【技术】我国污泥处理处置技术应用与比较分析

 

 

本文分析了我国污泥处理处置技术应用现状及各相关技术的优缺点。在此基础上指出了，我国的污泥处理处置必须基于污泥的特性，从政策、技术集成，装备制造，投资模式等方面的创新，实现污泥的稳定化、无害化处置。

 

 

一、前言

污泥的处理处置一直都是环境热点问题，引发频繁的媒体报道且受到越来越多的关注。我国污水厂规模大，污泥产量大且集中。随着人口的增长和污水处理能力的提升，市政污泥的日产量已超过10万t/d。我国污泥的处理处置率低，污水厂具备浓缩、脱水等通用技术环节，但对污泥稳定化、无害化的重视不足，80%以上的污泥处理不当。此外，缺乏对全国污水厂污泥泥量、泥质的统计和分析，约15%的污水处理厂根本不提交污泥处理处置的相关数据。这也从另一个方面暴露了中国绝大部分的污泥未得到合理处置。

与国外污泥特性不同（有机质含量60-75%），我国污泥具有高含砂/低有机质的特点。有机质含量一般为30-60%，砂粒径分布比较小，粒度小于200 μm的颗粒在90%以上。我国污泥中的重金属等污染物含量也比较高，部分处置后污泥有害物质超标，产物出路难寻。针对我国的污泥特性，开展适用性研究，加快关键共性技术攻关，促进成套装备及全产业链的优化集成应用，具有现实意义。

 

二、我国污泥处理处置技术应用现状

污泥处理主要包括脱水及稳定化过程见图1。由图1可知，绝大多数污水处理厂的污泥处理处置工艺都采用了浓缩—混凝—机械脱水。此外，污泥堆肥，污泥消化和干化也有一定程度的应用。厌氧消化的主要优点为可以实现能量回收，且污泥性状稳定，在发达国家应用较多，但是该技术在中国的污水处理厂的应用不到3%。现场调查显示，近2/3的厌氧消化设施不能正常工作。究其原因，主要是因为因污水处理不充分导致的污泥中无机物含量太高，缺乏资金，管理不善，担心火灾隐患等等。污泥堆肥是另一个有发展前景的处理技术，因为它能产生宝贵的肥料。然而，农业部对污泥农用的潜在健康风险一直特别关注。此外，相应的法律也严重制约了污泥肥料的应用。

  图1 污水处理厂污泥处理处置工艺

 

大多数城市污水处理厂污泥处理的不合格大多不利于污泥的最终处置。污泥处置的费用很高，若处理不当，将对环境造成污染。目前，卫生填埋仍是我国主要的处理方式。污泥焚烧和土地利用也有一定应用。

 

三、污泥处理处置技术比较分析

1.脱水

污泥脱水是整个污泥处理工艺的一个重要的环节，其目的是使固体富集，减少污泥体积，为污泥的最终处置创造条件。为使污泥液相和固相分离，必须克服它们之间的结合力，所以污泥脱水所遇到的主要问题是能量问题。针对结合力的不同形式，有目的采用不同的外界措施可以取得不同的脱水效果。目前常用的污泥脱水设备主要有真空过滤机、带式压滤机、离心脱水机、板框压滤机和回转脱水机等。对于污泥脱水形式选择的条件，主要根据污泥的理化性质、进泥含水率、脱水后泥饼含水率、占地、一次性投资和运行费用等，进行综合比较考虑确定。

为便于污泥进一步处理处置，我国有关部门要求将城市污水处理厂产生的污泥的含水率控制在60%以内。然而，目前尚缺少能耗较低、添加剂用量少、产能大且能对污泥连续进行处理的深度脱水设备。当前市场上出现的板框式深度脱水处理机在脱水方面能满足相关的要求，但其压榨时间较长（一个循环周期时间约3h 45 min）、不能连续出料、单台设备处理能力小、设备使用寿命较短、技术有待完善等缺点限制了其进一步的推广使用。

 

2.固化剂稳定

该技术为在原污泥中加入石灰及其他固化剂，与污泥产生化学反应放出大量热，降低含水率。

主要缺点：

￭添加大量石灰、铝基材料，污泥增量；

￭污泥无法再次利用，只能填埋；

￭运营成本较高130-150元/吨。

 

3.污泥厌氧消化

厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌进行厌氧生化反应，分解污泥中有机物质的一种污泥处理工艺。厌氧消化是使污泥实现“四化”的主要环节。首先，有机物被厌氧消化分解，可使污泥稳定化，使之不易腐败。其次，通过厌氧消化，大部分病原菌或蛐虫卵被杀灭或作为有机物被分解，使污泥无害化。第三，随着污泥被稳定化，将产生大量高热值的沼气，作为能源利用，使污泥资源化。另外，污泥经消化以后，其中的部分有机氮转化成了氨氮，提高了污泥的肥效。污泥的减量化虽然主要借浓缩和脱水，但有机物被厌氧分解，转化成沼气，这本身也是一种减量过程。目前，全国污泥厌氧消化工程约有60个，正常运行的≤15个。

厌氧消化技术的主要缺点有：

（1）投资大，运营成本高、安全问题；

（2）污泥需预热耗费大量热能，不能满足维持自身需要；

（3）产生大量沼渣，需再次处理；

（4）甲烷气体难以并入市政管网利用；

（5）北方地区冬季无法运行；

（6）安全隐患，占地比较大。

 

4.污泥好氧堆肥

污泥高温好氧发酵，俗称堆肥，是指好氧环境下，利用微生物使污泥得到稳定，同时反应过程产生的高温能杀灭致病菌。经高温好氧发酵后的产物，因含有丰富的有机质、氮、磷、钾等营养物质和微量元素，在其有毒有害物质含量满足国家相关标准的情况下，对农业、园林绿化和土壤改良是有益的，发酵产物的土地利用是国外普遍采用的处置方式；在其有毒有害物质含量不满足国家相关标准的情况下，发酵产物因具有良好的吸附性和低含水率，也是垃圾填埋场良好的覆盖材料。常用的工艺有自然堆肥、封闭式堆肥、滚筒堆肥、竖式多层堆肥等。目前，全国污泥好氧堆肥工程约有35个。

好氧堆肥技术的主要缺点有：

（1）污泥泥质不稳定，中重金属难以稳定化，只能用作园林绿化用肥；

（2）堆肥过程产生大量的臭气，污染周边环境。

（3）加入大量秸秆等调理剂，不断供氧，运行成本200元/t以上。

 

5.污泥焚烧

湿污泥干化后再直接焚烧应用得较为普遍，没有经过干化的污泥直接进行焚烧不仅十分困难，而且在能耗上也是极不经济的。以焚烧为核心的处理方法是最彻底的处理方法，它能使有机物全部碳化，杀死病原体，可最大限度地减少污泥体积，但是其缺点在于处理设施投资大，处理费用高，有机物焚烧会产生二噁英等剧毒物质。为防治焚烧产生二噁英等有害气体，要求焚烧温度高于850℃。焚烧后产生的焚烧灰可以改良土壤、筑路，制砖瓦、陶瓷、混凝土填料等。

核心设备焚烧炉，主体设备为塔形，底部有多孔板，板上放置载热体砂为燃烧床，塔内衬有耐火材料，气体从底部通入，污泥进入后成沸腾流化状态燃烧。目前全国污泥干化焚烧/协同工程约有15个。

污泥焚烧技术的主要缺点有：

（1）投资大、对锅炉腐蚀严重，维护成本高；

（2）含水率80%污泥热值低，焚烧耗费大量能量，掺烧1吨多用标煤70 kg，运行成本高300-400元/t；

（3）对尾气排放影响较大，易产生二噁英等有害气体。

 

6. 污泥卫生填埋

污泥卫生填埋简单、易行、成本低，污泥又不需要高度脱水，适应性强。但是污泥填埋也存在一些问题，尤指填埋渗滤液和气体的形成。渗滤液是一种被严重污染的液体，如果填埋场选址或运行不当会污染地下水环境。填埋场产生的气体主要是甲烷，若不采取适当措施会引起爆炸和燃烧。目前我国用于填埋的土地资源紧张，污泥填埋渠道将很快没有出路。

 

7. 污泥农用

目前，对污泥土地利用的政策法规还不清楚，因此污泥的土地利用比例非常有限。污泥土地利用面临的最大瓶颈是重金属和持久性有机污染物。在重金属控制方面，德国做得较好。1977年以后，德国的污泥中大部分重金属都呈下降趋势，铜、镍等元素的含量最近几年基本趋于稳定。究其原因，德国污泥处理费用较高，主要通过水费覆盖，企业若想最大程度降低成本，必不可少的是做好污泥稳定化。并在此基础上，将污泥进行土地利用，实现资源化。

 

8.污泥的建材利用

（1）污泥制取水泥质材料

污泥含有大量的灰分，尤其是混凝法处理废水的污泥中含有大量的Al、Fe等成分，是建筑材料可用的添加剂。不过在作为建筑材料之前，有关强度的提高、凝结特性和长期稳定性还需进一步研究。另外，成本高，而且人们对产品的安全产生忧虑。

（2）污泥制陶粒

轻质陶粒一般可做路基、混凝土骨料或花卉覆盖材料使用。污泥制轻质陶粒的方法按原料不同可以分为两种，一是用生活污泥或厌氧发酵污泥的焚烧灰造粒后烧结，这种方法20世纪80年代已趋成熟，并投入应用。利用焚烧灰制轻质陶粒需要单独建设焚烧炉，污泥中的有机成分没有得到有效利用。近年来开发了直接从脱水污泥制陶粒的新技术。

目前来看，依靠某一种单一工艺，已很难满足污泥处理处置要求。针对不同地区、不同污泥种类，综合考虑气候、区域特点、建设地条件等，把多种工艺巧妙结合，以达到最佳效果，是比较理想的选择。在污泥处理工艺技术的选择上，没有最好的，只有最适合的。

 

四、污泥处理处置的加强与改善措施

改善管理政策和条例，并提高公众对这一问题的认识：

（1）确保污泥处理及处置充足的运营费用。在发达国家，污泥的处置成本包含在水价里，占比达到50%。此外，污泥处理项目必须与污水处理厂同步建设。

（2）发展新技术与装备。针对我国污泥产量大、含砂高、有机质低的特征，加快关键共性技术攻关，促进成套装备及全产业链的优化集成应用；研究大型装备，提高设备稳定性，降低故障率；开展污泥综合解决技术路线的集成研究。

（3）强化从污泥中回收能源和资源，包括污泥中磷的回收等。解决污染问题的同时，实现物质和能源的最大化回收；打破污泥土地利用的瓶颈是当前我国污泥处理处置的关键问题。污泥土地利用是一种经济、可持续的污泥处理方式，在欧洲广泛使用，但在中国却很少。

（4）推广PPP模式有助于在污泥处置中加速政企联合，为企业提供极广阔的平台，也是政府解决污泥处置环保问题的策略之一。（文：袁芳，李晓尚，王一军，张俊昊。作者单位：中环保水务投资有限公司；湘潭中环污水有限公司）