黃英才 許丹丹 白少元 劉宇輝

摘要：近些年來(lái)，我國(guó)在污水處理能力方面取得重大進(jìn)步，已基本實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化處理，但污泥資源化利用方面卻沒(méi)有較大的突破。文章介紹了我國(guó)剩余污泥產(chǎn)量與來(lái)源，污泥處理技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)，而后根據(jù)污泥特性列舉了資源化利用的技術(shù)和工藝。

關(guān)鍵詞：污泥;污泥濃縮脫水;污泥資源化

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）11-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.11.116

Review on utilization of municipal sludge resources in China

Huang Yingcai1， Xu Dandan1， Bai Shaoyuan1， Liu Yuhui2

（1.College of Environmental Science and the Environment of Guilin University of Technology，Guilin Guangxi 541004，China;

2.Guangxi Hengsheng Water Environment Treatment Co.，Ltd.，Guilin Guangxi 541100，China）

Abstract：In recent years， great progress has been made in sewage treatment capacity in China， and sludge reduction and stabilization have been basically realized， but there is no great breakthrough in sludge resource utilization.This paper introduces the production and source of excess sludge， sludge treatment technology and its advantages and disadvantages， and then lists the technology and process of resource utilization according to the characteristics of sludge.

Key words：Sludge;Sludge thickening and dewatering;Sludge recycling

自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，城市化與污水處理量的增大，使得生活污水排量與城市污泥的產(chǎn)量不斷增加，污水處理廠的剩余污泥處置問(wèn)題日益突出。大量的存在于污水處理中難以通過(guò)物理方式去除的物質(zhì)，在氧化溝、AAO等工藝的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)槲勰唷Ｓ捎谖勰喑煞质謴?fù)雜，包含了大量的污染物、多種微生物、致癌物以及大量水分、富含有機(jī)物和N、P、K等無(wú)機(jī)元素，因此需要被妥善處理，否則會(huì)造成生態(tài)環(huán)境污染。將污泥成分資源化利用，即可緩解當(dāng)下城市污水處理廠剩余污泥處置的難題。

1 剩余污泥的來(lái)源和產(chǎn)量

污水處理廠的增加與污水處理能力提升會(huì)導(dǎo)致大量的剩余污泥的產(chǎn)生。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算：污水處理廠在每天處理1萬(wàn)t污水的情況下會(huì)產(chǎn)生6～10t污泥，在每天處理2 000t生活污水的情況下會(huì)產(chǎn)生1.0～1.2t污泥。據(jù)《十三五規(guī)劃》要求，在不斷完善我國(guó)污水處理基礎(chǔ)建設(shè)的情況下，提出對(duì)污泥穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化處理處置的更高要求。要求我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理率進(jìn)一步提高，要求京津冀地區(qū)的污泥無(wú)害化處理達(dá)95%，其他地區(qū)達(dá)到90%。預(yù)計(jì)2020 年將達(dá)到年

6 000～9 000萬(wàn)t。

2 剩余污泥濃縮脫水技術(shù)

在經(jīng)過(guò)初級(jí)沉淀池、二沉池處理后的污泥通常具有較高的含水率，如果不對(duì)其進(jìn)行污泥濃縮、脫水，便難以進(jìn)行后續(xù)的處理，進(jìn)行資源化利用。

2.1 污泥濃縮

在污水處理工藝、污泥性質(zhì)等因素影響下，通常采用重力濃縮法、離心濃縮法與氣浮濃縮法等3種方法使污泥濃縮。污泥濃縮可以有效地降低污泥含水率、減少污泥體積并使其稠化。我國(guó)主要的污泥脫水工藝與國(guó)外污泥處置工藝大致相同，主要有：

2.1.1 重力濃縮法

重力沉降法可以讓污泥在濃縮池中通過(guò)重力沉降作用達(dá)到與水分離的目的。重力濃縮法可以使含固率為0.3%～2.5%的稀污泥濃縮至含固率3%～6%，體積縮小2～5倍。在池內(nèi)停留時(shí)間為6～8h。此法優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便，費(fèi)用低，但存在面積大，效率低的缺點(diǎn)。重力濃縮法是目前國(guó)內(nèi)最主要的濃縮法。

2.1.2 氣浮濃縮法

氣浮法是在氣浮池池底安裝許多納米級(jí)的氣孔，通過(guò)釋放微小氣泡粘附污泥顆粒，使得氣泡攜帶污泥顆粒上浮并濃縮，可用氣浮法處理疏水性污泥和濃縮時(shí)容易發(fā)酵的活性污泥。但由于系統(tǒng)復(fù)雜，導(dǎo)致了其運(yùn)行管理難度大且運(yùn)行費(fèi)用高，因此，氣浮濃縮法并未成為我國(guó)污泥處理行業(yè)的主流濃縮工藝。

2.1.3 離心濃縮法

離心法利用污泥中的固體顆粒和水的密度差產(chǎn)生離心力的差異來(lái)達(dá)到分離效果。離心濃縮法一般用于難脫水的物質(zhì)，其特點(diǎn)是具有較高的效率、占地面積較小、衛(wèi)生條件較好。

上述3種工藝，在實(shí)際處理污泥濃縮過(guò)程中暴露了許多問(wèn)題，如重力濃縮工藝對(duì)剩余污泥濃縮效果差、效率低。目前，隨著污泥產(chǎn)生量的增多以及AAO工藝、氧化溝、SBR、曝氣生物濾池法等污水處理新工藝的不斷增多，得到的剩余污泥中所含N、P顯著增加，重力濃縮的缺陷進(jìn)一步放大。近年來(lái)，離心濃縮法有著取代重力濃縮的趨勢(shì)。氣浮濃縮雖然具有效率高、耗時(shí)短等特點(diǎn)，但其昂貴的維護(hù)成本并不適用于目前我國(guó)的污水處理廠。

2.2 污泥脫水

要利用、運(yùn)送、焚燒污泥通常要將污泥含水率降至90%以下。因此，濃縮后的污泥需要進(jìn)行進(jìn)一步進(jìn)行脫水，有效地降低污泥中的含水率。

2.2.1 自然干化法

在自然干燥的過(guò)程中，污泥干化場(chǎng)中的污泥通過(guò)在薄層礫石和沙子上的滲透和蒸發(fā)而減少其含水率。下滲過(guò)程通常需要2～3d，才能將含水率降低至80%左右。污泥干化場(chǎng)的脫水效果受濕度、蒸發(fā)量和氣溫的影響，它通常受用于干旱、少雨和沙土地區(qū)。

2.2.2 機(jī)械脫水法

通過(guò)機(jī)械作用的方式脫去污泥中的水分。目前我國(guó)污泥脫水的常用的污泥脫水設(shè)備主要有疊螺脫水機(jī)、板框脫水機(jī)、帶式脫水機(jī)、離心機(jī)脫水機(jī)。可根據(jù)不同設(shè)備的原理，在不同情況下選擇合適的脫水設(shè)備，如疊螺脫水機(jī)占地小且能耗低適用于小型的污水處理廠。雖然目前我國(guó)在機(jī)械脫水設(shè)備上與其他國(guó)家并無(wú)太大差距，但在脫水效率和處理藥劑的投加量方面仍有較大差距。

3 剩余污泥穩(wěn)定化處理

將污泥中腐敗不穩(wěn)定物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定物質(zhì)的過(guò)程稱為污泥穩(wěn)定化處理。有研究表明[7]：在穩(wěn)定化處理的過(guò)程中，有機(jī)物質(zhì)經(jīng)過(guò)厭氧消化或好氧消化的產(chǎn)物中富含腐殖酸，污泥中的微生物在腐殖酸的作用下對(duì)有機(jī)物的分解速率減慢，因此經(jīng)穩(wěn)定化處理的產(chǎn)物不再腐爛發(fā)臭。污泥消化按照微生物的內(nèi)源代謝過(guò)程可分為污泥厭氧消化與污泥好氧消化兩類。通過(guò)污泥穩(wěn)定化處理可減少致病菌、污染物的含量，提高污泥穩(wěn)定性。

3.1 厭氧消化

污泥厭氧消化的原理是在無(wú)氧的條件下，利用兼性菌與厭氧菌進(jìn)行消化反應(yīng)，將污泥中的有機(jī)質(zhì)分解為甲烷等氣體以資源化利用。厭氧消化是實(shí)現(xiàn)污泥穩(wěn)定化的基本方式，在國(guó)內(nèi)污泥進(jìn)行厭氧處理過(guò)程中存在著以下問(wèn)題：有機(jī)物的含量偏低，有機(jī)物厭氧消化分解率偏低，產(chǎn)氣量偏低;污泥停留時(shí)間長(zhǎng)和反應(yīng)器體積大[1]。

3.2 污泥好氧消化

微生物自身內(nèi)源呼吸作用可以有效地將污泥中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行降解，污泥好氧呼吸便是利用了這一原理。雖然好氧消化法需要不斷曝氣、功耗較大，但由于其投資少、運(yùn)行方便、工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)許多小型的污水廠傾向于選擇污泥好氧消化。

4 剩余污泥資源化技術(shù)、工藝

4.1 污泥制農(nóng)肥

污泥在一定的重金屬含量的范圍內(nèi)通過(guò)預(yù)處理、好氧發(fā)酵、厭氧發(fā)酵、烘干、添加料的方式進(jìn)行污泥堆肥。不同的地區(qū)，不同的城市可根據(jù)當(dāng)?shù)氐奈勰喑煞种瞥刹煌挠袡C(jī)復(fù)合肥，選擇經(jīng)濟(jì)有效的方法對(duì)污泥進(jìn)行農(nóng)肥利用。這樣既可以減少城市污染，污泥處理的負(fù)擔(dān)，又可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

污泥中的大量水分、有機(jī)物及氮、磷、鉀等無(wú)機(jī)元素經(jīng)過(guò)處理，可作為土壤改良劑參與農(nóng)田林地的土壤改良。要形成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)堆肥產(chǎn)品，需要利用微生物的發(fā)酵作用，發(fā)酵時(shí)的溫度可達(dá)到將污泥中的寄生蟲(chóng)和病原菌滅除的效果。污泥堆肥處理有著土壤改良、改善污泥處理方式、提高土地利用、生產(chǎn)出可出售的產(chǎn)品等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)也存在著費(fèi)時(shí)、占用土地、臭氣污染等因素制約著污泥堆肥進(jìn)一步應(yīng)用在污泥資源化利用上。并且，如有機(jī)物和重金屬等難降解物質(zhì)無(wú)法通過(guò)堆肥去除，導(dǎo)致重金屬會(huì)在土壤中下滲，對(duì)環(huán)境造成二次污染。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的擴(kuò)大必然會(huì)形成對(duì)有機(jī)肥料的大量需求。同時(shí)，也會(huì)有效地拉動(dòng)污泥堆肥的發(fā)展。

4.2 厭氧消化產(chǎn)沼氣

污泥厭氧消化通過(guò)分解污泥中有機(jī)質(zhì)，得到CH4等可能源利用的氣體。通過(guò)利用不同的厭氧消化工藝和菌種，可產(chǎn)生如CH4、H2、C2H5OH等不同的代謝產(chǎn)物。為了改善我國(guó)污泥有機(jī)質(zhì)相比發(fā)達(dá)國(guó)家較低，可生化性較差、有機(jī)物的轉(zhuǎn)化程度較低等問(wèn)題，各種工藝，如預(yù)處理工藝、混合消化工藝、多級(jí)多相消化工藝、生物酶及菌種工藝等應(yīng)運(yùn)而生。污泥厭氧消化可以回收生物質(zhì)能、降低污水處理廠能耗、減少溫室氣體排放、穩(wěn)定性較高、運(yùn)行管理方便的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了污泥處理的減量化、無(wú)害化、資源化，但消化殘?jiān)暮罄m(xù)處理、產(chǎn)氣量偏低等仍是當(dāng)下我國(guó)污泥厭氧消化的主要問(wèn)題。

4.3 污泥制磚

經(jīng)研究，污泥在經(jīng)焚燒后的泥灰與黏土成分相似。目前可以通過(guò)焚燒污泥和污泥干化兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)污泥制磚[5]。根據(jù)市場(chǎng)的不同要求，需要選擇合適的制磚工藝，調(diào)節(jié)污泥的混合比例得到不同性能的磚塊。

4.4 污泥制水泥

在水泥的生產(chǎn)過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)高溫?zé)?。?jù)調(diào)查，污泥中存在著大量的Al、Si、Ca等元素，經(jīng)焚燒過(guò)后污泥在化學(xué)性質(zhì)上與黏土類似，可將污泥用作水泥的生產(chǎn)，同時(shí)為了進(jìn)一步對(duì)污泥進(jìn)行資源化利用，可將污泥在制水泥時(shí)作為燃燒物從而進(jìn)最大化利用其熱值。但由于污泥中包含了大量的污染物，所以需要對(duì)燒制過(guò)程產(chǎn)生的大量酸性有害氣體進(jìn)行特別處理[2]。

4.5 污泥制陶粒

利用污泥制作陶粒需要經(jīng)過(guò)混合、造粒、焙燒、冷卻等一系列流程。對(duì)于含重金屬率較高的污泥，將其制作成陶粒可以起到重金屬固化作用。陶粒質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、具有良好的保溫性，將污泥制作成陶粒資源化利用可以對(duì)我國(guó)污泥產(chǎn)量大的問(wèn)題進(jìn)行一定程度的緩解，具有較好的商業(yè)前景。

5 剩余污泥綜合利用

一般來(lái)說(shuō)，一種合適的污泥處理方式的可行與否取決于其能否兼顧到環(huán)境效益、成本和經(jīng)濟(jì)效益三者之間的平衡。污泥的最終處理方式有以下方面：

5.1 土地利用

土地利用是指將污泥用作農(nóng)用、林業(yè)、景觀綠化、土壤修復(fù)、沙化治理等方面上。在進(jìn)行土地利用之前，需要對(duì)污泥進(jìn)行穩(wěn)定化處理，否則會(huì)導(dǎo)致土壤二次污染產(chǎn)生。污泥堆肥處理有著土壤改良、改善污泥處理方式、提高土地利用、生產(chǎn)出可出售的產(chǎn)品等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)也存在著重金屬難以去除、臭氣污染等因素制約著污泥堆肥進(jìn)一步應(yīng)用在污泥農(nóng)田林地利用上。

以桂林市為例，據(jù)調(diào)查指出[7]：桂林市污水處理廠中的污泥含氮、磷等成分與有機(jī)物成分較為豐富，用作農(nóng)肥有明顯的增產(chǎn);且重金屬含量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)適當(dāng)處理后可避免產(chǎn)生二次污染。

5.2 干化焚燒

在對(duì)含有較高含水量的污泥進(jìn)行干化處理后，干化后，污泥顆粒保持了較高的熱值（90%），可以對(duì)其進(jìn)行焚燒處理。焚燒處理可以使污泥體積減量，得到的焚燒灰可用作制作建材。近幾年來(lái)由于污泥焚燒的簡(jiǎn)便操作性、焚燒污泥成了國(guó)際上的主流。經(jīng)過(guò)消化提取的甲烷或其他氣體用作化工原料可用作燃煤的輔助燃料與煤摻燒。在高溫的爐膛內(nèi)，隨著污泥與煤一起燃燒，既可以充分利用污泥的熱值，又得到了安全的處理。

5.3 建筑材料化

污泥中含30%無(wú)機(jī)物，富含Al、Si、Ca與其他微量元素。是制磚、制水泥的理想原料。工業(yè)廢水中的污泥和沉渣經(jīng)妥善處理后也可制建筑材料。經(jīng)過(guò)焚燒后制磚、添加木屑、玻璃纖維后壓制板材以及用于鋪路和填坑。

建筑材料利用可以緩解我國(guó)污泥產(chǎn)量大的問(wèn)題，同時(shí)節(jié)省資源與能源損耗。但是，目前我國(guó)存在著利用率低、強(qiáng)度低因素影響了污泥在建筑材料的進(jìn)一步利用。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已得到初步發(fā)展，我國(guó)污泥建筑材料應(yīng)用占污泥處置方式比例較低（3%～6%），未來(lái)需要規(guī)范污泥處理行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，提升污泥資源化利用的可行性、加大研發(fā)力度。

5.4 衛(wèi)生填埋

由于我國(guó)大部分地區(qū)發(fā)展還較落后，且受限于人口多、污水處理量大、污泥產(chǎn)量大等因素，我國(guó)大部分地區(qū)在最終處置污泥方法上仍采用了衛(wèi)生填埋的形式。衛(wèi)生填埋可根據(jù)填埋場(chǎng)地的特性和污泥的含固率分為溝填、平面式填埋、筑堤填埋3種。衛(wèi)生填埋不需要過(guò)多的投資，處理簡(jiǎn)單，由于污泥可降解，若干年后可以重新騰出空間用于填埋新的污泥，衛(wèi)生填埋占我國(guó)污泥處置方式比例較大（60%～65%），是我國(guó)主要的污泥處置方式。

6 國(guó)內(nèi)外污泥處置現(xiàn)狀

經(jīng)調(diào)查得出[3]：發(fā)達(dá)國(guó)家如日本由于土地資源缺乏，其污泥處置方式主要為焚燒后資源化利用，農(nóng)用、衛(wèi)生填埋占比較小。歐洲各國(guó)污泥處置方式與其經(jīng)濟(jì)條件、土地資源、氣候條件有關(guān)，對(duì)污泥形成循環(huán)利用優(yōu)先、焚燒利用、土地填埋為次。美國(guó)在污泥處置方式上積極探索，逐步降低土地填埋占污泥處理的主要比例，轉(zhuǎn)而向土地利用、其他有效利用的方面發(fā)展[3]。

在我國(guó)，由于法律監(jiān)管體系不完善、資金緊缺和投資不足，導(dǎo)致了我國(guó)污水處理廠與污水處理行業(yè)存在著嚴(yán)重的“重水輕泥”的現(xiàn)象。雖然我國(guó)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了減量化，但是距離實(shí)現(xiàn)無(wú)害化、穩(wěn)定化、資源化尚且存在一定差距。例如：在污泥焚燒處理中，產(chǎn)生的二噁英、二氧化硫等有害氣體無(wú)法得到有效解決，導(dǎo)致對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。發(fā)達(dá)國(guó)家處理污泥的方式和途徑值得我們借鑒。隨著未來(lái)污泥處理技術(shù)、工藝的開(kāi)發(fā)應(yīng)用與我國(guó)污泥性質(zhì)的改善，加之污泥厭氧消化效率及產(chǎn)氣率的提高、未來(lái)能源價(jià)格與需求的上漲，污泥處理設(shè)備成本的降低，我國(guó)污泥處理也會(huì)向資源化利用方面發(fā)展。

7 思考與展望

經(jīng)過(guò)調(diào)查，我國(guó)污水處理量與污泥產(chǎn)生量十分龐大。我國(guó)污泥處理行業(yè)受限于經(jīng)濟(jì)、監(jiān)管制度、污泥處理技術(shù)水平等因素影響，并未形成對(duì)城市、工業(yè)污泥的綜合利用與循環(huán)利用。此外，由于對(duì)污水廠建設(shè)投資不足，“重水輕泥”的問(wèn)題得不到解決。簡(jiǎn)而言之，我國(guó)的污水處理能力已經(jīng)接近國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，但是對(duì)剩余污泥的處理距離發(fā)達(dá)國(guó)家仍存在一定的差距。在實(shí)際處理中，無(wú)法做到污泥的穩(wěn)定化、無(wú)害化、資源化處理?！丁笆濉币?guī)劃》中提出要加快污泥資源化、多污染協(xié)同處理方面的技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，生態(tài)環(huán)境部將污泥妥善處理處置納入污水總量減排考核，由此可看出，我國(guó)近年來(lái)對(duì)污泥資源化越加重視。在未來(lái)，我國(guó)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)決定了我國(guó)處理污泥形式仍然是以土地填埋為主，并且借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家處理污泥的方式，積極向能源化利用、建筑材料化利用、土地利用方面發(fā)展。同時(shí)需要制定相應(yīng)的制度、建立污泥處置管理機(jī)制予以支持污泥資源化利用。

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收稿日期：2020-08-02

作者簡(jiǎn)介：黃英才（2001-），男，漢族，本科，研究方向?yàn)樗廴究刂啤?/p>

通訊作者：許丹丹（1989-），女，漢族，博士，講師，研究方向?yàn)樗廴究刂萍碍h(huán)境功能材料。