污泥資源化處理與處置現狀及展望
The Summarization of Sludge Resources Disposal Methods in Our Country
Abstract：Presently, the disposal methods about sludge have landfill , burn and agricultural, the former two methods because of the limitations of place, expenses reason was limited in using. sludge is rich in N , P , K and organic matter, it is the natural organic fertilizer. So , sludge depositing combined with agricultural recycle treatment becoming the best choice. sludge agricultural disposal methods of our country has mainly: applying fertilizer directly , applying fertilizer after dried , sludge compost and sludge compounded bio-fertilizer, because first two kinds of methods can not get rid of the harmful substance in the sludge effectively , them were limited in using , the last two kinds of methods are tested through the numerous scholar's fields, indicate that it is a kind of very promising sludge recycle disposal method , but heavy metal ions are apt to accumulate in the soil and plant, it is important factor that affect sludge land utilize to. This text combined the instance has explained that the current situation and future development trend in agricultural recycle treatment of sludge disposal of our country.
Key words: Sludge;Resources;Disposal
摘要： 目前 ，污泥的處置 方法 主要有填埋、焚燒和農用，前兩者由于場地限制、費用昂貴等原因在 應用 上受到限制。污泥中富含N、P、K及有機質，是天然的有機肥料。因此，污泥的處置與農用資源化相結合將成為最好的選擇。我國污泥農用資源化的方法主要有： 自然 風干后直接施肥、干燥和造粒后施肥、污泥堆肥后施肥和污泥制復合微生物肥，前兩種方法由于不能有效去除污泥中的有害物質，而在應用上受到限制，后兩種方法通過眾多學者田間試驗，表明是一種很有前景的污泥資源化處置方法，但重金屬離子易在土壤和植物體內積累是限制污泥大規模土地利用的最重要因素。本文結合實例闡述了我國污泥農用資源化處置現狀及未來 發展 趨勢。
關鍵詞：污泥 資源化 處置
當前，隨著人們對環境污染控制認識的加深，污水處理廠在各主要城市相繼建成并投入運行，與此同時污水處理廠又產生大量的殘渣即污泥，目前世界上生產污泥已達1億噸/年(干污泥)，我國已達900萬噸/年(合干污泥300~350萬噸/年)[1]。國內外污泥處理處置的方法很多，一般采用濃縮、消化、脫水、干化等工藝處理后有效利用(主要為農用)、填埋及焚燒等方法處置，或用其中某幾種方法組合處置[2]。污泥的最終出路不外是資源化利用或以某種形式回到環境中去，隨著海洋投棄被禁止，污泥棄置的比例正逐漸減小，同時土地填埋也受到越來越嚴格的限制[3]。歐盟、美國及日本近年及預測的污泥主要處置方法見表1[4~7]，在今后數年里美國的大部分填埋場將關閉，歐盟也將規定填埋必須和焚燒相結合，只有焚燒灰才可以被填埋。人們認識到污泥處理的優先順序是減容、利用、廢棄，污泥減量化、穩定化、無害化處理后作為資源回用已經成為主流。
表1 歐盟、美國及日本近年及預測的污泥主要處置方法
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項 目 |
污泥量/104t DS |
農 用/% |
填 埋/% |
焚 燒/% |
其 它/% |
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歐盟[4,5] |
650 |
39 |
40 |
11 |
10 |
|
1010* |
45* |
17* |
38* |
||
|
美國 [6] |
49 |
35 |
15 |
1 |
|
|
日本 [7] |
17.1 |
33 |
15 |
49 |
3 |
注：*者為預計2005年污泥量和百分比含量
污水處理廠的污泥處理、處置系統的裝備,發達國家在20世紀60年代就已達到先進的成套化水平，如污泥消化系統設備、污泥濃縮脫水設備、污泥干燥焚化設備、沼氣綜合利用設備、污泥高溫堆肥系統裝備以及污泥固化 工業 利用技術與設備，80年代末又啟用濕式氧化技術處置污泥[8]。我國城市污水處理廠污泥處理起步較晚，80年代中期建設城市大型污水廠，污泥處理也采用中溫厭氧消化，引進先進技術的同時也引進了設備，尤其是在借助國外貸款建設項目中，污泥處理系統裝備幾乎全部需要進口。近年來，我國城市污水廠的污泥處理技術和某些單項專用設備有較大發展，積累了中溫厭氧消化的經驗，而在污泥處置的最終出路方面尚屬實驗 研究 階段。
1 我國污泥農用資源化處置方法
1.1 污泥自然風干
污泥自然風干指脫水污泥厭氧消化后，經濃縮、脫水，然后置于干化場自然風干后直接用于農田。此生產工藝簡單，除一臺鏟車外無需其它設備，該方法一般用于經過中溫厭氧消化后的脫水污泥，此工藝由于無法有效控制其中有毒、有害物質及重金屬含量，并且干污泥顆粒較大，農用耕作很不方便，因此，在應用上受到很大限制，對于城市污水中工業廢水所占比重較小的處理廠，可采用此工藝。喬顯亮等[9]采用盆栽實驗研究了污泥土地利用過程中重金屬對水稻的 影響 ，實驗發現施用污泥后增加了水稻莖葉和籽粒中重金屬的含量，水稻體內重金屬的吸收沒有明顯變化。鄭紀慈等[10]用盆栽實驗研究了城市污泥直接肥用對水稻生長及其產量的影響，并測定了污泥中重金屬在稻米和土壤中的殘留量。結果表明：污泥做水稻基肥使用有明顯增產作用和一定改土效果，但污泥中重金屬大部分殘留在土壤中，少部分被作物帶走，而在水稻中的殘留量符合國家標準。張學洪等 [11]以桂林污水廠為例，對污泥農用的重金屬安全性進行了實驗研究，研究表明：污泥施肥肥效顯著，稻谷和稻徑中的重金屬含量無明顯差異，符合國家標準。目前此方法已無法滿足大部分污水處理廠的污泥處理要求。
1.2 污泥直接干燥和造粒
污泥直接干燥工藝指消化后的污泥經濃縮、脫水后，直接(或添加外加劑)進行干燥成為產品或直接造成肥，采用該工藝處理后的污泥臭味較小、農用方便，在干燥過程中殺死了污泥中大部分有毒有害物質，從而降低了污泥中有害物質對農田利用的影響，產品便于運輸，投資、運行費用相對較低，但經該方法處理的污泥，肥份較低，在使用過程中秸稈作物容易發生倒伏。覃廣海等[12]年開發出了污水廠污泥快速干化焚燒及制肥新工藝，并在深圳龍崗區平湖污水廠進行了工程應用，取得了很好效果。大連水質凈化一廠采用此方法，處理污水能力為8萬m3/d，該項目投資為65萬元，每小時產300kg含水20%的干污泥，耗煤量300kg/h，干燥后的顆粒狀有機肥在蔬菜和果木土地上使用效果較好。
污泥造粒工藝指污泥在干燥后，又進行破碎造粒處理。通過干燥造粒工藝，并向污泥中添加必要的氮、磷、鉀等營養成分，將污泥加工成復合有機肥，大大提高了污泥的肥效和 經濟 價值，是污泥處置的有效途徑和發展方向。采用該方法生產的污泥肥中，所添加的營養元素進入土壤后可以迅速釋放，而城市污泥中所含的大量有機質，具有改良土壤、培肥地力、抗旱和供肥平穩等特點，肥效比普通化肥時間長，而且對化肥中氮素具有一定的固定作用，使化肥帶入的氮素緩慢釋放，提高其養份利用效率。
秦皇島東部污水處理廠采用該方法，處理污水能力為4萬m3/d，雖有消化系統但未使用，將脫水污泥和粉煤灰摻合烘干，再添加外加劑造粒制肥，工藝流程如下：
此工藝設計日產肥50噸所需設備及資金：設備總計57萬。轉桶烘干機20萬元，破碎攪拌系統1.8萬元，圓盤造粒機20萬元，二次烘干機10萬元，皮帶機0.6萬元，篩分包裝機2.5萬元，除塵系統2.0萬元。實際每小時可生產700kg肥料，目前生產的有機復合肥試運行階段每噸可獲利50元左右，應用效果較好。
1.3 污泥堆肥發酵
堆肥是利用污泥中好氧微生物進行好氧發酵的過程。污泥與調理劑(如鋸沫、桔桿、樹葉、糞便等)及膨脹劑(如木屑、桔桿短節、花生殼等)，在一定條件下(如pH、C/N、通氣、水分、溫度)進行好氧堆漚，借助于微生物群落，在潮濕環境中對多種有機物進行氧化分解，使有機物轉化為類腐殖質。污泥經堆肥處理后，病源菌、寄生蟲卵、雜草種子幾乎全部被殺死，揮發性成分減少且臭味降低，重金屬有效態的含量也會降低，速效養分含量有所增加，成為一種比較干凈而性質比較穩定的物質。污泥堆肥過程是個相當復雜的過程，它受到耗氧率、碳氮比、溫度、pH值、揮發固體含量、空隙率等諸因素的影響，所涉及的學科相當復雜。魏源送等[13]采用5種調理劑(木片、麥殼、玉米芯、稻殼和回流堆肥)進行了中試規模的污泥堆肥實驗研究，對含水率、有機質、總氮、BOD5和比耗氧速率(SOUR)等參數的變化進行了監測。研究結果表明：BOD5和SOUR指標適用于評價采用不同調理劑的堆肥污泥穩定度。田寧寧等 [14]利用自行研制的生產性規模的好氧動態堆肥裝置進行了污泥穩定化和無害化處理的應用研究，探討了影響好氧堆肥的主要因素溫度、含水率、供氧量和通風方式之間的關系，確定了污泥動態發酵的最佳參數。李秀艷等[15]年以上海市竹園第一污水預處理廠污泥為例，進行了污泥好氧發酵堆肥技術，并對其主要影響因素進行了測定，取得了一定成果。李艷霞等 [16]試驗研究了不同配比的填充料和通氣狀況對污泥堆肥起始升溫的影響。結果表明：填充料含量高的配比升溫速度明顯比填充料含量低的配比快;高填充料配比的堆體(填充料占堆料的1/2～1/3)在起始升溫階段可以不進行氧氣的供給;低填充料的配比和加入回流堆肥的配比(填充料占堆料的1/4～1/9),由于堆體的孔隙少,則必須進行通氣量的調節。
脫水污泥經堆肥自然風干后直接用于農田，也可進一步加工造粒，制成成品。唐山西郊污水廠污泥制肥示范工程，天津石化制肥工程等均采用污泥堆肥技術，該技術應用比較成功的是天津紀莊子污水廠，其污泥堆肥工藝流程如下：
1.4 污泥制復合微生物肥
復合微生物肥料是一種很有應用前景的無污染生物肥料。污泥經過烘干、粉碎后加入氮、磷、鉀等植物生長所需營養元素和菌粉，然后進行混合造粒，再經低溫干燥冷卻后，加入復合肥，進一步提高污泥中有機廢料的含量。此類肥料在我國主要依賴進口，試驗和生產也剛剛起步。張國占等[17]利用城市污水廠污泥進行了復合有機肥中試及產品的田間試驗,結果表明污泥復合肥可增加農作物產量且不會引起重金屬超標。對污泥制肥中的污泥干燥及相關政策 問題 進行了探討。此外，還進行了污泥制造有機肥技術應用實踐，并對實驗產品進行了田間實驗，取得了良好效果。鄭玉琪等[18]進行了智能化高效低耗堆肥及其復合肥生產成套技術研究，并取得了一定成果，經過研究,率先開發出堆肥氧氣實時、在線自動化監測系統。該系統由氣體采集、氧氣傳感器 變送器、輸送線路、采集儲存4部分組成。系統可靠性檢驗結果證明:測量結果精確、穩定,反應靈敏,重復性好。董克虞等[19]年對污泥生產有機肥的配方及增產效果進行了實驗研究，結果表明污泥施肥可使作物大幅增產，其中A種配方(發酵污泥53.3%，氯化鉀7.5%，磷酸二氨39.2%)尤為顯著，已應用于工程實踐，并取得了很好經濟效益。鄒波[20]以石油化工污水處理過程中產生的污泥為樣，通過對污泥成份、肥效的 分析 及對活性污泥制肥工藝的簡介，闡明了剩余污泥制肥技術的可行性和廣闊前景。張學洪等[21]進行了城市污水污泥有機復合肥水稻施肥試驗，結果表明：該有機復合肥對水稻的增產效果顯著，肥效與N、P、K三元復合肥相當。陳同斌等 [22] 通過盆栽和大田試驗,初步探討了污泥復合肥種植小麥的肥效及其對小麥重金屬吸收的影響。試驗結果表明：污泥復合肥對小麥的增產效果和土壤的培肥效果明顯優于化肥,等同于市售復合肥。它能促進植株生長發育,提高小麥產量,對土壤速效養分的積累有明顯的促進作用。采用污泥制復合微生物肥方法，主要試生產運行的有淄博市污水處理公司，其生物肥生產線工藝流程如下：
該項微生物肥料生產工藝主要是以脫水污泥為基質，制成固氮菌、解鉀細菌、解磷細菌三者互不產生拮抗作用的微生物肥料。生產采用微機控制系統進行中心控制，配料工段設有配料倉7組，綜合各廠家優點，為了除塵，還設置了除塵器，配料采用電腦自動配料，程序預設。肥料產量為3.2t/h。生產出的肥料中，三種菌的活菌數為2500萬個/g，經過實驗與大田應用，肥效高于進口生物肥，每噸可獲利200元左右。
2 污泥資源化存在 問題 及展望
重金屬是限制污泥大規模土地利用的最重要因素。重金屬不像有機物可以通過降解除去，其溶解度一般很小，在污泥中性質較穩定，較難去除。這些重金屬隨污泥進入土壤，長時間積累就可能對環境造成一定的危害。因此，應盡可能減少其在污泥中的含量。 目前 ，主要通過化學和生物學兩種 方法 來降低污泥中的重金屬含量，生物學方法相對投資費用低，易于操作，具有較為樂觀的 應用 前景。污泥的資源化利用和環境風險受到氣候條件、土壤性質、植物種類、污泥性狀和用量以及 研究 對象等多因子的 影響 ，是一個多元系統中的復雜問題，因此污泥使用時應考慮污泥的數量和質量、土地條件及環境監測等。我國缺乏一套較為完善的污泥土地利用技術規范，尤其對污泥及施污泥土壤中有機污染物的研究較少。這種現狀不利于污泥土地利用的規范化管理和土壤生態環境的保護。
由于我國長期以來農業追求高產，大量使用化肥，已造成土壤沙化、板結，肥力下降，尤其在我區干旱地區，土壤中有機質含量較低。污泥中富含有機質和多種植物所需的養分，可以彌補長期使用無機化肥給土壤帶來的缺陷。使用污泥對土壤的物理、化學及生物學性狀有一定的改良作用。污泥中的有機質可明顯改善土壤的結構特性，使土壤孔隙增多，土壤的通氣透水性和田間持水量提高[23,24]，從而促進植物生長和產量的提高。實踐證明污泥的農田利用是污泥的最佳出路。目前污泥資源化還存在下面一些問題：
1)污泥僅濃縮處理，體積仍較大，運輸不便。
2)泥的性質不穩定，給制造質量穩定的產品帶來困難。
3)于污泥中富集了城市污水中的有毒、有害物質，尤其是重金屬的富集，嚴重阻礙了污泥的資源化應用。
4)污泥制肥生產工藝，制造過程復雜，成本較高,難去除臭味。
污泥資源化還需注意兩點，一是產品的市場性，二是加工過程中是否會產生二次污染。由于工藝復雜、成本昂貴，使污泥的資源化利用目前較難實施，但從環保長遠的觀點來看，會有廣闊的前景。因此，如何將污泥資源化利用過程簡單化、實用化、商品化，是一個亟待解決的課題。
3 結束語
隨著 工業 和城市的 發展 ，污水處理率的提高，城市污泥產量必然越來越大。污泥是一種很有利用價值的潛在資源，為了充分利用這種資源，減少環境公害，世界上許多國家都在大力發展污泥處置和利用的各種技術。相對于發達國家來講，我國污泥處理利用技術還比較落后，同時考慮到我國是一個農業大國。因此，將經過穩定化、無害化處理后的污泥進行土地循環利用，應該是我國污泥資源化利用較有前景的一種途徑。鑒于污泥土地利用所涉及的研究與利用等方面的種種問題，要想達到安全有效的目標，需要政府有計劃地組織環境保護部門同農業部門開展污泥土地利用方面的 科學 研究，以 經濟 、安全、合理、有效、有益的原則利用污泥，以發揮其巨大的經濟效益、 社會 效益和生態效益。
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