張俊濤，付炳炳，計映東

（鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450000）

1 概述

隨著國民經(jīng)濟和科技水平的發(fā)展，城市污水的處理率逐年提高，城市污水處理廠的污泥產(chǎn)量也急劇增加［1］。目前中國已建成運轉(zhuǎn)的城市污水處理廠約427 余座，年處理能力為113.6億m3。根據(jù)有關(guān)預(yù)測，我國城市污水量在未來20 年還會有較大增長，2010 年污水排放量將達(dá)到440 億m3/d；2020 年污水排放量達(dá)到536 億m3/d。污泥的合理處理越來越引起人們的關(guān)注?，F(xiàn)階段我國主要通過微生物的代謝作用及物理化學(xué)方法將污水中的污染物大量轉(zhuǎn)移到剩余污泥中，其實質(zhì)是污染物的相對轉(zhuǎn)移，即可溶性污染物轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗艿墓腆w，在水質(zhì)得到凈化的同時，污水中的污染物作為污泥被分離出來，可以說污泥是被濃縮的污染物。污泥的處理水平從一定程度上反映了污水處理過程中對環(huán)境的凈化效果和對整個生態(tài)環(huán)境的保護(hù)程度。污泥的成分很復(fù)雜，包括混入生活污水和工業(yè)廢水中的泥砂，纖維動植物殘體等固體顆粒及其凝結(jié)的絮狀物，由多種微生物形成的菌膠團(tuán)及其吸附的有機物，重金屬元素和鹽類，少量的病原微生物寄生蟲卵等綜合固體物質(zhì)，有機物含量高，容易腐化發(fā)臭，顆粒較細(xì)，密度較小。如果處置不當(dāng)?shù)奈勰噙M(jìn)入環(huán)境后，直接會給水體、土壤、大氣帶來二次污染。一個城市的污水處理廠就不能充分地發(fā)揮其消除污染、保護(hù)環(huán)境的作用，同時還將對生態(tài)環(huán)境和人類的活動構(gòu)成嚴(yán)重的威脅，所以合理地處理污泥是當(dāng)務(wù)之急。

2 國外污泥處置現(xiàn)狀

美國有約16 000 座污水處理廠，服務(wù)2.3 億人口，年產(chǎn)污泥量3500 萬t（以80%的含水率計）。建有650 座集中厭氧消化設(shè)施，處理58%的污泥；700 座好氧發(fā)酵穩(wěn)定處理22%的污泥；其余的以填埋為主。歐盟國家的50 000 座污水處理廠年產(chǎn)污泥量4000 萬t（以80%的含水率計）。有50%以上的污泥進(jìn)行厭氧消化穩(wěn)定處理，其中英國的污泥厭氧處理達(dá)到66%。20%進(jìn)行填埋處理，20%進(jìn)行焚燒處理，填埋量在持續(xù)降低。德國的城市污水處理廠總規(guī)模達(dá)2800 萬m2。污泥年產(chǎn)量1000萬t（以80%的含水率計）。污泥已經(jīng)實現(xiàn)了100%的穩(wěn)定化處理，對穩(wěn)定化和無害化提出了量化的約束性指標(biāo)，規(guī)模5000t/d 以上的污水處理廠采用污泥厭氧消化穩(wěn)定工藝，通過回收污泥中的生物質(zhì)能源可以滿足污水處理廠40%～60%的電耗需求，碳減排效益十分可觀。污泥最終處置50%土地利用，50%為焚燒或協(xié)同焚燒。污泥填埋有機質(zhì)低于5%。統(tǒng)計顯示，大多數(shù)發(fā)達(dá)國家實現(xiàn)了污泥資源化處理。

3 我國污泥處理的現(xiàn)狀及問題分析

據(jù)對我國的污水處理廠調(diào)查顯示，污泥的處理方法有所不同。69%的處理廠采用人工填埋技術(shù)，23%的處理廠采用堆肥技術(shù)，7%的處理廠采用焚燒技術(shù)，1%的處理廠未配備穩(wěn)定的污泥處理設(shè)備。

3.1 污泥焚燒

現(xiàn)階段我國基本采用窯式焚燒技術(shù)、多爐膛焚燒技術(shù)、流化床焚燒技術(shù)、電爐焚燒技術(shù)［2］，少量的采用低能耗等離子體焚燒技術(shù)［3］，這些焚燒工藝的優(yōu)勢在于可以迅速、有效地使污泥達(dá)到無菌化、減量化的目的，其產(chǎn)物為無菌無臭的無機殘渣，含水率為零，對人類的生活危害較小，且在惡劣的天氣條件下不需儲存設(shè)備，并能達(dá)到污泥自持，滿足越來越嚴(yán)格的環(huán)境要求，能充分地處理不適宜于資源化利用的部分，污泥焚燒后的產(chǎn)物能充分地利用。干污泥顆粒用作發(fā)電廠的燃料摻和料，通過干餾提取焦油和燃?xì)馕勰喾贌易鏊嗵砑觿?、污泥磚等建筑材料。但這些工藝缺點是重金屬隨著煙塵擴散而污染空氣，殘余灰燼也富含污染物，再進(jìn)行填埋也會造成污染，而且焚燒成本是其他工藝的2～4 倍，且污泥必須保證比較低的含水率才能制成合成燃料。這就提高了污泥的脫水程度，機械脫水成本比較高，自然脫水成本低但時間長，占地面積大而且晾曬期間的污泥腐臭氣嚴(yán)重污染空氣。

3.2 堆肥處理

傳統(tǒng)的堆肥采用厭氧發(fā)酵技術(shù)，自然通過風(fēng)發(fā)酵技術(shù)，在一定的時間內(nèi)通過充氣和翻垛達(dá)到通氧的目的，操作簡單，但該工藝占地面積較大，易產(chǎn)生臭氣且時間較長、效率低下。隨著科技的發(fā)展，機械通風(fēng)技術(shù)和高溫好氧發(fā)酵法［4］廣泛地應(yīng)用到污泥的處理過程中，實現(xiàn)了自動化處理程度高、周期短、日處理量大，可以有效地控制臭氣和其他污染物對環(huán)境造成的影響，但是這種工藝的進(jìn)程是很緩慢的，且堆肥的肥效不能得到穩(wěn)定的控制，在用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了燒苗的現(xiàn)象，投資成本高，又會造成能源的浪費。

3.3 傳統(tǒng)填埋技術(shù)

據(jù)統(tǒng)計顯示，污泥的填埋主要分為2 種工藝：單獨填埋和混合填埋。單獨填埋是對污泥進(jìn)行單獨的處理，與其他固廢分開處理。混合填埋是將生活固體垃圾和污水處理廠脫水污泥一起進(jìn)行填埋。2 種工藝的操作相對簡單，投資費用小，實用性強，但是嚴(yán)重地浪費了土地資源，存在潛在的土壤和地下水污染，減少了填埋場使用年限而且填埋周圍的環(huán)境也會惡化，還會有滲濾液和臭氣的問題，在許多國家和地區(qū)新建的填埋場遭到很多人民的堅決反對，而從污水處理廠運輸出來的污泥脫水后含固量低，流動性大，可壓縮性差，影響垃圾填埋壓實，簡單脫水后的污泥普遍被填埋場拒絕。所以，當(dāng)今國家污泥填埋帶來了嚴(yán)重的二次污染。

3.4 污泥的密封填埋

污泥不同于其他固體廢棄物。有機質(zhì)含量占污泥干重的38.4%±12.7%，總氮量2.71%±1.35%，全磷含量1.43%±1.16%，全鉀0.69%±0.27%。污泥中含有大量的厭氧微生物，如以不同的形式存在于污泥中，密度約為9500 個/L，對污泥有機物分解起重要作用。

作用原理厭氧消化過程

第1 和第2 階段

戊酸轉(zhuǎn)化CH3CH2CH2CH2COOH+2H2O→CH3CH2COOH+CH3COOH+2H2

丙酸轉(zhuǎn)化CH3CH2COOH+2H2O→CH3COOH+3H2+CO2

乙醇轉(zhuǎn)化CH3CH2OH+H2O→CH3COOH+2H2

第3 階段

4H2+CO2→CH4+2H2O

CH3COOH→2CH4+2CO2

首先對從污水處理廠運來的污泥進(jìn)行密封處理，減少揮發(fā)，從而減少難聞氣味和細(xì)菌對人類生活的影響，也避免滲濾液給填埋帶來的不便。將封閉后的污泥進(jìn)行淺層的填埋。在封閉無氧的條件下污泥中的微生物利用有機質(zhì)等進(jìn)行生命活動，不斷地將有機物分解成氨基酸、脂肪酸、甘油、CO2及氫氣等物質(zhì)，污泥中的能量將用于微生物的新陳代謝，從而降低有機物的含量。微生物在生命活動過程中產(chǎn)生大量的熱量和氣體，通過導(dǎo)氣管及填埋場氣體收集裝置如抽氣井等［5］排除污泥中的氣體（氫氣、甲烷和水蒸氣等）進(jìn)行處理。而作為一個孤立的系統(tǒng)，污泥中的能量是有限的，隨著污泥中能量的降低和水分的減少，微生物的生命活動受到限制，微生物將大量的死亡，污泥中的病原體等微生物將急劇降低，起到殺菌作用，減少污泥中微生物給人類帶來的危害。經(jīng)過長期的封閉后，污泥則變?yōu)槲廴境潭鹊汀θ祟愇：π?、且含有大量植物生長所需營養(yǎng)物質(zhì)的有機肥。在填埋污泥的土地上可以種植樹木等綠色植物，使污泥中的營養(yǎng)物質(zhì)得到充分的利用，減少污泥對地下水的污染以及土地資源的浪費。密封填埋與傳統(tǒng)填埋相比，提高了對污泥污染物的處理程度，對生態(tài)環(huán)境破壞小，減少了污泥中污染物對人類生活的危害。

3.5 污泥處理問題分析

最近幾年，我國雖然對污泥問題高度重視，但對污泥的本質(zhì)缺乏深入的認(rèn)識，雖然我國主要大城市開始使用先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行污泥處理處置規(guī)劃，對其技術(shù)方案進(jìn)行了充分論證，但關(guān)于污泥處理處置的技術(shù)路線，目前存在2 個巨大的認(rèn)識性錯誤。首先是資源化的認(rèn)識。目前污泥處理處置技術(shù)的發(fā)展程度，尚不能高效地實現(xiàn)能量回收和物質(zhì)回用，以實現(xiàn)經(jīng)濟效益和節(jié)約能源的效果。污泥的資源化必須總體考慮，不能分割整個處理處置過程而強調(diào)某一局部單元工藝的效果，從而得出污泥資源化的概念。部分決策者誤認(rèn)為污泥就是資源，污泥的處理處置可以盈利，對污泥處理處置認(rèn)識誤區(qū)將影響到整個體系的有效運行。其次，不能結(jié)合中國的實際情況設(shè)計出合理的處理規(guī)劃方案。設(shè)計合理的規(guī)劃方案和監(jiān)督管理體制是實現(xiàn)污泥的資源化處理和先進(jìn)技術(shù)推廣普及的重要環(huán)節(jié)。因為我國地域遼闊，不同地區(qū)的自然環(huán)境、人文環(huán)境、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟發(fā)展水平都不同，各地區(qū)也應(yīng)從自身特點出發(fā)，采取適宜的技術(shù)路線，以便因地制宜，實現(xiàn)污泥的最大化處理。

4 結(jié)語

雖然污泥填埋沒有最大限度地實現(xiàn)污泥的減量化和資源化，但實現(xiàn)污泥的資源化利用是污泥處理的理想目標(biāo)。通過對我國污水污泥的現(xiàn)狀和經(jīng)濟狀況的合理分析，我國污泥的處理技術(shù)發(fā)展還面臨著巨大的挑戰(zhàn)。人們必須正確地認(rèn)清污泥的本質(zhì)，加大投入，使先進(jìn)的技術(shù)在各個城市普及。用技術(shù)改變我國污泥處理現(xiàn)狀，做到低排放，高回收，最終實現(xiàn)保護(hù)環(huán)境的目的。

［1］張光明.城市污泥資源化技術(shù)發(fā)展［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［2］王羅春.污泥干化與焚燒技術(shù)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

［3］徐強.污泥處理處置新技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［4］尹軍.污水污泥處置與資源化利用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［5］馮向明.城市生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.