水。对续建的污水厂来说，此种工艺运行不但可以节省浓缩池的投资，而且混和污泥脱水效果较好。

2.1.2 污泥热干化

污泥热干化指利用燃料燃烧所产生的热量或其他工业余热，通过专门的工艺和设备，使污泥失去部分水分的过程。热干化能够使污泥减容，且干化后污泥的臭味、病原物、粘度、不稳定等负面特性得到显著改善而具有多种用途，如用作肥料、土壤改良剂、替代能源或是转变成油、气后再进一步提炼化工产品等。热干化成为污泥处理、处置重要的“第一步”。在美国［5］，污泥干化处理后土地利用已经逐渐成为污泥处理、处置的重要途径。由于污泥填埋越来越受到土地和费用的限制，美国现有的大部分填埋场将在未来的数年内关闭，污泥热干化在美国的应用将更加普及。

热干化其优点为占地小、处理能力大、减量率高、为生化程度高、最终处置途径具有较广泛的适用性和灵活性等；缺点是建设投资大，运行费用较高。

2.1.3 石灰干化技术

石灰干化技术是利用混合设备将污泥与生石灰等固化剂充分搅拌接触，通过物理化学反应达到降低含水率、去除臭味、杀灭微生物和病原菌并有效钝化重金属的效果。较为经典的应用包括利用加入氧化钙后pH值和温度的升高来实现污泥的杀菌；或利用添加氧化钙（也可同时添加其他物质如飞灰、水泥、粉煤渣等）后污泥的固化效果来满足污泥的填埋工艺要求。另外，处理过程中选择适宜的混合条件和设备可有效改变污泥的性质，使其由致密、粘稠变成疏松、流动性好、便于储存和运输的物料。应梅娟等［6］通过对小红门污水处理厂污泥干化项目的运行及实验室数据检测，初步研究和分析了污泥原始含水率对处理后污泥含水率的影响以及石灰投加量对杀菌效果的影响。结果表明，针对小红门污水厂的污泥，仅需添加5%的石灰，即可将大肠杆菌的含量降至未检出水平。而为了使成品污泥含水率同样达到小于60%的效果，原始污泥含水率越低，所需投加的生石灰量越少，当原始污泥含水率为80%～85%时，需要的石灰投加量为20%～30%，而原始污泥含水率为77%～78%时，仅需投加13%的石灰。

石灰干化技术其优点是建设投资小、设施建设中期短；缺点是石灰需求量大，易受到石灰来源不稳定以及产品出路不确定的影响。

2.1.4 污泥消化

污泥消化是典型的污泥稳定方法，剩余污泥经过消化处理后，一方面可减少污泥的体积，另一方面可降低污泥中挥发固体的含量，灭活部分病原菌和去除臭味，消化可用好氧消化和厌氧消化两种方式。国外厌氧消化技术比较成熟，已经得到了广泛的应用。

好氧消化是在不投加其他底物的条件下，对污泥进行较长时间的曝气，使污泥中的微生物处于内源呼吸阶段进行自身氧化，并以此来获得能量。它的主要优点是处理效率高，需要的处理设施体积小，投资较少，运行管理方便，基建费用低，上清液中的BOD5浓度较低（10mg／L以下），处理后的产物无臭、类似腐殖质，肥效较高，运行安全、管理方便。但由于需要输入动力，所以运行费较高。

厌氧消化是利用厌氧微生物分解污泥中的有机物，使污泥趋于稳定，达到减量之目的，还可回收部分能源，投资费用较低。它是目前国内外最为常用的污泥生物处理方法，同时也是大型污水处理厂最为经济的污泥处置方法。同时为了克服传统污泥厌氧消化工艺存在的消化速率慢、停留时间长、处理效率低的缺点，相继出现了机械破碎、超声波、碱处理、热水解、臭氧处理、酶法等预处理方法，王治军［7］等人通过对热水解后的污泥进行厌氧消化处理，发现经过热水解预处理的剩余污泥后续厌氧消化处理系统的最大COD去除率可达60.61%；与未经热水解污泥的厌氧消化对比，产气量可增加79.20% ～99.55%。

2.2 污泥处置

污泥处置是指处理后污泥进行消纳的过程。在污泥处置过程中，污泥最终得以稳定。污泥处置包括填埋、堆肥、焚烧、建材利用以及土地利用［8，9］等不同的方式，污泥焚烧后灰分即可填埋，也可作为建材原料。

2.2.1 卫生填埋

卫生填埋措施简单，对无法农用的高污染污泥、不利于堆肥的污泥以及污泥焚烧残渣的处理，卫生填埋方法也是一种不可或缺的处理手段。到目前为止，已发展成为一项比较成熟的污泥处置技术，具有不需要高度脱水（自然干化），投资较少、容量大、见效快等优点，利于推广［10］。当然。污泥卫生填埋也有不足之处。例如，污泥中含有的有毒有害物质可能会随雨水等渗入地下，对地下水和周围土壤造成二次污染；卫生填埋需要较大的场地，对于用地紧张的城市不适宜采用。

2.2.2 堆肥

堆肥是利用微生物分解污泥中有机物，并杀灭传染病菌、寄生虫和病毒，提高污泥肥分的污泥处理技术，产物可用于园艺和农业肥料。

综合国内外污泥堆肥技术［11］，制约污泥堆肥技术工业化应用的瓶颈主要为占地面积、臭气外排造成的二次污染、干物料的投加和安全储运、污泥的最终处置和操作员的健康安全问题。相对于静态堆肥仓工艺，动态堆肥仓工艺在这几个方面都有所突破，污泥堆肥是较好的城市污水污泥处置方式，污泥堆肥添加的辅助填充料，鼓励利用园林废弃物（剪枝、落叶）和周边农村的砻糠、谷壳、秸秆等农业废弃物。鼓励开展污泥堆肥技术创新，提高生物热能循环利用，利用污泥改善土壤肥效，减少能源消耗，对臭气进行有效处理。

堆肥优点为投资较小，运行费用较低；缺点是占地面积大，受外部因素如气候、堆肥产品出路等影响大。国内外应该不断完善污泥堆肥过程中各环节的标准，加强保障性政策的制定，加强标准法规的建设，积极推进各种污泥堆肥技术。

2.2.3 污泥焚烧

污泥焚烧是指将污泥置于焚烧炉中。在过量空气的条件下，进行完全焚烧，使有机物完全碳化，可以最大限度的较少污泥的体积，使污泥中病原微生物、寄生虫卵、病毒等彻底被杀死，高温也能使污泥中的部分重金属固化。其优点是占地面积小，且最大限度的实现污泥减量化、无害化；缺点是，在焚烧过程中污泥中的一部分重金属能随燃烧产生的烟尘扩散到空气中：况且，不完全的焚烧过程中也会有二嗯英等剧毒空气污染物的产生，可能造成二次污染。

2.2.4 污泥建材利用

污泥建材利用主要指以污泥作为原料制造建筑材料，最终产物是可以用于工程的材料或制品［12］。建材利用的主要方式包括污泥用于水泥熟料的烧制，污泥制陶粒、污泥制砖、污泥制作道路材料和垃圾填埋场覆盖材料等。污泥用于水泥原料、制砖和制陶粒属于污泥协同焚烧过程。当污泥用于路基材料和垃圾填埋场覆盖材料时，可采用石灰、水泥基材料、工业固体废弃物等污泥进行改性处理。

2.2.5 土地利用

当污泥以农用、园林绿化为土地利用方式时［13］，可采用厌氧消化或高温好氧发酵等工艺对污泥进行处理。在有条件的污水处理厂，应首先考虑采用污泥厌氧消化对污泥进行稳定化及无害化处理的可行性。污泥消化产生的沼气应收集利用于发电、鼓风机驱动或热水锅炉，降低污水处理厂的能耗。为提高能量回收率，可采用超声波、高压或热水解等污泥破解技术对活性污泥在厌氧消化前进行预处理。当污水处理厂没有可供厌氧消化的场地，或污水处理厂规模较小时，可采用高温好氧发酵等工艺对脱水泥饼进行稳定化及无害化处理。

2.2.6 污泥处置存在的问题

污泥脱水率低，不便运输，且造成干化场占地面积越来越大。传统活性污泥处理工艺的结果只有社会效益而没有经济效益。堆放在干化场的污泥会产生较大的异味，严重影响环境。

3 发展方向展望

污泥减量从根本上减少污泥的产生，避免后续处理处置的经济成本和二次环境污染，具有应用前景。同时，应不断研发新技术，充分利用污泥的生物质原料特点，将其资源化和能源化，并避免环境污染。目前污泥填埋仍占很大比例，这种方式不具有可持续性，对环境产生二次污染。近阶段，土地利用仍是污泥处置的一条重要途径，能将污泥有效地资源化，但污泥必须经过有效的稳定化和无害化处理，并经检测合格，同时加强对施用土地的监测。污泥热处理技术实现了污泥的资源化和能源化，受到广泛重视。其中污泥焚烧技术已获得广泛的应用，而污泥气化技术则更具有应用前景。

我国对于污泥问题的处理，目前还存在很多的漏洞和弊端，今后我国必然将加大力度对污泥问题进行彻底的整治。一方面我国要加大立法工作力度，通过立法加强污泥污染治理和管理，促进污水污泥治理事业的可持续发展，另一方面要发展新技术，开发新方案、增设新工艺、走污泥治理专业化、市场化的发展道路。

4 结语

在污水处理过程中对剩余处理处置是不可忽视的重要环节，污水处理系统只有具备污泥处理，才能真正成其为是一个完善、成套的处理工艺，在对污泥的管理控制当中要充分考虑到污泥产生的源头——污水处理厂，通过改进污水厂的处理工艺来达到从源头减少和避免污泥产生。同时对污泥放任自流，在实际中制定的标准也没有得到有效的贯彻实施，特别随着我国经济的不断发展，我国污水处理量和处理水平将会有更大的发展，势必会产生更多的污泥。如果还是采取原来的态度对污泥进行处置，必将会对我国环境质量和公众健康造成很大的威胁，同时也违背了资源循环利用和可持续发展的要求。

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