截至2015年9月底，全國(guó)城鎮(zhèn)累計(jì)建成污水處理廠3830座，污水處理能力已達(dá)到1.62億m3/d，伴生的污泥已突破3000萬(wàn)t/年(含水率80%計(jì))。根據(jù)住建部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2014年底，通過(guò)建材、焚燒、制肥、衛(wèi)生填埋等無(wú)害化處置的污泥約為56%，近半數(shù)污泥尚未做到無(wú)害化處理，約三分之一污泥采用“臨時(shí)手段”處置，百分之十幾的污泥不明去向，未能達(dá)到國(guó)務(wù)院《“十二五”全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》中要求的80%污泥無(wú)害化處理處置目標(biāo)。污泥問題已成為污水處理領(lǐng)域的瓶頸。與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的污泥成分泥砂和重金屬含量相對(duì)較高、有機(jī)質(zhì)含量少，致使污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣率低、焚燒處理熱值偏低、土地利用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大。因此，開發(fā)適合我國(guó)污泥泥質(zhì)特征的污泥處理處置與資源化技術(shù)意義重大。
近幾年，隨著全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)、國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)的全面實(shí)施，我國(guó)污泥處理處置及資源化技術(shù)和裝備得到了快速發(fā)展，儲(chǔ)備了系列原創(chuàng)技術(shù)，形成了一批代表性示范工程，為污泥問題的解決提供了技術(shù)支撐。
1污泥處理處置的基本原則和技術(shù)路線
1.1基本原則
對(duì)污泥進(jìn)行處理處置與資源化利用時(shí)應(yīng)遵循“安全環(huán)保、循環(huán)利用、節(jié)能降耗、因地制宜、穩(wěn)妥可靠”的基本原則。其中，安全環(huán)保是必須堅(jiān)持的基本要求;循環(huán)利用是應(yīng)努力實(shí)現(xiàn)的重要目標(biāo);節(jié)能降耗是應(yīng)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(wěn)妥可靠是貫穿始終的必需條件。
在制訂污泥處理處置規(guī)劃時(shí)，應(yīng)根據(jù)污泥處理處置階段性特點(diǎn)，同時(shí)考慮應(yīng)急性、階段性和永久性三種方案。充分利用其他行業(yè)資源來(lái)進(jìn)行污泥處理處置可作為階段性方案，并應(yīng)具有應(yīng)急的處理處置方案，防止污泥隨意棄置，保證環(huán)境安全。在選擇污泥處理處置技術(shù)時(shí)，應(yīng)按照“處置決定處理、處理滿足處置”的要求，在確定了污泥處置方式的基礎(chǔ)上選擇適宜的污泥處理技術(shù)。同時(shí)優(yōu)先采用先進(jìn)成熟的技術(shù)，對(duì)于研發(fā)中的新技術(shù)，應(yīng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的評(píng)價(jià)、生產(chǎn)性應(yīng)用以及工程示范，確認(rèn)可靠后方可采用。
1.2技術(shù)路線
污泥處理處置的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化。減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化可以降低處理費(fèi)用、避免二次污染;資源化可以實(shí)現(xiàn)污泥中有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)利用。污泥處理處置及資源化方式，要充分考慮污泥的泥質(zhì)特征、所處地區(qū)的環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)水平。鼓勵(lì)發(fā)達(dá)城市以資源化利用為主要目標(biāo)，欠發(fā)達(dá)城市和地區(qū)以穩(wěn)定化、無(wú)害化為近期目標(biāo)，同時(shí)考慮未來(lái)污泥資源化利用的可能性。鼓勵(lì)符合標(biāo)準(zhǔn)的污泥進(jìn)行土地利用。有條件的地區(qū)，可推廣污泥制建材等綜合利用;不具備相應(yīng)條件的可采用填埋處置。
污泥處理以滿足土地利用時(shí)，鼓勵(lì)采用厭氧消化或高溫好氧發(fā)酵(堆肥)等方式處理污泥;污泥以填埋為處置方式時(shí)，可采用高溫好氧發(fā)酵、石灰穩(wěn)定等方式處理，也可添加粉煤灰對(duì)污泥進(jìn)行改性;污泥以建筑材料綜合利用為處置方式時(shí)，可采用熱干化、焚燒等處理方式。鼓勵(lì)大中型城市采用干化焚燒和建材利用為主的技術(shù)路線，中型城市或大城市區(qū)縣采用“厭氧消化+土地利用”的技術(shù)路線，小型城市或區(qū)縣采用“好氧發(fā)酵+土地利用”的技術(shù)路線。
2污泥處置及相關(guān)要求
2.1污泥土地利用
污泥的土地利用包括農(nóng)用、園林綠化、土地改良，也是污泥有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)最重要的資源化利用方式，鼓勵(lì)經(jīng)穩(wěn)定化無(wú)害化處理且符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的污泥進(jìn)行土地利用。當(dāng)泥質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)》(GB/T 23486-2009)要求時(shí)，可以用于園林綠化;當(dāng)泥質(zhì)符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 土地改良用泥質(zhì)》(GB/T 24600-2009)規(guī)定時(shí)，可以用于鹽堿地、沙化地和廢棄礦場(chǎng)等土地改良。禁止不達(dá)標(biāo)污泥進(jìn)入耕地，當(dāng)把污泥用于農(nóng)田、果園或牧草地時(shí)，除了泥質(zhì)達(dá)到《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 4284-84)和《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 農(nóng)用泥質(zhì)》(CJ/T 309-2009)規(guī)定外，還應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐寥拉h(huán)境質(zhì)量和農(nóng)作物特點(diǎn)，結(jié)合《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618-2008)，研究提出包括施用范圍、施用量、施用方法及施用期限等內(nèi)容在內(nèi)的污泥農(nóng)用方案，經(jīng)污泥施用場(chǎng)地適用性環(huán)境影響評(píng)價(jià)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后，進(jìn)行污泥農(nóng)用并嚴(yán)格施用管理。
2.2污泥建材利用
污泥的建材利用包括制水泥添加劑、制磚、制輕質(zhì)骨料等。當(dāng)污泥泥質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 制磚用泥質(zhì)》(GB/T25031-2010)要求時(shí)，污泥可直接作為制磚原料;當(dāng)污泥泥質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 水泥熟料生產(chǎn)用泥質(zhì)》(CJ/T 314-2009)要求時(shí)，污泥可直接作為水泥熟料生產(chǎn)的原料。污泥建材利用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格防止生產(chǎn)和使用過(guò)程中的二次污染。
2.3污泥焚燒
污泥的焚燒包括單獨(dú)焚燒、與垃圾混合焚燒、利用工業(yè)鍋爐焚燒和利用火力發(fā)電廠焚燒。污泥焚燒應(yīng)在調(diào)查本地區(qū)可資利用的垃圾焚燒、水泥及熱電等窯爐狀況的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)利用現(xiàn)有窯爐對(duì)污泥進(jìn)行協(xié)同焚燒，以降低污泥處置設(shè)施的投資。當(dāng)泥質(zhì)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 單獨(dú)焚燒用泥質(zhì)》(GB/T24602-2009)要求時(shí)，污泥可以單獨(dú)焚燒，并與干化聯(lián)用，以提高污泥的熱能利用效率。焚燒后的灰渣，首先考慮建材利用，也可直接填埋;經(jīng)鑒別屬于危險(xiǎn)廢物的灰渣和飛灰，應(yīng)納入危險(xiǎn)固體廢棄物管理。采用污泥焚燒技術(shù)方案時(shí)，應(yīng)參照《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18485-2014)防止二次污染。
2.4污泥填埋
當(dāng)污泥泥質(zhì)不適合土地利用，且當(dāng)?shù)夭痪邆浞贌徒ú睦脳l件時(shí)，可采用填埋處置。污泥的填埋包括單獨(dú)填埋、混合填埋和特殊填埋。污泥填埋前需進(jìn)行穩(wěn)定化處理，可采用石灰穩(wěn)定等工藝，也可通過(guò)添加粉煤灰或陳化垃圾對(duì)污泥進(jìn)行改性處理，處理后泥質(zhì)應(yīng)符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 混合填埋用泥質(zhì)》(GB/T 23485-2009)的要求。污泥填埋處置應(yīng)考慮填埋氣體收集和利用，減少溫室氣體排放。
3污泥處理處置及資源化新技術(shù)
3.1污泥原位減量技術(shù)
污泥原位減量技術(shù)是通過(guò)降低污水處理過(guò)程中細(xì)胞合成量、增強(qiáng)微生物自身內(nèi)源呼吸能力、促進(jìn)微生物的自身分解，最終達(dá)到減少剩余污泥產(chǎn)生量的目的。因此，污泥原位減量與污泥減容減量有本質(zhì)上的區(qū)別，后者只是通過(guò)降低污泥含水率縮減污泥。實(shí)質(zhì)上，傳統(tǒng)的污水處理工藝通過(guò)延長(zhǎng)曝氣時(shí)間、增加污水在曝氣池內(nèi)的停留時(shí)間，可提高微生物內(nèi)源代謝反應(yīng)的自身氧化率，減少污泥的產(chǎn)量。但是，這種方式會(huì)增大池容和曝氣量。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于溶胞-隱性生長(zhǎng)、解偶聯(lián)代謝、生物捕食以及內(nèi)源代謝/維持代謝等理論，對(duì)污泥原位減量技術(shù)進(jìn)行了大量研究，污泥減量可達(dá)到21%~87%。在這些基礎(chǔ)研究成果的指引下，對(duì)傳統(tǒng)成熟工藝進(jìn)行組合、改進(jìn)，可以在滿足原有污水處理功能的基礎(chǔ)上，同時(shí)獲得較好的污泥減量效果。“好氧-沉淀-厭氧”是一種基于解偶聯(lián)機(jī)制的改進(jìn)活性污泥系統(tǒng)，在污泥回流過(guò)程中加一個(gè)厭氧池，使好氧微生物在好氧段產(chǎn)生的ATP 在底物缺乏的厭氧段被消耗，不能用于細(xì)胞合成，從而降低污泥產(chǎn)量。嵌入式旁路污泥減量是在CASS反應(yīng)器的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制反應(yīng)區(qū)低溶解氧、堿解污泥使其碳源化、回流碳源化污泥強(qiáng)化生物反硝化能力等手段，可使系統(tǒng)的污泥減量率大于25%，其中有機(jī)污泥減量率大于55%，有效達(dá)到污泥原位減量。水蚯蚓原位消解污泥技術(shù)是在傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)生化池中引入更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的后生動(dòng)物水蚯蚓，延長(zhǎng)系統(tǒng)中的生物鏈，促進(jìn)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，利用水蚯蚓和微生物的協(xié)同作用原位消解污泥，實(shí)現(xiàn)污泥原位減量。
3.2污泥減容減量技術(shù)
污泥減容的目的就是降低污泥含水率、減小污泥體積，實(shí)現(xiàn)污泥最基本的減量化。在減容過(guò)程中污泥的生物固體量幾乎沒有改變。傳統(tǒng)的污泥減容減量技術(shù)包含了污泥濃縮和污泥脫水兩個(gè)過(guò)程。濃縮是減縮污泥間隙水，脫水是減縮污泥毛細(xì)水和表面附著水。在技術(shù)原理上，污泥濃縮和脫水沒有重大突破，主要方法包括重力濃縮、機(jī)械濃縮、離心脫水、帶式脫水和板框壓濾脫水等，裝備也已經(jīng)國(guó)產(chǎn)化，今后的研究重點(diǎn)是如何進(jìn)一步降低藥耗、電耗和降低污泥的含水率。由于在機(jī)械脫水過(guò)程中污泥的壓密方向和水的排出方向一致，壓力愈大，壓密越甚，水分流動(dòng)的通路將逐漸被堵塞，因此傳統(tǒng)的機(jī)械脫水技術(shù)較難進(jìn)一步降低污泥的含水率。
為了進(jìn)一步提高污泥的脫水效果，近年來(lái)電滲透、射流、真空等有別于傳統(tǒng)機(jī)械脫水的新技術(shù)逐漸得到應(yīng)用，也建立了一批示范工程，泥餅的含水率可達(dá)到60%以下，被稱為深度脫水。污泥深度脫水是我國(guó)特有的一種污泥脫水工藝，就電滲透脫水技術(shù)而言，它是基于污泥中細(xì)菌的主要成分蛋白質(zhì)在pH接近中性的環(huán)境中通常帶負(fù)電荷，在電場(chǎng)作用下，帶電顆粒將在分散介質(zhì)中作定向運(yùn)動(dòng)。電滲透脫水技術(shù)就是利用帶電顆粒和周圍介質(zhì)的電滲透和電泳實(shí)現(xiàn)污泥深度脫水。在電滲透過(guò)程中，水的流動(dòng)方向和污泥絮體流動(dòng)方向相反，水分可不經(jīng)過(guò)泥餅的空隙通道。因此，電滲透脫水不受污泥壓密引起的通道堵塞或阻力的影響，脫水效率比一般方法提高10%~20%。桑德環(huán)保將“電滲透”與“板框壓濾”進(jìn)行耦合開發(fā)的“污泥電滲透高壓干化機(jī)”，在不投加任何化學(xué)藥劑的情況下，可將城市污泥含水率從80%~85%降至40%~60%。
3.3污泥干化技術(shù)
污泥干化是在污泥脫水后，利用熱能進(jìn)一步減少污泥含水率的方法。通過(guò)干化處理后，污泥的含水率可降至40%~10%。污泥干化是一個(gè)能量?jī)糁С龅倪^(guò)程，能耗費(fèi)用在系統(tǒng)運(yùn)行成本中的比例大于80%，因此發(fā)展節(jié)能低碳污泥干化技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來(lái)，污泥干化技術(shù)發(fā)展較為迅速，主要聚焦在三個(gè)方面，一是利用太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等新能源進(jìn)行污泥干化;二是對(duì)干燥機(jī)或反應(yīng)器等裝備進(jìn)行優(yōu)化;三是對(duì)污泥干化新技術(shù)的研發(fā)，比如水熱干化、生物干化、污泥低溫射流干化、低溫真空脫水干化、微波干化、超聲波干化和熱泵干化等。
污泥水熱干化是將污泥在密閉容器內(nèi)加熱，在一定溫度和壓力下破壞污泥的膠體結(jié)構(gòu)，降低污泥粘度，提高污泥的脫水性能，經(jīng)壓濾脫水即可得到含水率為60%的泥餅。污泥生物干化是利用微生物高溫好氧發(fā)酵過(guò)程中有機(jī)物降解所產(chǎn)生的生物熱能，通過(guò)過(guò)程調(diào)控手段促進(jìn)水分蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)快速去除水分的一種干化處理工藝。太陽(yáng)能污泥干化是利用太陽(yáng)能提升溫室內(nèi)部氣體溫度，擾流風(fēng)機(jī)將上部未飽和的熱空氣吹到污泥表面，打斷污泥表面形成的飽和冷空氣層，形成混流效應(yīng)，將污泥水分吸收帶出溫室。污泥低溫射流干化系統(tǒng)能夠在常溫下利用音障原理，采用高速風(fēng)機(jī)產(chǎn)生超高速氣流沖擊波對(duì)污泥進(jìn)行破碎，污泥和水在粉碎的過(guò)程中分離，然后再經(jīng)過(guò)氣、液、固三相分離裝置進(jìn)行脫水和固體顆粒的回收。低溫真空脫水干化成套技術(shù)利用通過(guò)真空系統(tǒng)將腔室內(nèi)的氣壓降低，使濾餅中水的沸點(diǎn)降低，同時(shí)通過(guò)隔膜板和加熱板對(duì)濾餅加熱，使水分蒸發(fā)的速度加快，比在常壓下加熱干化的效率更高。
3.4污泥焚燒技術(shù)
污泥焚燒是最徹底的減量化技術(shù)，通過(guò)焚燒污泥，污泥的體積縮減至原污泥10%以下，焚燒產(chǎn)物為穩(wěn)定的惰性灰渣，可以進(jìn)行建材資源化利用，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化，更為重要的是焚燒污泥產(chǎn)生的熱量可回用于濕污泥的干化，有利于污泥生物質(zhì)能源的循環(huán)利用，是國(guó)際上大型城市的主流污泥處理工藝。但是，由于污泥干化焚燒工程規(guī)模大、工藝復(fù)雜，建設(shè)成本和運(yùn)行成本均較高，現(xiàn)階段大力推廣和應(yīng)用該技術(shù)還顯得較為困難。以上海某污泥處理工程為例，規(guī)模為150 tDS/d的污泥干化—焚燒—煙氣處理工程，工程投資高達(dá)6億元，其中建安費(fèi)為4億元，折合單噸污泥建設(shè)成本約53萬(wàn)/t濕泥(含水率80%計(jì))，直接運(yùn)行成本為200元/t濕泥。因此，從降低污泥處理處置設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)行成本角度考慮，鼓勵(lì)利用現(xiàn)有窯爐對(duì)污泥進(jìn)行協(xié)同焚燒。
近年來(lái)，隨著一批示范工程的建設(shè)，污泥焚燒技術(shù)和裝備得到了快速發(fā)展，具有代表性的成果包括異重流化床污泥清潔焚燒技術(shù)、濕污泥循環(huán)流化床一體化焚燒技術(shù)以及污泥協(xié)同焚燒技術(shù)等。其中，異重流化床污泥清潔焚燒技術(shù)采用石英砂床料，通過(guò)在流化床中添加鈣基物質(zhì)，并結(jié)合爐內(nèi)燃燒溫度控制等手段，有效防止了大污泥凝聚團(tuán)在流化床內(nèi)的沉積。濕污泥循環(huán)流化床一體化焚燒技術(shù)是在循環(huán)流化床燃燒技術(shù)和污泥流化床干化技術(shù)的基礎(chǔ)上，把相對(duì)獨(dú)立的污泥干化和焚燒過(guò)程耦合在一起，回收熱灰和高溫?zé)煔鉄崃窟M(jìn)行濕污泥的預(yù)干化，在一個(gè)系統(tǒng)中完成濕污泥的干化和焚燒，大大降低了污泥處置的能耗和成本。污泥協(xié)同焚燒技術(shù)則將污泥與其他物質(zhì)利用現(xiàn)有的工業(yè)焚燒爐進(jìn)行混合焚燒，目前已經(jīng)在火力發(fā)電廠、垃圾焚燒廠、水泥窯焚燒實(shí)現(xiàn)了工程示范，進(jìn)一步研發(fā)的重點(diǎn)是添加量對(duì)爐體影響和煙氣的污染控制。
3.5污泥厭氧消化技術(shù)
厭氧消化是最常見的污泥穩(wěn)定化和資源化處理技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)污泥中碳、氮、磷等自然資源的循環(huán)利用。在發(fā)達(dá)國(guó)家，規(guī)�；鬯幚韽S大都設(shè)置了污泥厭氧消化裝置，在解決污泥處理的同時(shí)還可以利用沼氣提供污水處理廠40%~60%的電耗。由于我國(guó)污泥的泥砂含量高、有機(jī)質(zhì)含量低，沼氣產(chǎn)量低、品質(zhì)差，能量化效率低，再加上建設(shè)成本高，致使污泥厭氧消化設(shè)施長(zhǎng)期處于建造和運(yùn)行雙困難的狀態(tài)。近年來(lái)，厭氧消化技術(shù)取得了較好進(jìn)展。基于我國(guó)污泥特征，就提升厭氧消化效率的途徑展開了大量研究，開發(fā)了高含固厭氧消化、有機(jī)質(zhì)協(xié)同厭氧消化、預(yù)處理+多級(jí)多相厭氧消化等創(chuàng)新技術(shù)，部分技術(shù)已經(jīng)形成示范工程或裝備，如高溫高壓熱水解技術(shù)裝備、污泥濃縮/消化一體化技術(shù)裝備。典型工藝有初沉污泥與剩余污泥水解碳源回收和利用技術(shù)、分級(jí)/分相厭氧消化技術(shù)、污泥與城市有機(jī)質(zhì)協(xié)同厭氧消化技術(shù)等。其中，高含固厭氧消化技術(shù)是基于污泥細(xì)胞破解技術(shù)，通過(guò)污泥細(xì)胞破裂、有機(jī)物溶出，提升厭氧消化速率和轉(zhuǎn)化效率，提高沼氣產(chǎn)量和品質(zhì)。常見的細(xì)胞破解預(yù)處理技術(shù)有熱水解、堿處理、超聲波預(yù)處理、臭氧預(yù)處理等。目前，高溫高壓熱水解技術(shù)已建立穩(wěn)定的示范基地，通過(guò)污泥細(xì)胞破解預(yù)處理，使含固率高達(dá)10%~20%的污泥可以順利進(jìn)行污泥的厭氧消化處理，為污泥的集約處理奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。長(zhǎng)沙市某污泥集中處理項(xiàng)目，將濕污泥(含水率80%)和餐廚垃圾(含水率60%)進(jìn)行共同發(fā)酵，總處理規(guī)模為500 t/d，采用污泥熱水解+高含固厭氧消化+脫水+干化工藝，處理后產(chǎn)物為生物碳土(40%含水率)和沼氣(68%甲烷)，實(shí)現(xiàn)了城市污泥與餐廚垃圾的協(xié)同處理和脫水污泥熱水解預(yù)處理，提高了污泥降解率和產(chǎn)氣率。圍繞厭氧消化技術(shù)的應(yīng)用，今后將在提高厭氧消化有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化效率、縮短停留時(shí)間、提高沼氣中甲烷含量、開發(fā)沼渣沼液的高品質(zhì)利用途徑等方面展開研究。
4結(jié)語(yǔ)
原標(biāo)題:污泥處理處置及資源化途徑與新技術(shù)
