污水处理厂污泥处置及利用途径

污水处理厂污泥处置及利用途径

万丽

马鞍山中铁水务有限公司  安徽马鞍山    243000

摘要：随着我国经济以及城市化的快速发展，城镇污水产生量日益增加，污水处理工艺得到了较大的发展与完善，该过程中产生的生态环境问题也逐渐显露，污泥处置过程中的无害化处理、资源化利用逐渐成为研究热点。本文对常见的污泥集中处理处置方式进行了比较，认为污泥焚烧具有减量彻底、运行工艺稳定的优点，有良好的应用前景，适合作为未来污泥处理处置工艺的发展方向。

关键词：污泥处置；土地利用；单独焚烧；协同焚烧

0 引言

污水厂的污泥，即污水处理后所形成的不含浮渣、砂石等的固态、半固态物质。未处理污泥中有着有机物、致病菌、虫卵等，容易腐败，散发强烈气味，传播疾病。如任意堆放或丢弃，则会污染环境。而随着污水处理规模的增长、排放标准的提高和技术水平的改进，污泥产量也不断提高，因此带来的环境问题也不可忽视。《国务院关于印发水污染防治行动计划的通知》（国发〔2015〕17号）即“水十条”明确规定：“污水处理设施产生的污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置，禁止处理处置不达标的污泥进入耕地”[1]。《污泥无害化处理和资源化利用实施方案》（发改环资〔2022〕1453号）明确要求地级及以上城市在2025年的污泥无害化处理率应达到95%以上。

1 污泥的处理原则

污泥处理应符合“安全环保、循环利用、节能降耗、因地制宜、稳妥可靠”的原则。其中，安全环保表现在选择符合污染控制标准的污泥处置方式，保证公众健康和环境安全；循环利用表现在充分利用污泥中的资源、节约处置过程中消耗的能源及资源等，实现低碳处理；因地制宜表现在应综合考虑近期及远期发展变化、土地资源、设备资源、社会及经济发展水平等因素，从而确定合适的处置技术；稳妥可靠表现在应优先选择先进成熟的处置技术方案。

2 污泥处理处置技术

根据各地具体情况，所选方式侧重点不同，主要包括土地利用、焚烧、卫生填埋、建材利用以及一些新技术（蛋白质抽提、低温热解采油等）。其中提取蛋白质、低温热解制油等新技术由于投资成本巨大、技术不成熟，短期内无法实现大面积推广[2]。到2020年底, 我国所采用的污泥处理处置方法现状如表1所示。

表1 污泥处置方式对比

2.1 土地利用

土地利用,是指将污泥经厌氧消化再利用或好氧发酵后用作土壤改良剂、化肥,主要用于城市土地绿化、公园建设、废旧矿井和盐碱地、砂砾化地等。在我国，城市污泥中有机质含量平均值为384g/kg，最高可达696g/kg，有机质含量较高，具有作为肥料使用的价值[4]。但是污泥作为肥料或土壤改良剂时，应当遵守有关国家、行业标准及地方规范。《肥料合理使用准则 有机肥料》（NY/T 525-2021）规定自2021年6月1日起禁止以污泥作为有机肥料的原料。但这没有堵死污泥土地利用的出路，污泥仍可以应用于其他方面，在污泥处理过程中一定要遵循“因地制宜”的原则，选择适宜的工艺、生产符合标准的多样化产品。

目前，我国在污泥肥料生产制备上取得较大的进展。污泥可被制成复混肥、颗粒肥和微生物肥料应用于不同的生产场景中。针对广州市城市污泥特征,结合当地气候条件对污泥堆肥产品进行深度挖掘,开发高附加值园林用肥，不仅解决了污泥出路，并且资源化利用，年盈利7500万元以上[5]。吕伟[6]等发现适当加入污泥炭化物调节园林基质，可以降低土壤容重，中和土地酸性，增加有机含量，提高土地孔隙度及植被发芽率。徐立军[7]等发现活性污泥复混肥可以改善作物性状与增产；但污泥复混肥的施用需要进行控制，避免重金属污染风险。

在污泥的堆肥过程中往往发出臭味，影响周边村民的生活，并产生一些环境问题。而且污泥的土地利用受到污泥品质（重金属、微生物含量等）的限制，必须严格控制产品产出标准，如果处置不当，容易对环境造成二次污染。

2.2 卫生填埋

卫生填埋技术，即同时利用自然界的代谢功能与工程技术手段，在环境保护措施的保障下，将污泥进行安全消纳，使其达到安全稳定的状态。S. Kheradmand [8]等发现，污泥与生活垃圾进行混合填埋有利于加速稳定化降解进程。王佩[9]等发现30%污泥量与生活垃圾混埋时，其降解速率最快，稳定时间约2.55~5.76年。

污水在经过浓缩脱水后进行填埋并不能达到我国关于污水处理标准的规定,尽管污水已经过中温厌氧消化处理,但里面的有机质并不能充分降解,在填埋后仍会经过一次相当漫长的稳定化快速降解处理过程。由于渗滤液的潜在泄露风险、城市土地资源紧缺以及处理标准提高等因素影响，不少发达国家和地方政府对于新建填埋场进行了严格的控制，各大城市也在积极寻找污泥处理与循环利用新途径。

2.3 建材利用

污泥作为建筑材料的烧结原料，一般用作水泥添加料、制砖材、陶粒和轻量化骨材等。日本在建材利用技术开发方面居于世界领先地位,在建筑工程领域的应用实例也较多,污泥经干化或燃烧后的残渣及无机灰等都可以被作为建筑材料的高温烧结原料利用。我国也在积极发展相关材料技术，相关地区应积极推进污泥的建材综合利用发展。林子增[10]等研究发现，采用5%~6%的干化污泥进行掺烧，制得的烧结砖强度可达MU10以上。张钧羿[11]等发现，采用不同掺量的污泥与煤矸石页岩混合制烧结砖可以得到性能不同的产品，污泥掺量5%时其产品检测指标比烧结普通砖更优秀；污泥掺量0%~15%时其抗压强度均符合出厂标准；污泥掺量0%~20%时对环境安全无害；可根据不同的需求生产不同的掺烧产品。

要使污泥的建材利用真正做到资源良性循环，则不仅要减少处置成本，同时也要提高建材本身的品质、稳定性及可再生性，为市场提供物美价廉的产品，实现资源的高效利用。

2.4 焚烧

污泥焚烧是一种污泥终端处置方式，它能够彻底摧毁内部有机物质，灭杀所有病原体，最大化减小污泥体积。焚烧是目前对污泥处理最彻底的方式。经焚烧后，原污泥体积缩减至5%~10%，且性质稳定，可进行建材利用[12]。在焚烧前，污泥应先做脱水甚至干化处理，以降低负荷、提高能源利用率。

污泥焚烧利用了污泥放出的热量，并以热气形式回收。焚烧时产生的高温能彻底杀死微生物。焚烧后，水分挥发，有机物分解，无机物燃烧成灰分，污泥减量明显。由于焚烧后性质发生改变，其最终处置相对容易，焚烧产物也更稳定[13]。

 污泥焚烧可分为单独焚烧与协同焚烧，是发达国家的主流污泥终端处置手段[14]。

2.4.1 单独焚烧

可分为脱水污泥直接焚烧、污泥全干化焚烧及污泥半干化焚烧。

（1）脱水污泥直接焚烧

脱水污泥直接焚烧是将脱水污泥直接投入流化床焚烧炉进行焚烧。此工艺相对简单，没有污泥干化工序。对于含水低、热值高的污泥较为合适，国外相关案例多。但国内污泥热值偏低、含水高，为确保焚烧完全及达标排放，需额外添加燃料辅助燃烧，处理成本较高，不适合国内现状。

（2）污泥全干化焚烧

污泥全干化焚烧是将污泥干化（含固率85%以上）后进行焚烧。焚烧产生的热量可进行回用以节省部分能源。

（3）污泥半干化焚烧

污泥半干化焚烧是先将污泥进行初步干化（含固率在50%~65%之间），然后进行焚烧。初步干化是为了降低含水率，达到不额外添加燃料即可自焚烧的目的。该处理过程中还可利用回收的焚烧烟气将热量直接供应给干化机，节省部分能耗。

综上所述，污泥单独焚烧应尽量与热干化设备联合建设，以半干化为宜，可最大化利用污泥本身热值及焚烧产生热量，降低能耗。

污泥单独焚烧可以回收热能用于污泥干化，做到能源的充分利用，节约处置成本。但是相对其他处理工艺来说，单独焚烧的工程造价和烟气排放问题是限制其大规模应用的主要因素。

2.4.2 协同焚烧

污泥可与热电厂锅炉、水泥窑、垃圾焚烧厂等协同焚烧。

（1）利用热电厂协同处置

通过与热电厂协同处置，既可使用电厂现有设备进行污泥焚烧及末端烟气处理，降低建设投资成本；也可使用电厂余热对污泥进行干化，降低能耗；同时污泥焚烧也能提供部分热量，从而降低电厂燃煤的用量。因此，对于有条件的地区，鼓励采取将污泥与煤混合焚烧的方式进行协同处置，在规模达35t/h以上的燃煤锅炉中实施为宜。马杜娟[15]等对广州恒运热电厂燃煤耦合污泥发电进行研究,发现污泥含水率＜40%, 4.7%的污泥掺烧对于煤的成分影响不大,且满足排放标准。

热电厂协同处置的主要方式有湿污泥(含水率80%)直接加入锅炉掺烧，和全干化(含水率10%以下)或半干化(含水率40%以下)后的污泥进入煤粉炉焚烧。与热电厂协同焚烧应符合相关标准对污泥泥质的要求。湿污泥直接掺烧对设备及掺烧量要求较高，对焚烧炉炉体和尾气处理系统影响较大。因此，在条件允许的情况下，应尽可能采用干化后污泥掺入电厂锅炉掺烧处置。

（2）利用水泥窑协同处置

水泥窑协同处置污泥具备以下特征：有机物分解完全，实现减量、稳定及无害处理；燃烧灰分为水泥熟料的一部分，无需再处置；窑内环境呈碱性，可中和酸性气体、抑制重金属挥发；余热可用回收利用；窑内容量大、运行状态稳定，可大量处理污泥。

我国水泥窑协同污泥焚烧生产线至2018年底已有30~40条[16]。按照《城镇污水处理厂污泥处置水泥熟料生产用泥质》的要求，水泥熟料中的污泥应符合推荐用量，并随生料一同入窑。

（3）利用垃圾焚烧炉协同处置

污泥与生活垃圾混烧，应先对污泥进行干化，减低含水率，使其与生活垃圾基本一致，避免直接掺混焚烧。目前的垃圾焚烧炉大都采用了先进技术，设有末端废气处理装置，根据实际情况，在垃圾中混入5%~10%的污泥一起焚烧为宜。青岛小涧西污泥干化与垃圾焚烧协同处置工程二期项目2021年处理生活垃圾近1.0×106t、污泥近1.0×10

5t，全年发电量超3.8×108kW·h，实现巨大的经济、环境及社会效益[17]。

以上各类协同处置方式最大的优点是可以充分利用现有设施、投资省。当然将污泥纳入热电厂、水泥厂、垃圾焚烧厂协同处置，应对污泥性质、接纳单位设备形式、对机组燃烧的影响、对机组排放的影响进行充分分析。

4 结论

（1）虽然污泥土地利用、卫生填埋、建材利用等处置方式在国内外已有较多应用，但均存在问题。土地利用目前多用于城市绿化、土壤改良等非农业方面，其产出的污泥产品需满足相关的标准，出路不稳定，这是限制其应用的主要因素；卫生填埋在城市用地紧张、二次污染严重的现状下，该处置方式会逐渐被取代；建材利用需严格控制掺加量，处置能力有限。

（2）污泥焚烧对污泥减量达90%以上，并且最终产物主要是无机物，可以作为建材原料使用，同时可以回收热能，达到了污泥处置的稳定、减量、无害及资源利用的目的。但其投资较大、处理成本高，对烟气处理要求高，一定程度上制约了其应用，如能利用现有厂房设备，达到协同焚烧处置，则在经济发达的地方有较广阔的应用前景。要大力发展污泥焚烧技术及烟气处理技术，进行清洁焚烧，达到全过程无害化、资源化，实现经济、环境及社会三者共赢。

参考文献：

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