小編導(dǎo)讀近年來，城鎮(zhèn)污水處理廠大量建成并投入運(yùn)行，污泥產(chǎn)量越來越大，污泥處置問題顯得非常緊迫。現(xiàn)階段我國污泥處理處置路線應(yīng)當(dāng)如何選擇?國外發(fā)達(dá)國家的成功案例可以帶給我們什么啟示?本期的大家之言邀請到上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院污泥處理處置技術(shù)專家——朱南文教授，從污泥處置的三大技術(shù)路線出發(fā)，探討適合于我國國情的污泥處置產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。本文原標(biāo)題為《土地填埋、干化焚燒、資源利用——我國城鎮(zhèn)污水廠污泥處理處置技術(shù)應(yīng)用的路線思考》。
朱南文
上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院
朱南文(1968-— )，男，教授，長期從事廢水處理與固體廢棄物處理技術(shù)方面的研究。近年來，主持了科技部“863”項(xiàng)目、國家支撐課題、國家自然基金、上海市重大項(xiàng)目、上海市重點(diǎn)課題、上海市援藏課題、橫向重大課題及其他橫向課題多項(xiàng)。在污泥厭氧消化、高溫微好氧消化、污泥深度脫水、污泥碳化、焚燒灰建材利用等污泥處理處置技術(shù)上，均進(jìn)行過較為深入地研究。近年來，其先后獲得上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)、上海市科技發(fā)明獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)多項(xiàng)，并在國內(nèi)外發(fā)表論文180余篇，其中SCI論文90余篇;授權(quán)發(fā)明專利31項(xiàng)、實(shí)用新型專利7項(xiàng)。
城鎮(zhèn)污泥是污水處理廠污水處理過程中的二次產(chǎn)物。對一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行的污水處理廠而言，每處理單位體積的污水都會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的污泥，即有一定的污泥產(chǎn)率。從我國各地污水廠調(diào)查的情況看，大多數(shù)污水處理廠每處理1萬m3的污水會(huì)產(chǎn)生5~10t脫水污泥(含水率以80%計(jì))。從住建部報(bào)道的數(shù)據(jù)看，截至2015年6月底，我國已有城鎮(zhèn)污水處理廠3802座，污水處理能力達(dá)到1.61億m3/d，實(shí)際處理量達(dá)1.26億m3/d。按前述污水廠污泥產(chǎn)率計(jì)算，我國每年的脫水污泥量已超過3200萬t，且目前仍以每年5%~10%的速度在增長。如此產(chǎn)生的大量污泥，一旦處理失當(dāng)，極有可能對環(huán)境造成二次污染，因此，如何合理、有效地處置污泥已成為環(huán)境工程界關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。
1 我國污泥處理處置的主要問題
過去幾年中，圍繞我國污泥處理處置的討論一直是行業(yè)關(guān)注的問題，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院院長戴曉虎教授曾指出，我國污泥處理處置的主要問題在于：①我國污泥泥質(zhì)有別于其他國家，處理處置難度大;②關(guān)鍵共性技術(shù)及裝備有待突破，產(chǎn)業(yè)鏈集成水平有待提高;③整體技術(shù)路線不清晰，政策標(biāo)準(zhǔn)體系不完善。由此可見，我國污泥處理處置行業(yè)的破題之策，一是在于清晰地明確適合我國國情和泥情的技術(shù)路線，二是在于從法律法規(guī)和補(bǔ)貼及政策扶持層面引導(dǎo)污泥處理處置行業(yè)的良性有序發(fā)展。
就污泥處理處置的技術(shù)路線而言，《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置˙分類》(GB/T 23484-2009)將污泥處理處置技術(shù)路線分為四類，包括污泥焚燒、建材利用、土地利用和土地填埋等。中國水協(xié)排水委員會(huì)主任楊向平先生曾通俗易懂地提出過“填埋肯定比亂扔好，但是得找到場地;焚燒肯定比填埋好，但得治理好煙氣;利用比焚燒好，但得嚴(yán)格管理”的觀點(diǎn)。從技術(shù)層面而言，我國近年來已針對各種可行的污泥處理處置技術(shù)進(jìn)行了大量的研究和應(yīng)用，已具備實(shí)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)路線的技術(shù)能力，技術(shù)問題已并非污泥處理處置的主要瓶頸，結(jié)合戴曉虎院長和楊向平先生的觀點(diǎn)不難發(fā)現(xiàn)，真正的瓶頸問題在于各種污泥處理處置技術(shù)路線的必要條件，即“填埋得找到土地、焚燒得治好煙氣，以及利用得嚴(yán)格管理”。
相對我國，美國、日本與歐盟等發(fā)達(dá)國家在污泥處理處置領(lǐng)域的發(fā)展已頗為成熟，不僅僅在技術(shù)上，在政策保障和市場運(yùn)營方面均積累了一些行之有效且適合各自國情和泥情的做法，本文即通過參考發(fā)達(dá)國家的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國國情和泥情，對我國污泥處理處置技術(shù)路線的選擇展開思考。
2 我國污泥處理處置技術(shù)路線的選擇
2.1土地填埋：因地制宜，西部優(yōu)先
污泥的土地衛(wèi)生填埋始于20世紀(jì)60年代，規(guī)范的污泥填埋處置一般要求其抗壓強(qiáng)度滿足50kN/m2以上，由于早期其他污泥處理處置技術(shù)的缺乏，以及尚未形成科學(xué)的污泥處理處置技術(shù)路線，國內(nèi)污泥單獨(dú)填埋應(yīng)用較多，但是效果并不理想，主要存在以下幾個(gè)問題：①占用大量的土地資源;②可能造成填埋體變形或滑坡;③沼氣/滲濾液收集管線易堵塞;④難以機(jī)械壓實(shí);⑤伴有惡臭對周邊環(huán)境帶來影響等?；谖覈鴸|西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及土地利用現(xiàn)狀，有關(guān)管理部門提出“西部地區(qū)以填埋為主、東部地區(qū)以填埋為輔”的發(fā)展思路。
對我國東部地區(qū)而言，污泥土地填埋對土地的需求量與寸土寸金的土地稀缺資源形成矛盾，通過可行的政策制定和資金配套，東部地區(qū)應(yīng)減少土地填埋所占污泥處理處置的比重。以美國為例，縱然其土地資源充足，但土地填埋依然僅占其污泥處理處置總量的17%，可見即便在土地條件允許的情況下，土地填埋已不再是污泥處理處置的首選。
對我國西部地區(qū)而言，由于經(jīng)濟(jì)能力相對較弱，應(yīng)用焚燒等工藝的經(jīng)濟(jì)可行性較差，同時(shí)由于其土地條件相對較為充沛，因此土地填埋相對較為可行。但為了有效降低污泥土地填埋中容易發(fā)生的一些問題，應(yīng)進(jìn)一步通過超聲波、熱水解、電滲析和干化處理等手段滿足污泥固化和穩(wěn)定化的條件，在填埋施工中通過將生化污泥與礦化垃圾混合的方式解決污泥施工“壓實(shí)難”問題，并通過技術(shù)手段切實(shí)保障后期填埋場的穩(wěn)定化。
2.2干化焚燒：嚴(yán)控?zé)煔猓瑬|部為主
污泥焚燒具有快捷、集中、占地小、污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化等特點(diǎn)。目前，污泥焚燒技術(shù)已得到了迅速發(fā)展，尤其在發(fā)達(dá)國家已成為主流污泥處置技術(shù)。在2016年以前，美國的污泥焚燒占所有污泥處置技術(shù)的比例約22%，日本約68%，歐盟國家約20%~40%，而中國的污泥焚燒比例僅為3%。造成上述現(xiàn)狀的原因是多方面的，一方面是有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、國情等的不同，另一方面也是由于人們對污泥焚燒會(huì)引發(fā)環(huán)境污染問題的擔(dān)憂，這些都是制約污泥焚燒技術(shù)在中國推廣的重要因素。
國家住建部在建設(shè)事業(yè)“十一五”規(guī)劃綱要中曾指出，“鼓勵(lì)東部地區(qū)、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)選用先進(jìn)的焚燒處理技術(shù)”，即基于東部地區(qū)土地資源緊張、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對較高的客觀情況所得出的結(jié)論。以上海為例，目前上海已建成三座污泥焚燒廠，未來上海污泥的處理處置趨勢仍然將以焚燒為主，預(yù)計(jì)焚燒將占比62%以上。但仍需要關(guān)注的是，污泥焚燒嚴(yán)格意義上并不屬于最終處置手段，在焚燒的過程中，除了要對煙氣加以嚴(yán)格控制外，還需要考慮到焚燒灰的最終出路問題。
2.3資源利用：政策配套，注重管理
污泥的資源化利用是污泥處理處置技術(shù)發(fā)展的最終趨勢。污泥的資源化利用一般以建材利用和土地利用為主，在國外已有較多的成功案例。然而污泥的資源化利用除了需具備技術(shù)上的條件，更需要兼顧政策扶持和產(chǎn)品合理應(yīng)用上的要求，可參考國外成功的實(shí)施案例，為我國污泥資源化利用提供借鑒。
(1)污泥的建材利用污泥的建材利用具有制磚、制水泥、制輕骨料以及制生化纖維板等形式，其中以制磚和制水泥較為普遍。但從經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)品適用角度看，污泥制磚和制水泥是目前比較可行的建材利用方法。
污泥制磚可分別以干污泥或污泥焚燒灰為原料。以干污泥為原料制磚雖然能耗和經(jīng)濟(jì)成本較低，但干污泥的添加量與磚塊質(zhì)量成負(fù)相關(guān)，從日本制磚經(jīng)驗(yàn)看，干污泥在制磚原料中的比重一般控制在4%以內(nèi)，否則，容易引起磚塊開裂并引起其抗壓強(qiáng)度的下降。因此，德國、日本的污泥制磚目前均以焚燒灰制磚為主，采用污泥焚燒灰制磚，在其添加量達(dá)到制磚原料總量的45%時(shí)，所生產(chǎn)出的磚塊依然具有理想的物化性能。
由于污泥的無機(jī)物質(zhì)組成與水泥生產(chǎn)用的原料基本相似，因此將污泥脫水后可作為制造水泥的原料，不僅具有焚燒法的減容、減量化特征，而且還能為水泥窯爐提供熱值。如果不考慮脫水污泥的運(yùn)輸成本，利用水泥窯協(xié)同處置脫水污泥具有較好的經(jīng)濟(jì)性、且節(jié)省了焚燒爐的購置成本，節(jié)約了新建污泥處理處置項(xiàng)目的建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。由此可見，在尋求污泥建材利用的過程中，污泥與水泥行業(yè)的結(jié)合值得進(jìn)一步探索研究。
參考國外的成功案例，日本是世界上對污泥建材利用最重視的國家之一，日本第一座“生態(tài)水泥廠”于2001年4月在千葉縣正式投產(chǎn)，以污水廠污泥、下水道淤泥和垃圾焚燒飛灰殘?jiān)茸鳛樵?，每年生產(chǎn)“生態(tài)水泥”的最大產(chǎn)能達(dá)到11萬t。至2006年又相繼建造了4座“生態(tài)水泥廠”，每年生產(chǎn)“生態(tài)水泥”的總產(chǎn)能達(dá)到75萬t。
值得關(guān)注的是，對于污泥建材利用，日本政府制訂了一系列配套的措施：在資金來源方面，由政府投資建廠或低息貸款等方式，降低企業(yè)在建設(shè)初期的投入成本;建材產(chǎn)品的出路方面，日本政府采用低價(jià)優(yōu)先采購的模式，確保及時(shí)消化產(chǎn)能，又能在經(jīng)濟(jì)上使廠家實(shí)現(xiàn)一定的盈利。同時(shí)，為了確保污泥制建材產(chǎn)品在應(yīng)用渠道上的可控;鑒于污泥中磷含量較高會(huì)引起磚塊或水泥熔點(diǎn)降低的特點(diǎn)，其產(chǎn)品不得用做高層建筑材料;基于污泥中存在重金屬等有害成分的事實(shí)，德國等國家規(guī)定，不論所生產(chǎn)出的產(chǎn)品重金屬浸出效果如何，均不得用于與飲用水設(shè)施建設(shè)。
(2)污泥的土地利用污泥土地利用是將經(jīng)過穩(wěn)定化、無害化處理后的污泥(，通過深耕、播撒等方式施用于土壤中或土壤表面的一種污泥處置方式。由于污泥中的有機(jī)物、氮、磷等的含量比一般農(nóng)家肥高，堆肥后的污泥可作為土壤的改良劑。從現(xiàn)有的應(yīng)用來看，污泥土地利用主要包括污泥農(nóng)用、園林綠化、林地利用、土壤修復(fù)及改良等。
然而，我國污泥的土地利用長期受到潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的制約，由于我國工業(yè)污水和市政污水混接現(xiàn)象普遍，污泥中存在的鹵代物、二噁英、有機(jī)污染物和重金屬等物質(zhì)不可預(yù)計(jì)，合流制為主的排水體系也導(dǎo)致市政污水中混接入大量雨排水，污泥有機(jī)物含量相對國外較低，增加了安全風(fēng)險(xiǎn)，因此我國污泥的土地利用一直存在爭議。
事實(shí)上，國外污泥的土地利用已非常成熟，如葡萄牙污泥土地利用率為100%，挪威為72%，美國也大量將污泥堆肥后，作為有機(jī)肥利用于果林土壤，起到了良好的種植效果，其中，實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的工業(yè)污水和市政污水分流是實(shí)現(xiàn)土地利用的關(guān)鍵因素。
就我國而言，實(shí)現(xiàn)污泥的土地利用任重道遠(yuǎn)。除排水體制上的重新規(guī)劃外，產(chǎn)業(yè)鏈的扶持上也有待進(jìn)一步完善，如政府如何扶持相關(guān)企業(yè)保證相關(guān)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可行性，以及如何通過政府對污泥產(chǎn)品的宏觀調(diào)控，解決土地利用呈季節(jié)性需求特點(diǎn)和污泥持續(xù)產(chǎn)生之間的矛盾問題等。但有一個(gè)前提原則需要強(qiáng)調(diào)的是，污泥的土地利用必須經(jīng)過可靠的穩(wěn)定化和無害化處理，否則可能帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)相對土地利用帶來的經(jīng)濟(jì)利益將得不償失。
(3)污泥的其他資源化利用除土地利用和建材利用外，污泥生物質(zhì)能的利用也是近年來重點(diǎn)關(guān)注的方向之一，尤其以污泥的厭氧消化以資源化回收利用沼氣為代表。在厭氧消化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過高級熱水解進(jìn)一步提高產(chǎn)氣效率、進(jìn)一步研發(fā)磷回收等研究也在不斷完善和應(yīng)用，并逐步形成產(chǎn)業(yè)。但與土地利用和建材利用異曲同工的是，生物質(zhì)能的利用同樣需要上升到政策扶持層面進(jìn)行通盤的考慮，從產(chǎn)業(yè)角度而言，唯有讓運(yùn)營單位或相關(guān)企業(yè)“得利”，才能充分發(fā)揮企業(yè)的積極性，從而正面推動(dòng)污泥的無害化、穩(wěn)定化和資源化進(jìn)程。
3結(jié)論
污泥處理處置技術(shù)，無論是國內(nèi)還是國外，總而言之均可總結(jié)為填埋、焚燒以及資源化利用三大類，然而在路線的選擇上，做到“因地制宜、因泥制宜”是最根本的指導(dǎo)思想。在國外實(shí)現(xiàn)雨污分流、工業(yè)市政分流的地區(qū)，污泥泥質(zhì)較好、有害污染物含量可控，可優(yōu)先考慮污泥的土地利用;在產(chǎn)業(yè)鏈成熟、政府扶持力度和配套政策到位且規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)齊全的國家(如日本)，可優(yōu)先考慮污泥的建材利用。就我國而言，現(xiàn)階段污泥的資源化利用，無論從技術(shù)上還是產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建都仍處于摸索階段，焚燒和填埋仍將會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)成為我國污泥處理處置的主要渠道，其中“東部建議焚燒、西部建議填埋”相對較為符合國情，也比較具備可操作性。然而，伴隨著新技術(shù)的不斷研發(fā)和應(yīng)用，以及產(chǎn)業(yè)配套政策的不斷成熟，在有條件的地區(qū)，仍應(yīng)大膽嘗試對污泥的資源化利用，逐步摸索適合我國國情的污泥產(chǎn)業(yè)模式，形成產(chǎn)業(yè)鏈的良性發(fā)展。
討 論
張鑫
上海城市水資源開發(fā)利用國家工程中心有限公司工程師
在污泥的處理技術(shù)中，我們往往關(guān)注的是大型污水處理廠或者是污泥集中處置中心的污泥處理技術(shù)，針對中小型污水處理廠的污泥處理技術(shù)也是污泥處理技術(shù)的開發(fā)重點(diǎn)之一，值得重點(diǎn)關(guān)注。目前，我國城鎮(zhèn)污水廠中，中小污水處理廠承擔(dān)了60%以上的污水處理量。對于這些中小污水處理廠單獨(dú)采用厭氧消化、好氧消化等處理技術(shù)，在運(yùn)行、管理上難度較大。在中小污水廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)污泥穩(wěn)定化，須具備以下特點(diǎn)：占地小、操作簡單、運(yùn)行成本低、對周邊環(huán)境影響小、能與現(xiàn)有污泥處理工藝結(jié)合。以臭氧為氧化劑、以微納米氣泡為投加載體的污泥微納米氣泡臭氧氧化技術(shù)，可在4 h內(nèi)實(shí)現(xiàn)污泥的快速穩(wěn)定化，運(yùn)行成本低，穩(wěn)定化后的污泥無臭味，運(yùn)行成本低，操作簡單，是值得在中小污水處理廠重點(diǎn)推廣的技術(shù)之一。
姚文彪
南方中金環(huán)境股份有限公司總經(jīng)理
追求實(shí)用性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、技術(shù)先進(jìn)、綠色、循環(huán)和低碳的污泥處理處置新技術(shù)是業(yè)內(nèi)同仁共同努力的方向。為實(shí)現(xiàn)污泥干化的高效、節(jié)能、綠色和環(huán)保，以取之不盡、用之不竭的新能源——太陽能為依托的“太陽能低溫復(fù)合膜無害化與資源化處理污泥及溫室種植集成技術(shù)”或?qū)⒊蔀槲磥淼墓に囘x項(xiàng)之一。該技術(shù)獨(dú)有的能源可再生性、清潔無污染和無需運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效應(yīng)。采用太陽能干化污泥可達(dá)到殺菌、消毒、除臭三個(gè)目的，處理過程無臭、無三廢，可實(shí)現(xiàn)零排放清潔型生產(chǎn)，可適用于土地條件充沛、日照量豐富的地區(qū)。
劉道廣
上海同臣環(huán)保有限公司技術(shù)總監(jiān)
現(xiàn)階段的污泥資源化利用，無論從技術(shù)上還是產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建上，都仍處于摸索階段，關(guān)鍵共性技術(shù)及裝備還有待突破、產(chǎn)業(yè)鏈集成水平還有待提高。污泥深度脫水前的濃縮程度對整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，在現(xiàn)有的污泥深度脫水技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)低能耗、少藥耗(或不加藥)、工藝鏈簡單、效率高的污泥處理技術(shù)將是一項(xiàng)偉大的技術(shù)革新。疊螺式污泥濃縮機(jī)可以在低藥耗狀態(tài)下，將污泥含水率從99%降低至92%～93%，這種濃縮方式比傳統(tǒng)的袋式濃縮和轉(zhuǎn)鼓濃縮更穩(wěn)定、可靠。與此同時(shí)，為積極探索這一污泥處理技術(shù)狀態(tài)下的污泥資源化途徑，我們還應(yīng)不斷總結(jié)低能、高效、環(huán)保的污泥高干脫水集成裝備的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
孟龍
啟迪桑德環(huán)境資源股份有限公司高級工程師
目前，污泥處置方式主要有焚燒、填埋和土地利用，其對污泥的含水率有一定的要求。實(shí)際上，污泥脫水也是現(xiàn)階段污泥減量化的難題，目前應(yīng)用較多的脫水機(jī)有帶式、離心式、壓濾式等污泥脫水設(shè)備，以及污泥熱干化設(shè)備，均存在一些問題尚未解決。其中，帶式脫水機(jī)僅能將污泥含水率降至85%~80%;離心式、壓濾式脫水機(jī)在添加絮凝劑和石灰等調(diào)理劑的情況下，也才能將污泥含水率降至70%~60%，所產(chǎn)泥餅的熱值仍然較低，需要添加燃煤、燃油等輔助燃料方可維持正常的焚燒工況;熱干化設(shè)備雖能實(shí)現(xiàn)污泥高干度脫水，但水分蒸發(fā)需要消耗大量的熱能，故運(yùn)行成本很高，同時(shí)由于國產(chǎn)設(shè)備尚處起步階段，故國內(nèi)污泥干化項(xiàng)目大多依賴進(jìn)口設(shè)備，因此投資居高不下。相比之下，電滲透污泥高干脫水技術(shù)產(chǎn)生的泥餅，由于含水率已降至很低，故低位熱值較高，完全可實(shí)現(xiàn)自持焚燒。且無需添加化學(xué)藥劑，節(jié)省占地面積。該技術(shù)為構(gòu)建投資及運(yùn)行成本雙低的污泥干化+直接焚燒工藝提供了關(guān)鍵性的技術(shù)保障，藍(lán)天碧水近在咫尺。
編輯札記
他山之石，可以攻玉。當(dāng)一個(gè)行業(yè)面臨困境和瓶頸時(shí)，學(xué)習(xí)、吸收和消化他人成功的經(jīng)驗(yàn)無異于獲得智者高人的指點(diǎn)。我國的污泥問題，歸根到底是如何結(jié)合國情和泥情量身定做最適合的技術(shù)路線和相關(guān)政策。朱老師通過長期關(guān)注污泥行業(yè)國內(nèi)的成功案例，將對各國的做法進(jìn)行了梳理和總結(jié)所得出的觀點(diǎn)進(jìn)行分享，亦是拋磚引玉，期望國內(nèi)同仁能吸取精華，基于國情，在不斷的探索過程中，尋找適合于我國的治泥之路。
來源:凈水技術(shù) 作者:朱南文
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