国内外污泥处理和处置现状及发展趋势

固体废物资源化结课报告

国内外污泥处理与处置现状及发展趋势

国内外污泥处理与处置现状与发展趋势

摘要随着污泥产生量日益增加，其对环境造成的负面影响也逐渐引起全世界的关注。本文从现阶段污泥处理、处置方法入手，介绍了国内外污泥处理处置现状、主流技术及应用进展，并对污泥处理处置的发展趋势做了展望。

关键词污泥处理处置方法现状进展

Abstract

With the increase of sludge production increasingly, the negative effects on the environment also gradually the attention all over the world. This article obtains from the current sludge treatment and disposal methods, this paper introduces the current situation, the mainstream sludge disposal technology at home and abroad and the application progress, and the developing trend of sludge disposal were discussed. KEYWORDS:sludge, disposal method, the status quo, progress

引言

随着我国社会经济和城市化的发展, 城市污水处理厂正如雨后春笋般的在全国各城市建成并投入运行, 这固然对防治我国的水污染问题起到了积极作用, 但一个潜在的问题随之产生, 即污泥的处置与处理问题。污泥是污水处理后的附属品, 由于污水处理量的增加, 必然导致污泥数量的增加, 而污泥处理和处置技术在我国还刚刚起步, 并且污泥中含有大量的有害物质( 重金属) 及细菌、各种寄生虫卵、大量的病原微生物等。因此, 了解国内外污泥研究现状及进展,对寻找合理的污泥处理、处置方式, 并充分利用污泥中的资源, 使之达到减量化、稳定化、无害化和资源化[1]具有重要的现实意义。

1 污泥处理与处置技术

从目前国际上已建成运行的污泥处理处置项目来看，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，各国采用的处理方式和技术也各不相同。

1.1 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［2 －7］。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。

1.2 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[8]的研究，并使其获得了广泛的应用和长足的发展。总体来说，污泥厌氧消化技术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。

1.3 干化焚烧

污泥焚烧[9]是指在空气供给过量的条件下，将污泥加热，并在高温( 850 ～1100 ℃) 下氧化、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。

1.4 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) 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。

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［10-14］。

1.5 海洋倾倒

海洋倾倒操作简单，对于沿海城市来说其处理费用较低，但是，随着生态环境意识的加强，人们越来越多地关注污泥海洋倾倒对海洋生态环境可能存在的影响。美国于1988年已禁止污泥海洋倾倒，从1998年底，欧共体城市废水处理法令（91/271/EC）已经禁止其成员国向海洋倾倒污泥。中国政府于1994年初接受3项国际协议，承诺于 1994年2月20日起不在海上处置工业废物和污水污泥。

1.6 卫生填埋

污泥卫生填埋始于20世纪60年代，填埋操作简单、费用低、适应性强污泥可单独或与其他固体废弃物（如城市垃圾等）一起填埋。但存在这样一些问题[15]：因污泥含水量高，且渗沥水属高浓度有机污水，必须收集处理以防止二次污染；填埋场压实机械工作难度加大；填埋场的卫生状况恶劣。

2 国内外污泥处理现状

2.1 国外污泥处理与处置现状

国外的城市污水污泥处理与处置已经有近 100 a的历史, 无论是进行有效利用还是进行填埋处置, 污泥处理的目的与其他废弃物的处理一样, 皆是以减量化、稳定化、无害化和资源化为目的。要达到这一目的, 必须通过各种机械和各种处理构筑物的有机结合, 组成污泥处理、处置系统。污泥处置的基本步骤为: 浓缩、脱水、干燥、焚烧等, 这些操作均能起到浓缩污泥的作用。

通常情况下国外城市污泥处理系统工艺流程一般有下列 4 类[16]:

(1)原污泥→浓缩→脱水→处置脱水滤饼;

(2)原污泥→浓缩→脱水→焚烧→处置灰分;

(3)原污泥→浓缩→消化→脱水→处置脱水滤饼;

(4)原污泥→浓缩→消化→脱水→焚烧→处置灰分。

根据日本对 318 个污水处理厂的统计[17], 污泥处理方式(1)占 34%; 方式

(2) 占 8.8%; 方式(3) 占 26%;方式(4) 占 5.7% 。日本污泥最终处置主要方法是焚烧, 约占污泥处置总量的 55% 。

据美国环保署估计, 自从 1972 年政府颁布水净化条例以来, 污泥量逐年快速地增加, 2010 年达到820 万 t。

在英国, 根据资料[18,19], 污水处理产生的污泥年产量为 110.7 万 t 干污泥英国污泥最终处置的主要方法是农用 ( 占46.6%), 其次为污泥排海(占 33.5%)。随着环境问题的日益严重, 欧共体在协定中规定污水污泥排海的最后期限为 1998 年 12 月 31 日, 这意味着英国将有33.5%的污泥转向陆地处置。目前英国用于填埋所占比例较小, 只占污泥处理量的 8%, 从长远的观点来看, 将经过厌氧消化、化学或热处理、长时间堆放等处理后的污泥回用于农田, 是英国污泥处置的发展方向。

目前, 世界范围内常用的污泥处置方法有农用、填埋、投海、焚烧等。美国和英国以农用为主, 西欧以污泥填埋为主, 日本以焚烧为主, 而澳大利亚以污泥填埋和投海为主。

欧盟国家对污泥处置[20]的发展趋势进行综合分析,由于可使用土地面积、处理成本、越来越严格的环境标准以及资源回收政策的普及, 同时考虑到未来 10 a到 20 a 间污泥性质的巨大变化等因素, 2005 年欧盟各国采用污泥处置方式的比例为: 回收利用占 45%,焚烧占 38%, 填埋占 17%。

2.2 国内污泥处理处置现状

我国一些中小城市基本上没有建造污水处理设施, 即使有污水处理厂的大中城市, 其污泥处理设施90%以上不配套。已建成的污水处理厂中, 污泥未经任何处理就直接农用的占 70%以上。既使在设有消化池的污水处理厂, 消化后的污泥也只是稍加脱水后就直接农用, 很难符合污泥农用卫生标准, 污泥处置技术比发达国家较落后。

污泥处理工艺

从国内已运行的城市污水处理厂来看, 污泥处理工艺包括污泥浓缩、稳定、脱水、最终处置 4 个主要过程。

目前,我国已开始将污水处理厂污泥用于土地填埋和城市绿化, 并将污泥作基质, 制作复合肥用于农业等。但总的状况还是以污泥土地利用的形式为主, 将污泥用于农业。由于国内在污泥管理方面对污泥所含病原菌、重金属和有毒有机物等理化指标及臭气等感官指标控制的重视程度还不够高, 因此限制了对污泥的进一步处置利用。

国内污泥处置技术所占的比例为:农业利用占 44.83%, 土地填埋占 31.03%, 无污泥处置占 13.79%, 绿化占 3.45%, 焚烧占 3.45%, 与垃圾混合填埋占3.45%。国内的污泥有 13.79%没有作任何处置, 这将对环境带来巨大危害。污泥散发的臭气污染严重, 病原菌对人类健康产生潜在威胁, 重金属和有毒有害有机物污染地表和地下水系统。造成这种现象的原因有: 由于国内污泥处、理处置的起步较晚, 许多城市没有将污泥处置场所纳入城市总体规划, 造成很多污水处理厂难以找到合适的污泥处置方法和污泥弃置场所；我国污泥利用的基础薄弱, 人们对污泥利用的认识存在严重不足, 对污泥的最终处置问题缺乏关注,给一些有害污泥的最终处置留下了隐患；污泥利用率不是很高, 仍有一部分的污水处理厂污泥只经储存即由环卫部门外运市郊直接堆放。污泥的随意堆放很容易产生二次污染, 并造成污泥资源的浪费。因此我国当前面临的问题是应尽快发展污泥处置技术来解决不断增长的污水污泥。

3 污泥处理与处置技术发展趋势

近年来，还出现了一些新兴技术，如污泥的等离子体处理技术正逐渐应用于城市有机废弃物的处理，瑞典、美国、德国、日本等国已建起了一定规模的等离子体处理厂，近年来在我国也有所发展[21］。新发展起来的超声波污泥处理技术，由于声能利用效率和能耗的问题而没有大规模使用，但与其他污泥处理工艺联合使用具有广阔的前景。

污泥作为建材利用的多项技术在世界先进国家已经相对成熟，其中建筑砖块、轻质材料以及水泥材料等技术，已经在日本、德国等国家开始进行规模化生产应用或正在计划大规模生产再利用。污泥的其他处理处置方法如污泥改性制吸附剂、制活性炭、用作粘结剂、污泥油化、降解氯代化合物都有一定的研究，但还处于探索研究阶段。

经过几十年的发展，欧美、日本等发达国家已形成了相对完善的污泥处理处置技术路线[22]，相关设备的应用也趋于成熟，相关的法律法规及标准规范已比较完善。近年来，日本对污泥处理处置技术路线进行了战略调整，逐渐转向了污泥资源化利用，污泥焚烧灰分也用于生产建筑材料。综上，欧美、日本等发达国家污泥处理处置的总体思路是污泥的资源化利用，并将土地利用作为污泥处置的主要方式和鼓励方向。因此，厌氧消化、好氧发酵、土地利用、建材制造等资源化处理处置技术将会是国际上污泥处理处置的研究重点，在保证污泥无害化的前提下，实现污泥的最大程度的利用已经成为了国际污泥处理处置领域发展的趋势。

4 结语

目前，我国产生的污泥约 48. 28% 为土地利用、填埋 34. 48%、焚烧 3. 45%、13. 79% 未进行合理处置，总体状况以土地利用形式为主，大部分用于农业［23］。仍有大部分的污泥没有得到合理的处置，这将会对环境带来潜在的危害。结合我国人口众多、资源和能源相对匮乏的基本国情，污泥的再利用技术非常具有开发价值。可见污泥的资源化和能源化利用将是国内污泥行业未来重要的发展方向。

参考文献

[1] 马海涛. 城市污泥中重金属形态分布及淋溶特性研究[A].河海大学硕士学位

论文，2007.

[2]Chiang K Y，Yoi S D，Lin H N，et a1. Stabilization of heavy metals in sewage

sludge composting process［J］．Water Science and Technology，2001，44( 10) :

95 -100.

[3] 李国学，盂凡乔，姜华，等．添加钝化荆对污泥堆肥处理中重金属( Cu、Zn、

Mn) 形态影响［J］．中国农业大学学报，2005，5( 1) : 105- 111．

[4] Tiquia S M，Richard T L，Honeyman M S．Carbon，nutrient，and mass loss during

composting［J］．Nutrient Cycling in Agroecosystems，2002，62: 15 -24．[5] 陈同斌，黄启飞，高定，等．城市污泥堆肥温度动态变化过程及层次效应

［J］．生态学报，2002，22( 5) : 736 －741．

[6] 周少奇，李端．污泥堆肥过程中氮素损失机理及保氮技术［J］．土壤，2003，

35( 6) : 481 -484．

[7] Barrington S，Choiniere D，Trigui M，et al. Effect of carbon source on compost

nitrogen and carbon losses［J］．Bioresouree Technology，2002，83: 189 -194．[8] 阚薇莉，蔡桂琴．污泥厌氧消化池工艺设计概述［EB/OL］．http: / /国内外

污泥处理现状及工艺www．goootech．com / applications / detail /74006874.

html．2011 -06-23．

[9] Trevor Bridle．污泥的热处理技术: 迈向新世纪的有机废弃物管理与利用策

略［C］，有机废弃物管理与利用国际学术研讨会论文集，2000．

[10] 王新，陈涛，梁仁禄，等．污泥土地利用对农作物及土壤的影响研究［J］．应

用生态学报，2002，13( 2) : 163 -166．

[11] 吴新民，陈德明．施用城市污泥对土壤中重金属积累和迁移的影响［J］.

环境与健康杂志，2005，22( 3) : 177 -179．

[12] 孟昭福，张增强．用幼苗法指示污泥和土壤中重金属的植物有效性［J］．环

境化学，2001，20( 2) : 129 -137．

[13] 马利民，陈玲，吕彦．污泥土地利用对土壤中重金属形态的影响［J］．生

态环境，2004，13( 2) : 151 -153．

[14] 陈同斌，李艳霞，金燕．城市污泥复合肥的肥效及其对小麦重金属吸收的

影响［J］．生态学报，2002，22( 5) : 643 -648．

[15] 徐丽莉，孙善利，任永忠.国内外污泥处理现状及工艺[A].商业现代化

2007,509.

[16] 王静，卢宗文，田顺，等. 国内外污泥研究现状及进展[A].市政技术，2006

（3）：140-143

[17] 李国鼎, 金琦, 杨基宏, 等. 固体废物处理与资源化[M].北京: 清华大学出

版社, 1990.

[18] 赵亚乾, R.D.Davis. 英国污泥处置现状及其发展概述[J].给水排水, 1998,

24(9):25- 29.

[19] R.D.Davis, J.E.Hall. Production Treatoment and Disposal of Wastewater Sludge

in Europe from a UK Perspectire [J]. European Water Pollution Control, 2011, 7(2):67- 71.

[20] 张建频. 上海市城市污泥处理与处置方法探讨[A].论文集编委会.中国土木

工程学会排水委员会论文集[C].海口:[出版者不祥], 2003.82- 83.

[21] Suna Cinar，Turgut T Onay，Aysen Erdincler．Co-disposal alternatives of

various municipal waste water treatment plant sludge with refuse［J］．Advances in Environmental Research，2004( 8) : 477 -482．

[22] 住房和城乡建设部，国家发展和改革委员会．城镇污水处理厂污泥处理处

置技术指南( 试行)［S］．2011．

[23] 王兴润．国内外城镇污水厂污泥处理情况及我国有关经济技术政策［R］．中

国环境科学研究院．2009. 06．