城市污水厂污泥处理与处置技术的思路调整
1 主要问题分析
根据《中国城市建设统计年报（2005年）》，2005年全国661座设市城市共有污水集中处理厂792座，设计能力5725万立方米/日，其中二级以上污水处理厂694座，设计处理能力4791万立方米/日（占总处理能力的83.7％）。由此每年排放的干污泥量大约为140万吨，而且还以每年大于10%的速率增加。根据相关的调查分析，目前我国污泥处理处置主要方法中，污泥农用约占44.8%、陆地填埋约占31%、其它处置约10.5%、没有处置约 13.7%。而没有得到任何处置的污泥给环境带来的污染危害是巨大的，这部分污泥处于一种无序的、混乱状态，大量污泥随意堆放、填埋，造成地表水和地下水污染；尤其是污泥中的病原菌、重金属和有毒有害有机物对人类健康和生存环境存在潜在的威胁。
1.1污泥农用比例过大，存在风险
我国污泥土地利用起步较早，如1961年北京高碑店污水处理厂的污泥被当地的农民施用于土地。接下来几十年，随着污水处理事业飞速发展，2003年污泥年产量已达900多万吨（含水率80％），污泥农用的规模也逐步扩大。
根据资料显示，目前我国的污泥农用比例约44.8％，是主要的处理方式之一，污泥农用项目存在隐患和风险。而目前，我国关于污泥农用风险的研究体系尚不健全，对于污泥处置的风险研究主要涉及污泥土地施用对植物的影响、重金属从土壤到植物的迁移和重金属、氮、磷在土壤中的迁移，可用数据不充分，这些数据通常是基于短期(1-3年)的实验获得，而长期(10年以上)的田间实验数据较为缺乏。若用短期的实验数据预测长期的影响，其本身就存在一定的风险。此外，对于污泥土地施用后，周围相关暴露人群的消费资料，可用数据几乎为零。中科院南京土壤研究所的一项研究发现，在其试验的土地上连续施用污泥达10年后，土壤中镉、锌、铜含量均很高，种植的水稻、蔬菜受到严重的污染。并且污泥施用越多，污染情况越严重。施用污泥的农田，虽然土壤有机质明显增加，土壤酸度基本无变化，但土壤中的汞、镉污染严重，能引起小麦、玉米的污染。
目前，我国还没有出台污泥农用规范，对风险性缺乏研究，污泥农用可能造成的污染问题还没引起应有的重视。多数研究表明，污泥的有害成分进入土壤后，一般不会立刻表现出其不利影响，但若长期大量使用，其负面效应就会明显地表现出来。
1.2污泥填埋环境问题比较多
目前城市污水厂污泥填埋问题最突出。一是消耗大量土地资源，不少城市很难找到新的填埋场；二是产生大量渗沥液，由于含水率较高，污泥加剧了垃圾填埋场渗沥液的污染，大部分和垃圾混合填埋的垃圾场存在拒收污泥的现象；三是对填埋气进行资源化利用的填埋场较少，填埋气体污染大气，并存在安全隐患。调查还表明，建设规范的无害化污泥单独填埋场，投资并不如想象的节省。1座日处理垃圾1000t的污泥单独填埋场(20a使用期)，需投资0.5～2亿元，每吨垃圾处理成本(含投资成本)达15-30元，而且对污泥填埋的后续环境管理与处理的成本还没有考虑在内。
1.3污泥综合利用良莠不齐
污泥建材利用是污泥资源化方式的一种，其内容包含了利用污泥及其焚烧产物制造砖块、水泥、陶粒、玻璃、生化纤维板等。目前，污泥的建材利用已经被看作是一种可持续发展的污泥处置方式，并在日本以及欧美国家逐渐发展起来。相比较而言，我国在污泥建材利用发展方面有些落后，虽然在污泥制砖方面的研究确实不少，但缺乏实际的工程应用。总的来说，污泥建材利用在中国以及西方发达国家大多还处于研究及尝试的阶段，技术成熟和推广应用还需要一段很长的时间。
2 思路的调整
2.1 对污泥特性的再认识
污泥是污水处理的副产物，污泥一词并不是一个严格的科学定义，简单来说污泥是由可沉淀的固体颗粒物组成的，也只有沉淀下来的固体才形成污泥。
我国是一个发展中国家，城市居民食品结构与发达国家不同，因而由于食物产生的废弃物成份也不尽相同。我国居民消费的肉类和奶制品较少，因而污泥所含有机物中淀粉、糖类、纤维素等碳水化合物含量高（50%），而脂肪和蛋白质含量低（脂肪为20%.，蛋白质为30%.）；而西方发达国家污泥的有机物含量较高，脂肪和蛋白质含量均高于我国。我国居民住宅的卫生设施也还不十分完善，城市公共厕所所占比例较大，这部分污水大多未接入下水道，因此造成城市污水厂污泥的有机物含量较低。
城市污水厂污泥的这些特性，使我们面临的问题比发达国家更加棘手。一是污泥填埋产生的渗沥液量大，污染物浓度高；二是污泥脂肪和蛋白质含量低，污泥厌氧消化时，分解单位质量有机物的沼气产量低；三是污泥有机物含量低。我国城市污水处理厂污泥中的有机物质平均含量约为36.6％，资源回收率低，堆肥质量差。多年来，我们十分注重借鉴或引进国外的技术和设备，但是，实践表明，国外的技术和设备在我国并不完全适用。当务之急，要进一步认识我国城市污水厂污泥的特性和产生的影响，加强针对性研究和实践，开发适合国情的技术和设备。
2.2 对技术路线的反思
多年来，我们的技术研究和资金投入着重在两方面，一是在引进国外技术和设备的基础上，进行必要改造和国产化，使之适用于中国污泥处理处置；二是强化末端污染的治理，使之达到环境标准的要求。在这样思想下我们出现两种不同的技术方向，并且直接影响到了后续的污泥处置工作成效：
一是以污泥消化为主导的技术方向，但是由于污泥消化设施设计和管理上的复杂性以及使用的规范和标准跟不上实际的发展需要，同时重污水处理，轻污泥处理处置，污泥技术的更新跟不上社会的发展，很多污泥消化设施被放弃使用。污泥消化工艺的应用在我国不能起到在污泥减量化、稳定化和无害化方面的主导地位。
二、以资源化为主导的技术方向。污泥资源化从技术上来说没有太大的问题。在上个世纪中叶我国就开展了多种形式的资源化利用的方式，将污泥进行机械化堆肥和制砖，烧水泥等各类资源化工艺和技术，但受成本，污泥所含重金属等因素影响，多数资源化的企事业单位不能持续运营。
从以上我国的污泥处理处置技术路线来看，我国借鉴国外经验和加强污染治理是一种尝试和摸索，原则上正确的。但是一味引进不消化吸收，不结合实际，一味强调污染的末端治理已经不符合当前国家的要求和实际的情况。我们当前的技术路线值得我们反思。
2.3 关于资源化利用
污泥的资源性不可否认，也正是由于污泥的资源性特点，世界水环境组织（WEF）于1995年已将污泥（sludge）更名为生物固体（biosolid），从而更加明确了污泥应该作为资源利用的观念。
因为谈到污泥的资源化，人们往往认为仅仅是肥料的应用，资源化首先是能源化利用、其次是有机质资源，其中也包括氮磷等营养元素的肥料利用。肥料利用现在的问题才比较多，尤其在当前的体制下造成了分配和管理的不平衡，尤其是污泥土地利用，涉及到农业、园林、市政、卫生等多个部门资源分配、利益分配和管理权限分配，使得本来复杂的问题更加复杂，实施后问题也比较多。
在将来我们仍然应该把污泥当资源看待，但是应该以无害化为主导，以资源化为方向的思路来确定今后我国污泥处理处置的思路。在污水处理收费尚不到位，污泥处置费用没有落实的情况下，以污泥的资源化利用极力推动污泥处理和处置工作，并寄希望用这种方式来赢利从而推动整个污泥处理处理处置系统的良性发展是不现实的。资源化的主体应该是政府部门，对于能源利用采取更加优惠的补贴电价和消除行业壁垒，对于肥料的土地利用采取政府采购的方式，优先用于城市的园林绿化。
3 污泥焚烧的工艺兴起与发展
污泥焚烧的初期研究是由美国的诺亚克 (noack)(于1959年)、施莱辛格(schLesinger)等人(于1960年在彼得堡能源中心(pittsburg energy center)开始的，其共同的特点是以回收能源为目的。脱水污泥(水分65%～85%，其固体热值为7500～15000kJ/kg)。世界上第1台焚烧污泥的流化床锅炉在1962年建于美国Lynnwordwashington，至今仍在运行。
1962年，德国建议并开始运行了欧洲第一座污泥焚烧厂，在20年中焚烧的污泥量大幅增加。德国有近40个污水处理厂已经拥有多年的污泥焚烧工艺实际运行经验。在欧盟，1992年污泥焚烧的比例为 11％，美国为15％。目前，流化床焚烧炉的市场占有率超过了90%。丹麦每年约有25%的污泥焚烧处理。焚烧法处理污泥在日本应用得最广，如1984年处理量占72%。1992年，日本采用1892座焚烧炉处理75%的市政污泥，现在日本规模较大的污水处理厂都采用焚烧法处理污泥。目前，污泥焚烧是日本、奥地利、丹麦、法国、瑞士、德国等国污泥处置的主要方法。截至到2007年，我国很多污水厂已经开始了污泥焚烧的尝试，在江苏省、上海市以及深圳都有成功运行工程。
4 污泥焚烧的思路
20多年来前我们就一直在笼统的说污泥焚烧投资大，大气污染环境严重，可是现在20多年过去，还有很多人把污泥焚烧成本太大而反对利用焚烧来解决污泥问题。其实，比较于污泥的其它处置方法，污泥焚烧可以迅速和较大程度地使污泥达到减量化，是一种一劳永逸的方法，而其它的如污泥土地利用、污泥填埋、污泥建材利用等后续问题比较多，往往在监管和污染控制方面存在漏洞，问题更突出。在价格上污泥焚烧貌似成本是其他工艺的2～4倍，但是污泥的成本是所有运行费用，而其它工艺运行成本没有将后续的费用计算在内，比如堆肥后土地利用和填埋的后续监测与管理等其它隐性费用，如果综合计算所有成本，相比较而言，污泥焚烧利用余热后折算的费用就不一定是最高的了。
而且随着技术的提高，污泥预处理工艺和和焚烧手段也在逐步提高，污泥可以到达热能的自持，并能满足越来越严格的环境要求和充分地处理不适宜于资源化利用的污泥。由于其在恶劣的天气条件下不需存储设备，对于经常降雨量较大的南方城市比较适合，对于经济比较发达，土地资源比较紧张的大城市，使用焚烧法处置应该是经济有效的。
污泥焚烧主要有两种方式：一种是单独焚烧，一种是混合焚烧。单一污泥焚烧时，采用最多的是流化床焚烧炉。混合焚烧可以是与垃圾混合焚烧，利用水泥窑掺烧以及热电厂掺煤混烧等。
污泥与垃圾焚烧，由于垃圾焚烧的标准比较严格，污泥焚烧产生的污染不会超过垃圾，这种混烧方式执行垃圾焚烧的标准是可行的。污泥与水泥混烧不仅具有焚烧法的减容、减量化特征，且燃烧后的残渣还成为水泥熟料的一部分，无需对焚烧灰进行特殊处理（填埋），这将是一种较好的水泥生产途径。由于水泥余热的温度 1200°以上，且停留时间比较长，可以有效控制二噁英污染。此外利用目前现有的大规模焚烧窑炉，如热电厂焚烧系统进行污泥的焚烧，既利用了原有资料，又解决了污泥处置难的问题，但是目前热电厂的烟气执行的是大气排放标准，如果污泥与煤掺混，产生的烟气相比较没掺混前稀释了，混烧产生的烟气还执行这个标准就不太合适了，利用热电厂焚烧污泥须解决排放标准问题。
5 污泥焚烧需解决的问题
虽然焚烧法与其它方法相比具有突出的优点，但是另一方面随着焚烧工艺的使用，它所存在的若干问题也日渐暴露出来，而且也是必须解决的问题。污泥焚烧应该控制的污染主要是大气污染。焚烧所产生的废气中含有被人关注的二恶英污染问题，含有悬浮的未燃烧或部分燃烧的废物、灰分等少量颗粒物。未完全燃烧产物有CO、H2、醛、酮和稠环碳氢化合物，还有氮氧化物、硫氢化物等。
废物燃烧时不可避免会产生烟尘，包括黑烟和飞灰两部分。由于废物中含有金属，因此它们在燃烧过程中常以金属化合物或金属盐的形式被部分混到烟气中排放，造成污染；或沉积在管道、室壁的表面，加速了设备的腐蚀，影响传热。防止烟尘的方法有:
① 加氧浓度，使其燃烧完全，常采用通入二次空气的办法；
② 提高炉温，利用辅助燃烧；
③ 采用恰当的炉膛尺寸和形状，使焚烧条件合适；
④ 对烟气进行洗涤、除尘等处理。
二恶英的控制可以采取以下措施:
① 善燃烧条件，有效控制炉温；
② 在烟气净化系统中，设置活性碳喷入装置，喷入活性炭以吸附二噁英，并在袋式除尘器中截留去除。
③ 在袋式除尘器，采用聚四氟乙烯覆膜优质滤袋，将粉尘与二噁英一同截留去除。
对于污泥焚烧产生的废渣按《危险废物鉴别标准－浸出毒性鉴别》（GB5085.3-1996）的要求鉴别其毒性，如属于危险废物，则按危险废物处理，如不属于危险废物，可按一般固体废物处置。污泥焚烧飞灰在重金属含量不超标的情况下可考虑综合利用，如制水泥、造砖等。若含量超标，不允许直接填埋，可以采用飞灰再燃装置进行高温熔融等处理方式达标后再进行填埋或采用化学方法将超标的重金属淋滤出来，达标后再利用。
污泥焚烧解决好以上问题后，将是一种一劳永逸的好办法，对我国有效控制污泥污染将起到积极的作用。
6 建议
对于我国的污泥问题，不是一天两天或者任何一种技术就可以解决的，污泥问题的解决更多的是人们观念的转变。在污泥处置问题上，建议做到以下几个方面：
①污泥处置以无害化为主，以资源化为辅应该是我们今后的方向。采用污泥焚烧无害化的方式处置污泥尤其是采用混合焚烧应该是我们提倡的思路。
②积极利用目前现有的大规模的焚烧窑炉（如热电厂焚烧系统）和水泥厂焚烧窑炉进行，利用废弃的水泥焚烧窑炉焚烧污泥，既利用原有资料，又解决了污泥问题。
③将污泥与垃圾、水泥以及热电厂掺混焚烧应充分考虑余热的回收利用。
④充分利用现有的废气处理系统，使污泥焚烧达标排放。
⑤对于污泥焚烧产生的废渣以及飞灰按相关规定进行鉴别，如属于危险废物，则按危险废物处理，如不属于危险废物，可按一般固体废物处置或综合利用。
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