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隨著污水處理設施的普及、處理率的提高和處理程度的深化，污水廠的污泥產(chǎn)生量將有較大的增長，由此引起的二次污染問題已不容忽視。因此如何合理地處理、處置污泥，已成為城市污水廠和相關部門必須引起重視的問題。
國內(nèi)外污泥處理與處置的方法很多，一般采用濃縮、消化、脫水、干化、有效利用(多為農(nóng)用)、填埋及焚燒等，或用其中幾個方法組合處置。應該說，對污水廠污泥的處理和處置，我們與先進國家相比，差距較大。
城市污水廠的污泥是指處理污水所產(chǎn)生的固態(tài)、半固態(tài)及液態(tài)的廢棄物，含有大量的有機物、重金屬以及致病菌和病原菌等，不加處理任意排放，會對環(huán)境造成嚴重的污染。對污泥處理總的要求是穩(wěn)定化、無害化和減量化。
國家對城市污水污染控制的技術政策及新頒布的城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準(GB 18918－2002)，對城市污水廠的污泥穩(wěn)定和農(nóng)田利用有明確的要求。但實際情況是，污水處理廠的建設往往只注意污水處理要達到排放標準。
近幾年，由于有脫磷脫氮要求，演變出不少污水生物處理工藝，而對污泥處理和處置，設計中一般只將脫水污泥外運和綜合利用，未計算其投資和經(jīng)常費用，這勢必會造成二次污染。處理廠建得越多，污泥的二次污染亦越廣泛。未經(jīng)穩(wěn)定處理的污泥，因有機物含量高，極易腐敗并產(chǎn)生惡臭，尤其是初沉淀池的污泥，含有大量病菌、寄生蟲卵及病毒，易造成傳染病的傳播。
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污水污泥的處理和處置
通常把污水廠污泥的穩(wěn)定和脫水(一般脫水至含水率達70％～80％)稱作污泥的處理；將污泥的堆肥、填埋、干化和加熱處理及最終利用，稱為污泥的處置。如脫水污泥中有毒有害物質(zhì)超過農(nóng)用標準，就要考慮衛(wèi)生填埋和污泥干化焚燒技術。從國外污泥處理的發(fā)展來看，無論在歐洲、日本或美國對污泥用于農(nóng)田控制越來越嚴，而對污泥進行干化和加熱處理的比例正逐年增加。
1、污水污泥的處理
污泥穩(wěn)定處理有好氧穩(wěn)定和厭氧穩(wěn)定，好氧穩(wěn)定有很多優(yōu)點，但能耗很高，只有當污泥量較少時才采用。污泥厭氧穩(wěn)定處理通常采用中溫(35℃)厭氧消化方法。國內(nèi)已有十幾座大型污水處理廠采用此方法，污泥經(jīng)消化后，有機物含量減少，性能穩(wěn)定，總體積減少，污泥消化過程中還產(chǎn)生大量沼氣(消化降解1kgCOD可產(chǎn)生350L沼氣)可以回收利用。
但由于消化裝置工藝復雜，一次性投資大，運行有難度。污泥厭氧消化和沼氣利用裝置費用，約占污水處理廠投資和運行費的30％左右，而且大多需進口技術和設備。從調(diào)查已建消化池的實際運行看，只有少數(shù)達到預期的效果。有管理、設計問題，亦有沼氣利用的經(jīng)濟性和安全性問題。
比較好的如天津市東郊污水處理廠，該廠設計規(guī)模為處理城市污水40萬m3/d，污泥日產(chǎn)2460m3(含水率96％)，產(chǎn)生沼氣13300m3，供4臺248kW發(fā)電機發(fā)電，日可發(fā)電27000度，并與市電并網(wǎng)。
污泥的穩(wěn)定問題，除了采取污泥厭氧消化外，還應結合污水處理工藝中考慮少產(chǎn)生污泥和穩(wěn)定泥質(zhì)的方案。例如污水處理工藝設計中采用延長污水曝氣時間，減少污泥的產(chǎn)量；設計參數(shù)中增加污泥泥齡(如泥齡20天以上)，盡量使污泥趨向穩(wěn)定的污水處理工藝。
對中小型污水處理廠來說，采用帶有延時曝氣功能處理工藝(如氧化溝等處理工藝)是可取的。有的污水處理工藝投資低(如AB法的A段)，而污泥量較多，增加了污泥的處理成本。故應當把污水處理和污泥處理統(tǒng)一考慮，一并計算投資和運行費用。
污泥的穩(wěn)定并不等于污泥無害，用于農(nóng)田還需要符合國家標準中關于污泥農(nóng)用時污染物控制標準限值。其中對鎘、汞、砷、苯并芘、多氯聯(lián)苯的要求是比較高的，應該通過嚴格控制工業(yè)廢水源頭的排放，來控制污泥的性質(zhì)。
國外在污泥穩(wěn)定方面，除了用生物法(包括中溫消化、高溫消化及利用微生物和某些添加劑)外，還采用了化學法，有的將脫水后的污泥加鹽酸調(diào)pH值至2～3，反應60分鐘再加硝酸鈉；有的對脫水污泥添加石灰。后者在歐洲應用較多。
2、污水污泥的處置
(1)制復合肥
按我國目前的經(jīng)濟條件，對多數(shù)污水廠(特別是大量小型污水廠)來說，污泥用于農(nóng)田是比較可行和現(xiàn)實的方案。污泥中的氮、磷、鉀和微量元素，對農(nóng)作物有增產(chǎn)作用；污泥中的有機質(zhì)、腐殖質(zhì)是良好的土壤改良劑。
污泥經(jīng)適當濃縮、脫水后運至市郊或鄰近省份作為農(nóng)肥，是許多污水廠采用的方法。但農(nóng)田施肥有季節(jié)性，不需要泥肥時，污水廠會泥滿為患，影響正常運行。于是一些污水廠支付費用，讓農(nóng)民把污泥拉走，而不問其去向，這會造成二次污染。
北京市環(huán)境科學研究院和北京市農(nóng)業(yè)科學院合作，對北京市密云縣污水處理廠的污泥，通過堆肥加工成復合肥，進行了用于農(nóng)田的試驗。該廠每天處理15000m3城鎮(zhèn)污水，污泥產(chǎn)量5～6t/d(含水率80％)，由于采用酸化—好氧污水處理工藝，污泥質(zhì)量不錯。
添加一定數(shù)量的N、P、K做成復合肥(N、P、K的比為1∶0.9∶0 .4)，并直接造粒為污泥顆粒肥。通過在北京市大興縣龐各莊冬小麥田試驗以及在溫室內(nèi)進行的油菜和玉米苗期盆栽施肥試驗，均取得可喜的結果。由于是制成顆粒狀污泥肥料，便于運輸和貯存。
(2) 衛(wèi)生填埋
上海市對污水廠的污泥處置提出“處理一點，填埋一點，利用一點”的原則，上海市水務局組織對污泥處理、處置和利用的專題研究，提出污泥用作農(nóng)田、衛(wèi)生填埋和污泥焚燒點的布局和具體的分期實施方案，防止產(chǎn)生二次污染。這無疑是正確的舉措。
上海白龍港大型污水廠，按衛(wèi)生填埋要求建設污泥填埋場，根據(jù)污泥性質(zhì)、含水率及力學特性等因素進行設計。填埋廠使用期為七年，填埋場底部設有盲管將滲濾液再回到污水廠處理。此法占地大，運行工作量大，遇雨季污泥更難以壓實，到使用期限后仍需另選場址。
對大型污水廠采用污泥衛(wèi)生填埋，是不得已的權宜之計。衛(wèi)生填埋場的造價不低，國外對衛(wèi)生填埋場還要有沼氣安全收集系統(tǒng)，對分層復蓋的泥土和排水、綠化有專門的要求。鑒于地價上升和填埋場有臭味，近幾年來，無論歐盟國家或美國、日本，污泥衛(wèi)生填埋的比例越來越小，美國已有的填埋場還將逐步關閉。
有些城市(如成都市)擬將污水廠污泥運至城市垃圾填埋場一并處置，這存在兩個實際問題：
一是管理體制上的問題。垃圾的中轉站和填埋場的布點、設計和投資，屬環(huán)衛(wèi)局管理，而污水廠的污泥屬市政系統(tǒng)管理，設計垃圾填埋場使用年限和布點距離未考慮接納污水廠污泥；
二是脫水污泥含水率過高。運往垃圾填埋場的污泥，要求含水率不大于30％，而目前污水廠的脫水污泥含水率在70％～80％，這類污泥不易碾壓填埋，除非將污泥作適當干化或加石灰、絮凝劑處理。無論作何種填埋，污泥宜采取高干度脫水方案。
(3)干化、焚燒
國內(nèi)近幾年在一些大城市已建和正建一批城市垃圾焚燒場。但污水廠的污泥作焚燒處置，某污水處理廠(設計規(guī)模為40萬m3/d)設有污泥焚燒爐裝置。焚燒爐采用國外技術在國內(nèi)制造，污泥的干化和焚燒設備總投資為人民幣8000萬元，費用并不算高。
由于污泥干化和污泥焚燒相結合比單污泥焚燒一次性投資少，處理成本低，故污泥干化往往是焚燒的前處理。北京市某污水廠二期工程和天津市某污水廠，擬先建污泥干化裝置。污泥干化可使污泥含水率控制在10％～40％，減少了污泥的體積和重量，降低了運輸費和填埋費，而且污泥的臭味大為減少。
干化裝置分直接干化和間接干化，其能量消耗與污泥成份和水分有關。間接干化(利用沼氣通過熱交換器)一般推薦用立式干化裝置，并選用流化床工藝。干化與焚燒串聯(lián)工藝中，干化的程度取決于污泥的熱值和回收焚燒爐的熱能，使干化的能量盡量平衡，不另外添加燃料。
上海石洞口設計污泥的干化和焚燒，污泥熱值高，能源平衡有余。污泥流化床焚燒爐，溫度在800℃以上，爐內(nèi)有砂粒循環(huán)使用，外排氣體要適當處理。污泥焚燒爐遠比垃圾焚燒爐的工藝簡單得多，且污泥焚燒不會產(chǎn)生二惡英。
如脫水污泥與垃圾一并焚燒，國外的經(jīng)驗是每噸垃圾添加15％～20％含水率為30％的污泥。污泥的干化和焚燒，可能將是一些大城市大型污水處理廠的發(fā)展方向。當然，由于國外對焚燒爐排塵有嚴格的要求，除了采用電除塵，還要降溫加溫，加酸加堿，達到無煙塵的排放。
(4)填埋與焚燒的比較
上海和浙江一些單位作過污泥衛(wèi)生填埋及焚燒處置的方案比較。其主要工藝流程為：
原污泥→濃縮→消化→脫水→衛(wèi)生填埋
原污泥→濃縮→(消化)→脫水→焚燒→焚燒灰填埋
對于焚燒處理工藝，為了避免消化后污泥熱值減少，也可以不作污泥消化處置。上述兩個工藝的經(jīng)濟性比較結果，無論采用國產(chǎn)設備或進口設備，二者的處置工程費用基本相同。按國產(chǎn)設備對污泥進行處置，運行費用折成污泥干固體，處理總成本約為800元/t。
以10000m3/d污水廠產(chǎn)生2噸DS計—DS為每天產(chǎn)生的絕干(沒水分)污泥量(kg)，每噸污泥處理成本約為0.16元，與國內(nèi)大型污水處理廠污水處理成本(不計折舊和還貸利息)0.3～0.45元/m3相比，需增加成本35％～50％，這與國外的實例相當。
既然污泥的衛(wèi)生填埋與污泥的焚燒其工程費和運行成本大致相當，那么，從污泥無害化和減量化看，焚燒方案有明顯的優(yōu)點。這亦是國外(特別是西歐和日本)污泥焚燒發(fā)展較快的原因。荷蘭的污泥是100％采用焚燒處置的。焚燒后少量的泥灰可用于混凝土、磚瓦制品、路基路面的骨料和工程建設的回填土。
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污水污泥處理和處置應注意的問題
1.設計城市污水處理設施時，要把工業(yè)污染源控制、污水處理工藝和污泥的處理和處置，作為一個系統(tǒng)來考慮。上海市對全市大小污水廠的污泥成份、數(shù)量進行分析，在此基礎上，對污泥的處置作全面規(guī)劃，協(xié)調(diào)多方關系，落實分期實施方案，這是正確的。不認真處置污水廠的污泥，污水處理是不完整的。
2.對污泥的最終處置，我們?nèi)狈?jīng)驗，如污泥的干化和焚燒裝置的設計，比污水處理工藝復雜得多，我們應認真學習、引進、消化、吸收國外的技術和經(jīng)驗，同時要制訂和完善污泥處置有關的法規(guī)和標準。我國一些污水處理廠的污泥消化、沼氣利用裝置，基本上都是引進國外的技術和設備。
3.采用多途徑來解決污泥問題。大廠與小廠不一樣，南方與北方亦不一樣。有的地方污泥可與垃圾處置相結合，有的地方污泥可與發(fā)電廠燃煤相結合。對量大面廣的小型污水廠的污泥，要總結農(nóng)用的經(jīng)驗。
在污泥干化和加熱技術上，還可考慮利用太陽能、微波和濕式氧化等多種方案。有的污泥可與工業(yè)廢水治理中的污泥一并處理。要善于總結各地的經(jīng)驗和教訓，大力發(fā)展國產(chǎn)化設備，這是一項朝陽產(chǎn)業(yè)。要積極探索適合國情的低成本、無害化、多用途的污泥處理和處置途徑。
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某城市污水處理廠污泥處理處置方案的選擇
1 城市污水處理廠現(xiàn)狀
1.1 污水處理廠
該污水處理廠處理規(guī)模為16 萬m3·d-1(分兩期建設完成，其中一期為3 萬m3·d-1，一期已經(jīng)穩(wěn)定運行4 年，現(xiàn)在正進行二期建設)，以城市生活污水為主,服務面積62km2，服務人口30 萬人。二級處理,采用DE 氧化溝工藝為污水處理的主要工藝。
1.2 污泥基本情況
1.2.1 污泥的來源與性質(zhì)
污泥主要來源于氧化溝工藝產(chǎn)生的剩余污泥，污泥顆粒細、比重小，含水率在99.2%~99.6%之間。污泥中含有促進植物生長的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，還含有寄生蟲卵和病原菌等微生物，有機物含量約為50%~60%。受進水水質(zhì)影響，污泥中還有重金屬離子和有毒有害物質(zhì),但該城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)工業(yè)企業(yè)較少，污水中工業(yè)污水所占比例一般不超過 10%，污泥中金屬離子以及有害物質(zhì)較少。
1.2.2 污泥產(chǎn)量污泥
干重25.6t·d-1, 含水率為99.4% 時體積為 4266.7m3·d-1，脫水后，泥餅含水率為76%~80%，體積約為106.7~128 m3·d-1左右。
2 污泥處理方案的比選
污泥處理的目的主要有以下幾點：穩(wěn)定化使之消除惡臭；無害化殺死蟲卵及病菌；減容化，運輸降低含水率使之易于運輸處置、利于實現(xiàn)污泥資源化。城市污水廠污泥穩(wěn)定化技術主要有厭氧消化、好氧消化、污泥堆肥以及污泥焚燒等。污泥濃縮、脫水以及焚燒是污泥減容的主要技術。無害化中主要采用生物法與化學藥劑穩(wěn)定法，國內(nèi)外普遍采用生物法。生物法中主要有厭氧穩(wěn)定，好氧穩(wěn)定。結合污泥最終處置，該城市污水處理廠污泥處理有以下兩種方案可供選擇：污泥脫水方案，污泥消化后脫水方案。
兩種污泥處理方案的工藝流程見圖1、2。
由于該城市地處西北地區(qū)，一方面污水治理迫在眉睫，另一方面建設資金緊缺，如何確定污水處理的近期、遠期目標就顯得非常重要。傳統(tǒng)活性污泥法(普通曝氣法)、AB 法工藝、由于泥齡短，污泥沒有達到好氧穩(wěn)定，須采用污泥消化脫水方案，以達到穩(wěn)定化，無害化的目的。
而該污水處理廠采用的DE 氧化溝工藝中產(chǎn)生的剩余污泥由于泥齡長，已初步得到好氧穩(wěn)定，剩余污泥中有機物含量較少，因此本廠擬采用污泥脫水方案，這樣就大大降低了近期建設資金及運行資金，同時簡化操作管理工作量。
當然隨著環(huán)保要求提高，經(jīng)濟實力增強，可以通過進一步延長污泥泥齡或增加厭氧消化裝置來完成污泥穩(wěn)定化，無害化處理。綜上所述，目前該城市污水處理廠污泥處理推薦污泥脫水方案，同時可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多關于污泥處置方案的技術文檔。
3 污泥處置方案選擇
為避免污水處理廠污泥對環(huán)境的二次污染，各國政府對污泥的最終處置十分重視，并根據(jù)各國的國情制定出污泥處置的法規(guī)和具體方案。歐美國家根據(jù)各自具體情況制定城市污泥土地利用技術標準。歐共體將污水廠和自來水廠污泥劃為“特殊垃圾”(不是“危險垃圾”)，必須具有資格的企業(yè)按照規(guī)定的程序進行妥善處理，不得棄置。填埋、焚燒、作農(nóng)肥、投海和制造建筑材料等是目前污泥處置和綜合利用的主要途徑。
衛(wèi)生填埋始于20 世紀60 年代，是在傳統(tǒng)填埋的基礎上經(jīng)過科學選址和必要的場地防護處理，具有嚴格管理制度的科學的工程操作方法。污泥填埋是一項比較成熟的污泥處置技術，其優(yōu)點是處理容量大、見效快、操作簡單，但也存在一些問題，如合適的場地不宜尋找，污泥運輸和填埋場地建設費用較高，有害成分的滲漏對地下水的污染，填埋場的衛(wèi)生、臭氣問題造成二次污染等。
可見填埋并沒有最終消除污染，只是起到延緩的作用。該城市屬于中等正在發(fā)展的城市，隨著城市的發(fā)展城市人口不斷增長，產(chǎn)生的生活垃圾量也隨之增多，在該城市近郊正在籌建垃圾填埋廠，該垃圾填埋廠的容量只夠該城市15 年的生活垃圾填埋量，而沒有多于的容量用來填埋污水處理廠的污泥，近郊也沒有合適的地方能夠用來做污泥填埋廠。所以衛(wèi)生填埋這種污泥處置方式在這個城市不能選擇。
一般情況下，當污泥不符合衛(wèi)生要求，有毒物質(zhì)含量高，不能作為資源化利用，同時污泥自身的燃燒熱值較大時，才考慮采用污泥焚燒并回收熱量。污泥經(jīng)焚燒后，產(chǎn)生的熱能可用于發(fā)電、取暖等。
焚燒的技術優(yōu)勢在于其處理的徹底性，可達最大限度減量化的目的，減量率可達到9%左右，其有機物被完全氧化， 重金屬幾乎全被截留在灰渣中。但焚燒存在以下幾個問題：
(1)焚燒所需投資大，設備需引進，運行管理復雜；(2)在焚燒過程中產(chǎn)生飛灰、爐渣和煙氣，研究發(fā)現(xiàn)，在焚燒的灰渣中，尤其是飛灰屬于危險廢棄物，若處理不當容易滲漏而污染地下水體、附近地表水體和土壤，進而危害人類健康；(3)在排放的煙氣中含有二惡英和呋喃等劇毒物質(zhì)，產(chǎn)生二次污染；(4)污泥中的有用成分未得到充分利用, 浪費了大量有利于植物生長的營養(yǎng)元素。
該城市污水處理廠在建設初期資金還比較緊張，還沒有能力投資污泥焚燒，另外該污水處理廠產(chǎn)生污泥本身含有的有毒物質(zhì)含量低，污泥有機成分低，自身燃燒值不大，所以不選擇焚燒法作為其最終處置方式。
歷史上，某些沿海地區(qū)，采用污泥投海的方法。而該城市地處內(nèi)陸根本不可能采取投海的處置方式。對于制造建筑材料由于污泥是一種新型的原料，當?shù)剡€沒有具有這樣技術的企業(yè)合作，所以也不可取。
我國是農(nóng)業(yè)大國，無論從經(jīng)濟因素還是從肥效利用因素出發(fā)，污泥農(nóng)用資源化都是一種符合我國國情，具有廣闊前景的處置方法。由于連續(xù)耕作，植物根系對營養(yǎng)成分的不斷獲取，土壤的有機質(zhì)和礦物質(zhì)都很缺乏。
土地長期超量施用化肥，使土壤板結，鹽漬化程度高，今后若繼續(xù)忽視施用有機肥，土地有機肥力將進一步降低而導致生產(chǎn)力下降。城市污泥含有大量的有機質(zhì)和N、P、K 以及Ca、Mg、Cu 、Zn 、Fe 等植物生長所需元素，是一種很好的肥料和土壤改良劑。
若將污泥進行堆肥化，則可解決土壤有機肥力降低的問題。目前該城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)工業(yè)企業(yè)較少，根據(jù)城市總體規(guī)劃，今后城區(qū)內(nèi)也不興建大的工廠，因此污水中工業(yè)污水所占比例不大，重金屬離子及有害物質(zhì)不會太多，污泥量可達到農(nóng)用污泥標準，而該城市周圍又有大量農(nóng)田菜地，因此城市污水處理廠污泥的最終處置暫定為農(nóng)用。
當然，能否安全農(nóng)用，有待于污水廠投產(chǎn)后對污泥作定性、定量分析后再確定。污泥處置為農(nóng)肥施用，其施用范圍根據(jù)投產(chǎn)后實測污泥性質(zhì)后確定。
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