武汉市污泥处理处置技术研究与探索
1 武汉市污泥处理处置概况
武汉地处中国中部，汉江汇入长江的入口，是中部重要的工业和交通基地。城市区域总面积8494平方公里，城区面积888平方公里，主城区面积252平方公里。2003年底，武汉市总人口约781.2万人，城区人口约451.2万人。武汉城市污泥固体废物焚烧炉将于2008年至2010年运行。武汉市的污泥富含有价值的营养，可广泛应用于农作物生产及肥田。武汉市可持续污泥管理计划可能包含填埋的方法，但填埋不是处置的唯一途径。本项目研究目的是为武汉市制定一个概念性的污泥管理战略计划，制定收益性回用或者其他可持续污泥管理方法。
2 污泥处置国外发展目标及动态
污泥处理与处置的目的主要有以下四个方面：（１）减少污泥最终处置前的体积，以降低污泥处理及最终处置的费用；（２）通过处理使污泥稳定化，从而避免产生二次污染；（３）达到污泥的无害化与卫生化；（４）在处理污泥的同时达到变害为利、综合利用、保护环境的目的，如产生沼气等。
欧美、日等发达国家广泛采用厌氧消化处理污泥，如八十年代末应用的湿式氧化技术处置污泥。我国城市污泥处理也采用中温厌氧消化，引进先进技术的同时也引进了设备，在污泥处置和最终出路方面尚属试验研究阶段。经过20年的演变，污泥处置方式已经由原来的简单处置转化为回用。由于城市污泥的营养和土壤调节价值，使得一些可持续的污泥土地利用成为优选的污泥处置方法。现在污泥已然成为世界各地的农民积极地寻找的东西。
3 武汉市城市污泥处理处置技术路线
合理的处理处置技术路线，主要从环境安全、资源投入、资源产出和收益影响比等4个方面综合考虑，兼顾环境生态、社会效益和经济效益之间的平衡。武汉市的地理环境与经济社会发展现状是：人口密度大、经济较发达、土地资源相对紧张、能源紧缺、水源丰富、污水量大、浓度偏低等特点。因此在污泥处理处置方式上应努力探索多种技术路线。
3.1 污泥消化
污泥消化工艺主要分为二元消化[4]工艺和两相厌氧消化工艺两类。二元消化工艺即在第一级采用好氧消化，靠氧化产生的热量使体系温度大于50℃，然后进入第二级中温厌氧消化。两相厌氧消化工艺，即第一级和第二级分别采用中温和高温两相厌氧工艺组合。武汉市三金潭污水处理厂目前正在建厌氧消化池，该厂将是武汉市近期第一座也是唯一一座拥有污泥消化池的污水厂。通过好氧或厌氧生物反应，污泥消化可破坏污泥中30%~60% 的挥发性固体，或使其干重减少率达到近20%~40%。
3.2 堆肥
混合堆肥是一种由细菌和真菌完成的加速好氧处理工艺。混合堆肥系统共有三种，其区别在于充氧方式的不同。条垛式堆肥系统与强制静态通风垛系统类似，区别在于条垛式堆肥是处于55°C或以上温度条件下在28天的周期内将其通风条件机械式地转换5次。此系统包括整体搅拌、通风和恶臭控制等内容，相比其他两种系统其恶臭问题较轻。混合堆肥也属高温处理工艺，然而堆肥工艺易产生恶臭，特别是初沉污泥堆肥。此外该工艺对垛中水份含量敏感，必须维持好氧条件以及50%至60%的水分含量以避免恶臭问题发生。自2002年以来，北京一个污泥堆肥设施开始运行，处理大约其污水处理厂生产的25%的污泥。它采用条垛式流程，由北京城市排水公司和中国机械科学研究院等单位组建的项目公司运行。成品免费使用于园林和农业，然而，农民拒绝使用。设施周边的居民对其臭味和苍蝇进行了投诉。北京正计划再建2到3座堆肥设施。
3.3 污泥干化
热干燥是一种有效的生物固体管理方法。干燥的污泥可以作为低品质煤或作为土地利用的肥料产品使用。在美国一些地方，。如密尔沃基污泥干化已经使用了很多年，从1925年起该地已开始用污水污泥制造活性污泥肥料。通过使用污泥干燥机，这种方法在美国和欧洲变得很受欢迎。有几种类型的干燥机，包括带式、流化床、转鼓和太阳能干燥机。太阳能干燥机是一种被动的过程，干化能源依赖于阳光的辐射。其他的干化方法通常需要加热、筛分或分级设备，以及水蒸气和污泥细粉料的尾气处理设备。
3.4 焚烧
焚烧工艺是一种高成本/高技术含量的处理方案。目前除非是构建服务多家水污染控制厂的大型或集中式的焚烧设施，否则很难达到成本高效。由于涉及泄漏和空气质量问题，公众不太愿意接受这种方式。在美国和欧盟，申请建设新的焚烧设施很难得到批复。为减少燃料消耗和运行成本，焚烧工艺应在自热条件下完成，因此需要泥饼含水率在75%以下。在某些发电厂和水泥厂，污泥和燃料一同焚烧。焚烧工艺通常不视作可持续性的处理方式，但它在综合污泥管理计划中却有一席之地，特别是对于受工业影响的污泥。焚烧工艺仅是一种减少污泥数量的方式；它是一种不完全的破坏和处置方式，因为30%的污泥以灰烬的形式残留下来。由于灰烬中的重金属，灰烬通常被定义为有害废物，需要在适合处置有害废物的地方进行安全填埋。然而，灰烬也有用武之地，例如石建筑材料或路基材料，污泥可作为生产水泥的燃料，并最终成为水泥产品中的一个组成部分。
3.5 卫生填埋
卫生填埋曾经是得到最广泛运用、成本最低的处置方式。然而，由于受污染问题、可循环使用材料丧失、卫生填埋处理能力下降等因素影响，目前这种方式已视作不可持续性处置方式。许多国家已限制污水处理厂污泥采用卫生填埋处置方式。
4 市各污水处理处理厂污泥泥质评价
4.1 污泥有机物质含量和营养成分
污泥有机物含量对污泥处理和处置有很重要的决定意义。莫开伯（Mocobe），埃肯弗尔德(Echenfelder)研究证明，污泥的可消化程度与污泥中有机物含量呈正比关系，我国城市污水处理厂污泥组份以碳水化合物为主（约占50％以上）。一般中温消化每立方米污泥（97％含水率）产沼气约7m3左右，国外如日本10m3/m3.泥,0.7～0.8m3气/kgvss，两相消化0.9～1.1m3/kgvss。所以以单方污泥产气量作比较是不科学的，它隐去了有机物分解率的决定性的效果。污水污泥施用于农田的土地利用之所以受到人们的密切关注和重视，除了污泥中含有大量有机物成份外，更重要的是污泥中含有比较丰富的氮、磷、钾等元素。美国16个城市下水污泥泥质分析统计结果，氮占2.88%，磷占1.61%，钾占1.22%。各污水厂污水污泥氮、磷、钾营养成份均比农家肥高。
4.2 污泥中的重金属和有毒物质
评价污泥中的重金属和有毒物质，主要鉴于污泥的土地利用问题，各个国家均制定了农用污泥的标准和施肥作业的规定。我国农用污泥中污染物控制标准值（GB4284－84）中共列出11项指标，欧美等国家和武汉地方标准均给出Zn、Cu等8项控制值。
4.3 污泥的热值
对污泥的后处置和综合利用，除了注意到污泥中的有机物含量及有毒有害重金属之外，污泥中也含有一定的热值。当考虑污泥焚烧处置时，可以作为参考。
5 综合效益评估
（１）污泥堆肥是污泥稳定化、无害化处理重要方法，经高温堆肥后污泥，不仅消除了污泥恶臭对环境的污染，同时杀灭致致病菌、虫卵，还可显著降解有毒有害物质，消除二次污染，对保护环境具有明显的社会效益和环境效益。
（２）堆肥产品含有多种植物生长促进剂，有机腐殖质含量占一半以上，是一种品质优良的有机复合肥或生产有机菌肥，精加工产品预计越来越有广泛的市场，可产生较好的经济效益。
（３）污泥简易干燥处置后进行卫生填埋或进一步干燥用于填地前者造田，后者可作用工程建设用地有较好的社会环境和经济效益。
（４）预计高温堆肥工艺粗有机复合肥生产成本300元／t左右，市场价格500元／t左右，精加工有机复合肥生产成本约500元／t，市场价格800元／t左右可以接受。
作为武汉市概念性污泥管理战略计划，本研究建议以下内容：
（１）进一步加强采样和污泥质量的监测，以确定污泥是否达到国家或省级土地利用污泥标准。
（２）监测和加强污水排入城市下水道水质标准（CJ 3082-1999）的执行，有助于生产符合土地利用泥质标准的污泥。建议将钼和镍含量也加入此标准。
（３）推荐三阶段计划，短期、中期和长期计划，最终引向土地利用。
（４）设施规划过程中必须选择最具成本效益的污泥干化工艺，要对所有可能影响成本的场地限制进行考虑。
（５）开展土地利用和堆肥的调查和实证研究以证实这些方法安全性。从上述研究中获取的信息用来编制法规和运行指南，并开展社会公众相关教育。
（６）建议武汉市污泥的首选处置方案是堆肥、泥饼的土地利用以及干燥。这也要取决于进一步的污泥质量监测和采样的分析结果以及土地利用的调查和实证研究。这将为武汉市的污泥提供一个环境和经济可持续的长期出路，也将为农民提供低价肥料。处置的第二方法是卫生填埋以及与城市固体废物进行混合焚烧。
（７）估算显示土地利用和堆肥是最具成本效益的污泥处置方案，在调查和实证研究基础上实施这些方案。对短、中和长期计划进行资金和运行维护成本估算，短期计划（污泥干化）的资金成本约为4亿元人民币，其年运行维护成本约0.85亿人民币。中期计划消化池的总资金成本约4亿元人民币，其年运行维护成本约0.09亿元人民币。中期计划中污泥消化和干化的总运行维护成本是0.9亿元。
（８）建议污泥管理计划中包含焚烧和卫生填埋的处置方法，可以处置低质污泥，也可处置土地利用中断时产生的污泥。
（９）若试验成功，建议武汉市的长期污泥管理规划考虑玻璃化和热液工艺。
参考文献
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