何英林

（日照市生態(tài)環(huán)境局莒縣分局，山東 日照 276500）

近些年各地城市化建設(shè)進(jìn)程持續(xù)提速，城市生活生產(chǎn)中的污水排放量也日漸增多，生成了大量污泥。污水集中化處理是現(xiàn)代城市建設(shè)的一個(gè)必然趨勢(shì)，為了全面提升水污染防治及水環(huán)境整治效果，很多地區(qū)新建和改建了大批量的污水處理廠項(xiàng)目。資料記載，到2020年底，國(guó)內(nèi)共計(jì)建成了2 618座污水處理廠，日污水處理量達(dá)到了19 267萬(wàn)m3，干污泥產(chǎn)量約1 162.77萬(wàn)t[1]。面對(duì)如此多的污水污泥，如不能及時(shí)進(jìn)行有效處置，對(duì)生態(tài)環(huán)境與人類健康都會(huì)構(gòu)成很大威脅。我國(guó)關(guān)于污泥處理處置的研究工作起步較晚，早期污水處理廠普遍存在著“重水輕泥”的問(wèn)題，污泥整體處理效果欠佳?，F(xiàn)今，國(guó)家大力提倡實(shí)現(xiàn)資源回收利用，污泥內(nèi)含有的部分物質(zhì)成分，在很大程度上能減輕資源短缺問(wèn)題，所以完善污泥處置技術(shù)及實(shí)現(xiàn)資源化利用，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 污泥概述

1.1 含義

污泥即污水處置過(guò)程中生成的半固態(tài)或者固態(tài)物質(zhì)，其內(nèi)分布了多種微生物病原體、有機(jī)物及膠體等。不管污水處理廠采用的是活性污泥及其衍生工藝，還是膜處理手段等，污水處置過(guò)程中必然會(huì)生成污泥。

1.2 特性

1.2.1 重金屬污染

既往很多報(bào)道稱國(guó)內(nèi)的污泥重金屬含量普遍較高，大部分重金屬基于吸附、沉淀等形式進(jìn)到并滯留在污泥內(nèi)，工業(yè)廢水是重金屬的主要來(lái)源，比如鉻、鎘等；也有部分重金屬來(lái)源于人們的日常生活，以銅、鋅等較為常見(jiàn)。當(dāng)污泥被施到土壤以后，重金屬在地表層將會(huì)持續(xù)積累，以食物鏈作為載體聚集到部分農(nóng)作物、動(dòng)物及人類體中。所以，污泥自身重金屬含量高對(duì)土地應(yīng)用產(chǎn)生一定制約作用。

1.2.2 有機(jī)質(zhì)污染

污泥內(nèi)有機(jī)質(zhì)含量較高，這種物質(zhì)在持續(xù)分解腐爛過(guò)程中，也產(chǎn)生了很多病原體的微生物、寄生蟲(chóng)等。并且，污泥內(nèi)也有一些難以降解、毒性較大、對(duì)人體健康產(chǎn)生一定危害的高聚物。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，未處置的新鮮污泥內(nèi)寄居著千萬(wàn)種病原體，如盲目排放這些污泥，其會(huì)結(jié)合土壤、水體，最后感染食物鏈，危害人類健康。

1.2.3 含水率相對(duì)較高

污泥具有的這一特征主要是由其內(nèi)的多種水份構(gòu)成決定的。理論上講，自由間隙水在污泥內(nèi)占比約70.0%，普遍呈游離態(tài)，進(jìn)入到濃縮脫水環(huán)節(jié)可以剔除掉大部分，20.0%左右是毛細(xì)結(jié)合水，在較高機(jī)械力作用下通常能被去除，比如設(shè)置壓濾、離心脫水等工序，10.0%左右是表面吸附水，運(yùn)用添加適量絮凝劑去調(diào)節(jié)控制，胞內(nèi)水的脫除難度最高，占比大概為5%，該部分可以嘗試采用生物分離或熱力法剔除[2]。

2 污水處理廠污泥處理處置現(xiàn)狀

2.1 處理能力有待提升

不斷提升污泥處置能力水平是污泥處理工作順利推進(jìn)的重要條件，污水處理廠運(yùn)營(yíng)過(guò)程中發(fā)揮了保障性作用?？v觀當(dāng)前國(guó)內(nèi)很多地區(qū)的污泥處置現(xiàn)狀，部分建設(shè)項(xiàng)目還有很大的改進(jìn)與完善空間，特別是基建、工藝技術(shù)應(yīng)用等。如污水處理能力偏低，則容易滋生出污泥實(shí)際處理量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其產(chǎn)量的狀況，勢(shì)必會(huì)對(duì)污泥處置工作順利推進(jìn)造成一定阻礙，資源再利用效率也可能會(huì)持續(xù)走低。

2.2 技術(shù)水平普遍偏低

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)只有一線城市的部分污水處理廠引進(jìn)了高新技術(shù)與設(shè)備，其它處理廠普遍運(yùn)用的是傳統(tǒng)技術(shù)，技術(shù)能力的落后會(huì)直接導(dǎo)致污泥處置效果達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，污泥處置的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性同步下滑。和歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比較，中國(guó)對(duì)污泥處理技術(shù)的研究起步較晚，當(dāng)前處于持續(xù)摸索階段，很多新技術(shù)的實(shí)踐性不足或正處于試用時(shí)期，很難在污泥現(xiàn)實(shí)處理工序中實(shí)現(xiàn)全面化應(yīng)用[3]。

2.3 安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高

如不能合理、規(guī)范化處置污泥，則很容易導(dǎo)致污泥內(nèi)的部分物質(zhì)進(jìn)到土壤、空氣、水源或部分工作人員的身體中。伴隨時(shí)間的持續(xù)推移及各類物質(zhì)的蓄積、生化反應(yīng)等，還可能會(huì)滋生出新的污染源，它們可能會(huì)伴隨水流持續(xù)移走和聚集，對(duì)本地的土壤、空氣、水源等產(chǎn)生不同程度的危害及影響，安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高，對(duì)居民生命安全構(gòu)成極大危害。

3 污泥處理處置技術(shù)

3.1 衛(wèi)生填埋

這是當(dāng)前我國(guó)污水處理廠的一種常用技術(shù)，有操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性高等優(yōu)點(diǎn)，但污泥內(nèi)的各種病原體、重金屬等，易被整合到土壤環(huán)境內(nèi)及對(duì)地下水造成污染。沒(méi)有進(jìn)行無(wú)害化穩(wěn)定化處置的污泥，粘稠度大且腐爛發(fā)臭的概率較大，以致填埋場(chǎng)的使用年限出現(xiàn)不同程度的縮短。鑒于以上情況，現(xiàn)實(shí)中采用衛(wèi)生填埋處理技術(shù)時(shí)，絕不可以簡(jiǎn)單地把污泥填埋到地下環(huán)境內(nèi)，相關(guān)部門(mén)應(yīng)提前調(diào)查好填埋區(qū)域環(huán)境，做好滲漏和防滲漏等預(yù)防性工作。建議盡量選擇遠(yuǎn)離水源、地下水存量較少、土壤滲透系數(shù)偏低的城市、偏僻地區(qū)建設(shè)填埋坑，將高密度聚乙烯防滲層作為填埋坑底層，酌情增設(shè)滲透液收集設(shè)備[4]。污水處理廠要先對(duì)污泥進(jìn)行預(yù)處理，可以運(yùn)用脫水烘干處理污泥，隨后將其集中運(yùn)輸?shù)教盥窨舆M(jìn)行填埋，通常能取得較好的處置效果，彰顯出衛(wèi)生填埋的優(yōu)勢(shì)。

3.2 熱干化

這種處理技術(shù)的原理是，采用熱能對(duì)脫水污泥進(jìn)行加溫干化處理，借此方式使其轉(zhuǎn)變成干化產(chǎn)品，實(shí)際中依照污泥干化工藝流程的差異，可以將其分成間接與直接干化法。

間接干化工藝一般是利用換熱器，對(duì)電廠高溫的煙氣或水泥窯等產(chǎn)生的余熱與熱工介質(zhì)進(jìn)行熱交換處理，熱工介質(zhì)吸熱后，以密閉式管道回路作為載體與污泥之間交互熱量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)持續(xù)干化污泥的目標(biāo)，換熱期間不會(huì)直接接觸到污泥。和直接干化法相比較，間接干化過(guò)程中雖然會(huì)損失掉部分熱量，但是后期無(wú)需處理大量廢氣，這樣一方面直接減少了后續(xù)廢氣處理投資，另一方面也減少或規(guī)避了二次污染問(wèn)題。

直接干化工藝最大的特點(diǎn)是，能直接把電廠等窯爐生成的高溫?zé)煔饣驘犸L(fēng)整合到感化裝置內(nèi)，與裝置內(nèi)直接接觸到濕潤(rùn)的濕污泥吸熱后，其內(nèi)的水分逐漸蒸發(fā)，高溫?zé)煔饣驘犸L(fēng)會(huì)驅(qū)散掉一些蒸發(fā)處理的水分。景觀這種工藝規(guī)避了熱效率問(wèn)題，但煙氣或熱風(fēng)內(nèi)摻雜了部分污染性氣體，以致后續(xù)廢氣處置費(fèi)用相應(yīng)提高。

現(xiàn)今，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者不斷完善污泥干化處理技術(shù)，以進(jìn)一步提升污水污泥處置效果。聯(lián)合使用干化與焚燒工藝的污泥處置技術(shù)，逐漸成為國(guó)內(nèi)污泥處理領(lǐng)域的一個(gè)主流技術(shù)，在未來(lái)很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)將會(huì)被持續(xù)使用。

3.3 厭氧消化

厭氧消化即在密閉式環(huán)境內(nèi)，微生物菌種作用在污泥內(nèi)可被生物分解的有機(jī)物質(zhì)上，誘導(dǎo)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成沼氣、二氧化碳等諸多產(chǎn)物。依照厭氧反應(yīng)過(guò)程中的溫差可以將厭氧消化分成中溫、高溫厭氧，對(duì)應(yīng)的溫度分別約為35 ℃、55 ℃，當(dāng)前中溫厭氧消化在國(guó)內(nèi)污泥處理領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用相對(duì)較廣。

厭氧反應(yīng)處理污泥能取得較好的穩(wěn)定化、無(wú)害化效果，工藝運(yùn)行投資較少，且通過(guò)生成沼氣的形式實(shí)現(xiàn)資源再利用，故厭氧消化逐漸成為了國(guó)際上處理處置污泥的一項(xiàng)主流方法。1984年，厭氧消化處理工藝在中國(guó)天津獲得首次應(yīng)用，后續(xù)的20多年，中國(guó)內(nèi)陸續(xù)建造了60余個(gè)污泥的厭氧消化項(xiàng)目。但是客觀地講，厭氧消化在國(guó)內(nèi)污泥處理領(lǐng)域表現(xiàn)出“水土不服”的劣勢(shì)，國(guó)內(nèi)建成的污泥厭氧消化項(xiàng)目?jī)?nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)的簡(jiǎn)直是屈指可數(shù)[5]。這種情況的原因，主要是由于我國(guó)污水污泥的特性決定了其自身可生化性偏差，有機(jī)物含量整體較低，尤其是在沒(méi)有處理好雨污分流工序時(shí)，造成污泥內(nèi)砂含量過(guò)高。除此之外，相關(guān)部門(mén)長(zhǎng)期沒(méi)有推行和沼氣資源利用相關(guān)的激勵(lì)機(jī)制，相關(guān)設(shè)備的引進(jìn)建設(shè)成本較高，系統(tǒng)運(yùn)行流程繁瑣復(fù)雜不易被掌握控制。

厭氧消化工藝處理污泥的優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的，為了彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)應(yīng)用這種處理技術(shù)時(shí)暴露出的不足，很多學(xué)者進(jìn)行了國(guó)內(nèi)污泥特性的深度研究，在此基礎(chǔ)上有針對(duì)性地改進(jìn)厭氧消化工藝，做出輔助應(yīng)用熱水解、微波及超聲波等污泥預(yù)處理手段，在前期對(duì)污泥進(jìn)行熱水解等，同步提升傳統(tǒng)厭氧進(jìn)程中，污泥的水解與酸化速率，明顯厭氧消化處理的時(shí)長(zhǎng)，降低了厭氧裝置的容積，全面提升了污泥的厭氧消化效率。故而，站在這個(gè)角度分析，當(dāng)污泥厭氧消化技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用過(guò)程中存在的不足逐漸被修復(fù)時(shí)，該項(xiàng)處理在將來(lái)會(huì)開(kāi)辟出更大的應(yīng)用空間，處理污泥時(shí)創(chuàng)造出更理想的效益。

3.4 好氧堆肥

當(dāng)前國(guó)內(nèi)運(yùn)用的多數(shù)污泥堆肥工藝，是破碎處理木屑、秸稈等植物以后與污泥進(jìn)行充分混合攪拌，隨后整合進(jìn)堆肥車間內(nèi)，維持適宜的溫度、濕度，通過(guò)持續(xù)鼓風(fēng)通進(jìn)足量氧氣，利用菌種逐漸氧化混合物料，通過(guò)持續(xù)性的攪拌、翻拋以后最后整體分解成為腐殖質(zhì)。經(jīng)好氧堆肥處置后，所得的污泥因?yàn)閮?nèi)部寄生蟲(chóng)、病原體等被徹底消滅，故而能夠取得無(wú)害化、穩(wěn)定化的處置效果，可以將最后所得產(chǎn)物用在土壤修整、園林綠化建設(shè)、垃圾填埋場(chǎng)的覆蓋等諸多方面。

近幾年中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者紛紛投入到好氧堆肥技術(shù)的研究工作中，著重分析該項(xiàng)工藝運(yùn)行時(shí)不同階段的通風(fēng)量大小，并且面對(duì)污泥處理現(xiàn)場(chǎng)調(diào)理添加劑用量過(guò)大的狀況，加大了C/N等影響因素的理論研究力度，在早期預(yù)處理、堆肥配套設(shè)備及工藝應(yīng)用等諸多方面，均獲得了很大的提升，有效地管控了運(yùn)營(yíng)成本及環(huán)境污染程度。

4 城市污水處理廠污泥的綜合利用

4.1 燃料化利用

既往國(guó)內(nèi)外均有研究證實(shí)，污泥焚燒處理后剩余灰分比和煤炭不相上下，約為20.0%，這預(yù)示著污泥焚燒過(guò)程中，一定比例會(huì)被揮發(fā)出去，燃燒殘?jiān)肯鄳?yīng)減少；污泥自身的發(fā)熱量處于較高的水平，其內(nèi)蛋白質(zhì)、多碳等有機(jī)物含量相對(duì)較高；污泥的揮發(fā)成分占比較大，這是其發(fā)熱量偏高的主要原因之一，可以推測(cè)適用于燃料化處置。污水處理廠與供熱發(fā)電單位之間應(yīng)加大合作力度，把脫水處置后所得的污泥作為燃料，利用其將部分燃煤取而代之，通常能取得較好的效果。焚燒工藝實(shí)施后也能實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥的無(wú)公害處理，可以將焚燒時(shí)產(chǎn)生的熱能提供給發(fā)電廠，有助于減少發(fā)電廠的制熱成本，這樣污水處理廠和供熱發(fā)電廠就能實(shí)現(xiàn)互利雙贏。在以上燃料化進(jìn)程中，主要是基于垃圾衍生燃料法，把污泥制成衍生燃料，具體的工藝流程為：脫水處理污泥→半干化→充分混合（加入適量添加劑）→成型→自然風(fēng)干→制成燃料（RDF）。

4.2 土壤修復(fù)利用

可以嘗試把無(wú)化學(xué)毒性的污染成分，有機(jī)質(zhì)含量和微量元素含量較高的污泥運(yùn)用到土壤修復(fù)領(lǐng)域內(nèi)，這種污泥自身就可充當(dāng)良好的肥料與改良劑。當(dāng)其作為添加劑添加至待修復(fù)土壤環(huán)節(jié)內(nèi)，可以顯著改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤肥力。污泥堆肥是在好氧條件下進(jìn)行的，主要是在嗜溫菌、嗜熱菌作用下分解有機(jī)物，充分融合污泥與脫水劑，增加空隙結(jié)構(gòu)的使用率，減少混合體的含水量，優(yōu)化碳氮比（C/N）。在多種微生物作用下污泥能產(chǎn)生高溫有機(jī)物，剔除掉其內(nèi)的蟲(chóng)卵與有害生物，輔助提高污泥的無(wú)害化、資源化處理水平，最后生成一種棕黑色土肥，能夠明顯改善土壤的綜合性能，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，即發(fā)揮了生物肥的效用。目前可以運(yùn)用動(dòng)態(tài)和靜態(tài)堆肥兩種技術(shù)，國(guó)內(nèi)很多地區(qū)運(yùn)用了條形靜態(tài)通風(fēng)垛，而國(guó)外很多發(fā)達(dá)國(guó)家，普遍運(yùn)用了現(xiàn)代工業(yè)化發(fā)酵倉(cāng)工藝。在采用堆肥處理工藝時(shí)，建議將污泥含水率調(diào)控在55.0%以內(nèi)，否則很難實(shí)現(xiàn)無(wú)害化標(biāo)準(zhǔn)。充氧堆肥環(huán)境溫度是50～55℃、時(shí)間＞8天。

4.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的利用

過(guò)去有學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)研究分析了污泥農(nóng)業(yè)應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)施用污泥有助于增加農(nóng)作物產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)，對(duì)很多農(nóng)作物體現(xiàn)出良好肥效，尤其是葉菜類農(nóng)作物，不僅能增加作物產(chǎn)量，還能提高蔬菜內(nèi)微量元素含量，改善蔬菜口感。農(nóng)作物生產(chǎn)活動(dòng)中合理應(yīng)用污泥，還能輔助提種子的發(fā)芽率，但是禁止將污泥施用在幼苗生長(zhǎng)期，這主要是因?yàn)槲勰鄡?nèi)的有機(jī)酸、醛等，會(huì)對(duì)幼苗生長(zhǎng)過(guò)程產(chǎn)生一定抑制作用。污泥內(nèi)含有部分重金屬，如果直接將其用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，會(huì)以食物鏈為載體逐漸富集，被人們攝入體內(nèi)而對(duì)健康構(gòu)成一定威脅，故而實(shí)際使用時(shí)，一定要做好前期處理工作，并嚴(yán)格依照國(guó)家現(xiàn)行的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)控施用時(shí)間、操作方法等，將重金屬帶來(lái)的危害降到最低，實(shí)現(xiàn)無(wú)害化農(nóng)業(yè)增產(chǎn)。

4.4 沼氣利用

為了實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用，可以運(yùn)用厭氧消化工藝基礎(chǔ)，把污泥轉(zhuǎn)化成沼氣用在發(fā)電方面。實(shí)現(xiàn)污泥資源化利用目標(biāo)，主要依托于如下兩種技術(shù)：一是厭氧消化，通常是在中溫（33～35 ℃）或高溫（53～55 ℃）條件下進(jìn)行的，采用預(yù)處理工序增加污泥水解率后，能夠使40.0%～45.0%的有機(jī)質(zhì)實(shí)現(xiàn)有效降解，隨后達(dá)到污泥的減量化處理及產(chǎn)生大量沼氣。二是沼氣發(fā)電技術(shù)，從本質(zhì)上講沼氣發(fā)電自身是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程，于發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)點(diǎn)燃沼氣在，基于燃燒放熱推動(dòng)活塞，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)自轉(zhuǎn)，使壓力能逐漸轉(zhuǎn)變成動(dòng)能，通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)發(fā)電過(guò)程，最后把動(dòng)能轉(zhuǎn)變成電能。在以上過(guò)程中，熱能會(huì)傳送給缸套水，部分則會(huì)傳導(dǎo)進(jìn)循環(huán)水，其它熱能將會(huì)消散到外界。

4.5 建材利用

污泥內(nèi)不僅含有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可利用的多種有機(jī)質(zhì)，還有一些Si、Al、Fe等成分，與建筑材料原料十分接近?？梢园盐勰喾贌院笏卯a(chǎn)物作為生產(chǎn)建材的原材料，運(yùn)用污泥焚燒灰代替黏土去制備水泥，或添加適量骨料以后燒制成磚。

5 結(jié)語(yǔ)

污泥作為污水處理后的主要產(chǎn)物之一，如果對(duì)其能進(jìn)行安全、有效的處置，則能協(xié)助污水處理廠提升污水處理的綜合效率，達(dá)成環(huán)保、資源再利用的目標(biāo)。而污泥的處理與利用是一個(gè)系統(tǒng)化過(guò)程，合理進(jìn)行規(guī)劃部署，有針對(duì)性地優(yōu)化中間環(huán)節(jié)及加大保障力度等，進(jìn)而輔助提升污泥資源的綜合利用效果，創(chuàng)造出最理想的效益。