我国城镇污水厂污泥处理处置技术应用的路线思考

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近年来，大量城市污水处理厂建成并投入运行，污泥产量不断增加，污泥处置问题十分紧迫。目前中国如何选择污泥处理处置路线？国外发达国家的成功案例能给我们带来什么启示？本文作者是上海交通大学环境科学与工程学院污泥处理与处置技术专家朱南文教授。本文从污泥处置的三条技术路线出发，探讨了适合中国国情的污泥处置产业的发展方向。

城市污泥是污水处理厂污水处理的二次产品。对于一个稳定的污水处理厂，每单位体积的污水处理将产生一定量的污泥，也就是说，将达到一定的污泥产量。根据全国污水处理厂的调查，大多数污水处理厂每万m3污水产生5~10t脱水污泥(含水率为80%)。根据住房和城乡建设部报告的数据，截至2015年6月底，中国共有3，802家城市污水处理厂，污水处理能力为1.61亿立方米/日，实际处理能力为1.26亿立方米/日..根据上述污水处理厂的污泥产量，中国的脱水污泥量已超过每年3200万吨，并且仍以每年5%~10%的速度增长。这样产生的污泥一旦处理不当，很可能会对环境造成二次污染。因此，如何合理有效地处置污泥已成为环境工程领域的热点问题之一。

1.我国污泥处理处置的主要问题

在过去的几年里，中国关于污泥处理和处置的讨论一直是业界关注的焦点。同济大学环境科学与工程学院院长戴晓虎教授曾指出，我国污泥处理处置存在的主要问题是:①我国污泥与其他国家不同，处理处置困难；②关键共性技术和设备需要突破，产业链整合水平需要提高；③总体技术路线不明确，政策标准体系不完善。可见，解决我国污泥处理处置行业问题的办法是明确界定适合我国国情和污泥状况的技术路线，从法律、法规、补贴和政策支持等方面引导污泥处理处置行业良性有序发展。

就污泥处理处置技术路线而言，《城市污水处理厂污泥处置分类》(gb/t 23484-2009)将污泥处理处置技术路线分为污泥焚烧、建筑材料利用、土地利用和土地填埋等四大类。中国水协会排水委员会主任杨向平先生曾以一种通俗易懂的方式说过:“填埋肯定比乱扔垃圾好，但你必须找到一个场地；焚烧肯定比填埋好，但烟气必须处理好；利用比焚烧好，但必须严格管理。从技术层面来看，我国近年来对各种可行的污泥处理处置技术进行了大量的研究和应用，具备了实现相关技术路线的技术能力。技术问题不再是污泥处理和处置的主要瓶颈。结合戴晓虎院长和杨向平先生的观点，不难发现真正的瓶颈在于各种污泥处理处置技术路线的必要条件，即“填埋要有土地，焚烧要有烟气治理，利用要严格管理。”

与中国相比，美国、日本、欧盟等发达国家在污泥处理处置领域已经发展得相当成熟，无论是在技术上，还是在政策保障和市场运作上，都积累了一些适合本国国情和污泥状况的有效做法。本文借鉴发达国家的成功经验，结合我国国情和污泥状况，对我国污泥处理处置技术路线的选择进行了思考。

2.中国污泥处理处置技术路线的选择

2.1填埋:因地制宜，西部优先

污泥的卫生填埋始于20世纪60年代，标准的污泥填埋处置一般要求其抗压强度达到50kn/m2以上。由于前期缺乏其他污泥处理处置技术，也缺乏科学的污泥处理处置技术路线，国内污泥单独填埋被广泛采用，但效果并不理想，主要存在以下问题:①占用大量土地资源；②可能导致填埋场变形或滑坡；③沼气/渗滤液收集管道易堵塞；④难以机械压实；⑤恶臭对周围环境的影响等。根据我国东西部地区经济发展和土地利用现状，相关行政主管部门提出了“西部填埋、东部填埋为辅”的发展思路。

在我国东部地区，污泥填埋对土地的需求与稀缺的土地资源之间存在矛盾。通过制定切实可行的政策和配套资金，东部地区应降低土地填埋在污泥处理处置中的比重。以美国为例，尽管其土地资源丰富，垃圾填埋仍仅占污泥处理和处置总量的17%。可以看出，即使土地条件允许，填埋也不再是污泥处理和处置的首选。

对于中国西部地区来说，由于其经济能力相对较弱，采用焚烧等技术的经济可行性较差，并且由于其土地条件相对丰富，土地填埋相对可行。但是，为了有效地减少污泥填埋中容易出现的一些问题，我们应该通过超声波、热水解、电渗析和干燥处理进一步满足污泥固化和稳定的条件，通过在填埋施工中将生化污泥与矿化垃圾混合来解决污泥施工“难压实”的问题，并通过技术手段保证后期填埋的稳定。

2.2干法焚烧:严格控制烟气，主要在东部

污泥焚烧具有快速、集中、占地少、污泥减量、稳定无害的特点。目前，污泥焚烧技术发展迅速，特别是在发达国家。2016年前，污泥焚烧约占美国所有污泥处置技术的22%，日本约占68%，欧盟国家约占20%~40%，而中国污泥焚烧的比例仅为3%。出现上述情况有很多原因。一方面，技术、经济和国情存在差异，另一方面，人们担心污泥焚烧会造成环境污染，这是制约污泥焚烧技术在我国推广的重要因素。

住房和城乡建设部在“十一五”建设规划中指出，“鼓励东部地区和经济发达地区选择先进的焚烧技术”，这是基于东部地区土地资源短缺、经济发展水平相对较高的客观情况。以上海为例。目前，上海已建成三座污泥焚烧厂。未来，上海污泥处理处置的趋势仍将是焚烧，预计将占到62%以上。然而，仍然需要注意的是，严格来说，污泥焚烧并不是最终的处置手段。在焚烧过程中，除了严格控制烟气外，还需要考虑焚烧灰渣的最终出路。

2.3资源利用:支持政策，注重管理

污泥资源化是污泥处理处置技术发展的最终趋势。污泥作为一种资源的利用主要基于建筑材料和土地利用，国外已经有许多成功的案例。然而，除技术条件外，污泥作为资源的利用需要考虑政策支持和产品合理应用的要求。国外成功的实施案例可为我国污泥资源化利用提供借鉴。

2.3.1利用污泥作为建筑材料

污泥用作建筑材料包括制砖、制水泥、制轻集料和制生化纤维板，其中制砖和制水泥较为常见。然而，从经济性和产品适用性的角度来看，污泥制砖和水泥制砖是目前建筑材料利用的可行方法。

干污泥或污泥焚烧灰可用作原料，从污泥制砖。虽然干污泥制砖的能耗和经济成本较低，但干污泥的添加量与砖的质量呈负相关。从日本制砖的经验来看，制砖原料中干污泥的比例一般控制在4%以内，否则容易造成砖开裂，降低其抗压强度。因此，在德国和日本，焚烧灰主要用于制砖。当污泥焚烧灰渣量达到制砖原料总量的45%时，制得的砖仍具有理想的理化性能。

由于污泥的无机物质组成与水泥生产的原料基本相似，污泥脱水后可作为水泥生产的原料，不仅具有焚烧减容减量的特点，还为水泥窑提供了热值。如果不考虑脱水污泥的运输成本，采用水泥窑共处置脱水污泥是经济的，可以节省焚烧炉的购置成本，也可以节省新建污泥处理处置项目的建设成本和运行维护成本。可见，在寻求污泥作为建筑材料的利用过程中，污泥与水泥工业的结合值得进一步探索和研究。

参照国外成功案例，日本是世界上最重视污泥建材利用的国家之一。日本第一家“生态水泥厂”于2001年4月在千叶县正式投产。以污泥、污泥和垃圾焚烧飞灰为原料，“生态水泥”的最大生产能力达到每年11万吨。到2006年，先后建成了四个“生态水泥厂”，每年“生态水泥”的总产量达到75万吨。

值得注意的是，日本政府对污泥建材的利用制定了一系列配套措施:在资金来源方面，政府投资建厂或低息贷款，以降低企业在建设初期的投入成本；在建材产品的出口方面，日本政府采取低价优先采购的模式，以确保及时消化产能，使制造商在经济上获得一定的利润。同时，为了保证污泥建材产品在应用渠道上的可控性；鉴于污泥中的高磷含量会导致砖或水泥的熔点降低，其产品不宜用作高层建筑材料；基于污泥中含有重金属等有害成分的事实，德国等国规定，无论重金属的浸出效果如何，生产的产品不得用于饮用水设施建设。

2.3.2污泥的土地利用

污泥土地利用是将稳定无害的污泥通过深耕播种施用于土壤或土壤表面的一种污泥处置方法。由于污泥中有机质、氮和磷的含量高于普通农家肥，堆肥后的污泥可用作土壤改良剂。从现有应用来看，污泥土地利用主要包括污泥农业、园林绿化、林地利用、土壤修复和改良等。

然而，长期以来，污泥的土地利用一直受到潜在环境风险的制约。由于中国工业污水和城市污水的广泛混合，污泥中的卤素、二恶英、有机污染物、重金属和其他物质是不可预测的。合流制排水系统还导致城市污水中大量的雨水和排水，而国外污泥中的有机物含量相对较低，增加了安全风险。因此，污泥的土地利用在中国一直存在争议。

事实上，污泥的土地利用在国外已经非常成熟。例如，葡萄牙的污泥土地利用率为100%，挪威为72%。在美国，果林土壤中大量污泥被堆肥用作有机肥，起到了良好的种植效果。其中，严格分流工业污水和城市污水是实现土地利用的关键因素。

就中国而言，要实现污泥的土地利用，任忠还有很长的路要走。除了排水系统的重新规划外，产业链的支持还需要进一步完善，如政府如何支持相关企业确保相关项目的经济可行性，如何通过政府对污泥产品的宏观调控，解决土地利用的季节性需求与污泥持续生产之间的矛盾。但是，有一个前提原则需要强调，即污泥的土地利用必须经过可靠的稳定化和无害化处理，否则可能带来的环境风险将不值得土地利用带来的经济效益。

2.3.3污泥的其他资源化利用

除了土地利用和建筑材料利用之外，污泥生物质能的利用也是近年来的重点方向之一，特别是以污泥厌氧消化和沼气资源回收利用为代表。在厌氧消化的基础上，进一步提高产气效率和进一步开展深度热水解磷回收的研究正在不断完善和应用，并逐步形成一个产业。然而，与土地利用和建筑材料利用类似，生物质能的利用也需要提高到政策支持的水平，以供全面考虑。从工业角度来看，只有让运营单位或相关企业“受益”，才能充分发挥企业的积极性，从而积极推进污泥无害化、稳定化和资源化进程。

3.结论

国内外污泥处理处置技术可归纳为填埋、焚烧和资源化三大类。但是，在路线选择上，“因地制宜，适应污泥”是最根本的指导思想。在国外，实现了雨污分流和工业与市政分流，污泥浑浊，有害污染物含量可控，因此可以优先考虑污泥的土地利用。在产业链成熟、政府支持和扶持政策到位、标准完备的国家(如日本)，可以优先考虑将污泥用作建筑材料。就我国而言，污泥资源化利用在技术和产业链构建上仍处于探索阶段。在未来一段时间内，焚烧和填埋仍将成为我国污泥处理处置的主要渠道，其中“东部推荐焚烧，西部推荐填埋”相对符合国情，更具可操作性。但是，随着新技术的不断开发应用和产业配套政策的不断成熟，仍有必要在条件允许的地区大胆尝试将污泥作为资源加以利用，逐步探索适合中国国情的污泥产业模式，从而形成良性发展的产业链。