国内外污泥处理概述教材

国内外污泥处理概述

一、 国内污泥处理现状及趋势

污水在处理的过程中将大部分污染物均转化到了污泥里，因此污泥中含有覆盖面极广的各类污染物，包括各种重金属、微量高毒性有机物(PCBs、AOX等)、大量细菌、病毒体和寄生虫卵等致病微生物，，如不妥善处理，将会引发环境卫生和污染问题，易造成二次污染。

1、国内污泥处理总体情况（不足）

2010年底，城镇污水处理厂已建2500多座，污水处理能力已达到1.22亿立方米。我国城市每年污泥产生量预计近3000万吨（已含水率80%计）。

在我国，一些中小城市基本上没有建造污水处理设施，即使有污水处理厂的大中城市，其污泥处理设施90%以上不配套。已经建成的污水处理厂中，污泥未经任何处理就直接农用的占70%以上。即使在设有消化池的污水处理厂，消化后的污泥也只是稍加脱水后就直接农用，很难符合污泥农用卫生标准。污泥处置技术比发达国家较落后，大多未经预处理或仅经简单处理后，就直接农用、填埋或送垃圾场处理，甚至有的随意堆放。

（1）“重水轻泥”严重。80%污水处理厂建有污泥的浓缩脱水设施；80%污泥没有得到稳定化处理处置。

（2）土地填埋、露天堆放和外运的污泥绝大部分属于随意处置，真正实现安全处置的比例不超过15-25%。

2、污泥处理工艺

从国内已运行的城市污水处理厂来看，污泥处理工艺包括污泥浓缩、稳定、脱水、最终处置四个主要过程。

（1）污泥浓缩

污泥浓缩主要包括重力浓缩法、气浮浓缩法、离心浓缩法等。 适用性：

① 重力浓缩：适用于初沉污泥，化学污泥，生物膜污泥；

②气浮浓缩：适用于剩余污泥产量不大的活性污泥法处理系统，尤其是生物除磷系统；

③离心浓缩：适用于大中型污水处理厂；

④机械浓缩：适用于各种生物污泥。

它们的处理性能如表1所示：

浓缩方法 污泥类型 浓缩后含水率（%） 比能耗

干固体（kw·h/t） 脱除水

（kw·h/t）

重 力 浓 缩 初沉污泥 90-95 1.75 0.20

重 力 浓 缩 剩余活性污泥 97-98 8.81 0.09

气 浮 浓 缩 剩余活性污泥 95-97 131 2.18

框式离心浓缩 剩余活性污泥 91-92 211 2.29

无孔转鼓离心浓缩 剩余活性污泥 92-95 117 1.23

表1 几种浓缩方法的比能耗和含固浓度

从表1可以看出，初沉污泥用重力浓缩法处理最为经济，对于剩余污泥来说，由于剩余污泥有机物含量高，浓缩困难，采用重力浓缩法效果不好，而采用气浮浓缩、离心浓缩则设备复杂、费用高，不适合中国国情。所以，目前国内推行将剩余活性污泥送回初沉池与初沉污泥共同沉淀的重力浓缩工艺，试验研究表明这种工艺的初沉池出水水质好于传统工艺[7]。我国污泥重力浓缩方法占71.5%，机械浓缩占21.4%，气浮浓缩占7.1%。由于国内资金短缺，且污泥中有机物含量低，所以重力浓缩仍将是国内今后重要污泥减量手段。

（2）污泥稳定

污泥稳定，国内目前常用的污泥稳定方法是厌氧消化，好氧消化和污泥堆肥，并且污泥堆肥正处于不断研究阶段，而热解和化学稳定方法或者是由于技术的原因或者是由于经济、能耗的原因而很少被采用[8]。国内污泥稳定方法所占的比例：无污泥稳定占55.70%，厌氧消化占38.04%，污泥堆肥占3.45%，好氧发酵占2.81%。

Ⅰ 厌氧消化（厌氧消化+土地利用）

污泥厌氧消化在我国存在明显的水土不服。在我国建设的约50座污泥厌氧消化设施中，可以稳定运营的只有20多座。

主要原因是由于我国污泥泥质差，处理厂运行管理水平低。我国污泥含砂量较高、有机物含量较低、污泥可生化性差，消化设备运行的稳定性和产沼气率等指标普遍未达到国外标准；此外，我国缺乏朝气利用的激励机制，设备的投资费用高，系统运行较为复杂不易掌握。

不过，在不断的研发和改进下，该技术已逐渐完善，采用碱解处理、热处理、超声波处理、微波处理等方法对污泥进行预处理，从而提高污泥水解速率，改善污泥厌氧消化性能。并通过项目经验的积累，企业也逐步掌握了较为全面的操作技能。因此，污泥厌氧消化技术在我国应用的瓶颈正不断被突破，未来将会得到进一步的发展，我们认为这会是未来的一个主流方向。

图1 污泥“厌氧消化+土地利用”流程图

Ⅱ 好氧发酵（好氧发酵+土地利用）

污泥好氧发酵技术具有稳定和杀菌的双重作用，污泥经发酵后转化为腐殖质，可限制性农用、园林绿化或改良土壤，从而实现污泥中有机质及营养元素的高效利用，设备投资少、运行管理方便。

但长期以来人们对污泥好氧发酵技术存在占地面积大、发酵产品存在重金属污染等片面的认识，限制了其在我国的推广。然而，污泥好氧发酵工程可采用高效、快速、稳定、集约化的设计、运营模式，可实现占地面积的大幅缩小；此外，研究表明我国城市生活污泥的重金属超标比例约5%，污染风险较小，不应该成为限制污泥发酵产品土地利用的主要障碍。因此，在《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南（试行）》中，好氧发酵+土地利用也被列为推荐技术路线。该技术在相对欠发达地区，应用前景较大。

图2 污泥“好氧发酵+土地利用”流程图

Ⅲ 污泥堆肥

堆肥一般分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。好氧堆肥是在有氧情况下有机物料的分解过程，其代谢产物主要是二氧化碳、水和热；厌氧堆肥是在无氧条件下有机物料的分解，厌氧分解最后的产物是甲烷、二氧化碳和许多低分子量的中间产物，如有机酸等。厌氧堆肥于好氧堆肥相比较，单位质量的有机质降解产生的能量较少，而且厌氧堆肥通常容易发出臭气。由于这些原因，几乎所有的堆肥工程系统都采用好氧堆肥。

由于长期忽视对固体废物的管理以及技术装备等的不足，我国的堆肥产业目前仍处在一个发展初期，堆肥规模、堆肥厂的数量以及堆肥工艺水平基本停留在一个粗放式的简单加工阶段，与发达国家相比距离甚远，未来各类有机固体废弃物的处理任务将十分庞大，也预示着这一产业有着广阔的发展空间。

另外，从我国农业生产的发展和市场需求看，未来有机肥的发展潜力也十分广阔。随着我国农业产业结构调整和“三绿工程”的实施，优质、高效生态农业种植面积将逐年扩大，绿色食品、有机食品生产基地的扩大必然形成对有机肥的巨大需求。与此同时，国家对改善生态环境的巨大投入必将有效拉动林、草、花卉用肥需求的迅猛增长。

（3）污泥脱水 污泥脱水，国内现有的污泥脱水措施主要是机械脱水，而干化场由于受到地区、气候条件的限制很少被采用，污泥脱水技术在国内所占的比例为：无污泥脱水占48.65%，滚压、带式脱水占37.84%，干化场占10.81%，压滤脱水占1.35%，真空吸滤脱水占1.35%。

经过脱水后，污泥含水率可降低到百分之五十五至百分之八十，视污泥和沉渣的性质和脱水设备的效能而定。污泥的进一步脱水则称污泥干化，干化污泥的含水率低于百分之十。

（4）最终处置

Ⅰ 海洋倾倒

海洋倾倒操作简单．对于沿海城市来说其处理费用较低，但是海洋倾倒对海洋生态环境可能存在的影响。中国政府于1994年初接受3项国际协议，承诺于1 994年2月20日起不在海上处置工业废物和污水污泥。

Ⅱ 污泥填埋

污泥卫生填埋已发展成为一项比 较成熟的污泥处置技术，其优点是投资较少、容量大、见效快。但污泥卫生填埋高昂的运输费用，且并不能最终避免环境污染，而只是延缓了产生时间，还应和土地利用规划相结合。使其不会成为污泥最终处置的发展方向。

Ⅲ 污泥焚烧

焚烧是利用污泥的有机成分较高，具有一定热值等特点来处置污泥。焚烧的技术优势在于其处理的彻底性，减量率可达到95％左右，其有机物被完全氧化，重金属（除汞外）几乎全被截留在灰渣中。焚烧一直存在以下几个问题：(1)投资和操作费用较高；(2)焚烧过程中产生飞灰、炉渣和烟气对环境影响大；(3)污泥中的有用成分未得到充分利用。

3、现状总结

（1）污泥主流处理方式 总体：土地填埋占60-65%、污泥好氧发酵+农用约占10-15%、污泥自然干化综合利用占3-6%、污泥焚烧占2-3%、而污泥露天堆放和外运各占2%和15%。

表2 典型污泥处理方式综合分析表

Ⅰ 污泥浓缩

初沉污泥用重力浓缩法处理最为经济，目前国内推行将剩余活性污泥送回初沉池与初沉污泥共同沉淀的重力浓缩工艺。

Ⅱ 污泥稳定

国内目前常用的污泥稳定方法是厌氧消化，好氧消化和污泥堆肥。

污泥厌氧消化在我国存在明显的水土不服，随着不断的研发和改进，该技术已逐渐完善，污泥厌氧消化技术在我国应用的瓶颈正不断被突破。

好氧发酵+土地利用也被列为推荐技术路线。该技术在相对欠发达地区，应用前景较大。 几乎所有的堆肥工程系统都采用好氧堆肥。由于长期忽视对固体废物的管理以及技术装备等的不足，我国的堆肥产业目前仍处在一个发展初期，堆肥规模、堆肥厂的数量以及堆肥工艺水平基本停留在一个粗放式的简单加工阶段。同时污泥堆肥正处于不断研究阶段。

Ⅲ 污泥处置

①污泥投海已被禁止。

②干化+焚烧+灰渣填埋或建材利用——迎来阶段性增长

干化焚烧可实现污泥较高程度的减量化、稳定化，当污泥中有毒有害物质含量很高且短期不可降低时尤为适用。干化焚烧工艺一般适用于用地紧张且经济发达的地区。

虽然国内对碳减排和污泥生物质资源认识不断加深，但是在现阶段，在我国污泥厌氧消化和好氧发酵技术还未成熟的情况下，污泥干化焚烧在一定时期内可能会出现增长的态势，尤其是工业窑炉协同焚烧的方式。

图3

污泥“干化+焚烧”流程图

图4 污泥“水泥窑协同焚烧”流程图

③深度脱水+填埋——目前的主流，但没有未来

在我国应用最广泛的深度脱水是用氧化钙等无机药剂调理为核心，这种技术虽然可实现污泥的体积减量，但也伴随着污泥干质的大幅度增加，且影响污泥品质，不利于后续处理。因此，部分企业开始对深度调理新方式进行探索，如电渗析脱水、低温真空脱水等。

图5 污泥“深度脱水+填埋”流程图

4、趋势

污泥处理的总体目标——减量化、稳定化、无害化、资源化。

根据国情，应推广厌氧消化、污泥堆肥、干化焚烧工艺等技术，最终达到污泥土地利用是我国污泥最终处置手段中的较好选择。

我国作为发展中国家，经济发展水平还不够高，污泥成分也不完全和国外相同，因此必须寻找适合国情的处理方法。我国是一个农业大国，但土地资源严重不足，世界上没有哪个国家遭遇的环境问题、土地资源问题、人口问题有中国那么严重，那么负担沉重，压力巨大。因此可以说，世界上没有哪个国家对肥料的需求像中国这样迫切，这就决定了我国必须认真考虑污泥的农用资源化问题。在安全、可靠、避免二次污染的前提下将污泥农用，既消除城市污染，又能促进农业的发展。因此污泥农用是符合我国国情的处置方法。

技术路线：