城市污水处理厂污泥处理处置现状与技术研究分析

丁镠

摘要：指出了随着我国城市化进程不断加快，污水处理量与之俱增，同时也产生了大量污泥，其对环境的影响已经相当突出，污泥如何妥善地处理处置已经成为了国家关注的热点。对国内外污泥处置现状进行了探讨，系统分析了目前关于污泥的处理和处置技术，并提出了未来污泥处理处置的3种主流技术路线。

关键词：市政污泥；处理处置；现状与技术

中图分类号：X703

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）20009003

1引言

随着中国城市化进程不断加快，城市人口不断增加，我国污水处理量与之俱增，同时也产生了大量污泥。污泥的处置问题作为一项环保难题摆在了决策层面前。它聚集了城市污水处理过程中无法消解的重金属等污染物，同时还包含大量的病原体、微生物等；如果不进行妥善的处理处置，将会形成二次的污染，对环境造成很大破坏。

2污泥

2.1污泥的含义

污泥是在污水处理过程中产生的半固态或固态物质，包含了大量的微生物病原体、有机物和胶体等。不论是活性污泥及其衍生技术，还是膜处理技术，在污水处理过程中都会产生污泥。

2.2污泥的分类

污泥通常是固液混合共呈存胶着状的粘稠物，用自然沉降的方法一般很难进行固液分离。通常按照以下的几种方法来对污泥进行分类：根据污泥的分离阶段和处理的方法一般分为生物处理污泥和沉淀污泥[1]。目前一般的污水处理厂污泥大部分是生物处理污泥和沉淀污泥的混合污泥。处理的主要对象包括腐殖污泥、剩余污泥和初次沉淀污泥。按照污泥的来源通常分为河道湖泊淤泥、工业污泥和生活污泥。

2.3污泥的特性

污泥的主要特性是含水率高，含有大量的有机质、易腐烂，有浓烈臭味，内部含有各种寄生虫和微生物，还含有重金属，如锌、铬、铜、汞等。不加以处置任意排放，对人类及周围环境的危害极大。

2.3.1重金属污染

中国的污泥重金属含量高。重金属通过吸附和沉淀进入并留在污泥里面。其中的一些重金属主要来自工业废水，如铬、镉等；还有一些重金属来自人类生活中，如铜、锌等。当污泥施用于土壤后，其重金属将累积于地表层，通过食物链，在农作物、动物以及人类体内积聚。因而，污泥中含有大量的重金属是限制污泥大规模土地利用的重要方面。

2.3.2有机质污染

污泥中含有大量的有机质，不断的进行分解腐烂，也带来很多病原体的微生物、寄生虫等。同时污泥中存在大量如多氯联苯、多环芳烃、呋喃等不易降解、有毒性、对人体危害大的有机高聚物。在未经处理的新鲜污泥里面寄生着成千上万的病原体，如将这些污泥任意排放，会跟土壤、水体结合，最终导致食物链的感染，给人体的健康带来较大的危害。

2.3.3含水率较高

通常污泥的含水率用污泥里水的质量除以污泥的总质量来计算表示。污泥的含水率较高是由污泥中各种类型的水份组成决定的。通常污泥中7/10左右的是自由间隙水，呈游离态，在浓缩脱水环节可去除，1/5左右为毛细结合水，一般采用压滤、离心脱水等较高的机械力去除，1/10左右为表面吸附水，一般通过加入絮凝剂来调节，最难脱水的是胞内水，约占5%，可通过生物分离或热力方法去除[2]。

3国内外污泥处理处置现状

3.1国外现状

国外在污泥的无害化和资源化方面做得比较好。一些发达国家为了变废为宝，大力发展资源化利用，现在已经成为主要的发展趋势。

3.1.1美国

在美国，绝大部分的污泥通过好氧发酵、厌氧消化以及焚烧等多种方式进行相应的处理，处理处置率达到80%左右。而在这80%被处理的污泥中，约有60%的污泥通过1300 多座厌氧消化与好氧发酵系统资源化处理，最终变成肥料进行资源化利用。剩下的处理处置方式中，约1/5左右被焚烧处置，还有一小部分作为覆盖土或者进行填埋。美国的处置方式是循环利用，其污泥处理处置的未来发展趋势是逐步减少填埋，部分地区已经禁止土地填埋，重视资源化处理处置，加大能源利用。

3.1.2日本

众所周知，日本国土面积有限，所以一直以来，日本的处理处置方式是填埋辅助，焚烧为主。从1980年以来，约2/3以上的污泥通过焚烧被处理，最终被用于水泥原料、路基和建筑材料等。最近几年，污泥的热解、干馏、气化技术的不断发展，在污泥的处理处置方法和工艺路线上都做了一定的调整，减少污泥的焚烧，重视污泥的生物质能源利用，日本的污泥处理处置在未来的发展趋势同样是注重污泥的资源化利用。

3.1.3欧洲

20世纪，土地利用和卫生填埋是欧洲一些国家的主要处理方式。1990年以后填埋场紧张，为缓解土地压力，欧洲国家上马干化焚烧项目。随着基础设施建设更完善，污泥成分发生改变，污泥的泥质特性已远高于以前，再加上干化焚烧高额的运行成本和投资费用，欧洲发达国家也纷纷重视污泥资源化的利用，制定了一系列的政策用来支持和鼓励污泥的土地利用。但是各国的土地资源和经济水平参差不齐，其处理的技术和处置的方式也不完全一致。现在污泥处理的目标是减量化、无害化、稳定化和资源化。基本上各国都已经将如何将污泥在减量化和无害化的基础上更好的进行资源化利用作为未来污泥处理處置的研究重点，而污泥的资源化处理处置也是未来污泥处置的发展趋势。

3.2国内现状

受经济条件的制约，我国污泥处理处置整体发展滞后。一直以来存在着重水轻泥的现象，污水处理厂的污泥通常在污水厂内简单的脱水后就被外运。随着生态环境的持续恶化，污泥的处理处置也逐渐受到了重视，进入21世纪后随着相关部门对这一问题的重视和关注，一些发达地区都纷纷建设了污泥的治理项目。在我国，目前污泥的处置方式和比例情况分别是：2/3的土地填埋、1/5被外运和随意堆放、焚烧和资源化利用的比例较少[3]。而由于我国这方面的制度不完善，监管不到位，大部分的填埋和外运堆放基本属于无人管状态，所以严格意义上的减量化无害化稳定化处置不到1/5。endprint

在我国还有接近18%的县和90%的乡镇没有污水处理的设施，农村地区几乎还是个空白[4]。随着我国城市化进程的加快和生活水平的提高，伴随着大量的污水产生的将是大量的污泥，到2015年底全国的污泥总产生量约为3500万t。据预测，中国在 2020～2025 年间的污水处理量将达到项峰，到2020年末全国的污泥总产生量很有可能突破 6000万t[5]。

4污泥处理处置技术

4.1卫生填埋

污泥卫生填埋目前在我国污水处理厂中普遍采用。这种处理方式投资小、成本低、操作简单。但是污泥中的病原体和重金属很容易进入土壤和污染地下水，进而对居民的生活造成危害。同时未经无害化稳定化处理的污泥粘稠而且易腐烂发臭，缩短了填埋场的使用寿命。

但是鉴于我国的实际情况以及综合考虑各种处置方法的成本，现阶段填埋是我国大部分污泥的处置方式，后果已经显现，一些大城市的填埋场已经不堪重负，部分地方城市的垃圾填埋场已经明确拒收污泥。

4.2热干化

污泥热干化的是指利用热能，将脱水污泥加温干化，使之成为干化产品。根据污泥干化的工艺可以分为间接和直接干化。

间接干化一般是通过换热器将电厂高温的烟气或水泥窑等工艺窑炉的余热与热工介质进行热交换，热工介质吸收热量后再通过密闭的管道回路和污泥换热从而对污泥进行不断的干化，换热过程不与污泥发生直接接触。相比较直接干化而言，虽然会有一些热量的损失，但是后续处理的废气较少，大大节约了后期废气处理成本，同时也避免了二次污染。

直接干化是将电厂等窑炉的高温烟气或热风直接通入在干化设备，在设备内和湿的污泥进行直接接触，污泥吸收热量后污泥中的水分蒸发，高温烟气或热风会带走一部分蒸发处理的水分，虽然没有了热效率的问题，但是随之带来的就是烟气或热风夹杂了有污染性的气体，后期废气处理的成本大大增加了。

在干化领域，以提高安全性和热效率为目标专家学者们对干化技术进行不断的优化，如何更有效的污泥干化是解决污泥处理处置的关键[6-8]。因此，结合了干化和焚烧工艺的污泥处理处置方法已经成了我国污泥处理处置的主流技术之一，并会保存很长一段时间。

4.3厌氧消化

厌氧消化指的是在密闭的环境中，污泥里的可被生物分解的有机质在微生物菌种的作用下，发生化学反应，产生沼气、二氧化碳等。厌氧消化根据厌氧反应的时候的温度差异可以分为35℃左右的中温厌氧和55℃的高温厌氧。目前在国内运用比较多的是中温的厌氧消化。

因为污泥经厌氧反应后稳定化和无害化效果好，运行成本较低，并且可以通过产生的沼气进行资源利用，所以对污泥进行厌氧消化是国际上目前一种比较主流的污泥处理处置方法。与好氧消化相比具有成本低、不良气体排放少等优势。国内污泥厌氧消化处理起步于1984年建成的天津市纪庄子污水处理厂的污泥项目，随后的20多年里我国一共建设了60多个污泥的厌氧消化项目。不过遗憾的是污泥的厌氧消化在我国存在明显水土不服。在我国建设的污泥厌氧消化设施中，可以稳定运营的只有几座。主要原因是由我国污泥的泥质决定了污泥可生化性差，有机物的含量较低，特别雨污分流没做好导致了污泥含砂量过高。此外，我国缺乏沼气利用的激励机制，设备的投资费用高，系统运行较为复杂不易掌握。

不过，由于厌氧消化的优势明显，为了弥补污泥厌氧在国内的缺陷，众多的专家学者针对国内的污泥特性不断研发和改进提出了以热水解、微波以及超声波等为手段的污泥预处理技术，通过对污泥前期的热水解等预处理，提高污泥在传统厌氧过程中的水解和酸化的速率，缩短了厌氧消化的时间，减少了厌氧装置的容积，污泥的厌氧消化整体效果显著提高。因此，污泥厌氧消化技术在我国应用的瓶颈正不断被突破，未来将会得到进一步发展，会是未来的一个主流方向。

4.4好氧堆肥

污泥堆肥工艺一般是将木屑、秸秆等植物经过破碎后与污泥一起混合搅拌，送入堆肥车间，保持好一定的温度、湿度，不断鼓风通入氧气，在菌种的作用下将混合原料不断氧化，不断搅拌翻抛后最终全部分解成腐殖质。被好氧堆肥处理后的污泥由于寄生虫病原体都被消灭实现了无害化稳定化的效果，可以用于土壤修复、园林绿化、垃圾填埋场的覆盖土。

近些年，专家学者不断的对好氧堆肥运行的不同阶段的通风量进行研究，同时针对调理添加剂使用过多的情况，对C/N等控制因素的也进行了一系列的理论研究，在前期预处理及堆肥设备和工艺上都有了明显提高，運行成本和环境污染控制水平都了一定程度的改善。但长期以来人们对污泥好氧发酵技术存在占地面积大、对发酵产品存在重金属污染等的认识，限制了其在我国的推广。该技术在相对欠发达地区，应用前景较大。

4.5污泥焚烧

污泥焚烧是最彻底的处理方法，它能够使有机物全部碳化，杀死病原体，可实现减量化、稳定化和无害化。按照焚烧方式不同分为直接焚烧和干化焚烧两种。

污泥的直接焚烧通常是用辅助燃料将送入焚烧炉内的含水率很高的湿物料直接进行焚烧，由于污泥水份大，热值低，焚烧的时候能耗很高，后续排出的尾气处理设备庞大，操作复杂。干化焚烧是指将污泥干化后再进行焚烧。直接焚烧的建设投资和运行成本要高于干化焚烧，我国目前有很多地方的污泥是采用直接焚烧进行处理，特别是电厂分布较多的沿海及江浙沪地区。当前焚烧工艺包括单独焚烧、电厂协同处置、水泥窑协同处置。

由于污泥中或多或少都含有一定比例的有机质，在焚烧过程中会产生如二口恶英、二氧化硫等有毒气体，处理不好非常容易造成二次污染影响生态环境。但焚烧具有处置效率高、技术成熟等优点，且目前我国污泥处理缺口大，以焚烧为核心的处理方法是被认为是污泥处置最彻底、快捷和经济的方法。

5结语

短期来看，深度脱水后卫生填埋依然是很多城市的首选，但会逐渐减少被其它方式取代。焚烧方法在现阶段优势明显，但烟气治理趋严以及其带来的运行费用较高的问题是主要障碍。未来，干化焚烧以及水泥窑等的协同处置会是主流的技术手段之一。厌氧消化具有运行费用低、资源回收率高等优点，特别是热水解技术的应用较好的解决了传统厌氧的缺陷，未来也会成为污泥处理的主流技术之一。好氧发酵的优势在于其成本低，会得到经济欠发达地区的青睐。总的来说，我国目前污泥处理技术路线已基本形成，从建造投入、运营效果、资源再利用的角度来看，以厌氧消化、好氧堆肥和干化焚烧为主体的三种技术路线会是未来的主流。endprint

參考文献：

[1]

尹军，谭学军.污水污泥处理处置与资源化利用[M].北京：化学工业出版社，2005：1～28.

[2]王罗春，李雄，赵由才，等.污泥干化与焚烧技术[M].北京：冶金工业出版社，2010：1.

[3]王建华.城市污泥处置新技术发展与研究[J].中国市政工程，2013，4（167）：41～44.

[4]覃文圣.污泥处理行业迎来发展机遇[J].中国环境科学，2014（12）：1～2.

[5]戴晓虎.我国城镇污泥处理处置现状及思考[J].给水排水，2012，38（2）：1～5.

[6]Tae I.O.， Jong S. C.， Jeong E.K.，et al. A study on the dewatering of industrial waste sludge by fry-drying technology[J]. Journal of Hazardous Materials， 2009，168（1）：445～450.

[7]Stefanakisa A.I.，Akratosa C.S.，Melidisb P. ， et al. Surplus activated sludge dewatering in pilot-scale sludge drying reed beds[J]. Journal of Hazardous Materials，2009，172（2-3）：1122-1130.

[8]申维真，张宏伟，张羽.城市污泥桨叶式干化优化实验研究[J].环境工程学报，2013，7（11）：4575～4580.

Present Status Research and Analysis of Treatment and Disposal

of Sludge in the Urban Wastewater Treatment Plants

Ding Liu

（China Energy Engineering Group， Beijing， 100020， China）

Abstract： With the rapid progress of urbanization in China， the amount of sewage treatment in China is increasing， and a large amount of sludge has been produced.It has resulted in negative impact on the ecological environment.The treatment and disposal ofsludge has become a hot issue.This paper discussed the currentsituation and technologies of sludge treatmentand disposal then presented three mainstream technical routes for the sludge treatment and disposal in future.

Key words： sludge； treatment and disposal； present status and researchendprint