西安市城市污泥处理与处置对策分析

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1、11西安市城市污泥处理与处置对策分析张增强，孟昭福，孙西宁，康军（西北农林科技大学理学院，陕西杨凌， 712100）1、概述改革开放以来，随着我国经济的持续快速发展和城市化步伐的加快, 城市污水处理事业发展迅速，污水处理厂数量快速增长，随之而来的是城市污泥的产量越来越大。城市污泥的处理和处置是我国污水处理行业中最薄弱的环节，由于城市污泥的处置成本较高，加之过去对城市污泥的出路问题又没有予以足够的重视，因此至今仍缺乏经济可行的处置技术，使我国城市污泥处置问题日益发展成制约污水处理行业迅速发展的“瓶颈”（张增强等，2004） 。截至 2008 年底，西安市已建成并运行的污水处理厂有 5 座，分别为

2、邓家村污水处理厂(16 万吨 /日)、北石桥污水净化中心(15 万吨/ 日) 、第三污水处理厂(10 万吨/日) 、第四污水处理厂 (25 万吨/ 日 )和长安污水处理厂(5 万吨/日)，总污水处理量达到 71 万吨/日，按照污水处理能力估计，每天污泥产生量达到 500 余吨(含水率 80%)。随着本市污水量的逐年增加和污水处理水平的提升，污泥产量将进一步增加，预计到 2015 年全市污水厂将产生泥饼 800 吨/日，污泥处置的压力将进一步增大。由于在城市污泥的处理与处置方面投入严重不足，加之污泥的产量越来越大，带来一系列比较严峻的问题，主要表现在：处置能力不足，城区的污泥只能通过荒地、砂石坑

3、、垃圾场简易处置，容易产生二次污染，周边居民反映强烈；进行简易处置的地点越来越远，运距也越来越长，因泥饼仍然有较高的含水率（80） ，污泥体积相对较大，致使运输成本较高，交通限制和运输安全风险逐步增加，为污泥的运输带来困难；采用简易处置方式会占用大量场地和空间，由于可用于堆置的土地面积不断减少，以及污泥进入填埋场受到了限制，使城市污泥面临无处消纳的处境，给污水处理厂的正常运行造成很大压力。大量的未经处理的污泥没有正常的出路，已成为污水处理厂的沉重负担，而且污泥中含有大量的有机物、重金属以及致病菌等，不加处理任意堆放和排放，对生态环境又造成新的污染，使之建成的污水处理厂不能发挥其彻底消除污染的作

4、用。所以对污泥进行处理与处置已成为一个十分迫切的问题( 张增强等, 2004)。2、污泥的来源与组成特点污泥是废水处理过程中产生的沉淀物质，它包括混入生活污水或工矿废水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物、各种胶体、有机质及吸附的金属元素、微生物、病菌、虫卵等物质的综合固体物质，简单地说，它是污水的固体部分（Vesilind et al.,1986; 张增强等,1997） 。污泥( 指含水率为 80%左右的湿污泥)量通常占污水量的 0.71，随着污水处理效率的提高，污泥的产量会进一步增加。在确定污泥最终处置方式之前，通过分析测定以了解污泥的泥质是十分必要的。具体分析指标的确定可

5、以按照以下的原则进行。按照国家相关标准中规定的控制指标如城镇污水处理厂污染1 张增强 电话：13609254113E-mail: 2物排放标准 （GB189182002） 、 城镇污水处理厂污泥泥质 （CJ2472007） 、 城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质 （CJ/T2007） 、 城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质 （CJ2482007） 、 城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质 （ CJ/T2912008） 、 城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质 （ CJ/T2892008）等，结合可能采取的污泥处置方案的需要如填埋、土地利用、干化、焚烧等，并适当参照发达国家的一些标准（美国 EPA

6、、欧盟等） 。 对照国家相关标准及可能采取的处理方法，初步确定了 48 项分析指标，如表 1 所示。表 1 城市污泥监测分析指标序号 项 目 分析指标1 污泥基本指标 5 项 水份、有机质、灰分、酸碱度和电导率2 营养物质和碱土元素 7 项 氮、磷、硝态氮、钾、钠、钙、镁3 无机污染物 6 项 硼、氟、硫、氰、酚、氯4 残余农药 4 项 六六六、DDT、敌特灵、氯丹5 微生物指标 4 项 细菌总数、粪大肠均群菌值、蠕虫卵死亡率、大肠杆菌6 重金属指标 9 项 汞、镉、砷、铅、铬、钴、铜、镍、锌7 微量污染有机物 6 项 有机卤化物、阴离子表面活性剂、邻苯二甲酸-双（2- 乙基己基）酯、壬基酚、

7、苯并(a)芘、多氯联苯8 污泥的元素分析 4 项 污泥中碳、氮、氢、氧的含量9 污泥热值分析 2 项 低位热值和高位热值10 污泥含砂量分析3、污泥处理技术和处置的方式污泥处理(如干化、堆肥化、造粒等 )污泥处置方案土地利用 建材利用 热处理填埋农用园林绿化土地复垦制砖水泥添加制陶粒 单独焚烧与垃圾混合焚烧利用工业锅炉焚烧送火力发电厂焚烧 单独填埋混合填埋 污水处理厂污泥图 1 城市污泥处理与处置方式33.1 污泥土地利用污泥的土地利用是指污泥经过稳定化处理后，使污泥中的营养成份又回用于土地的处置方式。堆肥、碱性稳定和污泥热干化等是这种处置方式通常采用的污泥处理方法。污泥土地利用的处置方式投资

8、少、能耗低、运行费用低，污泥中的养分和有机质可培肥土壤，因此污泥土地利用也被认为是具有发展潜力的一种处置方式（Page et al. 1987;张增强等, 2004;李季等, 2005） 。这种处置方式是把污泥应用于农田、菜地、果园、林地、草地、市政绿化、育苗基质及严重扰动的土地修复与重建等（张增强等,1997 , 2004） 。科学合理地土地利用，可减少污泥带来的负面效应。林地和市政绿化的利用是一条很有发展前途的利用方式，因为它不易造成食物链的污染。污泥还可以用于严重扰动的土地如矿场土地、建筑排废深坑、森林采伐场、垃圾填埋场、地表严重破坏区等需要复垦的土地(张增强等 ,1997,2004）

9、。这些污泥利用方式减少了污泥对人类生活的潜在威胁，既处置了污泥、又恢复了生态环境（李艳霞等, 2003） 。影响污泥土地利用的主要因素是重金属污染、病原体、难降解有机物及 N、P 的流失对地表水和地下水的污染（张增强等, 2004） 。目前对重金属污染研究较多，主要集中在污泥施用后土壤耕作层重金属的变化，作物各部位富积量，存在形态及其影响等（周立祥等, 1999; 张增强等, 2004） 。大量的研究表明：近十几年来，城市污泥中重金属含量呈下降趋势，只要严格控制污泥堆肥质量，合理施用，一般不会造成重金属污染（陈同斌等, 2009） 。但不同国家、地区污泥的重金属含量具有较大差异，因此需要进行严

10、格定期监测并进行长期跟踪。为提高污泥农用效率、减少有害物的含量也可采取将污泥制成有机无机复合肥料，并适当添加钾肥以补充肥料中钾的不足。近年来，随着污泥农用标准（如合成有机物和重金属含量）日益严格的趋势，许多国家，如德国、意大利、丹麦等污泥农用的比例不断降低，但也有一些国家，如美国、英国和日本等污泥农用的比例呈增加趋势。根据国内污泥分类规范，污泥的土地利用分为园林绿化、农用以及土地的改良三种利用方式。目前我国污泥农用肥的利用以及污泥土地改良的利用国家相关的新标准尚未颁布，污泥的园林绿化标准已经出台了相关的标准。总体上我国城市污泥土地利用方面的管理和经验还不十分成熟，也存在季节性应用的矛盾等。由于

11、城市污泥含水率高，易腐败，有恶臭，不便于施用，因此在土地利用之前对污泥进行稳定化处理时非常必要的。在不同的污泥稳定化处理方法中，堆肥化处理比较适合我国国情（张增强等,1997） 。堆肥化是一种生物化学过程，在其过程中脱水污泥中的有机物进行生物降解转化为稳定的最终产物。经过科学堆肥的污泥密度减小，质地疏松，可被植物利用的养分增加，病毒、病菌、虫卵的存活率几乎为零(Haug,1993) 。按照美国联邦政府有机固体废弃物（污泥部分）处置规定(USEPA)，经脱水、高温堆肥处理后的污泥为 A 类，可用作肥料、园林植土、生活垃圾填埋覆土等。而经简单脱水处理后的污泥为 B 类，只能用作林业用土。可见堆肥是

12、一种稳定化、无害化和资源化的综合处理技术。作为还处于发展中的农业大国，可以预测，污泥堆肥化处理在我国应有很好的前景。图 2 为污泥堆肥处理的主要工艺流程。根据堆肥化过程中氧气的供应情况可以把堆肥化过程分成好氧堆肥和厌氧堆肥两种。好氧堆肥是在通气条件好，氧气充足的条件下借助好氧微生物的生命活动降解有机物，通常好氧堆肥堆温高，一般在 5560时比较好，有时可高达 8090，堆制周期短，所以好氧堆肥也称为高温堆肥(Haug,1993)；厌氧堆肥则是在氧气不足的条件下借助厌氧微生物发酵堆肥。由于厌氧堆肥法系统4中，空气与发酵原料隔绝，堆制温度低，工艺比较简单，成品堆肥中氮素保留比较多，但堆制周期过长，

13、需 312 个月，异味浓烈，分解不够充分；而好氧堆肥化具有发酵周期短、无害化程度高、卫生条件好、易于机械化操作等特点，故国内外用垃圾、污泥、人畜粪尿等有机废物制造堆肥的工厂，绝大多数都采用好氧堆肥。且现代堆肥化也专指好氧堆肥(张增强, 2008)。80 年代之后，日本、韩国以及欧美一些国家相继研究开发出封闭式发酵系统，以机械方式进料、通风和排料，虽然设备投资较高，但是由于自动化程度高、周期短，日处理量大，污泥处理后质量稳定，容易有效利用，而且可以有效控制臭气和其他污染环境的因素，所以综合效益好，日本神户、大阪及美国等地已经开发出多种发酵仓工艺系统。堆肥技术的发展符合循环经济发展的理念，是一种最

14、为经济的方式。因此，在污水厂污泥处理技术的选择中，是应该首先考虑的方式。但是，堆肥技术也存在一定的缺点，其要求污泥的重金属含量稳定且小于相关标准要求，这一点较难控制；堆肥处理所需场地面积大、辅料需求量大、处理周期长；堆肥产生的沥滤液处理难度大，恶臭控制较难，易造成二次污染；污泥堆肥产品肥效低，只能就近使用，生产运行状况受产品销售市场的影响，难以持续处理污泥(Vesilind al. 1986)等等。此外，如果以生物好氧发酵堆肥工艺作为处理方法，总投资指标约为 2530 万元/吨湿泥，总成本约为 80120 元/吨湿泥（未计湿泥运费） 。3.2 污泥填埋卫生填埋的处置方式始于 20 世纪 60

15、年代，是将污水厂的污泥脱水后直接或经过简单灭菌处理后倾倒于低谷地或经过科学选址和必要的防渗处理进行填埋的方法，是污泥的最终处置方式之一。目前大多运往城市垃圾填埋场与垃圾混合填埋。这种处置方式具有投资少、见效快、容量大、成本低等优点，也是近一个时期国内污水厂建设立项中关于污泥出路的首选方式；但填埋方式也存在严重缺陷，其一是随着经济发展和城市扩展，适合填埋的闲置场地逐年减少，与不断增长的污泥量形成的占地需求产生了尖锐的矛盾；其二是脱水污泥不加处理直接运往垃圾填埋场填埋，一方面过多占用了垃圾填埋场的库容，另一方面脱水污泥的难操作性和不稳定性给垃圾填埋作业带来困难，其三就是脱水污泥的直接填埋会大大增加

16、填埋场渗滤液的污染负荷，增加了垃圾填埋渗滤液的处理成本（张增强等，2010） ，目前国内城市垃圾填埋场大多拒绝脱水污泥直接填埋。鼓风机拌料机污泥饼抽风机除 尘热风炉送风机废气处理膨胀剂好 氧 发 酵 烘干 破 碎筛 粉 污 泥 堆 肥回流膨胀剂污 泥 堆 肥入 库图 2 污泥堆肥化工艺流程5根据新的污泥填埋规范城镇污水处理厂污泥处置 混合填埋泥质规定，污泥在填埋场混合填埋的含水率应该小于 60%，如果作为覆盖土，污泥的含水率应小于 45%。而目前污水处理厂的污泥含水率一般在 80%左右，不能满足直接填埋的要求，因此在填埋前必须进行适当的干化处理后再进行填埋。污泥填埋投资指标可参考城市垃圾卫生填埋场，根据城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准 ，每立方米库容投资估算指标为 1626 元/m 3。一般城市垃圾填埋场与各个污水厂有一定的距离，运输成本也占一定比例，一般 50km 范围内每吨污泥的运输成本在 40 元