我国大部分污水处理厂普遍将污水处理处置单元剥离开来,为了追求简单的污水处理率,往往尽可能地简化、甚至忽略污泥处理处置单元。“重水轻泥”思想和污泥转移的想象不符合科学发展观的要求。为切实落实节能减排工作,需加快推进城镇污水处理厂污泥安全处理处置。

                                        ——住房和城乡建设部科技发展促进中心孔祥娟；重庆大学何强、柴宏祥

    随着我国城镇污水处理率的不断提高,城镇污水处理厂污泥产量也急剧增加。2008年,全国投运城镇污水处理厂1529座,处理污水量233亿m3,相比“十五”初期增加约一倍,产生含水率80的污泥约1600万吨;预计到“十一五”末期,我国城镇污水处理量可达到296亿m3,污泥量还将大量增加。大量的污泥没有得到安全处理处置,形势异常严峻。

    城镇污水处理厂污泥不仅含水量高,易腐烂,有强烈臭味,并且含有大量病原菌、寄生虫卵以及铬、汞等重金属和二口恶英等难以降解的有毒有害及致癌物质。污泥未经处理随意堆放,经过雨水的侵蚀和渗漏作用,极易对地下水、土壤等造成二次污染,直接危害人类身体健康。据不完全统计,目前全国城镇污水处理厂的污泥只有10%左右通过堆肥制肥等技术处理处置后回用到土地、大约20%以上采用填埋、少量采用焚烧和建材利用等,其余大部分随意外运、简单填埋或堆放,给当地生态环境带来了极不安全的隐患。污泥二次污染已成为我国新的环境问题,应引起高度重视。

一、城镇污水处理厂污泥处理处置现状

1、投运污泥处理处置项目基本情况

    据不完全统计,目前我国35个重点城市(拉萨正在建设污水处理厂,暂时未计)的城镇污水处理厂污泥产量约2万吨/日。投运的污泥处理处置项目中有污泥堆肥制肥项目11个,干化焚烧项目9个,建材利用项目1个。以上项目处置污泥规模4500多吨/日,约占总污泥量的23,其他基本都采用填埋或弃置堆放方式。

2、在建和拟建污泥处理处置项目基本情况

    在建和拟建项目63个,其中污泥堆肥制肥项目15个,干化焚烧项目20个,建材利用项目2个,卫生填埋项目26个。建成后可形成规模23000多吨/日的污泥处置能力。

3、存在的主要问题

    35个重点城市污泥处理处置主要存在以下问题:一是污泥大量采用填埋和弃置堆放方式,部分已造成生态环境的安全隐患、占用土地和填埋场运行困难等问题。二是缺少污泥处理处置的建设和运行经费,污水处理收费标准达不到污泥处置运行费用的要求。三是缺乏污泥处理处置建设和运行经验,目前投运的堆肥制肥、干化焚烧和建材利用等项目大部分都是2008年下半年建成的。四是在热电厂焚烧的污泥项目存在热电设备故障检修或因供电季节性波动停产或减产对污泥处置造成的影响。五是项目用地、资金配套、税收、焚烧发电上网电价等政府扶植政策不完善。六是缺少相应的技术标准、规范和污泥处置专项规划。“重水轻泥”思想和污染转移的现象不符合科学发展观的要求。

二、污泥处理处置技术现状

1、污泥处置技术现状

    城镇污水处理厂污泥处置应综合考虑污泥泥质特征、地理位置、环境条件和经济社会发展水平等因素,因地制宜地确定污泥处置方式。污泥处置是指处理后污泥的消纳过程,处置方式主要有土地利用、填埋、建筑材料综合利用等。

(1)污泥土地利用

    污泥土地利用的方式主要包括城市园林绿化利用、土地改良和农用利用等。污泥土地利用应符合国家及地方的标准和规定,鼓励符合标准的污泥用于土地改良和园林绿化,允许符合标准的污泥限制性农用。

    污泥城市园林绿化指处理后的污泥用于人行道树、灌木、花卉、草坪等栽培过程中作为肥料、基质和营养土。污泥用于园林绿化时,泥质应满足《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》的规定和有关标准要求。污泥必须首先进行稳定化和无害化处理,并根据不同地域的土质和植物习性等,确定合理的施用范围、施用量、施用方法和施用时间。

    污泥土地改良利用指处理后的污泥用于严重扰动土地的改良,包括采煤场,各种采矿业开采场、矸石场、露天矿坑、尾矿堆、取土坑、粉煤灰堆积场、森林采伐地、森林火灾毁坏地、滑坡和其它天然灾害需要恢复植被的土地等。污泥用于土地改良时,泥质应符合《城镇污水处理厂污泥处置土地改良泥质》(cj/t291)的规定;并应根据当地实际,进行环境影响评价,经有关主管部门批准后实施。

    污泥农用时,污泥必须进行稳定化和无害化处理,并达到《农用污泥中污染物控制标准》(gb4284)和《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》(cj/t309)等国家和地方现行的有关农用标准和规定。污泥衍生产品应通过场地适用性环境影响评价和环境风险评估,并经有关部门审批后方可实施。污泥农用应严格控制施用量和施用期限。

(2)污泥建筑材料综合利用

    污泥建筑材料综合利用技术研究及应用已成为热点。污泥建筑材料综合利用是指污泥的无机化处理,用于制作水泥添加料、制砖、制轻质骨料和路基材料等。

    目前,《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质污泥》标准已经颁布实施,规范了污泥制砖行业。同时,国家有关部门也在该领域设置了相关科研课题开展研发,国内多家科研院所和企业正在开展污泥建筑材料综合利用的研究,并且已在广东、浙江等地进行生产性试验和投产。污泥建筑材料综合利用应符合国家和地方的相关标准和规范要求,并严格防范在生产和使用中造成二次污染。

(3)污泥填埋

    污泥填埋分为污泥单独填埋和与城市垃圾、工业垃圾混合填埋。该处置方法具有简单、易行、成本低等优点。但是,污泥填埋也受土地约束以及受污泥填埋过程中产生的渗滤液和甲烷气体等二次污染的影响。

    不具备土地利用和建筑材料综合利用条件的污泥,可采用填埋处置。国家将逐步限制未经无机化处理的污泥在垃圾填埋场填埋。污泥填埋应满足《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质》的规定;填埋前的污泥需进行稳定化处理;横向剪切强度应大于25kn/m2;填埋场应有沼气利用系统,渗滤液能达标排放。

2、污泥处理技术现状

    污泥处理技术应根据污泥处置要求和相应的泥质标准,选择适宜的技术路线。

(1)污泥厌氧消化

    污泥厌氧消化通过把污泥中的有机物转化为沼气和二氧化碳,消减有机物含量,产生的沼气进行综合利用。污泥厌氧消化可以稳定污泥的泥性,降低污泥含水率,提高污泥的脱水效率。厌氧消化后污泥在园林绿化、农业利用前,还应按要求进行无害化处理。

    国家鼓励城镇污水处理厂采用污泥厌氧消化工艺,产生的沼气应综合利用。根据《城市污水处理及污染防治技术政策》(建城[2000]124号)要求:日处理能力在10万m3以上的污水二级处理设施产生的污泥,宜采取厌氧消化工艺进行处理,产生的沼气应综合利用。目前,厌氧消化在实际工程中的应用主要包括污泥中温厌氧消化、高负荷消化和两级消化等,各种形式的污泥厌氧消化已在全国大型污水处理厂规模化应用。

(2)污泥高温好氧发酵

    污泥高温好氧发酵是采用剪枝、落叶等园林废弃物和砻糠、谷壳、秸杆等农业废弃物作为高温好氧发酵添加的辅助填充料,利用自然界广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物,有控制地促进污泥中可生物降解的有机物向稳定的类腐殖质转化的微生物学过程。污泥中各种有机物质在酶的作用下,转化成小分子的有机化合物、对土壤有利的腐殖质,以及co2,氨、水和无机盐等,使之成为可被植物吸收利用的化学形态。

    污泥高温好氧发酵不断地分解有机物,堆体温度不断升高,可达到50℃一60℃,将其中的病原菌和寄生虫卵杀死,使之无害化。污泥高温好氧发酵的产品称为堆肥,可以用作土壤改良剂和有机肥料。

    污泥高温好氧发酵应重视污泥重金属污染问题,处理过程应防止臭气污染,处理后的污泥含水率一般可低于40%。目前污泥高温好氧堆肥技术已经在厦门、河南、山西等地规模化投产运行。

(3)污泥脱水

    污泥脱水主要是将污泥中的吸附水、毛细水和细胞内水分离出来。污泥机械脱水主要包括:真空过滤脱水、压滤脱水、离心脱水等。污泥经脱水后其体积大幅度减小,降低了后续污泥处理处置的难度。一般大中型污水处理厂均采用机械脱水。

    近年来,污泥脱水技术得到了很大的发展,技术突破集中在污泥脱水前调理剂的研发和脱水机械设备的改进等方面。目前,采用污泥药剂调理 机械脱水的技术,在湿污泥原泥中加入污泥调理剂破坏污泥絮体微生物结构并溶胞,分离出物理性结合水,使微生物的生物体的水分分离,最终使污泥中的结合水大部分转化为自由态水,再通过机械脱水设备将自由态水分分离。该技术已在制革污水处理厂污泥处理中规模化应用,处理后污泥含水率可低于50%。

(4)污泥石灰稳定干化

    采用石灰等无机药剂对污泥进行调理,可以降低含水率,提高污泥横向剪切力和卫生条件,有利于污泥的后续处置。污泥碱化稳定干化技术原理是使用生石灰稳定污泥,生石灰与水反应生成氢氧化钙,在此过程中每公斤石灰可以化合0.32kg水、释放1141kj的热量,将温度提升到

70℃,ph值提升到12以上,从而有效杀灭病原体,并分解有机物。污泥碱化稳定干化技术的控制性参数是污泥的ph及其保持时间。

    目前,国内已有不同形式和规模污泥采用石灰稳定干化法,经过处理后污泥含水率可以降低到70%左右,在自然界中堆放1个月后含水率继续降低到60%左右,可以达到《生活垃圾填埋污染控制标准》和《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质》的标准要求。

(5)污泥热干化

    污泥热干化后污泥的臭味、病原物、粘度、不稳定等负面特性得到显著改善,降低了污泥含水率,节约了运输成本,提高了污泥热值。污泥热干化过程分为污泥与热载体直接接触和热量由换热设备提供两种,目前应用较多的有流化床干化、转盘干燥、喷雾干化和空心桨叶式干化等工艺。

    采用污泥热干化工艺应与利用余热相结合,鼓励利用污泥厌氧消化过程中产生的沼气热能、垃圾和污泥焚烧余热、发电厂余热或其他余热作为污泥干化处理的热源;不宜采用优质一次能源作为主要干化热源;要严格防范热干化可能产生的安全事故。

(6)污泥焚烧

    污泥焚烧是指污泥在一定温度、气相充分有氧的条件下,使污泥中的有机物质转化为CO₂、H₂O N₂等,反应过程中释放出来的热量用于维持反应的温度条件。污泥焚烧一般采用流化床工艺,分为固定(鼓泡)流化床焚烧炉、循环流化床焚烧炉和回转式流化床焚烧炉等。污泥焚烧的烟气应进行处理,并满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》等有关规定。污泥焚烧的炉渣和除尘设备收集的飞灰应分别收集、储存、运输。国家鼓励对符合要求的炉渣进行综合利用;飞灰需经鉴别后妥善处置。污泥焚烧工艺在经济较为发达的大中城市应用较广,一般采用干化焚烧的联用方式,提高污泥的热能利用效率。

    近几年,污泥焚烧技术发展迅速,污泥焚烧厂与垃圾焚烧厂合建,污泥作为低质燃料在火力发电厂焚烧炉、水泥窑或砖窑中混合焚烧等技术正在逐步走向成熟。

三、污泥处理处置技术发展趋势

1、注重源头减量的技术研发

    源头减量是减轻污泥后续处理处置负荷的前提,在城市污水处理过程中进行污泥减量预计将是今后研究的一个方向。同时,诸如破坏污泥微生物细胞壁分离出自由态水分等降低污泥含水率的污泥减量技术也将是一项新的挑战性研究课题。

2、突破节能降耗的技术障碍

    长期重视污水处理而忽略污泥处理处置的现状,导致污泥处理处置技术相对发展缓慢。目前污泥处理处置运行能耗过高是影响污泥处理处置规模化推广应用的一项限制性关键因素。预计今后在污泥处理处置的节能降耗技术方面将有较大的突破。

3、健全二次污染的防止技术

    在城镇污水处理厂污泥处理处置各个环节,均存在不同程度的二次污染问题,目前的现有技术和工程应用对二次污染的重视程度普遍不够。随着社会进步和经济发展,预计将有大量污泥处理处置二次污染防治新技术被研发和应用,形成与污泥处理处置工艺相配套的二次污染防治技术健全体系。

4、发展循环利用的运行模型

    在国家土地资源日益紧缺和建设资源节约型、环境友好型社会的大背景下,发展污泥循环处理利用的运行模式是大势所趋。污泥土地利用和建材综合利用将成为研究热点,前者的技术难点在于污泥中重金属的去除和土地利用泥质的保证,后者在于运行能耗的降低和诸如二口恶英控制等二次污染防治技术的成熟。