污泥处理处置技术的研究进展

污泥处理处置技术的研究进展
【摘要】介绍了目前主要的污泥处理处置方法，并分析了各自的优缺点，特别介绍了新兴技术在国内外的进展状况。

资源化和能源化利用是今后污泥处理的发展方向，探讨了污泥超临界水氧化资源回收和利用的可行性。

【关键词】污泥；新兴技术；处理处置技术；资源化
污泥是污水处理的副产物，含有多种菌胶体、有机物、无机物的一种复合产物[1]，未经处理的污泥成分复杂，除含有灰分外，还含有大量的有机质、难降解的有机物、多种微量元素、病原微生物和寄生虫卵、重金属及盐类等成分[2]。

据统计[3]，截至2009年9月底，全国已有1792 座城市污水处理厂投入运营，处理能力达9 904 万吨/日，在建城镇污水处理项目1 977个，设计能力约为5 527万吨/日。

预计处理1万吨污水会产生产1.5吨干污泥，湿污泥含水率估计为80%，全国将产生湿污泥4,224万吨。

污泥处理和处置在我国还处于初级阶段，因此，如何将成分复杂、产量大的污泥妥善处置，使其减量化、无害化和资源化、具有重要的现实意义。

1污泥处理新技术
国内外的污水处理厂传统的污泥处理方法主要有调理、浓缩、脱水、干燥、消化等。

这些方法在工程实践中不断的暴露出一些缺点和不足，如占地面积大、运行管理要求高、运行费用与机械维修费用较高等。

近年来，已有很多新兴的污泥处理技术得到发展，被应用到实践中。

1.1污泥热干化技术
污泥热干化就是用热蒸汽或热能将污泥烘干，干化后的物相品质稳定，呈颗粒或粉末状，容积减量效果显著，且无臭味。

由于热干化技术要求和处理成本较高，管理复杂，直到20世纪末90年才得到迅速发展，我国相关研究开展也相对较多，但推广成功案例较少。

Idris[4]等在污泥热干试验中发现，持续干燥过程与温度升高一致，干燥时间较短时产生污泥质量和热量比。

马德刚等[8]研究表明，污泥的粘壁强度有电场时与无电场时的比1：16，污泥含水率大于50%时，干燥速度加快。

郑宗和等[5]对太阳能干燥污泥进行研究，发现该技术对污泥脱水节能影响较大。

雷海燕等[10]研究发现了太阳能干燥器污泥过程的可行性和干燥特性。

热干化法可以做到污泥减量化、无害化、稳定化，其特点是：占地面积小，机械化程度高，可大幅度缩减污泥的体积和重量，污泥性质稳定，不会腐败发臭，便于运输和消纳。

但热干法存在设备投资费用高、运行、维护成本较高，安全系数低，操作复杂等缺点。

1.2污泥的湿式氧化技术
湿式空气氧化法(以下简称WAO) 是以O2(或O3、H2O2)为氧化剂在液相中(125～320℃，0.5～20MPa)将有机污染物氧化为CO2和H2O等小分子有机物或无机物的化学过程。

有研究发现[6]，经湿式氧化处理后的污泥变得较稳定，上清液生化性能升高、沉降性能增加；低温时污泥是由水分蒸发造成失重，100℃～200℃之间污泥的失重是由有机物挥发造成的，200℃～400℃之间吸热或放热是由含碳高分子化合物分解引起的。

WAO法的优点是脱水性能极佳，适应性较强，显著的灭菌和除臭效果，处理周期短，污泥经处理后，重量和体积都大为减少，缺点是投资成本昂贵、设备
复杂、运行和维护费用较高，因而限制其广泛使用。

1.3污泥的超临界水氧化技术
超临界水氧化( Supercritical Water Oxidation ，简称SCWO) 技术是一种新型绿色氧化处理技术。

当温度和压力分别高于374.3℃和22.05MPa时，水能与有机物、空气和氧气以任意比混溶形成均一相，消除了相间的传质阻力，反应速度加快，反应时间缩短，有些有机物甚至可以在不到1min 的时间内完全转化成无害的H2O和CO2。

目前，污泥的SCWO 处理已经得到了较好的发展，国外已开始了SCWO 技术的工业化、商业化运用，在美国的Modell Development Corp、Eco-Waste Technologies 、Modar Inc.公司和日本奇玉县下水处理厂等已经先后建成多座超临界水氧化处理污泥装置，而国内还处于实验室研究阶段。

表1是不同方法处理制浆造纸厂污泥的费用比较[7]。

可以看出，SCWO 法处理污泥的费用远小于焚烧法，与填埋法相近，从经济角度上看，超临界水氧化处理污泥是可行的。

与其他处理方法比较，超临界水氧化法具有较大优势：反应速度快、处理彻底、效率高、无二次污染，还可以通过能源回收（热能和CO2、CH4）降低成本。

美国哈灵根的SCWO 系统的成功运行，说明从技术、经济上，SCWO 法处理污泥都是可行的，可使污泥减量化、无害化、资源化和能源化，应用前景光明。

表1不同方法处理制浆造纸厂污泥的费用比较
2污泥的处置
对污泥的处置首先应该注重于减量化、无害化和资源化的处理方法，消除二次污染，间接节约能源，提高资源率。

目前污泥的处置方法因国家情况的不同而有很大差异，主要有卫生填埋、堆肥处理、焚烧处理等。

2.1卫生填埋
污泥卫生是一项比较成熟的污泥处理技术，需要经过科学选址和严格的场地防护处理，污泥卫生填埋存在诸多问题，填埋场内部渗透的有毒物质易造成土壤、地下水的二次污染。

由于填埋场需要大面积的场地，地基土壤力学性质要求较高，需作防渗处理等问题，近年来污泥填埋处理所占我国污泥处理比例逐渐减少，但目前仍有30%。

从长远看，常规填埋是一种不可循环的处理方式，不能最终避免环境污染，而只是延缓了产生时间，其应用比例将会逐渐减少，应用前景存在局限性。

2.2污泥焚烧
在过量空气加入情况下，将污泥置入焚烧炉内，进行完全氧化叫污泥焚烧，最终产物为稳定的灰渣，污泥体积减量效果明显，污泥最终处置也极为方便。

目前在欧盟、日本等发达国家焚烧仍在污泥处理处置的方式中占有很大的比重。

例如，日本有75%的污泥用于焚烧[8]，奥地利有31%的污泥用于焚烧。

国内对污泥进行焚烧处理处置的不多，2007香港政府年投产了一组日处理6000吨的焚烧炉已投入使用。

针对目前国内的情况，我国应增加焚烧所占污泥处理处置方法的比例，严格控制污泥中重金属和有毒物质含量，避免二次污染，加强对焚烧技术的研究，早日形成具有自主知识产权的焚烧设备，降低焚烧处理成本。

2.3堆肥处理
污泥的堆肥处理是指通过高温，将污泥中的有机质经发酵转成腐殖质的技术过程，处理后产物无害化和资源化，既增加了植物可利用的养分，又减小重金属，肥料价值大大提高。

堆肥技术已得到了广泛的应用，我国也有许多专家学者对污泥堆肥技术进行研究。

Lee 等[9]利用污泥进行试验，发现火炬松机械性能与污
泥量浓度相关行不大。

Labrecque 等[10]对柳树（Salix）进行施用污泥试验，结果表明总生物量与污泥量呈显著相关性，植物吸收Zn Ni、Hg和Pb比Cd弱，说明柳树处理污水污泥具有进一步的可能性，并有高的生物量。

张增强等研究指出，污泥堆肥在城市园林绿地施用可促进绿色植物的生长。

近几年，国内外已经出现了不少的污泥堆肥产品，但此类污泥堆肥产品的安全性还要进一步讨论，需谨慎使用。

3污泥处置发展趋势
从发达国家污泥处理的发展趋势分析，今后污泥处理的方向将会是资源化和能源化利用，严把安全、经济关。

污泥填埋的比例会越来越少，污泥焚烧和热能利用的比例将会进一步增加。

污泥土地利用即把污泥直接施用(或干燥化后施用)和经过发酵化形成的生物固体，应用于林地、果园、草地、市政绿化、育苗基质以及严重扰动的土地复垦与重建等，具有投资少、能耗低等特点。

中国一个发展中的农、林业大国，污水处理厂的污泥土地利用（不包括农用）具有光明的发展前景，需要发展出一条合理化的符合中国特色的污泥治理道路。

这对迅速恢复生态，提高作物产量有巨大影响，是符合我国国情的。

从国内污水厂对重金属的监测来看，我国污水处理厂大部分是不超过《农用污泥中污染物控制标准》中的标准，虽然此标准本身存在问题。

从国外的运行经验来看，污泥土地利用只要严把准入条件，是可以被安全销纳的。

但由于污泥的土地利用存在风险和隐患，因此，必须严格按照相关标准进行污泥利用，并要不断地完善国家或地方的污水污泥净化技术标准以及污泥的土地利用标准。

此外，还须建立有效的土壤质量监测和评估体系。

4结语
随着科学技术和实践水平的发展，一些新的污泥处理技术也渐渐地投入实际应用。

如热干、湿式氧化、超临界水氧化法等。

这些污泥能量利用技术在国内外都是前沿领域，仅仅还处于探索阶段，没有实际的工程经验可借鉴，仍需要进一步深入研究。

污泥的处置与利用应当兼顾到环境效益、社会效益和经济效益，应遵循稳定化、无害化、减量化和资源化的原则，通过污泥资源化解决日益增多的污泥数量和有限的可供填埋的空间的矛盾，实现经济的可持续发展。

应该看到，新兴污泥的污水处理工艺更符合可持续发展的思想，如超临界水氧化，符合污泥处理的减量化、资源化和无害化要求，具有广阔的发展前景。

【参考文献】
［１］黄雅曦,李季,李国学.污泥处理与资源化利用现状分析[J].农业环境科学学报,2003,22(6):765－768.
［２］周少奇.城市污泥处理处置与资源化[M].广州:华南理工大学出版社，2002：150-168.
［３］中华人民共和国住房和城乡建设部.关于全国城镇污水处理设施2009年第三季度建设和运行情况的通报建城［2009］263号[EB]./zcfg/jswj/csjs/200912/t20091229_198779.htm.
［４］IDRIS A,KHALID K,OMAR M. Drying of silica sludge using microwave heating[J].Applied Thermal Engineering,2004,24:905-918.
［５］郑宗和,牛宝联,雷海燕.利用太阳能进行污泥脱水干燥的试验[J].中国给水排水,2003,19(S1):111-113.
［６］杨琦,文湘华,王志强.湿式氧化处理城市污水厂污泥的研究[J].中国给水
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［７］何品晶,顾国维,邵立明,等.污水污泥低温热解处理技术研究[J].中国环境科学,1996,16(4):254-257.
［８］李媛.焚烧工艺在污水厂污泥处理中的应用[J].中国环保产业，2004,1:32-33．
［９］LEE A W C, CHEN G, DICKEBS D E, et al. Selected mechanical properties of wood produce by Loblolly pine trees fertilized with sludge[J]. Forest Products Journal, 1999, 49 (9):43-47.
［１０］LABRECQUE M, TEODORESCU T I, Daigle S. Effect wastewater sludge on growth and heavy metal bioaccumulation of two soils species[J].Plant and Soil,1995,17(2):303-316.。