污水厂剩余污泥处理处置技术研究进展

魏亮 金星 马丽萍

(沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110000)

我国城镇污水处理大多采用活性污泥法。近年来，随着城镇污水厂规模的扩大和数量的增加，伴随而来的剩余污泥含量与日俱增，剩余污泥的妥善处理成为每个城镇亟需解决的问题，也在经济上和环境上影响着城镇的发展，剩余污泥的处理处置问题已成为人们关注的焦点。本文就目前主要几种污泥处理处置技术进行探讨。

1 剩余污泥的处理技术

污泥处理以“无害化”和“减量化”为目标，对剩余污泥进行处理以达到后续污泥处置的要求。剩余污泥的处理技术众多，主要包括污泥浓缩、污泥脱水和污泥干化等。

1.1 污泥浓缩

污水厂剩余污泥含水率较高、体积较大，为后续的处理带来很大的麻烦。污泥浓缩是通过降低污泥间隙水含量的方式，从而缩小污泥体积，实现污泥的减量化。剩余污泥含水率普遍在99%以上，经污泥浓缩处理后含水率可降低至95%～97%，同时减少了污泥体积，据已有研究表明，污泥含水率由99%降至96%，体积可减小至原来的1/4[1]。污泥浓缩主要有重力浓缩、离心浓缩、气浮浓缩和浓缩脱水一体机。目前最常用的浓缩方式是重力浓缩，重力浓缩是利用重力作用实现泥水分离，具有费用低、操作简单等优点，但存在占地面积大、处理效果较低等缺点，同时重力浓缩产生大量臭气，释磷量较大，随着国家对环境保护力度的加重，重力浓缩所占的应用比重将逐渐降低。离心浓缩是利用离心力的作用将污泥与水进行分离，离心浓缩处理效果较好，但费用较高。气浮浓缩占地面积小，运行费用高，操作复杂。浓缩脱水一体机能够将浓缩和脱水同时进行，处理效率高，具有良好的应用前景。

1.2 污泥脱水

污泥经浓缩处理后仍具有较高的含水率，含水率在90%以上，需进行脱水处理以降低含水率，减小污泥体积。污泥脱水后含水率可降至80%左右，大大降低了运输成本，降低了后续污泥处置的难度。污泥脱水分为自然干化和机械脱水2种方式。自然干化是利用自然条件实现污泥干化，达到脱水的目的，自然干化占地面积较大，处理效率较低，容易对环境造成污染，适用于土地资源丰富的地区。目前应用较多的是机械脱水，机械脱水主要包括真空吸滤、离心脱水和压滤3种方式，压滤分为板框压滤和带式压滤，其中带式压滤应用较为广泛，近年来考虑到设备成本问题，板框压滤的使用正逐年上升。机械脱水效率高，占地面积小，但设备及维修成本较高。污泥脱水效果直接影响着后续污泥处置工作的进行，不同的脱水方式决定了后续污泥处置的费用成本和效果，因此选择合适的方式进行脱水，实现污泥减量化尤为重要。

1.3 污泥干化

污泥干化的目的是对脱水后的污泥进行进一步处理，降低含水率，减少污泥体积，实现污泥减量化，减轻后续处置的难度。污泥干化技术可分为自然干化和热干化2种。自然干化成本低、操作简单，但占地面积较大，受自然条件影响严重，容易对环境造成污染，仅适用于土地资源丰富且气候干燥地区。近年来污泥干化主要以热干化为主，热干化分为直接干化和间接干化，污泥经热干化处理后性质稳定，同时可将病菌杀死，实现污泥的无害化和稳定化。直接热干化效率高，处理效果好，热损失少，但能耗大，运行费用较高且易产生大量废气和臭味污染环境；间接热干化成本相对较低，干化效果良好，污染性气体的排放量较少，因此相对于直接热干化，间接热干化的应用更为广泛。近年来，随着对环境保护要求的严苛，污泥干化技术得到了进一步发展，形成许多新兴干化技术，包括太阳能干化、化学干化和微波干化等，但由于技术条件限制和环境制约，在实际工程中并未得到广泛应用。

2 剩余污泥的处置技术

污泥处置是在国家法律规定的基础上解决污泥的最终出路问题。污泥处置需结合当地的环境条件与水厂工艺，通过采取合适的技术手段，以无害化为前提，解决污泥造成的环境问题，实现污泥的减量化与资源化。传统的污泥处置主要包括卫生填埋、土地利用、污泥焚烧和污泥建材利用等。

2.1 卫生填埋

卫生填埋始于20世纪60年代，是将污泥经简单处理后运输至指定地点进行填埋的一种处置手段，可分为单独填埋和混合填埋2种方式。卫生填埋具有操作简单、处理量大、投资低、效果显著等优点，因此在早期卫生填埋成为许多国家处置污泥的主要技术。根据填埋泥质标准，进行卫生填埋时，污泥含水率不得超过60%，含水率过高会增加运输成本，影响设备的正常运行，容易产生臭味同时渗滤液会造成环境污染。污泥填埋处理不当会产生大量CO2和CH4等温室气体，对环境造成污染，同时CH4作为一种能源气体没有得到充分利用，造成资源浪费。

近年来，随着剩余污泥产量的增加以及土地资源的愈发紧张，许多发达国家开始限制卫生填埋方式的使用。英国卫生填埋比例从1980—2005年由27%下降到6%[2]，并于1996年开始征收卫生填埋税；目前法国已禁止使用卫生填埋对污泥进行处置[3]；欧盟卫生填埋比例从1992—1998年下降6%，且目前卫生填埋管控更为严格[4]。卫生填埋较其它处置方法相对落后，我国卫生填埋的污泥所占总污泥的比例越来越小，且我国已明确规定，只有不具备土地利用价值和不适合做建筑材料的污泥才可以采用卫生填埋的方式进行处置。

2.2 土地利用

污泥的土地利用是将污泥处理后用于农田、林业、市政绿化和土地修复等方面，是实现污泥资源化利用的一种处置手段。污泥中含有丰富的氮、磷、钾等营养元素及其它有机物质，可改良污泥的理化性质，增强土壤肥力[5]，促进植物生长。污泥农用可改善农田结构，增加通气性和透水性[6]，提高农田土壤养分含量，降低肥料投资成本，但污泥农用需考虑重金属和病原体通过食物链进入人体的风险[7]；污泥用于林业与市政绿化可节省化肥的使用，促进树木、花卉的成长，提高观赏品质，不必考虑食物链污染问题，因此这种方法具有很好的发展前景；污泥用于土地修复可改善土壤特性，恢复生态环境，促进地表植物生长[8]，这种方法对人类的影响比较小，同时也不用考虑食物链污染。

土地利用途径广泛，但部分污泥中盐含量较高，过高的盐含量会抑制植物的养分吸收甚至会危害植物本身；某些污水厂会出现重金属超标的现象，重金属易对土壤造成二次污染[9]；未经处理的污泥中可能含有某些病原细菌及寄生虫卵，其会通过众多途径造成公共卫生问题[10]；氮、磷元素过高容易产生水体富营养化以及地下水污染等问题。因此，进行土地利用前需对污泥进行严格的处理工作，保证污泥的安全利用。

2.3 污泥焚烧

污泥焚烧是在氧气充足的条件下，在焚烧炉内对脱水后污泥进行焚烧的一种高温热处理技术，焚烧过程中有机物被碳化，病原菌被杀死。污泥焚烧可分为单独焚烧和协同焚烧，单独焚烧是将脱水后的污泥置于单独建设的焚烧设备内，通过辅助燃料的作用单独进行焚烧；协同焚烧是利用已有工业设施对污泥进行焚烧，与发电厂、水泥窑进行协同焚烧是目前的主要焚烧方式。

污泥焚烧具有占地面积小，处理时间短及适用范围广等特点，经焚烧后的污泥减量化程度彻底，无害化效果稳定，同时焚烧产生的热量可用于电厂发电和供热热源，焚烧后的剩余物可作为土壤改良剂和水泥添加剂，实现污泥的资源化利用。但污泥焚烧存在能耗大、投资成本高等缺点，有研究调查[11]表明，污泥焚烧的投资成本约为卫生填埋的3倍，为污泥堆肥的2倍。污泥焚烧过程中会产生大量废气、飞灰等有毒有害物质对大气环境造成二次污染，因此在焚烧过程中应加强对废气和飞灰的控制和回收处理。目前污泥焚烧技术主要在日本、美国、欧洲等发达国家和地区得到广泛应用，日本污泥焚烧比例占60%左右[12]，德国焚烧比例在50%以上[13]，而我国焚烧技术应用较少，主要集中在深圳、山东以及江浙一带[14]。

2.4 污泥建材利用

污泥中除丰富的有机质外，还含有20%～30%的钙、铁、铝、硅等无机物。污泥建材利用是利用污泥中无机成分与建筑材料物质组成相似性，通过向污泥中添加辅助材料，经无害化处理后制成建筑材料，实现污泥的资源化利用。污泥建材利用用途广泛，包括制作水泥、轻质陶粒、生态砖、纤维板等。污泥制水泥技术成熟、投资成本低、操作简单、便于管理。污泥制水泥基本特性与普通水泥相似，稳固性与固化时间强于普通水泥[15]，但存在设备腐蚀和产生有毒有害气体等问题；污泥制轻质陶粒具有强度高、保温性强、耐火隔热等特点，可用于吸附剂、路基和建筑原料等，用途广泛，但制陶粒时要注意污泥中的化学成分含量稳定；污泥制砖有污泥焚烧残渣制砖和干化污泥制砖2种主要形式，目前干化污泥制砖应用相对广泛，污泥制砖具有节省能耗、砖质轻、孔隙多等优点，能够实现固化重金属、杀死病原菌以及去除臭味的效果。污泥制砖需控制污泥掺量在10%～20%[16]，同时面临市场接受度低和质量问题。污泥建材利用可以实现污泥资源化，但为了保证产品质量，需进一步对相关技术进行研究优化。

3 结语

剩余污泥的处理处置要以无害化、减量化为目标进而实现资源化，以上几种技术具有一定的局限性，且消除有害物质、减少环境二次污染的效果不够理想，对污泥中资源的利用程度较低，因此未来污泥的研究重点应放在污泥资源化方向，同时取得环境效益和经济效益。