污泥处理行业技术特点分析

　　随着近年来污水的排放量日益增多，导致污泥的产出量也随之增加。近年来，我国出台了一系列政策措施，推动污泥处置行业发展。其中，妥善处置污泥、有效利用污泥中的资源、提高处置效率和降低处置成本等成为行业关注热点。截至2016年3月，我国已建3910多座城镇污水处理厂，污水处理能力已达到1.67亿立方米/日。作为污水的衍生品，我国每年产生3000万吨～4000 万吨市政污泥（含水率在80%）。”大量的污泥，不仅占用土地，而且其中的有害成分成为影响环境卫生的一大公害。因此，从自身特点出发，采取适宜的污泥处理处置方案越来越受到关注。下面对现有污泥处理行业技术特点进行分析：

　　目前，全球已经建成的污泥处理项目中，常见的污泥处理方式有：好氧发酵（堆肥）、厌氧消化、干化、焚烧。污泥处置方式有土地利用、填埋、综合利用。由于国情不同，各国采用处理方式和技术也各不相同，本文对目前主流技术的发展应用进行综述。

　　污泥处理处置技术

　　1 好氧发酵

　　污泥好氧发酵技术是利用污泥中的微生物进行发酵的一项新的生物处理技术，在实际应用中可以达到“无害化”、“减量化”、“资源化”的效果，并且具有经济、实用、不需外加能源、不产生二次污染等特点。

　　目前，国内外研究学者针对堆肥过程中的条件控制、重金属控制、保氮技术以及技术工艺方面进行了大量的研究，取得了很多有价值的成果。美国早在19世纪60年代初就有关于污泥农用的研究。日本于20世纪50年代建成第一座污泥堆肥中心，到20世纪90年代末已建成35座。日本还开发出用污水处理厂的污泥进行短时间堆肥的技术。目前，欧美、日本普遍采用国际上较为先进的具有高效、防臭、成品质量高的污泥连续发酵工艺，利用回转仓完成中温、高温发酵过程。日本、韩国以及一些欧美国家相继研发出封闭仓式发酵系统，综合效益较好。

　　20世纪60年代，我国首次在北京高碑店污水处理厂成功进行了污泥自然通风堆肥试验。50多年来，国内学者对好氧发酵工艺进行了大量研究，取得了很多有价值的研究成果，先后建成了在产品质量、运行操作可控性、环境质量等方面均能达到较高水准的污泥堆肥处理处置项目。国内学者成功开发了污泥高效低耗堆肥与复合肥制备成套技术，实现了堆肥温度和通风控制的自动化，建立了适合我国的高效低能耗的污泥堆肥工艺。我国在机械翻堆工艺和强制通风静态堆肥工艺基础上，开发出了具有自主知识产权的CTB自动控制生物堆肥成套技术，该技术堆肥耗时短、占地面积小，无恶臭、废水等二次环境污染问题，技术的完整性和配套性好。同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室以污泥静态堆肥工艺为基础，针对上海曲阳污水处理厂的脱水污泥进行动态好氧堆肥处理工艺的开发，重点研究了控制参数和评价参数（温度、含水率、pH、水溶性有机碳和发芽指数等）变化规律。另外，国内各科研院所在污泥好氧堆肥装置的研制方面也取得了很大进展。

　　随着我国环保要求的不断提高和污泥堆肥技术的成熟，先后建成了具有较高水准的污泥堆肥处理处置项目。唐山西郊污水处理二厂污泥堆肥项目在SACT工艺的基础上，采用了自动化机械化设备，以实现与污水厂实际运行状况的匹配。此外，SACT技术还应用于北京大兴污泥消纳场、洛阳东污水处理厂、沈阳市污水处理厂等一批污泥堆肥项目。我国具有自主知识产权的CTB自动控制生物堆肥成套技术也在上海松江城市污泥处理处置等工程项目中应用，为国内类似工程的建设提供了宝贵经验。

　　污泥好氧发酵技术经过近几十年的发展，取得了很大的进步，但在技术理论和工艺上还存在一些瓶颈，如需要大量辅料、臭气控制难、存在人畜健康安全风险等，好氧发酵技术仍有很大的提高潜力。

　　2 厌氧消化

　　污泥厌氧消化是指在无氧条件下，由兼性菌和厌氧菌将污泥中可生物降解的有机物分解成二氧化碳、甲烷和水等稳定的物质，同时减小污泥体积，去除臭味，杀死寄生虫卵，回收利用消化过程中产生的沼气的过程。污泥厌氧消化以其高效的能量回收和较低的环境影响是目前国际上应用最为广泛的污泥稳定化和资源化的处理方法。

　　国际上众多学者一直致力于厌氧消化技术的研究，并使其获得了广泛的应用和长足的发展。在工艺条件方面，日本研究人员发现通过加入稻秆提高污泥碳氮比可改善厌氧消化性能，提高甲烷产量及溶解性COD，污泥脱水性能也有所改善。在温度对高温厌氧消化的影响方面，国内外学者进行了大量研究，但在影响机理方面还有待进一步的研究。清华大学进行了两相厌氧消化污泥工艺研究并应用于齐鲁石化公司剩余污泥处理项目，取得了良好的效益。在预处理方面，采用超声波预处理污泥，然后再厌氧消化是研究的较多的一种方法。曹秀芹等研究发现超声波作用时间和声能密度，对污泥的破解程度起到重要作用，但是作用时间影响更为显著。另外，国内外学者还对污泥加碱预处理、臭氧氧化污泥前处理法、Fenton试剂氧化预处理、γ-射线照射污泥前处理法和高能电子束预处理法等研究，但这些方法大多数还停留在实验室小试阶段。此外，同济大学、湖南大学及中国科学院生态环境研究中心等科研院所也在污泥厌氧处理工艺方面做了较多的科研工作。

　　迄今为止，我国污泥厌氧消化技术在甲烷生产效率提高、厌氧反应条件优化及污泥浓度控制等方面仍存在难度，相关设备也主要依赖进口。例如，在20世纪90年代前建设的污泥消化池的技术参数和搅拌设备只能参考国外的一些文献资料来设计加工，如杭州四堡污水厂一期工程参考法国文献资料采用了气体导流筒式沼气搅拌器；天津纪庄子污水厂参考美国和日本文献资料先后采用了气体导流筒式沼气搅拌器和竖管式搅拌器，其技术性能、运行效果、设备加工质量、自动控制水平等均不合人意。另外，一些污泥消化相关的技术和设备我国也主要依赖进口。

　　欧盟对厌氧消化技术青睐有加，成为全球污泥消化设施最多的地区。美国和日本大多数污水处理厂也广泛采用厌氧消化来处理污泥。我国污泥厌氧消化技术的应用与发达国家差距较大。全国目前2600多座污泥处理厂，约有60座采用了厌氧消化工艺，但正在运行的仅有10-30座，如大连东泰夏家河污泥处理厂、青岛市麦岛污水处理厂污泥处理处置工程等。

　　总体来说，污泥厌氧消化技术的研究在我国尚未取得突破性进展，关键技术和设备主要依靠进口，投资相对较高，运行效果较差，沼气利用环节存在障碍，共同构成了该技术在国内推广应用的限制因素。但随着国家政策和法规的不断完善，同时为缓解我国能源资源严重短缺的状况，污泥厌氧消化技术将迎来广阔的市场前景。

　　3 干化焚烧

　　污泥焚烧是指在空气供给过量的条件下，将污泥加热，并高温（850℃-1100℃）氧化、热解并彻底破坏其中的有机物和病原体等物质的方式。焚烧装置有多种型式，目前使用较多的有竖式多级焚烧炉、转筒式焚烧炉、流化焚烧炉等。为了实现节能目的，需要将污泥先干化，大幅降低其含水率后再进行焚烧。因此，目前的污泥焚烧工程一般采用干化和焚烧联用的处理工艺。

　　20世纪40年代，欧美和日本等国家就开始将直接加热式转鼓干燥器用于污泥的干化处理，随后又研发出了更加安全、环保、经济可行的间接干化设备，90年代以后污泥干化焚烧技术均得到了迅速发展，现已成为污泥处理处置主流技术之一。目前，日本在焚烧工艺方面的研究很多，如将焚烧灰作为沥青填料、砖瓦材料、路床和路基材料、水泥原料、熔融填料等；意大利研究人员Lotito等人针对循环式流化床焚烧炉处理污泥的工艺进行了研究。清华大学研究人员以高碑店污水厂的污泥为主要研究对象，分析了污泥的成分特点和燃烧特性，研究了重金属在焚烧过程中的迁移特性，并提出污泥灰渣处理的建议；浙江大学研究人员就污泥的凝聚结团特性、燃烧过程、热解特性及流化床焚烧污泥时产生的二次污染进行了相关研究。

　　与发达国家相比，国内对污泥干化焚烧技术的研究起步较晚，国内现有少数几个科研院所开展了对工艺及设备的实验研究。其中，清华大学和浙江环兴机械有限公司联合研发了污泥喷雾干燥焚烧处理技术，并应用于浙江杭州萧山污泥干化焚烧等工程项目［30］。北京机电院高技术股份有限公司研究人员在污泥干化焚烧系统物能平衡及最佳污泥干度方面进行了相关研究。桨叶式干化技术在国内发展相对较早，目前主要有三原重工、浙江省化工院、苏州自力化工等公司生产此类设备。国内浙江海宁马桥大都市100t/d污泥焚烧处理工程以及温州市240t/d污泥集中干化焚烧工程等项目中都有桨叶式干化技术的应用。污泥水热干化技术的研究应用近年来有了较大进展。北京机电院高技术股份有限公司研究人员利用水热干化技术对不同的污泥样品进行处理，并与空白样对比分析，证明了污泥水热干化技术的可行性，确定了最佳工艺参数，并成功研发了适合我国污泥处理处置的污泥水热干化系统。清华大学通过对污泥水热干化技术和二次闪蒸换热技术的研究，显著降低了污泥干化的能耗，提高了干化系统工业化应用的经济性和实用性。目前，水热干化技术在国内已经成功应用在广东东莞市30t/d污泥水热干化项目、呼和浩特市100t/d污泥水热干化示范工程等项目中。

　　总体而言，国内干化焚烧技术总体水平仍不高，虽然可以实现焚烧设备自给，但投资省、能耗低、效率高的国产设备仍然缺乏，依然主要采用国外的关键技术和设备，真正拥有自主知识产权且具备推广价值的研究成果还很有限。对大气污染控制的技术瓶颈依然存在，制约了干化焚烧的推广范围和应用规模。国内较大规模的污泥干化焚烧技术工程利用开始于上海石洞口污水处理厂污泥干化焚烧处理工程，随后各地又兴建了上海竹园污泥干化焚烧工程项目、深圳上洋污泥干化焚烧工程等项目。

　　从我国国情综合考虑，利用现有燃煤热电厂的污泥与煤混烧发电技术、污泥与生活垃圾的混烧发电技术，以及利用工业锅炉的协同处理污泥技术在国内有比较大的发展空间和推广价值。

　　4 土地利用

　　土地利用是指将污泥直接或间接（经过好氧发酵或厌氧消化后）应用于农田、菜地、果园、草坪、绿化以及土壤改良，或将达到一定标准的污泥用作填埋场的覆盖土。

　　近年来，美国、加拿大及一些欧盟国家鼓励采用土地利用技术将符合泥质要求的污泥直接或好氧发酵后用于绿化、土地修复等用途。美国很早就开展了污泥土地利用风险评价，建立了比较健全的研究体系，土地利用已成为美国最主要的污泥处理处置方式，并以农业用途的土地利用为主。欧盟对填埋、投海等简单的处置方式下达禁令，鼓励泥质符合公众健康和环境保护要求的污泥用于土地用途。为了与全球能源环境相协调，日本对以焚烧方式占绝对主导的污泥处理处置技术路线做了战略调整，逐渐降低了污泥焚烧的比例，并将污泥的生物质和资源化利用作为了研究和发展重点。

　　我国将污泥直接用于农田已有几十年历史，但近几年才开始对污泥土地安全利用技术较系统的研究。研究内容主要集中在污泥的稳定化和无害化土地利用方法、污泥的肥效和对农作物的增产价值等方面，在污泥对土壤质量、植物等的潜在影响以及污染控制方面也进行了相关研究。

　　经过多年的发展，国内在污泥土地利用上取得了一定技术进展。北京北小河污水处理厂等单位纷纷开展了利用污泥制造有机肥料从而消纳污泥的尝试，积累了一定应用经验。但是由于我国生活污水和工业废水合并处理，使污水处理厂污泥的成分非常复杂，尤其是重金属和持久性有机污染物含量较高，进而造成污泥土地利用的环境风险。因此，目前我国真正意义上的污泥土地安全利用实现难度仍较大，切实做到无害化的污泥土地利用实例较少。

　　分析我国污泥处理行业技术特点，总体来讲过都是比较传统和通用的方法。这些技术都可以解决污泥四化的问题，所需费用每吨污水约0.2-0.5元。但是，由于责任主体不明确，各地在进行污泥处置时，费用问题并没有落实，导致出现了各种问题。撇开技术路线，从整个污泥处置的角度来考虑，国内外的趋势都是建材和土地利用。对于我国现状，这些技术还需要进一步提升。

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