看看汙水處理後的汙泥是如何處理

城市汙水處理廠的副產物·✘，城市汙泥產量巨大且成分複雜·✘，如何合理處置城市汙泥己越來越受人們關注✘✘✘·。城市汙泥含有大量有機物₪╃、氮₪╃、磷等營養物質·✘，經過適當處理可以變廢為寶·✘，探究適合我國國情的合理處置和利用汙泥技術具有重要現實意義✘✘✘·。本文闡述近年來國內外城市汙泥的常用處置技術·✘，同時分析不同技術的優缺點·✘，擬為讀者提供目前城市汙泥處置及汙泥資源化利用的基本思路₪╃、發展狀況和脈絡✘✘✘·。

一₪╃、國內外城市汙泥常用處置技術

目前汙泥處置技術主要有3種☁│：衛生填埋₪╃、汙泥焚燒₪╃、土地利用✘✘✘·。城市汙泥處置技術因各國經濟₪╃、社會發展水平不同而有所差異☁│：西方發達國家工業化較早·✘，汙泥處置技術較為完善·✘，其汙泥土地利用佔相當大的比例·✘，例如美國汙泥土地利用佔汙泥產出總量的33%·✘，英國佔55%·✘，法國佔50%·✘，葡萄牙高達80%✘✘✘·。根據住建部統計資料·✘，截至2014年底·✘，我國透過建材₪╃、焚燒₪╃、堆肥化₪╃、衛生填埋等無害化處置的汙泥約佔56%·✘，未能達到國務院《“十二五”全國城鎮汙水處理及再生利用設施建設規劃》中要求的80%的處置目標✘✘✘·。

二₪╃、城市汙泥處置技術綜述

1.衛生填埋

汙泥衛生填埋技術開始於20世紀60年代·✘，分為混合填埋和單獨填埋✘✘✘·。混合填埋指汙泥與生活垃圾充分混合₪╃、平展₪╃、壓實·✘，最後填埋處置;單獨填埋指汙泥經過簡單滅菌處理·✘，在專門填埋場地進行填埋處置·✘，在其上覆以惰性₪╃、黏性土壤·✘，種植綠色植物進行生態修復·✘，分為溝填₪╃、掩埋和堤壩式填埋三種類型✘✘✘·。衛生填埋技術操作簡單₪╃、汙泥無需高度脫水(自然幹化)₪╃、無毒無害化成本較低✘✘✘·。但同時衛生填埋技術自身也存在許多問題·✘，如處理週期過長(汙泥穩定化時間為2-7年)·✘，侵佔土地嚴重·✘，填埋坑的滲濾液可能導致土壤和地下水汙染等✘✘✘·。

由於土地資源有限₪╃、滲濾液對土壤及地下水的潛在汙染風險·✘，使填埋技術進一步發展受到限制✘✘✘·。近年來發達國家汙泥衛生填埋處置所佔比例越來越低·✘，英國城市汙泥衛生填埋比例由1980年的27%下降到2005年的6%·✘，並徵收汙泥衛生填埋處置稅；法國自2005年起禁止汙泥填埋；2009年後美國關閉大多數汙泥填埋場✘✘✘·。我國在2009年釋出的《城鎮汙泥處理廠汙泥處理處置及汙染防治技術政策(試行)》明確規定·✘，不具備土地利用和建築材料綜合利用條件的汙泥才可以採用衛生填埋處置·✘，同時越來越多的地區開始減少甚至限制填埋場的建設✘✘✘·。

2.汙泥焚燒

汙泥焚燒技術是在有氧條件下對汙泥高溫熱處理的技術·✘，常用於處置毒性強₪╃、危害大的有機汙泥和剩餘汙泥✘✘✘·。城市汙泥中含有大量有機物和纖維木質素·✘，脫水乾化後直接焚燒·✘，有機物全部碳化·✘，同時徹底殺死汙泥中病原菌與蟲卵·✘，最大限度地減少汙泥體積·✘，最終成為更加穩定的灰渣✘✘✘·。

汙泥焚燒技術處理速度快·✘，無害化徹底·✘，無需長時間儲存·✘，處置佔地面積小·✘，同時餘熱可用於發電或供熱等✘✘✘·。汙泥焚燒裝置主要有立式多段爐₪╃、同轉窯焚燒爐和流化床焚燒爐✘✘✘·。目前汙泥焚燒技術在西歐和日本己得到廣泛應用·✘，日本的汙泥焚燒量己佔汙泥處理總量的60%以上·✘，歐盟也在10%以上✘✘✘·。我國第一座大型汙泥焚燒處理設施——深圳市市政環衛綜合處理廠於1988年11月投產·✘，己執行約20年·✘，為汙泥焚燒發電積累了許多經驗;2005年建立的青島汙泥焚燒發電工程·✘，日處理汙泥量可達26t·✘，每小時可發電700多度✘✘✘·。

汙泥焚燒技術也存在一些問題✘✘✘·。首先汙泥含水率較高(多在60%以上)·✘，燃燒要求高·✘，導致處理設施投資大·✘，能耗高·✘，處理及維護費用高；其次·✘，汙泥焚燒易產生有毒有害氣體例如酸性氣體₪╃、二噁英等·✘，容易產生二次汙染✘✘✘·。據日本國土交通省統計·✘，汙泥焚燒過程中產生的N2O的量佔汙水處理行業溫室氣體排放總量21%；另外·✘，汙泥中含有大量有價值的生物資源·✘，焚燒後此類資源未得到充分利用·✘，不符合可持續發展需求·✘，因此這些問題限制了汙泥焚燒技術的進一步推廣✘✘✘·。

3.土地利用

城市汙泥含有豐富的有機質₪╃、氮₪╃、磷₪╃、鉀等有益成分·✘，同時具有強黏性與強吸水性·✘，能明顯改善土壤的物化性質·✘，有利於形成土壤團粒₪╃、提高團粒的水穩定性和保水能力·✘，減少水土流失·✘，顯著提高土壤肥力與生物活性·✘，實現農業生態環境的良性迴圈✘✘✘·。因此土地利用也是城市汙泥處置的重要潛在途徑之一✘✘✘·。

雖然汙泥可以用於鹽鹼地₪╃、沙地及受損土壤的修復改良·✘，但由於城市汙泥中也含有某些有毒有害物質和病原體₪╃、寄生蟲卵等·✘，若汙泥未經預處理直接土地利用·✘，濃度過高的氮₪╃、磷物質會導致地下水汙染;重金屬(汞₪╃、鋅₪╃、鉻₪╃、鉛₪╃、鎳等)可能造成土壤的二次汙染·✘，並有可能透過食物鏈進入人體；另外·✘，病原體₪╃、寄生蟲卵會對環境和公共衛生造成影響✘✘✘·。這些都是汙泥土地利用在實際應用中亟需解決的問題✘✘✘·。

三₪╃、城市汙泥的資源化利用

從經濟發展₪╃、資源開發利用₪╃、城市生態環境保護等方面來看·✘，城市汙泥處置的理想出路是資源化利用✘✘✘·。城市汙泥資源化利用應遵循“安全環保₪╃、迴圈利用₪╃、節能降耗₪╃、因地制宜₪╃、穩妥可靠”的基本原則✘✘✘·。其中安全環保是必須堅持的基本要求；迴圈利用是努力實現的重要目標；節能降耗是充分考慮的重要因素；因地制宜是方案比選決策的基本前提；穩妥可靠是貫穿始終的必需條件✘✘✘·。目前幾種主要的汙泥資源化技術如下✘✘✘·。

1₪╃、城市汙泥農用資源化

(1)城市汙泥堆肥化

汙泥堆肥化技術是從20世紀60年代迅速發展的一項新興生物處理技術·✘，其屬於汙泥土地利用的一種資源化技術·✘，被認為是最有發展潛力的一種處置技術✘✘✘·。汙泥堆肥化的主要機理是☁│：汙泥中不穩定的有機質在微生物發酵作用下·✘，降解和轉化為腐殖質·✘，病原菌與蟲卵被殺死·✘，同時一定程度上消除惡臭✘✘✘·。

汙泥堆肥化的工藝流程一般為前處理——次發酵——二次發酵——後處理·✘，其優點是投資少₪╃、能耗低₪╃、執行費用低·✘，堆肥產品便於儲存₪╃、運輸和使用✘✘✘·。日本在20世紀90年代末己建35座汙泥堆肥廠；目前英國₪╃、法國₪╃、瑞士₪╃、瑞典和荷蘭等國家城市汙泥的農用資源化達汙泥總量的50%左右·✘，盧森堡達80%以上✘✘✘·。

汙泥堆肥化技術雖然是目前最有發展潛力的一種處置技術·✘，但是由於國內很多汙水廠混入工業汙水·✘，汙泥中含有潛在的汙染物質造成汙泥堆肥化技術受到限制✘✘✘·。目前國家農業部己透過嚴格把控汙泥製品的肥料證的方式限制汙泥製品進入食物鏈或生態系統·✘，因此對汙泥堆肥化產品的後續發展還有待於進一步研究✘✘✘·。

(2)城市汙泥消化制沼氣

汙泥消化制沼氣己有100多年的歷史·✘，20世紀80-90年代開始逐步實現規模化和工業化✘✘✘·。城市汙泥含有大量有機物·✘，經厭氧消化可分解成穩定物質·✘，實現汙泥減量化和無害化處置·✘，同時產生以甲烷為主的沼氣✘✘✘·。現代工業化汙泥生產沼氣是將汙泥置於特定的反應器內·✘，根據汙泥不同成分·✘，透過對反應器內厭氧環境的實時監控和調節·✘，充分利用微生物參與有機物的逐級發酵降解·✘，針對國內某些地區汙泥有機質比例偏低·✘，可考慮與餐餘垃圾協同發酵·✘，最終實現甲烷化✘✘✘·。反應後的殘渣(僅剩原總量的40%)中仍存在大量豐富營養成分·✘，可作為有機肥料或土壤改良劑用於農田₪╃、土壤的修復與改良等✘✘✘·。該技術資源化₪╃、無害化程度高✘✘✘·。

2₪╃、城市汙泥的建材資源化

(1)城市汙泥制生態水泥

我國建材行業是天然礦物和能源的高消耗行業·✘，每年生產各種建築材料需消耗50多種資源·✘，給環境帶來沉重負擔✘✘✘·。城市汙泥含有20%-30%的無機物·✘，尤其是混凝法處理廢水的汙泥中含有大量的鋁₪╃、鐵等成分·✘，經焚燒後灰渣可替代部分水泥原料；其新增一定量的石灰·✘，高溫焚燒製得質量符合國家標準的生態水泥✘✘✘·。

汙泥制水泥技術管理簡便₪╃、可操作性強₪╃、汙泥處置成本低₪╃、節約資源保護環境·✘，符合迴圈經濟和可持續發展戰略✘✘✘·。發達國家利用城市汙泥生產水泥己有豐富的經驗·✘，例如日本利用城市汙泥焚燒灰渣和下水道汙泥為原料實現水泥的批次化生產·✘，並於2001年建成世界上第一座生態水泥廠·✘，年產量11萬噸水泥✘✘✘·。

(2)汙泥制輕質陶粒

輕質陶粒是一種人造輕質粗集料·✘，因質地輕₪╃、強度高₪╃、保溫性好等特性備受關注·✘，可用作路基₪╃、混凝土骨料或花卉覆蓋材料·✘，是一種具有發展潛力的新型建材✘✘✘·。相關方面的研究於20世紀80年代己趨成熟·✘，並己進行大規模應用✘✘✘·。製備機理是用汙泥做主要原料·✘，黏土和爐渣做輔助料·✘，經過焙燒₪╃、成球形成具有一定硬度的汙泥陶粒·✘，常見的技術方法有同轉窯焚燒技術✘✘✘·。

(3)汙泥制磚

汙泥制磚是指將汙泥經過一定處理篩選後·✘，與其他原料或外加劑混合(如黏土₪╃、頁岩₪╃、煤研石₪╃、粉煤灰)·✘，加壓成型·✘，焙燒後製得汙泥磚✘✘✘·。該方法不僅在坯料中封存汙泥中的有毒重金屬·✘，殺死有害病菌·✘，實現汙泥資源化；同時充分利用汙泥熱值·✘，製成的汙泥磚空隙多₪╃、磚質輕·✘，具有一定的隔音隔熱的效果·✘，而且完全沒有異味✘✘✘·。經過條件最佳化·✘，汙泥磚的主要指標可達到普通燒結磚的國家標準·✘，具有高抗壓強度₪╃、重量比同體積的普通磚輕等優點·✘，可節省10%的能耗·✘，10%-15%的黏土土資源✘✘✘·。常見的汙泥制磚有兩種方法·✘，分別為汙泥焚燒灰制磚和幹化汙泥直接制磚·✘，目前市場上以幹化汙泥直接制磚為主·✘，其工藝主要是透過人工烘乾或自然晾乾將汙泥幹化後進行磨細處理·✘，之後和其他原料混合加壓成型燒製成磚·✘，汙泥制磚主要技術要點是控制汙泥摻量(10%-20%)·✘，當汙泥摻量高於30%時·✘，汙泥磚抗壓強度己不能達到磚的效能標準✘✘✘·。

3₪╃、汙泥的環境資源化應用

(1)汙泥制黏結劑

城市汙泥含有大量有機物·✘，有一定黏結效能與熱值·✘，可用於製備型煤黏結劑✘✘✘·。城市汙泥替代白泥可以改善高溫下型煤的內部孔結構不通·✘，提高成型煤的氣化反應性·✘，降低燃燒後灰渣中的殘炭·✘，提高碳轉化率·✘，同時汙泥在高溫氣化爐內被處理·✘，可以有效防止二次汙染✘✘✘·。實驗研究表明煤中摻入20%左右的城市汙泥(含水率為80%)·✘，不會影響煤的燃燒特性·✘，相反改善和提高煤的燃燒效能✘✘✘·。

(2)汙泥制吸附劑

活性炭是一種常見的高效吸附劑·✘，但是製備商品活性炭的原材料昂貴·✘，其是導致活性炭生產成本高原因之一✘✘✘·。理論上幾乎所有含碳物質均可用作製備活性炭的原材料·✘，而城市汙泥含有豐富的有機碳✘✘✘·。以含碳較多的生化汙泥為原料在一定高溫下可以透過化學途徑將其製成含碳吸附劑·✘，可用於處理汙水處理✘✘✘·。

4₪╃、汙泥其他資源化應用

(1)汙泥制動物飼料

汙泥中含有大量有價值的營養物質·✘，粗蛋白佔28.7%-40.9%₪╃、灰分佔26.4%-46.0%₪╃、纖維素佔26.6%-44.0%,脂肪酸佔0%-3.7%·✘，且汙泥蛋白中含有幾乎所有家畜飼料所需的氨基酸·✘，各種氨基酸之間相對平衡·✘，因此可以將淨化處理後的汙泥加工成汙泥飼料✘✘✘·。研究表明將汙泥飼料用來餵魚·✘，可提高魚的產量·✘，同時用汙泥飼料與一般飼料混合(混合比例為9☁│：1)飼養的雞與用一般飼料飼養的雞對照·✘，雞的體重有所增加·✘，產蛋率也有提高✘✘✘·。但是如果汙泥未經預處理而被製成汙泥飼料·✘，汙泥飼料中的有毒物質在動物體內的積累·✘，可能會造成的潛在危害·✘，其影響還有待於進一步研究✘✘✘·。

(2)汙泥低溫裂解制油

汙泥低溫裂解制油研究開始於20世紀80年代·✘，己成功應用於處置市政汙泥✘✘✘·。該技術是把含水率約為65%的汙泥在無氧條件下加熱升溫至4500℃左右·✘，在催化劑作用下汙泥中的脂肪烴化合物轉化為油₪╃、炭₪╃、不凝性氣體和反應水✘✘✘·。

汙泥低溫熱解制油技術的產物如氣體和油有很高的熱值·✘，是潛在的燃料✘✘✘·。目前該種技術在國外己開始用於生產實踐·✘，加拿大正在進行中試實驗·✘，澳大利亞柏斯建造了世界上第一座工業規模的汙泥煉油廠·✘，處理十汙泥量可達25t/d✘✘✘·。目前國內的汙泥熱解技術還停留在實驗室階段✘✘✘·。