0前言

生活污水處理一般采用生物處理法，處理過(guò)程中因有機(jī)物的轉(zhuǎn)化會(huì)生成大量的有機(jī)污泥。生物處理法中最常用的是活性污泥法，雖因處理?xiàng)l件不同效果有所差異，但污水中有機(jī)物的50%左右被轉(zhuǎn)化為污泥。原因在于活性污泥法工藝穩(wěn)定，通過(guò)微生物的代謝，以及代謝生成的活性污泥的絮凝沉淀作用，可以持續(xù)生成并排出大量的污泥。因此，要實(shí)現(xiàn)生活污水處理的徹底和可持續(xù)性，必須對(duì)生成污泥進(jìn)行及時(shí)、合理的處理處置。另一方面，從營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)的角度來(lái)看，污泥中含有高濃度的氮、磷，其循環(huán)利用也成為我們面臨的重要課題。城市污水處理廠(chǎng)的污水處理量大，污水中有可能混入工業(yè)廢水，導(dǎo)致處理污水中含有一定量的有害物質(zhì)，從而對(duì)污泥的循環(huán)利用造成影響。但對(duì)于農(nóng)村地區(qū)等小規(guī)模、分散型污水處理設(shè)施，污水中混入有害物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)較小，污泥處理可優(yōu)先考慮資源化利用。

日本生活污水的處理主要分為下水道(相當(dāng)于中國(guó)的城鎮(zhèn)污水處理)、農(nóng)村污水處理設(shè)施和凈化槽3種模式。本文以2011年度(2011年4月~2012年3月)信息和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為依據(jù)，立足于日本污水處理的整體狀況，對(duì)3種模式下污泥處理處置的現(xiàn)狀和特點(diǎn)分別進(jìn)行深入分析。

1日本生活污水處理的現(xiàn)狀

如上所述，日本的生活污水處理分為下水道、農(nóng)村污水處理設(shè)施和凈化槽3種模式，其行政主管部門(mén)分別對(duì)應(yīng)國(guó)土交通省、農(nóng)林水產(chǎn)省和環(huán)境省。其中，下水道的建設(shè)主要集中在城市地區(qū)，另外，在一些自然保護(hù)區(qū)內(nèi)或水環(huán)境保護(hù)要求較高的農(nóng)村或山區(qū)，也建設(shè)有小規(guī)模的下水道系統(tǒng)，現(xiàn)在運(yùn)行中的污水處理廠(chǎng)約有2200座;農(nóng)村污水處理設(shè)施面向不宜建設(shè)下水道系統(tǒng)、但有生活衛(wèi)生條件和水環(huán)境改善需求的小規(guī)模區(qū)域，服務(wù)人口定為1000人以下,當(dāng)前運(yùn)行中的處理設(shè)施約有5100座;凈化槽的服務(wù)對(duì)象主要是單戶(hù)獨(dú)棟住宅、服務(wù)人口為10人以下，在發(fā)展初期，由于居民對(duì)水沖廁所的需求變得迫切，而建設(shè)下水道又耗時(shí)太長(zhǎng)，推動(dòng)了凈化槽的出現(xiàn)及在部分地區(qū)的應(yīng)用。早期凈化槽只處理居民家庭廁所排放的污水(糞尿)，因此被稱(chēng)為“單獨(dú)處理凈化槽”。2001年起，為強(qiáng)化水污染防治，日本開(kāi)始禁止安裝這種“單獨(dú)處理凈化槽”，同時(shí)規(guī)定安裝家用凈化槽時(shí)，必須采用可對(duì)所有家庭生活污水(包括廁所污水、廚房污水、洗浴污水等)進(jìn)行合并處理的凈化槽。目前，日本已設(shè)置的凈化槽約為780萬(wàn)套，其中早期的單獨(dú)處理凈化槽約有450萬(wàn)套。

圖1所示為截至2012年3月底(2011年度末)日本不同污水處理模式的污水處理現(xiàn)狀。從圖1可知，2011年度日本的生活污水處理率為87.6%，其中下水道、農(nóng)村污水處理設(shè)施及合并處理凈化槽3種模式的污水處理率分別占75.8%、2.8%和9.0%，對(duì)應(yīng)的服務(wù)人口分別達(dá)到9335萬(wàn)、350萬(wàn)和1105萬(wàn)。單獨(dú)處理凈化槽因?yàn)橹惶幚砑S尿(廁所污水)，因此其處理率未包含在生活污水處理率之內(nèi)。另外，同期水沖廁所的普及率為92.6%，由該普及率與生活污水處理率之差，可以得出單獨(dú)處理凈化槽的糞便處理量占到生活污水排放總量的5%，其服務(wù)人口約為620萬(wàn)。需要注意的是，現(xiàn)在日本還存在使用傳統(tǒng)旱廁的情況，這種旱廁一般帶有糞尿儲(chǔ)存池，待糞尿存儲(chǔ)到一定量后，用抽糞車(chē)清運(yùn)到專(zhuān)業(yè)的糞便處理廠(chǎng)進(jìn)行合理處置。由于單獨(dú)處理凈化槽和旱廁的存在，導(dǎo)致部分生活污水(除糞尿之外的廚房污水、洗浴污水等)未經(jīng)處理而直接排放，成為一些地區(qū)水質(zhì)污染的主要原因，從人口比例來(lái)看，這部分人群約占到總?cè)丝诘?2%。

圖1 生活污水的處理現(xiàn)狀(截至2012年3月底)

2日本生活污水污泥的處理處置現(xiàn)狀

2.1下水道污泥(污水處理廠(chǎng)污泥)

表1所示為2011年度日本污水處理廠(chǎng)產(chǎn)生污泥的處理，以及包括循環(huán)利用在內(nèi)的處置狀況(以濃縮污泥含固量計(jì))，表中的數(shù)值出自日本下水道統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)時(shí)滿(mǎn)足了下述各項(xiàng)條件。

(1)濃縮污泥含固量由濃縮污泥產(chǎn)生量和濃縮污泥含固率算出。

(2)無(wú)濃縮階段的情況下，污泥含固量由最初工序的污泥投入量和含固率算出。

(3)在好氧消化后設(shè)有濃縮池時(shí)，污泥含固量由好氧消化池的進(jìn)泥量和含固率算出。

(4)投加糞便、凈化槽污泥、村落污水處理設(shè)施污泥等時(shí)，其含固量不計(jì)。

(5)填埋處置量為陸地填埋量和海上填埋量的合計(jì)。

(6)將綠化農(nóng)田回用、建材化、固體燃料化以外的有效利用稱(chēng)為“其他有效利用”。

需要說(shuō)明的是，表中的脫水污泥和焚燒灰是指污泥被填埋或有效利用等最終處置前的形態(tài)，焚燒灰量是指在污水處理廠(chǎng)內(nèi)或其他處理設(shè)施中被焚燒的污泥量(轉(zhuǎn)化為焚燒灰的污泥量)。此外，從表1中可知，污泥的最終處置包括填埋以及綠化農(nóng)田回用等。從脫水污泥數(shù)據(jù)來(lái)看，污水處理廠(chǎng)產(chǎn)生的污泥總量中，約有18萬(wàn)t(以干重計(jì))轉(zhuǎn)化為脫水污泥，而脫水污泥中有超過(guò)4萬(wàn)t被填埋處置，約3萬(wàn)t被用于綠化農(nóng)田回用。

2011年度日本全國(guó)的污水處理廠(chǎng)污泥產(chǎn)生量為222萬(wàn)t(以干固體計(jì))，圖2所示為該年度污水處理廠(chǎng)污泥的不同處理方式(污泥形態(tài))所占比例。圖3所示為2011年度污水處理廠(chǎng)污泥的處置方式及所占比例。

圖2 2011年度污水處理廠(chǎng)污泥的處理方式現(xiàn)狀

從圖2可知，2011年度日本污水處理廠(chǎng)污泥的處理方式中，大部分采用了焚燒。

從圖3可知，廠(chǎng)內(nèi)儲(chǔ)存量占比增加明顯，占到污泥處置總量的13.9%。原因是受到2011年3月東日本大地震的影響。該地震造成福島第一核電站核泄露事故，事故中產(chǎn)生的放射性污染物進(jìn)入污水處理廠(chǎng)，產(chǎn)生的污泥焚燒后放射性污染物被濃縮到焚燒灰中。原則上這些含有放射性污染物的焚燒灰應(yīng)保管在專(zhuān)門(mén)的中間儲(chǔ)藏設(shè)施中，但由于相關(guān)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度等原因，生成的焚燒灰不得不在污水處理廠(chǎng)內(nèi)進(jìn)行臨時(shí)存儲(chǔ)、保管。

圖3 2011年度污水處理廠(chǎng)污泥的最終處置現(xiàn)狀

從圖2可知日本的污水處理廠(chǎng)污泥大部分采用了焚燒處理，由此產(chǎn)生大量的焚燒灰。圖4所示為焚燒灰的處置及有效利用狀況。

圖4 2011年度污水處理廠(chǎng)焚燒灰的最終處置狀況

相關(guān)數(shù)據(jù)表明，2010年度日本污水處理廠(chǎng)污泥的有效利用率為78%，而2011年度的有效利用率則降到54.9%，主要是受到2011年3月東日本大地震核電站泄漏事故的影響。特別是用于生產(chǎn)水泥的污泥量顯著減少，從2010年度的88.5萬(wàn)t驟減到2011年度的50.5萬(wàn)t，這也導(dǎo)致了受污染污泥的廠(chǎng)內(nèi)存儲(chǔ)量顯著增加。

2.2農(nóng)村污水處理設(shè)施污泥

根據(jù)日本農(nóng)林水產(chǎn)省的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2011年度農(nóng)村污水處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥量(以體積計(jì))為130萬(wàn)m3。在與污水處理廠(chǎng)污泥進(jìn)行比較時(shí)需要注意的是，日本的公開(kāi)數(shù)據(jù)中，污水處理廠(chǎng)污泥是以干重計(jì)，而農(nóng)村污水處理設(shè)施污泥則以體積計(jì)。圖5所示為2011年度農(nóng)村污水處理設(shè)施污泥的最終處置狀況及不同農(nóng)田回用污泥所占比例。

圖5 2011年度農(nóng)村污水處理設(shè)施污泥的最終處置狀況及不同農(nóng)田回用污泥的比例

2.3凈化槽污泥

2011年度日本凈化槽產(chǎn)生的污泥總量為1474萬(wàn)m3，其中有92%經(jīng)糞便處理廠(chǎng)處理，生成殘?jiān)?12萬(wàn)t。由于糞便處理大多采用生物處理法，可將該殘?jiān)�量�?dāng)做生物處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥(即糞便處理污泥)量。在日本已公開(kāi)的統(tǒng)計(jì)資料中，看不出此類(lèi)污泥的產(chǎn)生量是以干固體計(jì)，還是以濃縮污泥含固量或脫水污泥含固量計(jì)。

日本的糞便處理廠(chǎng)建設(shè)于水沖廁所普及前的時(shí)期，目的在于對(duì)旱廁收集的糞便進(jìn)行集中處理。隨著城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)、農(nóng)村污水處理設(shè)施的建設(shè)以及凈化槽的逐漸普及，旱廁糞便收集量驟減，而凈化槽產(chǎn)生的污泥量卻不斷增加，于是糞便處理廠(chǎng)開(kāi)始收納凈化槽污泥。2011年度日本全國(guó)旱廁的糞便收集量為789萬(wàn)m3，其中736萬(wàn)m3通過(guò)糞便處理廠(chǎng)進(jìn)行處理。同時(shí)在糞便處理廠(chǎng)處理的凈化槽污泥為1365萬(wàn)m3，約為旱廁收集糞便處理量的2倍。現(xiàn)在日本糞便處理的主流工藝是活性污泥法。圖6所示為糞便處理污泥的不同處理方式所占比例。

圖6 2011年度糞便處理污泥的不同處理方式所占比例

3結(jié)語(yǔ)

日本生活污水處理分為下水道(城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng))、農(nóng)村污水處理設(shè)施以及凈化槽3大系統(tǒng)。根據(jù)公開(kāi)數(shù)據(jù)可知，截至2012年3月末，日本的生活污水處理率為87.6%。另外，從污水處理總量占比來(lái)看，城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)占到86.5%、農(nóng)村污水處理設(shè)施占3.2%、凈化槽占10.2%。本文對(duì)上述3大系統(tǒng)所產(chǎn)生的污泥處理處置狀況進(jìn)行了歸納。但由于規(guī)模較大的城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)的公開(kāi)數(shù)據(jù)非常詳實(shí)，而規(guī)模較小的農(nóng)村污水處理設(shè)施和凈化槽相關(guān)的數(shù)據(jù)公開(kāi)并不充分，因此未能對(duì)3者在同質(zhì)數(shù)據(jù)情況下進(jìn)行比較分析。然而，因?yàn)槌擎?zhèn)污水處理廠(chǎng)的污水處理量在污水處理總量中占比較大，所以可根據(jù)其公開(kāi)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，對(duì)日本污泥的處理處置狀況進(jìn)行詳細(xì)解析。

以下對(duì)日本生活污水污泥處理處置的特征進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。從2012年3月末數(shù)據(jù)來(lái)看，城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)和凈化槽的污水處理量之和占到日本污水處理總量的96.7%，其中污水處理廠(chǎng)占86.5%、凈化槽占10.2%。產(chǎn)生的污泥中約有65%被焚燒處理。還有一個(gè)特征就是污泥的綠化和農(nóng)田回用占比并不高，只有15%左右。與之相反，農(nóng)村污水處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥，有52%用于綠化和農(nóng)田回用，但因農(nóng)村污水處理設(shè)施的污水處理量在生活污水處理總量中占比較小，其污泥處置量對(duì)污泥處置的整體趨勢(shì)影響很小。因此日本污泥的循環(huán)利用仍以焚燒灰的有效利用為主，其主流仍是建材化利用，例如將焚燒灰制成水泥原料和輕質(zhì)骨料。

然而，受2011年3月東日本大地震福島核電站核泄漏事故的影響，日本國(guó)內(nèi)污泥的循環(huán)利用量占比大幅減少。與大地震前的2009年度數(shù)據(jù)比較，當(dāng)時(shí)的污泥循環(huán)利用量占到污泥總量的77%，而到了2011年度，該比例驟減到55%。此外，由于下水道系統(tǒng)的污水收集面廣，沉降到地面的放射性污染物匯集到污水處理廠(chǎng)，污染物經(jīng)焚燒處理后被濃縮到焚燒灰中，導(dǎo)致出現(xiàn)單位重量焚燒灰中放射性物質(zhì)含量超標(biāo)的現(xiàn)象。同時(shí)，這種現(xiàn)象也出現(xiàn)在部分堆肥和污泥肥料干化的工藝階段中，成為日本國(guó)內(nèi)今后面臨的重大課題。