污水处理厂污泥处理与处置探究

谭杞安 王 奎

（1 清远市清环环保有限公司 广东清远 511500 2 清远市供排水处理中心 广东清远 511500）

引言

2021 年我国常住人口城镇化率超过了60%，达64.72%，较2020 年增长了0.82 个百分点。随着城镇化进程的持续增长，我国城镇居民生产生活污染防治工作也在持续推进，无论是城镇污水处理基础设施建设，还是相应的污水管网系统配套，均在不断的完善。且随着环境污染防治领域投入的不断增大，全国城镇居民生活污水处理能力也在逐年增长。根据2022 年住建部发布的上一年《2021 年度城乡建设统计年鉴》所公布的数据显示，截至2021 年底，我国城市共建成了2827 座污水处理厂，污水处理能力达到2.0767 亿m3/日，全国城市建成的排水管道总长度达到了87.228 万公里，年污水排放量625.076 亿m3/年，分别较2020 年增长了109 座、1500 万m3/日、6.96 万公里、53.7 亿m3/年。无论是污水排放量、处理基础设施建设，以及污水处理能力均实现了大幅提升。由此所产生的污泥量也不断增加，2021 年全国污泥产生量达8818.5 万吨。加强污水处理厂污泥处理处置，实现污泥处理处置的“三化”，变废为宝，成为研究的主流。城市污水处理厂污泥量、泥质受自然条件、生活习惯等因素影响，其差异性也较大。因此，要认真研究污水处理厂污泥特点、处理处置方法，采取适宜的处理处置措施，提升处理处置的针对性、实效性[1]。

目前，城市污水处理厂污泥处理处置过程中还普遍存在一些相对突出的共性问题：处理处置基础设施投入不足。一些污水处理厂没有污泥干化设施和专门的污泥处理设备，年处理处置能力无法满足日益增长的污泥量。每年所产生的污泥大多是经过简单浓缩-脱水处理，含水率依然较高；污泥未经无害化处理处置，环境影响隐患大。尤其是临时堆场周边没有进行专门的防渗漏处置，臭味、渗滤液等对周边大气、土壤、地下水等污染风险较大。污水处理厂运行费用保障不足。污水处理厂污泥运行费用主要用以满足污泥外运，相应的深度处理处置费用保障不足，限制了污泥处理处置，以及资源化再利用[2][3]。

1 污水处理厂污泥特性分析

完整的二级处理系统与污泥处理系统组成了城镇污水处理厂典型工艺流程。其中，格栅、沉砂池、初次沉淀池组成了污水处理厂一级处理系统。通过初次处理，实现固体污染物，以及非溶解性、溶解性悬浮物去除；胶体和溶解状有机污染物经二级处理系统处理。通过某污水处理厂污水处理产生的污泥特性进行分析，其主要表现出如下特点[4～6]：污水处理后，产生的大量污泥，污泥中含有的污染物营养物丰富，经检测，污泥中富含氮磷、有机物等营养物质；热值高，焚烧处理可实现热能再利用；污泥含水率较高，需要对其进行预处理后，降低含水率；污泥处理需应满足标准要求。

1.1 营养物丰富

2022 年3 月，对广东省某市污水处理厂产生的污泥进行泥质化验分析，污泥中的营养物十分丰富，城区与城郊地区污泥泥质营养物含量均丰富，且存在一定差异性。如，中心城区污水处理厂产生的污泥，其氮、磷、钾，以及有机质含量较高。经检测分析，污水处理厂污泥中氮含量为3.5%，磷含量为2.1%，钾含量为4500mg/kg，有机质含量为61%。城镇郊区污水处理厂产生的污泥泥质，其中，氮含量为4.3%，磷含量为2.8%，钾含量为750mg/kg，有机质含量为55%。

1.2 较高的热值

经过对某城市污水处理厂污泥泥质的热值进行研究发现，城区污水处理厂含水率10%的干污泥，其污泥燃烧的热值达到了2800 卡路里/千克，相当于热值为6000 卡路里/千克标准煤的0.47 千克燃烧产生的热值。污水处理厂较高的污泥热值，使其在后期的处置处理中面临着更多的选择，具有较高的资源再利用价值。

1.3 污泥理化性质

从全市污水处理厂污泥的相关理化分析，其pH值大多在6.0-7.6 之间，污泥的含水率主要在60.1%-84.5%之间，污泥平均含水率在72%左右。污泥资源化利用过程中，对生活污水焚烧及建筑材料资源化利用过程中的污泥含水率均有一定要求，通常，需要根据其理化性质做相应的预处理，进一步降低其含水率。

1.4 符合标准要求

随着全市产业结构的持续调整、优化，城区工业废水的排放量持续减少。城镇居民人数的增加，生活污水排放量占比也在逐年增加，无论是城区还是城郊，污水处理厂中的污泥重金属含量均在持续降低，已经满足了《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质标准》、《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》等相关现行资源化利用标准。

从上述情况分析来看，该市污水处理厂污泥热值较高、养分丰富，且，重金属离子及有毒有害有机物含量低，污泥后期处理处置可供选择的途径多。例如，热值可作为焚烧发电实现利用；有机养分又可以作为土地资源化种植利用。

2 污水处理厂污泥处理处置方法

目前，处理城市污水处理厂产生的污泥方法主要有厌氧消化、好氧消化、浓缩和脱水等。而处置的方法则主要有土地利用、建材利用和填埋、焚烧等。具体来说，其处理处置应遵循减量化、无害化、资源化原则，选择浓缩、厌氧消化、好氧消化、脱水等方法处理，并将处理后的污泥作为土地利用、建筑材料、污泥填埋或者焚烧等处置方式，不同的处理方法和处置方式，均对污泥的进一步处理提供技术方案支持和选择[7～10]。

2.1 应用原则

鉴于污水处理厂污泥的理化特性，对其污泥进行减量化、无害化和资源化处理处置，实现污泥处置和资源再利用。

（1）减量化

从减量化来说，鉴于城市污泥中普遍具有较高的含水率，通过提高含固率，降低污泥体积，为后期处理处置奠定基础。此外，还需要对污泥进行脱水处理，进一步做好减量化。

（2）无害化

此外，城市污水厂污水处理产生的污泥，还含有一定的重金属元素，使其在处理过程中具有一定有毒有害性，无害化处理是防止污泥二次污染。

（3）资源化

此外，污泥中含有较高有机质，具有较高的资源再利用价值，选择厌氧消化产生沼气，实现资源再利用，也可通过堆肥处理获取有机肥，实现污泥的资源化利用。污泥较高热值，可作为焚烧发电原料。

2.2 处理方法

（1）浓缩

污泥含有较高水率，需要通过污泥浓缩处理，初步实现污泥减容。浓缩处理能够提升后续设备利用容量，以及构筑物容积。污泥浓缩法主要有重力浓缩、带式浓缩、隔膜浓缩、生物浮选浓缩等等，经污泥浓缩处理，可使其含水率实现大幅降低。

（2）厌氧消化

即，在无氧背景下，由兼性菌、专性菌细菌分解污泥中有机物，将污泥有机物进一步分解成甲烷气、二氧化碳，稳定污泥特性。厌氧消化污泥技术包括中温厌氧消化、高负荷消化及两级消化。

（3）好氧消化

在有氧条件下，采取好氧堆肥处理污泥，利用好氧菌吸收、氧化、分解污泥废物，利用微生物将污泥中的有机物氧化为无机物，释放能量，可供污泥中微生物活动，以及将有机物合成新的细胞质，使有机物不断繁殖，产生更多生物体，进行污泥处理。

（4）脱水

污泥含水率高，将污泥中的吸附水、毛细水及细胞内水分离，实现污泥脱水效果，可极大地降低污泥体积，为进一步处理处置提供便利。

2.3 处置方法

处置主要是决定污泥的去向，从其去向不同，可将污泥的处置分为：

（1）土地利用

生活污水处理后的污泥，可用于市政园林绿化，土壤修复。例如，将无害化处理后的污泥，用做草坪、花卉、灌木，以及人行道树木栽种过程中基质、营养土或肥料。而土壤修复，则需要根据标准和规定，使其经处理后，重金属含量达到土壤污染风险管控标准背景值，符合应用条件。

（2）建筑材料

生活污水处理后产生的污泥，经无机化处理，可将其作为水泥添加料，制砖或市政路基建设材料，实现资源化再利用。

（3）污泥填埋

根据生活污水处理厂产生的污泥特性及实际，选择单独填埋或混合填埋。前者，就是将污泥单独填埋至相应专业填埋场；后者，则是将污泥与其他生活垃圾进行混合填埋。

（4）污泥焚烧

污水处理厂产生的污泥具有较高的热值，利用焚烧炉将经脱水处理的污泥进行加温干燥，通过高温焚烧，去除污泥中的有机物。最终，污泥成为少量灰烬。

3 污水处理厂污泥处理处置方式

以某市污水处理厂为例，设计污水处理量为5 万m3/d，实际污水处理量为6 万m3/d，产生的污泥量约为150-200m3/d，含水率为98%-99%。其污泥处理处置的工艺：采用CASS 好氧工艺，浓缩、脱水后外运填埋。即，“污泥—浓缩（重力）—脱水（机械）—填埋（外运）”。但，这样的处理处置也存在一些现实问题：生活污水处理厂污泥含有寄生虫等病原体，少量重金属经吸附、沉淀转至污泥中，由于没有对重金属做相应的处理，外运填埋易造成环境二次污染，填埋渗滤液会加重周边环境污染（见表2）。为此，选择对原处理处置工艺做进一步优化处理。

从表1 可知，某市污水处理厂产生的污泥中，其有机物养分含量高，可满足植物、农作物生长所需。且，该污水处理厂位于城郊地区，与外运填埋相比，将其污泥进行无害化处理，并作为农用土地处置，既可节约日常外运运输所需费用，也可实现了污泥的资源化再利用。但从表2 中的数据显示来看，该污水处理厂处理产生的污泥，含有一些重金属元素，这些重金属元素使其不能超过了农用地标准，因此，需要对其进行进一步处理，防止在土地利用过程中产生二次污染，经食物链进入人体，危害人类健康。此外，污泥中还含有寄生虫等病原体，也会造成污染风险。

表1 某污水处理厂污泥理化情况一览表

表2 某污水处理厂污泥重金属情况一览表（mg/kg）

3.1 处理

根据对污水处理厂污泥处理的工艺方法进行比选，针对污泥中丰富的营养物质含量，以及氮、磷等元素，厌氧发酵、好氧堆肥均符合污泥处理应用。但与厌氧发酵相比，好氧消化在实际应用中，工艺技术更为成熟。将污水处理厂产生的污泥，为满足堆肥处理农用，可先对其进行臭味消除，杀死污泥中的寄生虫及病原体，降解有机物毒性，固化、钝化污泥重金属，进一步改善污泥物理性状，并降低污泥中的含水率。目前，好氧消化主要有反应式、发酵槽式和多垛式。鉴于该污水处理厂位于工业园区，附近有其他工业生产企业，综合不同工艺技术的情况，选择发酵槽式堆肥处理，该工艺技术处理污泥具有处理自动化程度高，处理周期短、效率高，日处理污泥量大，且污泥处理后质量十分稳定的优点，满足资源化再利用。此外，该工艺技术还可以有效控制臭气[11]。

3.2 处置

从污水处理厂处理后的污泥排放量来看，选择好氧堆肥，经脱水处理后，其含水率由98%降至70%，污泥具有较高黏性，没有结构强度，氧气难以通入污泥，因此，难以直接对其进行堆肥。为此，还需要进一步调整其含水率。鉴于污水处理厂处于城郊地区，周边农业种植产生大量秸秆等有机辅料，可将其作为堆肥调理剂，增强资源化利用效率。具体来说：污泥脱水进入发酵槽，再通过通风及机械翻堆供氧、排气，温度达到35℃-45℃，利用中温菌分解物质，并产生能量，进一步升高污泥温度，当温度达到65℃左右，高温菌进一步分解有机物含量，此时，污泥热量逐步下降，经此2-10d的第一次发酵，可去除有机物。为进一步去除其中的有机质含量，再进行二次发酵，并添加一定比例的氮、磷、钾等原料，将二次发酵污泥制成颗粒肥，用于施用场地所需[12]。在处置时，选择容器式高速发酵工艺，这也是目前新开发的一种用于加速污泥发酵新技术。在污泥一次发酵过程中，由于在密闭容器中进行，该容器配备有自动排气、供气、除臭、搅拌、加热，以及相应的温度控制系统，在污泥处置过程中，可有效供应其水分、供氧量，以及相应的发酵温度，使污泥发酵始终控制在最佳环境，缩短污泥发酵时间，提高污泥发酵质量。经过发酵后，污泥可用于有机肥，实现污泥的二次再利用。

结语

综上，按照“减量化、资源化、无害化”的处理原则，以及资源节约型、环境友好型社会建设的需要，利用资源循环利用为导向，统筹城乡发展和乡村振兴战略，城市污水处理厂污泥处理处置综合考虑其污泥产生量、污泥特性，以及邻近热源的情况等，确定相应的处理处置方案：

首先，城市发展规模大，日处理污泥需求量大，附近又有相应的工业热源。针对这类情形，可将城市污水处理厂产生的污泥作为发电等干化热源，将污泥进行干化处理，并将其制作锅炉焚烧发电的替代燃料，将污泥作为发电厂的热源，最大限度地发挥污泥的资源化再利用。

其次，城市发展规模较小，日产污泥量较少的污水处理厂，且周边没有相应的工业热源，周边有距离较近的水泥厂。针对此情形的，可直接将污水处理后产生的湿污泥运至水泥厂，利用水泥厂相关污泥干化设施，利用水泥窑生产过程中产生的余热进行污泥干化，待污泥干化后，又可将其作为水泥厂水泥窑燃料来源，实现污水处理厂污泥的资源化再利用。

再次，城市发展规模小，污水处理厂日产污泥量小，且布局十分分散的污泥处理厂，尤其是城郊周边的小型污水处理厂，应将这些处理厂产生的污泥集中运往专门的污泥堆肥场所进行处理处置。与城市相比，城郊地区土地资源相对丰富，为污泥堆肥集中处理处置提供了广袤场所，实现就地消纳。

最后，除了上述相应的处理处置措施外，城市污水处理厂污泥处理处置还需要进一步加大基础资金投入力度，鼓励走市场化之路，鼓励更多第三方企业参与城市污水处理厂污泥处理处置。政府相关部门应进一步完善运营机制，从市场准入、税收减免、考核监管等方面，完善市场化运行机制。加大科技创新力度，鼓励引进先进的技术工艺，积极推广国内外成熟、先进的技术、设备，不断提高城市污水处理厂污泥处理处置效率，实现无害化和资源化处理。