第３８卷第７期 ２０１３年７月 环境科学与管理 ＥＮＶＩＲ０ＮＭ咂ＮＴＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ Ｖ０１．３８ Ｎｏ．７ Ｊｕ１ｖ ２Ｏ１３ 文章编号：１６７４—６１３９（２０１３）０７－００９４—０４ 中国城市污水厂污泥处理技术的现状及发展研究 刘云兴 ，罗海斌 （１．黑龙江省环境－１２程评估中心，黑龙江哈尔滨１５０００１；２．黑龙江科技大学，黑龙江哈尔滨１５００２２） 摘要：城市污水厂的污泥是指处理污水所产生的固态、半固态及液态的废弃物，合有大量的有机物、丰富的氮 磷等营养物、重金属以及致病菌和病原茵等，如果不加处理任其排放，会对环境造成严重的污染。因此如何有 效、经济地处理处置剩余污泥和实现污泥资源化成为中国面临的一个无法回避的问题。污泥通过减量化、稳定 化、无害化可以避免二次污染，通过资源化可以进一步实现对污泥中富含的有机质、氮、磷、钾等营养元素的资 源利用。 关键词：污泥；处理；技术 中图分类号：Ｘ７０３ 文献标识码：Ａ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｕｒｂａｎ Ｓｅｗａｇｅ Ｓｌｕｄｇｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｌｉｕ Ｙｕｎｘｉｎｇ ，Ｌｕｏ Ｈａｉｂｉｎ （１．Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５００２２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎｔ ｓｌｕｄｇｅ ｒｅｆｅｒｓ ｔｏ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ，ｓｅｍｉ—ｓｏｌｉｄ ａｎｄ ｌｉｑｕｉｄ ｗａｓｔｅｓ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｉｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｙ ｃｏｎｔａｉｎ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒｓ，ｎｕｔｉｅｎｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｎｉｔｒｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ，ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ， ｐａｔｈｏｇｅｎｓ ａｎｄ ｂａｃｔｅｒｉａ．Ｗｉｔｈｏｕｔ ｐｒｏｐｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｔｈｅｙ ｗｏｕｌｄ ｃａｕｓｅ ｓｅｒｉｏｕｓ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｈｏｗ ｔｏ ｔｒｅａｔ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕａｌｓ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｌｙ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｂｅｃｏｍｅｓ ａｎ ｕｎａｖｏｉｄａｂｌｅ ｉｓｓｕｅ．Ｔｈｅ ｎｕｔｉｅｎｔｓ ｉｎ ｔｒｈｅ ｓｌｕｄｇｅ，ｓｕｃｈ ａｓ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔ— ｔｅｒｓ，ｎｉｔｒｏｇｅｎ，ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ ａｎｄ ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｃａｎ ｂｅ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｌｕｄｇｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ｈａｒｍｌｅｓｓ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｓｅｅ— ｏｎｄａｒｙ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｌｕｄｇｅ；ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 前言 城市污水厂的污泥是指处理污水所产生的固 态、半固态及液态的废弃物，含有大量的有机物、丰 富的氮磷等营养物、重金属以及致病菌和病原菌等， 如果不加处理任其排放，会对环境造成严重的污染。 化的进展和环境质量标准日益提高，污水处理率和 污水处理程度也在不断的提高和深化，导致污泥的 产量也大幅度的增加。如果任由这些不加处置的污 泥随意的堆放和投弃，将会造成新的环境污染问题。 截至到２００８年底，中国污水的排放总量为５７２亿 吨，全国投入运行的城镇污水处理设施总设计处理 能力９ ０９２万ｍ ／ｄ，实际平均处理能力６ ６９３万１３１ ／ ｄ。２００９年２月统计，中国每天产生含水率８０％的 湿污泥近１０万吨 ｊ。因此如何有效、经济地处理处 现今中国还存在“重水轻泥”的现象¨ ，使得中国的 污泥处理水平严重滞后于污水处理 Ｊ。随着城市 收稿日期：２０１３—０６—１６ 作者简介：刘云兴（１９６０一），男，高级工程师，主要从事危险废物管理 技术、环境工程评估工作。 ・置剩余污泥和实现污泥资源化成为中国面临的一个 无法回避的问题。 ９４・ 期 刘云兴等・中国城市污水厂污泥处理技术的现状及发展研究 Ｖｏ１．３８ Ｎｏ．７ Ｊｕｌｙ ２０１３ １污泥的处理目的 随着国家对环境保护越来越重视，海洋投弃 已经被禁止，弃置的污泥量也随之减少；于此同 时，土地填埋也受到越来越严格的，原因是这 种方法占用土地面积大、填埋费用高，最重要的是 不能从根本上治理污染。而在国际上，美国已经 害物质（金属、ＮＯ 、ＳＯ Ｃ Ｈ ｔｔＣ１、ＨＦ）向环境排 放 ］。所以焚烧这种方法已越来越不被人们采用。 ２．３直接烘干法 直接烘干法是用气流干燥机把含水率为７５％ ～８０％的污泥烘干，当温度高于２００℃以后，就可以 杀灭各种病菌，之后再进行污泥填埋或处理，最终可 以实现污泥的减量化 ；但是这种方法的缺点就是 关闭了大部分的污泥填埋场，欧盟也已经实施填 埋和焚烧相结合的方案，并且强调，只有焚烧灰才 可以被填埋。 现今，污泥的“四化”路线已经成为人们处理 污泥的主流技术路线＿４ Ｊ，“四化”即减量化、稳定 化、无害化和资源化。污泥通过减量化、稳定化、 无害化可以避免二次污染，通过资源化可以进一 步实现对污泥中富含的有机质、氮、磷、钾等营养 元素的资源利用。 ２ 国内主要污泥处理技术 污泥处置是指污泥以某种形态在环境中消纳的 方式。常见的污泥处理技术有：卫生填埋、焚烧、直 接烘干等 。 ２．１填埋法 填埋法与城市垃圾填埋基本类似 。但填埋 处置有两点不足之处，一是要占用大量土地，浪费 土地资源，污泥的填埋费用也是很高；二是污泥会 霉变，污染环境。现如今，污泥的产生量与日俱 增，在周围短距离范围内已无填埋场地可以填埋。 实际上，多数污水处理厂的污泥都是外运或者是 就近外卖给当地农民，没有做到真正的填埋处置。 这样不仅对农产品产生污染，更直接危害人类 健康。 ２．２焚烧法 焚烧法是以焚烧为技术重点的处理方法，也是 最彻底的处理方法。它的优点是可以使全部的有机 物碳化，并杀死病原体，最大程度的减少污泥的量； 缺点投资大、运行成本高、难以处理的城市污水处理 厂的大量污泥 ］、产生剧毒物质二嗯英及大量的有 高能耗、高成本。 ２．４厌氧消化法 污泥厌氧消化是国内最普遍的污泥处理工艺， 一般分为两种消化方法，一种是中温消化；一种是高 温消化。而在国内的生产运行中，中温消化（３２￣Ｃ ～３５℃）是最常用的方法。但是这种消化方法也存 在缺点：一是设备的投资太高；二是厌氧消化虽然可 以使污泥稳定，也可以降低总量，但是最终的处理方 式仍是卫生填埋；三是隐患、系统运行较为复杂不容 易掌握、运行成本过高。 ２．５生物处理法 生物处理法即生物堆肥法：它是通过利用好氧 菌种以及氧气使污泥好氧生物高温发酵。 ２０世纪６０年代后期国际上发展起来了一项新 的生物处理技术——堆肥技术，它的原理是在运用 不同种学科技术的前提下，抓住微生物群落能够在 特定的环境中分解多相有机物的特点，把污泥改变 成稳定的腐殖质，用于堆肥或改良土壤。在实际应 用中，堆肥技术能够做到“无害化”、“减量化”、“资 源化”，并且具有经济、实用、无二次污染等特点。 因此在２０世纪７０年代后期引起了各国的广泛重 视，并在环保领域迅速地成为了一个研究热点。 ３污泥处理技术的展望 污泥处理是根据污泥的最终去向，将污泥进行 利用或无害化处理，传统上大多采用填埋、投海和弃 置堆放、焚烧方式，虽然简单易行，但是会带来占用 土地、污染地下水或海洋环境、填埋场渗水等问题， 并未从根本上解决环境问题，给生态环境埋下安全 隐患，这些方法也逐渐被环境法案和国际公约等 ・９５・ 期 刘云兴等中国城市污水厂污泥处理技术的现状及发展研究 Ｖｏ１．３８ Ｎｏ．７ ・制约¨ 。 目前国内在污泥处理技术上已经投入了大量的 科研精力，并取得了一些成果。走污泥资源化的路 线，是未来污泥处理的发展方向，未来污泥资源化利 用的方式是环保材料、建材和热能利用等方面。 ３．１ 环保材料 ３．１．１ 污泥制吸附剂 在一定高温条件下，用含碳较多的生化污泥可 以制成含碳吸附剂，一般通过化学途径可以完成，这 种方法开辟了一条新的处置和利用生化污泥的途 径。所制成的含碳吸附剂是一种具有良好性能的有 机废水吸附凝聚剂，可以高效率的去除污水中的悬 浮物和有机物，特别是水中的ＣＯＤ。饱和的吸附剂 可以在一定的条件下通过高温燃烧氧化分解污泥中 的有害成分， 如日本制成了一种细孔比常规活性炭比表面 积大，吸附能力强的活性炭，它是在一定的条件下 形成的，将脱水污泥滤饼先经过高温碳化脱水，再 用酸冲洗，去除杂质，最后再经过碱活化处理，经 过这三步就可以制成了性能很高的活性炭。另外 还有研究发现，利用石化污泥经过碳化和活化处 理后，也可以制成吸附剂，它吸附溢油的去油率可 达９９．６％。 ３．１．２污泥制絮凝剂 污泥可以制成一种效果好，价格便宜，絮凝范围 广泛的絮凝剂。它的原理是首先从剩余活性污泥中 提取一些可絮凝的微生物菌种，然后对这些微生物 菌种进行发酵、抽取、精制，最后合成一种高分子生 物化合物。这种方法是可以使剩余活性污泥资源化 的一种途径，使城市污水处理厂的剩余活性污泥得 到很好地处理，可谓一举两得 Ｊ。 ３．１．３生产可降解塑料 在现代生活中，塑料产品已成为不可替代的 重要组成部分，然而这些不可降解塑料却以每年 ２ ５００万吨的速度堆积，严重危害了我们的生存环 境，因此，研究出一种不改变原来的理化性质，又 可以被降解的或是可替代的塑料产品，是迫在眉 ．９６・ Ｊｕｌｙ ２０１３ 睫的大事。剩余的活性污泥中存在大量微生物可 以通过培养后合成ＰＨＡｓ（聚羟基烷酸酯），它是一 种聚合物，是通过大量的细菌合成的，既与传统塑 料有相似的物理性质，又可降解，是一种能替代石 化塑料的新型环保产品。这种利用剩余活性污泥 生产可降解塑料的方法使污泥等到了资源化利 用，同时也促进环保事业的发展ｌ４ｊ。虽然这种方 法有很大的优点，但同时它也有一定的因素， 就是相对传统的生塑料产品成本较高。 ３．１．４有机肥料 首先要稍稍改变污水处理厂污泥的处理工艺， 在污泥脱水的过程中投加高能生物菌种，完成污泥 的预处理，并达到使有机污染物失活和重金属钝化 剥离的目的。污泥首先要进行干化处理，利用高温 微生物的好氧发酵，在较短的时间内将物料升至 ６０￣Ｃ～８０￣Ｃ，在此温度下可杀死病原微生物，也可分 解有机污染物；七到十五天就可以去除６０％～７０％ 的水分；继而生产非农用的有机肥料，用于土壤改 良、园林绿化、经济速生林种植。 ３．２污泥热能利用 ３．２．１ 生产沼气 污泥中具有大量热值，所以我们可以在污水处 理厂里建设一座消化池，通过污泥发酵产生一种清 洁的燃料一沼气；沼气也可以作为化工原料，将之净 化以后能制作成多种化工品。据统计，１立方米沼 气的发热量大约与１公斤煤的发热量相同。由此看 出，如能充分利用污泥的热值，既可以降低电耗又可 以降低运行成本。 ３．２．２清洁燃料 采用污泥热干化工艺，利用木屑等废物为原 料，生产清洁燃料。首先要改变污泥的形状，可以 添加改性剂、固硫除臭剂和稳定剂，使污泥的性状 发生改变，然后进行机械脱水、热风炉干化，使污 泥含水率降至ｌ３．５％以下，最后与木屑等清洁的 生物质混合，保持污泥和洁净燃料的产出比为５： １，可生产出符合环保标准的洁净燃料。这种燃料 可用于各种行业的锅炉以及窑炉。 期 刘云兴等・中国城市污水厂污泥处理技术的现状及发展研究 Ｖ ０１．３８ ＮＯ．７ Ｊｕｌｙ ２０１３ ３．３建筑材料 ３．３．１做生产水泥掺料 碳化；其次是综合利用。所以污泥处理行业要把工 作的重点放到开发高效率、低能耗的污泥处理技术 上，使污泥处理向“处理集约化、处置多元化”的方 向发展。 采用旋流喷动直接烘干工艺，利用水泥生产过 程中２６０度的废热，将含水率８０％的原生污泥烘 干，烘干至含水率小于３０％，之后可以喂入水泥窑 中，直接做煅烧处置。在此过程中会彻底焚毁污泥 中存在的有机物，而其他的成分，如重金属、无机成 分等都会随着其它的物料，一同混进到水泥回转窑 内，并参与水泥熟料的煅烧，最终被晶化，煅烧的尾 气经处理后达标排放。 ３．３．２做建设用土 利用灰渣胶凝材料和适量的活化剂研磨，形 成固化剂，并加以改性固化，固化后既可以钝化污 泥中的重金属，又不会溶于水也不易溶出；也不会 在雨水浸泡的条件下浸出重金属。污泥有除臭功 能，通过污泥中的挥发性有机物形成不挥发的有 机盐来实现。污泥具有良好的透气性，如果污泥 结构发生变化，那么存在污泥中的病菌、寄生虫 卵、病毒等也会失活。污泥改性以后，抗压强度和 抗剪断强度都有了很大程度的提高，人们就可以 放心的填埋。 ４ 结论 污水污泥本身是废弃物，但我们可以将它转废 为宝，而中国污泥处理处置的目标是实现污泥的减 量化、稳定化、无害化、资源化。由此可见，污泥处理 的首要任务是走“三化”路线，即减量化、无害化、低 参考文献： ［１］戴晓虎．我国城镇污泥处理处置现状及思考［Ｊ］．给 水排水，２０１２（２）：１—５． ［２］杨勇，王玉明．我国城镇污水处理厂建设及运营现 状分析［Ｊ］．给水排水，２０１１（８）． ［３］朱勇．城镇污水处理厂污泥处理处置现状与思考 ［Ｃ］．２０１０年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会 论文集，２０１０：２４—２９． ［４］陈红英，王红涛．城市污水处理厂污泥的资源化利 用研究［Ｊ］．浙江工业大学学报，２００７，３５（３）：３３７—３４０． ［５］董宏伟．浅谈污水处理厂污泥处置方式的选择［Ｊ］． 科技资讯，２０１１（６）：１４８． ［６］秦俊芳．污水处理厂污泥安全处置方式的比较筛选 ［Ｊ］．中国资源综合利用，２０１０（４）：５２—５５． ［７］戴晓虎．我国城镇污泥处理处置现状及思考［Ｊ］．水 业导航，２０１２． ［８］王楠，李悦．青岛市剩余污泥处置现状分析及资源 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