【北京中科博联】从泥质特点看城镇污泥处置方向

46 MARKET　市场 水工业市场 2012年第6期 污泥泥质特点决定了污泥处 理处置技术路线的选择，及最终 的归宿。我国污水处理产业的发 展，借鉴了许多国外先进的技术 与经验，同样污泥的处理也需要 借鉴，但更多地应探讨我国实际 特点。污水是流体介质，主要成 分基本一样，物理学可以通 用，但污泥处理则不同。我国市 政污水实行雨水与污水合流制的 排水体系，导致污泥有机质含量 低，泥砂含量高，干化设备的磨 损问题严重，厌氧消化时有机质 不足，等等。由于这些特点，直 接应用国外的技术，会带来不必 要的损失。《城镇污水处理厂污 泥处理处置技术指南（试行）》 （建科[2011]34号）（以下简称 《指南》）中，生物处理是优先 推荐的最主要方向，其他有干 化、焚烧，总体不鼓励掺烧，因 为尾气处理会带来很多问题。 一、填埋与焚烧有存在的空 间 污泥处理处置的每一种工 艺都有它的适用优势。污泥填埋 在国内比较普及，但并非污泥处 置的方向，正常情况下不允许将 填埋作为主要手段来考虑。《指 南》中允许它有存在的空间，一 是留一个过渡，二是在污泥处理 装置出现问题时，临时应急。同 时，《指南》也严格规定了填埋 的相关细则。 污泥焚烧会产生残渣，这些 灰分带来二次污染，处理成本比 较高。我国污泥含水率高，有机 质不大，养份低，流量大，设备 腐蚀强，砂多，低碳比，不利于 直接焚烧。 现在很多的市政环保设施 往往有一个问题是大家考虑不够 的，就是环保成本外部化。作为 一个稳定运行或者是长期能够运 行下去的工程，就得考虑不要使 污泥处理处置成本外部化，这个 问题在国内还是比较普遍的。比 如焚烧过程当中产生的废物若不 去控制，成本就低很多。只有从 整个产业生命周期来看，才是真 正有出路的，不能只看到局部。 二、用发展的眼光看待厌氧 处理 厌氧消化工艺是在上世纪 四五十年代开发的成熟的处理工 艺，是指污泥在无氧条件下，由 兼性菌和厌氧细菌将污泥中的可 生物降解的有机物分解成二氧化 碳、甲烷和水等，使污泥得到稳 定的过程，是污泥减量化、稳定 化的常用手段之一。据了解，目 前世界各国在污泥处理上仍以污 泥厌氧消化工艺为主，欧美各国 多数污水处理厂都建有污泥消化 池。 目前，国内很多污水处理 厂都设置了污泥厌氧消化处理设 施，但是仍在正常运行的并不 多。首先，污泥厌氧消化技术处 理污泥的投资较大，我国污泥消 化处理的相关工程经验也不多， 大型的污泥消化设备大都是从国 外进口的，基础投资和运行成本 较高。 其次，污泥厌氧消化处理除 需要投入大量资金建设消化装置 之外，还需投入大量资金建设配 套处理设施，污泥经厌氧消化后 只能减少1/3到1/2左右的质量。 从污泥处置的整个产业链角度来 看，厌氧消化还没有达到最终处 置的目的，还会留下大量剩余污 泥残渣需要通过其他技术进行处 理。产生的消化液COD浓度相 当高，需建立配套的污水处理设 施或返回到污水处理厂处理。这 都需要大量的额外投资和运行成 本。因此，建设消化处理工程不 能仅仅考虑消化装置的投资和运 行成本，还要考虑其他配套条件 的投资和运行成本。 再次，我国污泥的含砂量 较高，有机质含量比欧美国家 低，污泥的可生化性差，消化 从泥质特点看城镇污泥处置方向 文 / 陈同斌（中科院地理科学与资源研究所教授） 47水工业市场 2012年第6期 设备运行的稳定性、沼气产率等 指标普遍都达不到国外的。 若将30%的有机含量作为厌氧消 化的下限值，则意味着全国46% 的污水处理厂无法进行污泥厌氧 消化。所以在国外普遍使用的消 化技术，在我国运行效果并不理 想，因此也很难推广和普及。 此外，污泥厌氧消化会产 生大量的甲烷等易燃气体，对消 防安全等级要求和管理要求比较 高，在厂区内连带铁钉的鞋子都 不能穿。厌氧消化设施的占地面 积看起来比好氧发酵小很多，但 是污泥厌氧消化设施周边还需要 设置几百米的防护距离，实际上 工程的总占地面积也并不小。 个人认为，厌氧消化在我国 目前的情况下，不大可能做到像 欧美那么大的规模。但也要有发 展的眼光，污泥泥质随时间而改 变，有机质、Ｎ、P都在提升。 我国污泥厌氧工艺开发，应该将 现有的相关成熟的技术最大程度 地集成和整合，研究集中突破整 合过程中的技术难点和关键技 术，多级厌氧处理工艺将是未来 的选择。 三、好氧堆肥的技术选择及 产业化 污泥生物干化技术作为一 种新兴的干化技术已引起业内认 识的兴趣。污泥生物干化技术是 利用微生物好氧发酵的原理，通 过强制通风引发微生物产热从而 蒸发水分的一种技术。近年来， 生物干化技术较多地应用于畜禽 粪便干燥处理和垃圾脱水干化 处理，而应用于城市污泥的干化 研究在国内还很少见。由于污泥 生物干化技术能有效地利用微生 物好氧发酵所产生的热量，干化 过程中不需外加热源，因此是一 种非常节能的干化技术。生物干 化的目的不在于对物料进行腐熟 化，而是用尽可能短的时间对污 泥进行干化处理，这是与传统堆 肥不同的地方，但生物干化和生 物堆肥在技术上还是具有诸多类 似地方。 污泥堆肥处理后土地利用可 充分利用其有机质和N、P等营 养元素，是适合中国国情的处置 方式。污泥经过严格的生物堆肥 （好氧高温发酵）处理后进行土 地利用，其主要优点是：无害化 处理的效果好且成本低廉，没有 二次污染问题，而且能补充土壤 有机质和养分，促进植物生长， 实现废弃物的资源化。 但是，好氧发酵要求污泥有 机质含量达到一定比例，当有机 质含量低于15%时，好氧发酵无 法进行，否则发酵的不是污泥， 而是其他添加物（如秸秆），是 在做秸秆处理而非污泥处理。在 秸秆中掺入污泥，将污泥作为辅 料，与污泥处理中添加秸秆作为 辅料，有本质不同。由于我国污 泥有机质含量普遍较低，全国有 4.8%的污水处理厂无法做好氧发 酵工程，再加上好氧发酵操作不 简便、工艺落后、有恶臭，否定 意见很多。个人认为，若解决好 这些问题，它依然是一种主要方 式。 另一个是热值的问题，这和 消化有很大关系。在调查的三十 几个城市中，污泥的热值含量为 1400-4600，平均值为2300，比 欧美国家低20%，也比粪便、秸 秆的热值低。秦皇岛有一个污泥 好氧发酵工程，污泥经脱水处理 后热值提高，相当于蜂窝煤，可 以燃烧，但个人认为，能不烧就 不烧。即优先回归土地，实在不 能回归时才去烧。因为焚烧产生 的电与能，对于全国电网来说， 毫无意义。需要强调一点是，做 工程设计时，一定要考虑泥质的 问题。热值过低，则不适合做干 化与焚烧。 在对污泥进行好氧发酵的处 理过程当中，不仅要把污泥很好 地无害化，而且还要考虑设备运 行稳定，工艺成熟，以及整个过 程是否产生臭味及控制的问题。 好氧高温堆肥（生物干化）工序 主要分为两个阶段，即主发酵阶 段和后熟阶段。好氧堆肥的中温 与高温两个阶段的微生物代谢过 程为主发酵。堆肥（生物干化） 过程中的一次发酵阶段最为重 要，病原菌和种子的灭活以及由 于水分蒸发和有机物的分解引起 的体积减量主要在此阶段完成。 目前，用于城市污泥堆肥（生物 干化）处理的一次发酵阶段的堆 肥（生物干化）工艺主要有三 种：机械翻堆工艺、强制通风静 态堆肥工艺、智能化自动控制堆 肥（生物干化）工艺。 现阶段我国城市污泥堆肥 （生物干化）处理技术选择及技 术的产业化过程中面临一些问 题。对于堆肥（生物干化）技术 需要逐步完善，同时要制定严格 的堆肥产品质量标准，避免技术 和处理手段的落后制约污泥堆肥 （生物干化）产业化的发展。同 时，国家要承担起污泥处理处置 的主体责任，在污泥处理处置费 用、相关财政政策等方面，制 定有关污泥堆肥（生物干化） 处理的建设和运行的保障性鼓 48 MARKET　市场 水工业市场 2012年第6期 励措施。 四、重金属超标并没有那么 严重 填埋、焚烧和土地利用是当 前城市污泥的主要处置方式，相 对于填埋、焚烧，污泥土地利用 可充分利用城市污泥中的有机质 和氮、磷营养元素，促进农作物 增产，是适合中国国情的处置方 式。但由于人们担心城市污泥农 用的重金属污染风险，其大规模 土地利用受到很大限制。 通过在2001年从全国范围内 选取68个城市污水厂污泥样品， 测定其养分及重金属含量，以及 2006年对全国30个省市区（包括 香港和台湾地区）的100多个污 水处理厂作了大规模调查，从调 查中，我们得到了三个基本的结 论和认识：第一，我们国家的污 泥重金属含量比美国和欧洲要低 很多；第二，随着年代的推移， 污泥里面的重金属会大幅度下 降；第三，污泥里面重金属超标 的含量并不多。当前我国城市污 泥重金属的超标率并不像人们想 象的那么严重，超标率很低，仅 镉、铜和锌超标，超标率分别为 3.0%、5.9%和8.8%。我国污泥中 的重金属不是一个非常关键的问 题，绝大部分城市污泥经过适当 处理后可以进行土地利用。 无论国内还是国外，与20 年前相比，随着工业污水处理技 术、环境管理水平的提高和工业 产业结构的调整等，城市污水和 污泥中的重金属都已经大幅度下 降。另外，污泥经过适当处理， 比如堆肥，可以降低其重金属活 性，有效钝化重金属，降低重金 属污染风险。 从国外的情况来看，以色列 16年长期定位试验表明，合理施 污泥不会造成土壤重金属累积。 美国的长期定位实验也证明，施 用城市污泥不会造成农产品污 染。与重金属污染问题相比，其 实污泥带来的病原微生物污染、 烧苗、杂草种子等问题更值得关 注。因此，在污泥土地利用之前 必须经过严格的无害化、稳定化 处理。 五、污泥的最终归属还是土 地 通过对全国144个城市（除 西藏，包括香港和台湾）污水 处理厂的取样，结果是，N 的平均含量是25g/kg，即2.5%， 含P为2.26%，K较少。和国际相 比，我国N、P含量偏低。但从 另一个角度，污泥中N含量比农 家肥中含N量高，有机质含量也 高于农家肥。从资源学来说，污 泥替代有机肥，是有可能的。但 也有不利的一面。 有机污染物是需要关注的问 题。在三十几个城市污泥中，都 测到了多环芳烃，这种物质对人 体的致癌效果显著。但是，做饭 的油烟排放有多环芳烃，森林火 灾也会产生多环芳烃，所以关键 在于它超标与否，这是剂量的问 题。总体上来说，我国污泥存在 有机污染物，但并不超标，北京 东部地区略高。 污泥中含有微生物、病原 菌，需要重点关注。这也是美国 关注的重点，美国污泥A、B级 的划分标准，主要就是看病原 菌达到什么程度。我国在制定农 用污泥标准时，也将大肠菌群纳 入，符合国际的主流做法。污泥 处理必须进行严格的灭菌措施， 若做肥料还田，必须进行无害化 处理。即使是热干化、生物干 化，绝对不能将污泥直接放入地 中闲置。美国允许直接将污泥喷 入地中，但会休耕很长时间，即 长时间不允许人、畜接近。 从堆肥所占的比例来看， 美国应用的比例比较大，基本上 堆肥是美国最主流的处理工艺。 在我国，城市污泥处理处置刚刚 起步，采用堆肥技术的尝试在增 加，但化运行的污泥处理处 置设施并不是特别多。现在大量 的堆肥工程中，像一些很原始的 堆肥，包括把污泥拿来作为一种 有机肥料的原料等工艺，可能占 的比重会非常大。但是这样的一 种制肥工艺并不能够很好地满足 市政工程污泥处理处置的需要， 比如该工艺中的一些除臭技术， 跟市政工程所要求的是有区别 的。污水和污泥每天都会产生， 对于肥料生产企业来说，当肥料 卖不掉或者冬季温度低的时候， 可能就不做堆肥了。所以按照市 政工程的比例来说，现在真正做 得比较好的堆肥工程是屈指可数 的。 我国对于污泥土地利用的标 准也做了修订，区分土壤改良、 农用、园林绿化、林地用的泥 质。泥质标准有一定分歧，当时 是为了解决一定问题，但基础积 累方面有所欠缺，需要根据泥质 条件考虑相关要素。进入土地之 后，除了考虑重金属污染指标和 有益指标之外，还有稳定性和物 理性指标。对于污泥中体积较大 的石块等杂物，要进行特别的处 理。 说污泥不可以做肥料，是 49水工业市场 2012年第6期 错的。2009年由住建部、环保部 和科技部联合发布的《城镇污水 处理厂污泥处理处置及污染防 治技术政策（试行）》，明确规 定“允许符合标准的污泥限制性 农用”。不难理解限制性农用， 不是限制农用也不是禁止农用， 而是在可行、安全、环保条件下 的农用。那么如何限制性农用， 我国却缺乏完善的标准和规范， 对污泥风险和市场缺乏充分的把 握，污泥能否在我国真正实现安 全、环保条件下的农业利用还有 一段很长的路要走。 有机物这类的肥料进入农 田会有怎样的环境问题？建议 农业部和住建部协同解决，即 在有监管条件下的污泥进入农田 系统。如棉花，虽是农作物，但 非食物，将污泥应用于这类经济 作物是有市场空间的。当然，并 不是把污泥往农田一扔了事，也 要从保护农田的角度进行一定限 制，比如污泥有机质含量必须大 于20%，N、P、K也要大于一定 比例，即必须对农田有益，没有 害处，略有一点点好处。另外， 发芽率指数也是一个很重要的指 标。 由于污泥农用费用比较低， 所以在较长的一段时间内一直受 到青睐，国内有几个成功的土地 利用方面的案例。但是可做肥料 的污泥数量很少，而且随着污泥 农用标准越来越严格和运输距离 的增加，污泥农用处置费用也将 成为一个主要的限制性因素。秦 皇岛污泥处理的工资比市政污水 厂工资低，污泥做肥料可以做成 产业，但收益不乐观。 六、污泥量不大，但难度不 小 无论是污泥的干燥、堆肥还 是最新的污泥处理处置方法的推 出，污泥的最终归属还是土地。 对于我们这样一个发展中的农业 大国，城市污水处理厂的污泥土 地利用尤其是污泥农用，是处置 污泥的一个重要的途径，这是不 可否认的。但是污泥如何安全、 环保地施用是我国必须面对和解 决的问题。污泥量不大，但难度 不小。（本文根据“2012第七届水处 理热点技术论坛”录音整理） 湖北、江苏等省的17个城镇，18 座污水处理厂。 调查结果如下： 1、水资源状况：缺水城镇 有6个，占总城镇数的35%，7个 地区地下水位出现了明显下降， 占总城镇数的41%。 2、污水厂管理单位及管理 形式：29.41%由建设局管理， 17 . 6 5%由自来水公司管理， 11.76%由水务局管理，11.76%由 环保局管理，其余的由镇政府或 排水公司管理。 3、排水管网管理单位： 52.94%由建设局管理，11.76%由 水务局管理，其余的由镇政府、 环保局、执法局、城管局或自来 水公司管理。 4、污泥处理方面：41.18% 的中小城市污水处理厂直接将含 水率80%污泥卫生填埋，只有少 数污水处理厂采用焚烧、堆肥等 处理方式。 5 、 再 生 水 回 用 方 面 ： 76.67%的污水处理厂回用量为 零。 6、内涝问题：近几年，中 雨以上出现内涝的城市有15个， 占比为88%。 7、养护问题：约60%的城 市，排水管网的管理没有明确的 养护标准和规范。 8、污水灌溉：8个城市有从 污水管网或管渠中抽取未经处理 的污水用于灌溉的情况，占总城 镇数的47%。 9、工业废水问题：58%的工 业园区污水接入市政污水管网及 市政污水厂，企业污水处理站经 常有超标排放情况的占52%。 10、水质冲击问题：55%的 污水处理厂每天、每周或每月受 到较为严重的工业废水水质冲 击。 11、水量冲击问题：下雨时 （中雨以上），污水厂进水量增 加超过正常20%以上的有7座，超 过正常50%以上的有4座。 （上接 51 页）