污水处理厂污泥处理处置现状及利用分析

何英林

（日照市生态环境局莒县分局，山东 日照 276500）

近些年各地城市化建设进程持续提速，城市生活生产中的污水排放量也日渐增多，生成了大量污泥。污水集中化处理是现代城市建设的一个必然趋势，为了全面提升水污染防治及水环境整治效果，很多地区新建和改建了大批量的污水处理厂项目。资料记载，到2020年底，国内共计建成了2 618座污水处理厂，日污水处理量达到了19 267万m³，干污泥产量约1 162.77万t[1]。面对如此多的污水污泥，如不能及时进行有效处置，对生态环境与人类健康都会构成很大威胁。我国关于污泥处理处置的研究工作起步较晚，早期污水处理厂普遍存在着“重水轻泥”的问题，污泥整体处理效果欠佳。现今，国家大力提倡实现资源回收利用，污泥内含有的部分物质成分，在很大程度上能减轻资源短缺问题，所以完善污泥处置技术及实现资源化利用，具有很大的现实意义。

1 污泥概述

1.1 含义

污泥即污水处置过程中生成的半固态或者固态物质，其内分布了多种微生物病原体、有机物及胶体等。不管污水处理厂采用的是活性污泥及其衍生工艺，还是膜处理手段等，污水处置过程中必然会生成污泥。

1.2 特性

1.2.1 重金属污染

既往很多报道称国内的污泥重金属含量普遍较高，大部分重金属基于吸附、沉淀等形式进到并滞留在污泥内，工业废水是重金属的主要来源，比如铬、镉等；也有部分重金属来源于人们的日常生活，以铜、锌等较为常见。当污泥被施到土壤以后，重金属在地表层将会持续积累，以食物链作为载体聚集到部分农作物、动物及人类体中。所以，污泥自身重金属含量高对土地应用产生一定制约作用。

1.2.2 有机质污染

污泥内有机质含量较高，这种物质在持续分解腐烂过程中，也产生了很多病原体的微生物、寄生虫等。并且，污泥内也有一些难以降解、毒性较大、对人体健康产生一定危害的高聚物。检测发现，未处置的新鲜污泥内寄居着千万种病原体，如盲目排放这些污泥，其会结合土壤、水体，最后感染食物链，危害人类健康。

1.2.3 含水率相对较高

污泥具有的这一特征主要是由其内的多种水份构成决定的。理论上讲，自由间隙水在污泥内占比约70.0%，普遍呈游离态，进入到浓缩脱水环节可以剔除掉大部分，20.0%左右是毛细结合水，在较高机械力作用下通常能被去除，比如设置压滤、离心脱水等工序，10.0%左右是表面吸附水，运用添加适量絮凝剂去调节控制，胞内水的脱除难度最高，占比大概为5%，该部分可以尝试采用生物分离或热力法剔除[2]。

2 污水处理厂污泥处理处置现状

2.1 处理能力有待提升

不断提升污泥处置能力水平是污泥处理工作顺利推进的重要条件，污水处理厂运营过程中发挥了保障性作用。纵观当前国内很多地区的污泥处置现状，部分建设项目还有很大的改进与完善空间，特别是基建、工艺技术应用等。如污水处理能力偏低，则容易滋生出污泥实际处理量远远低于其产量的状况，势必会对污泥处置工作顺利推进造成一定阻碍，资源再利用效率也可能会持续走低。

2.2 技术水平普遍偏低

当前，国内只有一线城市的部分污水处理厂引进了高新技术与设备，其它处理厂普遍运用的是传统技术，技术能力的落后会直接导致污泥处置效果达不到标准要求，污泥处置的经济性、实用性同步下滑。和欧美发达国家相比较，中国对污泥处理技术的研究起步较晚，当前处于持续摸索阶段，很多新技术的实践性不足或正处于试用时期，很难在污泥现实处理工序中实现全面化应用[3]。

2.3 安全风险相对较高

如不能合理、规范化处置污泥，则很容易导致污泥内的部分物质进到土壤、空气、水源或部分工作人员的身体中。伴随时间的持续推移及各类物质的蓄积、生化反应等，还可能会滋生出新的污染源，它们可能会伴随水流持续移走和聚集，对本地的土壤、空气、水源等产生不同程度的危害及影响，安全风险系数较高，对居民生命安全构成极大危害。

3 污泥处理处置技术

3.1 卫生填埋

这是当前我国污水处理厂的一种常用技术，有操作简单、经济性高等优点，但污泥内的各种病原体、重金属等，易被整合到土壤环境内及对地下水造成污染。没有进行无害化稳定化处置的污泥，粘稠度大且腐烂发臭的概率较大，以致填埋场的使用年限出现不同程度的缩短。鉴于以上情况，现实中采用卫生填埋处理技术时，绝不可以简单地把污泥填埋到地下环境内，相关部门应提前调查好填埋区域环境，做好渗漏和防渗漏等预防性工作。建议尽量选择远离水源、地下水存量较少、土壤渗透系数偏低的城市、偏僻地区建设填埋坑，将高密度聚乙烯防渗层作为填埋坑底层，酌情增设渗透液收集设备[4]。污水处理厂要先对污泥进行预处理，可以运用脱水烘干处理污泥，随后将其集中运输到填埋坑进行填埋，通常能取得较好的处置效果，彰显出卫生填埋的优势。

3.2 热干化

这种处理技术的原理是，采用热能对脱水污泥进行加温干化处理，借此方式使其转变成干化产品，实际中依照污泥干化工艺流程的差异，可以将其分成间接与直接干化法。

间接干化工艺一般是利用换热器，对电厂高温的烟气或水泥窑等产生的余热与热工介质进行热交换处理，热工介质吸热后，以密闭式管道回路作为载体与污泥之间交互热量，进而实现持续干化污泥的目标，换热期间不会直接接触到污泥。和直接干化法相比较，间接干化过程中虽然会损失掉部分热量，但是后期无需处理大量废气，这样一方面直接减少了后续废气处理投资，另一方面也减少或规避了二次污染问题。

直接干化工艺最大的特点是，能直接把电厂等窑炉生成的高温烟气或热风整合到感化装置内，与装置内直接接触到湿润的湿污泥吸热后，其内的水分逐渐蒸发，高温烟气或热风会驱散掉一些蒸发处理的水分。景观这种工艺规避了热效率问题，但烟气或热风内掺杂了部分污染性气体，以致后续废气处置费用相应提高。

现今，国内外专家学者不断完善污泥干化处理技术，以进一步提升污水污泥处置效果。联合使用干化与焚烧工艺的污泥处置技术，逐渐成为国内污泥处理领域的一个主流技术，在未来很长的一段时间内将会被持续使用。

3.3 厌氧消化

厌氧消化即在密闭式环境内，微生物菌种作用在污泥内可被生物分解的有机物质上，诱导发生化学反应，生成沼气、二氧化碳等诸多产物。依照厌氧反应过程中的温差可以将厌氧消化分成中温、高温厌氧，对应的温度分别约为35 ℃、55 ℃，当前中温厌氧消化在国内污泥处理领域内的应用相对较广。

厌氧反应处理污泥能取得较好的稳定化、无害化效果，工艺运行投资较少，且通过生成沼气的形式实现资源再利用，故厌氧消化逐渐成为了国际上处理处置污泥的一项主流方法。1984年，厌氧消化处理工艺在中国天津获得首次应用，后续的20多年，中国内陆续建造了60余个污泥的厌氧消化项目。但是客观地讲，厌氧消化在国内污泥处理领域表现出“水土不服”的劣势，国内建成的污泥厌氧消化项目内，能够实现长期稳定运营的简直是屈指可数[5]。这种情况的原因，主要是由于我国污水污泥的特性决定了其自身可生化性偏差，有机物含量整体较低，尤其是在没有处理好雨污分流工序时，造成污泥内砂含量过高。除此之外，相关部门长期没有推行和沼气资源利用相关的激励机制，相关设备的引进建设成本较高，系统运行流程繁琐复杂不易被掌握控制。

厌氧消化工艺处理污泥的优势是显而易见的，为了弥补国内应用这种处理技术时暴露出的不足，很多学者进行了国内污泥特性的深度研究，在此基础上有针对性地改进厌氧消化工艺，做出辅助应用热水解、微波及超声波等污泥预处理手段，在前期对污泥进行热水解等，同步提升传统厌氧进程中，污泥的水解与酸化速率，明显厌氧消化处理的时长，降低了厌氧装置的容积，全面提升了污泥的厌氧消化效率。故而，站在这个角度分析，当污泥厌氧消化技术在国内应用过程中存在的不足逐渐被修复时，该项处理在将来会开辟出更大的应用空间，处理污泥时创造出更理想的效益。

3.4 好氧堆肥

当前国内运用的多数污泥堆肥工艺，是破碎处理木屑、秸秆等植物以后与污泥进行充分混合搅拌，随后整合进堆肥车间内，维持适宜的温度、湿度，通过持续鼓风通进足量氧气，利用菌种逐渐氧化混合物料，通过持续性的搅拌、翻抛以后最后整体分解成为腐殖质。经好氧堆肥处置后，所得的污泥因为内部寄生虫、病原体等被彻底消灭，故而能够取得无害化、稳定化的处置效果，可以将最后所得产物用在土壤修整、园林绿化建设、垃圾填埋场的覆盖等诸多方面。

近几年中，国内外学者纷纷投入到好氧堆肥技术的研究工作中，着重分析该项工艺运行时不同阶段的通风量大小，并且面对污泥处理现场调理添加剂用量过大的状况，加大了C/N等影响因素的理论研究力度，在早期预处理、堆肥配套设备及工艺应用等诸多方面，均获得了很大的提升，有效地管控了运营成本及环境污染程度。

4 城市污水处理厂污泥的综合利用

4.1 燃料化利用

既往国内外均有研究证实，污泥焚烧处理后剩余灰分比和煤炭不相上下，约为20.0%，这预示着污泥焚烧过程中，一定比例会被挥发出去，燃烧残渣量相应减少；污泥自身的发热量处于较高的水平，其内蛋白质、多碳等有机物含量相对较高；污泥的挥发成分占比较大，这是其发热量偏高的主要原因之一，可以推测适用于燃料化处置。污水处理厂与供热发电单位之间应加大合作力度，把脱水处置后所得的污泥作为燃料，利用其将部分燃煤取而代之，通常能取得较好的效果。焚烧工艺实施后也能实现对污泥的无公害处理，可以将焚烧时产生的热能提供给发电厂，有助于减少发电厂的制热成本，这样污水处理厂和供热发电厂就能实现互利双赢。在以上燃料化进程中，主要是基于垃圾衍生燃料法，把污泥制成衍生燃料，具体的工艺流程为：脱水处理污泥→半干化→充分混合（加入适量添加剂）→成型→自然风干→制成燃料（RDF）。

4.2 土壤修复利用

可以尝试把无化学毒性的污染成分，有机质含量和微量元素含量较高的污泥运用到土壤修复领域内，这种污泥自身就可充当良好的肥料与改良剂。当其作为添加剂添加至待修复土壤环节内，可以显著改善土壤结构，增强土壤肥力。污泥堆肥是在好氧条件下进行的，主要是在嗜温菌、嗜热菌作用下分解有机物，充分融合污泥与脱水剂，增加空隙结构的使用率，减少混合体的含水量，优化碳氮比（C/N）。在多种微生物作用下污泥能产生高温有机物，剔除掉其内的虫卵与有害生物，辅助提高污泥的无害化、资源化处理水平，最后生成一种棕黑色土肥，能够明显改善土壤的综合性能，提高农作物的产量，即发挥了生物肥的效用。目前可以运用动态和静态堆肥两种技术，国内很多地区运用了条形静态通风垛，而国外很多发达国家，普遍运用了现代工业化发酵仓工艺。在采用堆肥处理工艺时，建议将污泥含水率调控在55.0%以内，否则很难实现无害化标准。充氧堆肥环境温度是50～55℃、时间＞8天。

4.3 农业生产方面的利用

过去有学者通过试验研究分析了污泥农业应用，发现施用污泥有助于增加农作物产量，改善作物品质，对很多农作物体现出良好肥效，尤其是叶菜类农作物，不仅能增加作物产量，还能提高蔬菜内微量元素含量，改善蔬菜口感。农作物生产活动中合理应用污泥，还能辅助提种子的发芽率，但是禁止将污泥施用在幼苗生长期，这主要是因为污泥内的有机酸、醛等，会对幼苗生长过程产生一定抑制作用。污泥内含有部分重金属，如果直接将其用在农业生产中，会以食物链为载体逐渐富集，被人们摄入体内而对健康构成一定威胁，故而实际使用时，一定要做好前期处理工作，并严格依照国家现行的土壤环境质量标准，严控施用时间、操作方法等，将重金属带来的危害降到最低，实现无害化农业增产。

4.4 沼气利用

为了实现污泥的资源化利用，可以运用厌氧消化工艺基础，把污泥转化成沼气用在发电方面。实现污泥资源化利用目标，主要依托于如下两种技术：一是厌氧消化，通常是在中温（33～35 ℃）或高温（53～55 ℃）条件下进行的，采用预处理工序增加污泥水解率后，能够使40.0%～45.0%的有机质实现有效降解，随后达到污泥的减量化处理及产生大量沼气。二是沼气发电技术，从本质上讲沼气发电自身是一个能量转换的过程，于发动机汽缸内点燃沼气在，基于燃烧放热推动活塞，驱动发电机自转，使压力能逐渐转变成动能，通过发电机转动驱动发电过程，最后把动能转变成电能。在以上过程中，热能会传送给缸套水，部分则会传导进循环水，其它热能将会消散到外界。

4.5 建材利用

污泥内不仅含有农业生产可利用的多种有机质，还有一些Si、Al、Fe等成分，与建筑材料原料十分接近。可以把污泥焚烧以后所得产物作为生产建材的原材料，运用污泥焚烧灰代替黏土去制备水泥，或添加适量骨料以后烧制成砖。

5 结语

污泥作为污水处理后的主要产物之一，如果对其能进行安全、有效的处置，则能协助污水处理厂提升污水处理的综合效率，达成环保、资源再利用的目标。而污泥的处理与利用是一个系统化过程，合理进行规划部署，有针对性地优化中间环节及加大保障力度等，进而辅助提升污泥资源的综合利用效果，创造出最理想的效益。