城市污水廠污泥處理與處置技術(shù)的思路調(diào)整
1 主要問題分析
根據(jù)《中國城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年報(bào)（2005年）》，2005年全國661座設(shè)市城市共有污水集中處理廠792座，設(shè)計(jì)能力5725萬立方米/日，其中二級(jí)以上污水處理廠694座，設(shè)計(jì)處理能力4791萬立方米/日（占總處理能力的83.7％）。由此每年排放的干污泥量大約為140萬噸，而且還以每年大于10%的速率增加。根據(jù)相關(guān)的調(diào)查分析，目前我國污泥處理處置主要方法中，污泥農(nóng)用約占44.8%、陸地填埋約占31%、其它處置約10.5%、沒有處置約 13.7%。而沒有得到任何處置的污泥給環(huán)境帶來的污染危害是巨大的，這部分污泥處于一種無序的、混亂狀態(tài)，大量污泥隨意堆放、填埋，造成地表水和地下水污染；尤其是污泥中的病原菌、重金屬和有毒有害有機(jī)物對(duì)人類健康和生存環(huán)境存在潛在的威脅。
1.1污泥農(nóng)用比例過大，存在風(fēng)險(xiǎn)
我國污泥土地利用起步較早，如1961年北京高碑店污水處理廠的污泥被當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民施用于土地。接下來幾十年，隨著污水處理事業(yè)飛速發(fā)展，2003年污泥年產(chǎn)量已達(dá)900多萬噸（含水率80％），污泥農(nóng)用的規(guī)模也逐步擴(kuò)大。
根據(jù)資料顯示，目前我國的污泥農(nóng)用比例約44.8％，是主要的處理方式之一，污泥農(nóng)用項(xiàng)目存在隱患和風(fēng)險(xiǎn)。而目前，我國關(guān)于污泥農(nóng)用風(fēng)險(xiǎn)的研究體系尚不健全，對(duì)于污泥處置的風(fēng)險(xiǎn)研究主要涉及污泥土地施用對(duì)植物的影響、重金屬從土壤到植物的遷移和重金屬、氮、磷在土壤中的遷移，可用數(shù)據(jù)不充分，這些數(shù)據(jù)通常是基于短期(1-3年)的實(shí)驗(yàn)獲得，而長期(10年以上)的田間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較為缺乏。若用短期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)長期的影響，其本身就存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。此外，對(duì)于污泥土地施用后，周圍相關(guān)暴露人群的消費(fèi)資料，可用數(shù)據(jù)幾乎為零。中科院南京土壤研究所的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在其試驗(yàn)的土地上連續(xù)施用污泥達(dá)10年后，土壤中鎘、鋅、銅含量均很高，種植的水稻、蔬菜受到嚴(yán)重的污染。并且污泥施用越多，污染情況越嚴(yán)重。施用污泥的農(nóng)田，雖然土壤有機(jī)質(zhì)明顯增加，土壤酸度基本無變化，但土壤中的汞、鎘污染嚴(yán)重，能引起小麥、玉米的污染。
目前，我國還沒有出臺(tái)污泥農(nóng)用規(guī)范，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)性缺乏研究，污泥農(nóng)用可能造成的污染問題還沒引起應(yīng)有的重視。多數(shù)研究表明，污泥的有害成分進(jìn)入土壤后，一般不會(huì)立刻表現(xiàn)出其不利影響，但若長期大量使用，其負(fù)面效應(yīng)就會(huì)明顯地表現(xiàn)出來。
1.2污泥填埋環(huán)境問題比較多
目前城市污水廠污泥填埋問題最突出。一是消耗大量土地資源，不少城市很難找到新的填埋場(chǎng)；二是產(chǎn)生大量滲瀝液，由于含水率較高，污泥加劇了垃圾填埋場(chǎng)滲瀝液的污染，大部分和垃圾混合填埋的垃圾場(chǎng)存在拒收污泥的現(xiàn)象；三是對(duì)填埋氣進(jìn)行資源化利用的填埋場(chǎng)較少，填埋氣體污染大氣，并存在安全隱患。調(diào)查還表明，建設(shè)規(guī)范的無害化污泥單獨(dú)填埋場(chǎng)，投資并不如想象的節(jié)省。1座日處理垃圾1000t的污泥單獨(dú)填埋場(chǎng)(20a使用期)，需投資0.5～2億元，每噸垃圾處理成本(含投資成本)達(dá)15-30元，而且對(duì)污泥填埋的后續(xù)環(huán)境管理與處理的成本還沒有考慮在內(nèi)。
1.3污泥綜合利用良莠不齊
污泥建材利用是污泥資源化方式的一種，其內(nèi)容包含了利用污泥及其焚燒產(chǎn)物制造磚塊、水泥、陶粒、玻璃、生化纖維板等。目前，污泥的建材利用已經(jīng)被看作是一種可持續(xù)發(fā)展的污泥處置方式，并在日本以及歐美國家逐漸發(fā)展起來。相比較而言，我國在污泥建材利用發(fā)展方面有些落后，雖然在污泥制磚方面的研究確實(shí)不少，但缺乏實(shí)際的工程應(yīng)用。總的來說，污泥建材利用在中國以及西方發(fā)達(dá)國家大多還處于研究及嘗試的階段，技術(shù)成熟和推廣應(yīng)用還需要一段很長的時(shí)間。
2 思路的調(diào)整
2.1 對(duì)污泥特性的再認(rèn)識(shí)
污泥是污水處理的副產(chǎn)物，污泥一詞并不是一個(gè)嚴(yán)格的科學(xué)定義，簡(jiǎn)單來說污泥是由可沉淀的固體顆粒物組成的，也只有沉淀下來的固體才形成污泥。
我國是一個(gè)發(fā)展中國家，城市居民食品結(jié)構(gòu)與發(fā)達(dá)國家不同，因而由于食物產(chǎn)生的廢棄物成份也不盡相同。我國居民消費(fèi)的肉類和奶制品較少，因而污泥所含有機(jī)物中淀粉、糖類、纖維素等碳水化合物含量高（50%），而脂肪和蛋白質(zhì)含量低（脂肪為20%.，蛋白質(zhì)為30%.）；而西方發(fā)達(dá)國家污泥的有機(jī)物含量較高，脂肪和蛋白質(zhì)含量均高于我國。我國居民住宅的衛(wèi)生設(shè)施也還不十分完善，城市公共廁所所占比例較大，這部分污水大多未接入下水道，因此造成城市污水廠污泥的有機(jī)物含量較低。
城市污水廠污泥的這些特性，使我們面臨的問題比發(fā)達(dá)國家更加棘手。一是污泥填埋產(chǎn)生的滲瀝液量大，污染物濃度高；二是污泥脂肪和蛋白質(zhì)含量低，污泥厭氧消化時(shí)，分解單位質(zhì)量有機(jī)物的沼氣產(chǎn)量低；三是污泥有機(jī)物含量低。我國城市污水處理廠污泥中的有機(jī)物質(zhì)平均含量約為36.6％，資源回收率低，堆肥質(zhì)量差。多年來，我們十分注重借鑒或引進(jìn)國外的技術(shù)和設(shè)備，但是，實(shí)踐表明，國外的技術(shù)和設(shè)備在我國并不完全適用。當(dāng)務(wù)之急，要進(jìn)一步認(rèn)識(shí)我國城市污水廠污泥的特性和產(chǎn)生的影響，加強(qiáng)針對(duì)性研究和實(shí)踐，開發(fā)適合國情的技術(shù)和設(shè)備。
2.2 對(duì)技術(shù)路線的反思
多年來，我們的技術(shù)研究和資金投入著重在兩方面，一是在引進(jìn)國外技術(shù)和設(shè)備的基礎(chǔ)上，進(jìn)行必要改造和國產(chǎn)化，使之適用于中國污泥處理處置；二是強(qiáng)化末端污染的治理，使之達(dá)到環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的要求。在這樣思想下我們出現(xiàn)兩種不同的技術(shù)方向，并且直接影響到了后續(xù)的污泥處置工作成效：
一是以污泥消化為主導(dǎo)的技術(shù)方向，但是由于污泥消化設(shè)施設(shè)計(jì)和管理上的復(fù)雜性以及使用的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)跟不上實(shí)際的發(fā)展需要，同時(shí)重污水處理，輕污泥處理處置，污泥技術(shù)的更新跟不上社會(huì)的發(fā)展，很多污泥消化設(shè)施被放棄使用。污泥消化工藝的應(yīng)用在我國不能起到在污泥減量化、穩(wěn)定化和無害化方面的主導(dǎo)地位。
二、以資源化為主導(dǎo)的技術(shù)方向。污泥資源化從技術(shù)上來說沒有太大的問題。在上個(gè)世紀(jì)中葉我國就開展了多種形式的資源化利用的方式，將污泥進(jìn)行機(jī)械化堆肥和制磚，燒水泥等各類資源化工藝和技術(shù)，但受成本，污泥所含重金屬等因素影響，多數(shù)資源化的企事業(yè)單位不能持續(xù)運(yùn)營。
從以上我國的污泥處理處置技術(shù)路線來看，我國借鑒國外經(jīng)驗(yàn)和加強(qiáng)污染治理是一種嘗試和摸索，原則上正確的。但是一味引進(jìn)不消化吸收，不結(jié)合實(shí)際，一味強(qiáng)調(diào)污染的末端治理已經(jīng)不符合當(dāng)前國家的要求和實(shí)際的情況。我們當(dāng)前的技術(shù)路線值得我們反思。
2.3 關(guān)于資源化利用
污泥的資源性不可否認(rèn)，也正是由于污泥的資源性特點(diǎn)，世界水環(huán)境組織（WEF）于1995年已將污泥（sludge）更名為生物固體（biosolid），從而更加明確了污泥應(yīng)該作為資源利用的觀念。
因?yàn)檎劦轿勰嗟馁Y源化，人們往往認(rèn)為僅僅是肥料的應(yīng)用，資源化首先是能源化利用、其次是有機(jī)質(zhì)資源，其中也包括氮磷等營養(yǎng)元素的肥料利用。肥料利用現(xiàn)在的問題才比較多，尤其在當(dāng)前的體制下造成了分配和管理的不平衡，尤其是污泥土地利用，涉及到農(nóng)業(yè)、園林、市政、衛(wèi)生等多個(gè)部門資源分配、利益分配和管理權(quán)限分配，使得本來復(fù)雜的問題更加復(fù)雜，實(shí)施后問題也比較多。
在將來我們?nèi)匀粦?yīng)該把污泥當(dāng)資源看待，但是應(yīng)該以無害化為主導(dǎo)，以資源化為方向的思路來確定今后我國污泥處理處置的思路。在污水處理收費(fèi)尚不到位，污泥處置費(fèi)用沒有落實(shí)的情況下，以污泥的資源化利用極力推動(dòng)污泥處理和處置工作，并寄希望用這種方式來贏利從而推動(dòng)整個(gè)污泥處理處理處置系統(tǒng)的良性發(fā)展是不現(xiàn)實(shí)的。資源化的主體應(yīng)該是政府部門，對(duì)于能源利用采取更加優(yōu)惠的補(bǔ)貼電價(jià)和消除行業(yè)壁壘，對(duì)于肥料的土地利用采取政府采購的方式，優(yōu)先用于城市的園林綠化。
3 污泥焚燒的工藝興起與發(fā)展
污泥焚燒的初期研究是由美國的諾亞克 (noack)(于1959年)、施萊辛格(schLesinger)等人(于1960年在彼得堡能源中心(pittsburg energy center)開始的，其共同的特點(diǎn)是以回收能源為目的。脫水污泥(水分65%～85%，其固體熱值為7500～15000kJ/kg)。世界上第1臺(tái)焚燒污泥的流化床鍋爐在1962年建于美國Lynnwordwashington，至今仍在運(yùn)行。
1962年，德國建議并開始運(yùn)行了歐洲第一座污泥焚燒廠，在20年中焚燒的污泥量大幅增加。德國有近40個(gè)污水處理廠已經(jīng)擁有多年的污泥焚燒工藝實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。在歐盟，1992年污泥焚燒的比例為 11％，美國為15％。目前，流化床焚燒爐的市場(chǎng)占有率超過了90%。丹麥每年約有25%的污泥焚燒處理。焚燒法處理污泥在日本應(yīng)用得最廣，如1984年處理量占72%。1992年，日本采用1892座焚燒爐處理75%的市政污泥，現(xiàn)在日本規(guī)模較大的污水處理廠都采用焚燒法處理污泥。目前，污泥焚燒是日本、奧地利、丹麥、法國、瑞士、德國等國污泥處置的主要方法。截至到2007年，我國很多污水廠已經(jīng)開始了污泥焚燒的嘗試，在江蘇省、上海市以及深圳都有成功運(yùn)行工程。
4 污泥焚燒的思路
20多年來前我們就一直在籠統(tǒng)的說污泥焚燒投資大，大氣污染環(huán)境嚴(yán)重，可是現(xiàn)在20多年過去，還有很多人把污泥焚燒成本太大而反對(duì)利用焚燒來解決污泥問題。其實(shí)，比較于污泥的其它處置方法，污泥焚燒可以迅速和較大程度地使污泥達(dá)到減量化，是一種一勞永逸的方法，而其它的如污泥土地利用、污泥填埋、污泥建材利用等后續(xù)問題比較多，往往在監(jiān)管和污染控制方面存在漏洞，問題更突出。在價(jià)格上污泥焚燒貌似成本是其他工藝的2～4倍，但是污泥的成本是所有運(yùn)行費(fèi)用，而其它工藝運(yùn)行成本沒有將后續(xù)的費(fèi)用計(jì)算在內(nèi)，比如堆肥后土地利用和填埋的后續(xù)監(jiān)測(cè)與管理等其它隱性費(fèi)用，如果綜合計(jì)算所有成本，相比較而言，污泥焚燒利用余熱后折算的費(fèi)用就不一定是最高的了。
而且隨著技術(shù)的提高，污泥預(yù)處理工藝和和焚燒手段也在逐步提高，污泥可以到達(dá)熱能的自持，并能滿足越來越嚴(yán)格的環(huán)境要求和充分地處理不適宜于資源化利用的污泥。由于其在惡劣的天氣條件下不需存儲(chǔ)設(shè)備，對(duì)于經(jīng)常降雨量較大的南方城市比較適合，對(duì)于經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，土地資源比較緊張的大城市，使用焚燒法處置應(yīng)該是經(jīng)濟(jì)有效的。
污泥焚燒主要有兩種方式：一種是單獨(dú)焚燒，一種是混合焚燒。單一污泥焚燒時(shí)，采用最多的是流化床焚燒爐。混合焚燒可以是與垃圾混合焚燒，利用水泥窯摻燒以及熱電廠摻煤混燒等。
污泥與垃圾焚燒，由于垃圾焚燒的標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)格，污泥焚燒產(chǎn)生的污染不會(huì)超過垃圾，這種混燒方式執(zhí)行垃圾焚燒的標(biāo)準(zhǔn)是可行的。污泥與水泥混燒不僅具有焚燒法的減容、減量化特征，且燃燒后的殘?jiān)成為水泥熟料的一部分，無需對(duì)焚燒灰進(jìn)行特殊處理（填埋），這將是一種較好的水泥生產(chǎn)途徑。由于水泥余熱的溫度 1200°以上，且停留時(shí)間比較長，可以有效控制二噁英污染。此外利用目前現(xiàn)有的大規(guī)模焚燒窯爐，如熱電廠焚燒系統(tǒng)進(jìn)行污泥的焚燒，既利用了原有資料，又解決了污泥處置難的問題，但是目前熱電廠的煙氣執(zhí)行的是大氣排放標(biāo)準(zhǔn)，如果污泥與煤摻混，產(chǎn)生的煙氣相比較沒摻混前稀釋了，混燒產(chǎn)生的煙氣還執(zhí)行這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就不太合適了，利用熱電廠焚燒污泥須解決排放標(biāo)準(zhǔn)問題。
5 污泥焚燒需解決的問題
雖然焚燒法與其它方法相比具有突出的優(yōu)點(diǎn)，但是另一方面隨著焚燒工藝的使用，它所存在的若干問題也日漸暴露出來，而且也是必須解決的問題。污泥焚燒應(yīng)該控制的污染主要是大氣污染。焚燒所產(chǎn)生的廢氣中含有被人關(guān)注的二惡英污染問題，含有懸浮的未燃燒或部分燃燒的廢物、灰分等少量顆粒物。未完全燃燒產(chǎn)物有CO、H2、醛、酮和稠環(huán)碳?xì)浠衔，還有氮氧化物、硫氫化物等。
廢物燃燒時(shí)不可避免會(huì)產(chǎn)生煙塵，包括黑煙和飛灰兩部分。由于廢物中含有金屬，因此它們?cè)谌紵^程中常以金屬化合物或金屬鹽的形式被部分混到煙氣中排放，造成污染；或沉積在管道、室壁的表面，加速了設(shè)備的腐蝕，影響傳熱。防止煙塵的方法有:
① 加氧濃度，使其燃燒完全，常采用通入二次空氣的辦法；
② 提高爐溫，利用輔助燃燒；
③ 采用恰當(dāng)?shù)臓t膛尺寸和形狀，使焚燒條件合適；
④ 對(duì)煙氣進(jìn)行洗滌、除塵等處理。
二惡英的控制可以采取以下措施:
① 善燃燒條件，有效控制爐溫；
② 在煙氣凈化系統(tǒng)中，設(shè)置活性碳噴入裝置，噴入活性炭以吸附二噁英，并在袋式除塵器中截留去除。
③ 在袋式除塵器，采用聚四氟乙烯覆膜優(yōu)質(zhì)濾袋，將粉塵與二噁英一同截留去除。
對(duì)于污泥焚燒產(chǎn)生的廢渣按《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)－浸出毒性鑒別》（GB5085.3-1996）的要求鑒別其毒性，如屬于危險(xiǎn)廢物，則按危險(xiǎn)廢物處理，如不屬于危險(xiǎn)廢物，可按一般固體廢物處置。污泥焚燒飛灰在重金屬含量不超標(biāo)的情況下可考慮綜合利用，如制水泥、造磚等。若含量超標(biāo)，不允許直接填埋，可以采用飛灰再燃裝置進(jìn)行高溫熔融等處理方式達(dá)標(biāo)后再進(jìn)行填埋或采用化學(xué)方法將超標(biāo)的重金屬淋濾出來，達(dá)標(biāo)后再利用。
污泥焚燒解決好以上問題后，將是一種一勞永逸的好辦法，對(duì)我國有效控制污泥污染將起到積極的作用。
6 建議
對(duì)于我國的污泥問題，不是一天兩天或者任何一種技術(shù)就可以解決的，污泥問題的解決更多的是人們觀念的轉(zhuǎn)變。在污泥處置問題上，建議做到以下幾個(gè)方面：
①污泥處置以無害化為主，以資源化為輔應(yīng)該是我們今后的方向。采用污泥焚燒無害化的方式處置污泥尤其是采用混合焚燒應(yīng)該是我們提倡的思路。
②積極利用目前現(xiàn)有的大規(guī)模的焚燒窯爐（如熱電廠焚燒系統(tǒng)）和水泥廠焚燒窯爐進(jìn)行，利用廢棄的水泥焚燒窯爐焚燒污泥，既利用原有資料，又解決了污泥問題。
③將污泥與垃圾、水泥以及熱電廠摻混焚燒應(yīng)充分考慮余熱的回收利用。
④充分利用現(xiàn)有的廢氣處理系統(tǒng)，使污泥焚燒達(dá)標(biāo)排放。
⑤對(duì)于污泥焚燒產(chǎn)生的廢渣以及飛灰按相關(guān)規(guī)定進(jìn)行鑒別，如屬于危險(xiǎn)廢物，則按危險(xiǎn)廢物處理，如不屬于危險(xiǎn)廢物，可按一般固體廢物處置或綜合利用。
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