城市污水污泥处理和处置？
城市污水污泥是污水处理过程中产生的固体废物。随着生活污水处理的发展，污水处理厂的总处理水量和处理程度将不断扩大和提高，污泥产生量也将与日俱增。目前生活污水厂的基建运行费用约占基建运行总费用的20% ~ 50%[1]。污水污泥除了含有大量的有机物和丰富的氮、磷等营养物质外，还含有重金属、致病菌、寄生虫等有毒有害成分。为了防止污泥造成的二次污染，保证污水处理厂的正常运行和处理效果，城市污水处理中污泥的处理和处置日益突出。
中国人口654.38+3亿多，城市640多个，城市人口2.7亿。根据中国国家环保总局提供的数字，目前中国每年排放污水约40654.38+亿m3，已建成运营的城镇污水处理厂超过400座，日处理能力2534万m3。按污泥产量占处理水量的0.3%~0.5%计算(以含水率97%计)，中国城市污水厂污泥产量在76020 m3/d ~ 126700 m3/d之间(以含水率97%计)。因此，中国在不断推进污水处理的同时，将面临巨大的污泥处理和处置压力。
1国内城市污水污泥处理处置现状
1.1国内城市污水污泥处理情况
1.1.1现有污水污泥处理工艺
根据我国已建成并投入运行的城市污水厂，污水污泥处理工艺大致可概括为18个流程，如表1所示。
1.1.2污泥浓度
污泥浓缩主要是减少污泥中的间隙水，通常采用物理处理方法，包括重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩等。它们的处理性能见表2 [3]:
1.1.3污泥稳定化
目前国内常用的污泥稳定化方法是厌氧消化，好氧消化和污泥堆肥也有采用，污泥堆肥处于不断研究的阶段，而热解和化学稳定化方法由于技术原因或经济和能耗原因很少采用[5]。图2显示了上述污泥稳定化方法在中国的比例。
1.1.4污泥脱水
我国现有的污泥脱水措施主要是机械脱水，但受地域和气候条件的限制，干燥设备很少使用。图3显示了我国几种污泥脱水技术的比例。
1.2国内城市污水污泥处理存在的问题
国内城市污水污泥处理起步较晚，也存在很多问题，主要表现在以下几个方面:
1.2.1污泥处理率低，工艺不完善。
在中国，废水处理和轻污泥处理是一个发展趋势。在许多城市，污泥处理没有被视为污水处理厂的必要组成部分，污水处理厂建成后往往需要很长时间才能建成污泥处理系统，导致我国城市污水中的污泥处理率很低。从表1中的工艺也可以看出，国内城市污水厂的污泥处理工艺非常不完善。上述城市污水厂只有25.68%进行了污泥浓缩、消化稳定和干化脱水处理。这说明我国70%以上的污水处理厂没有完整的污泥处理工艺。未经稳定污泥处理的污水厂占55.70%，大量未经稳定处理的污水污泥会对环境造成严重的二次污染。约48.65%的污水厂没有污泥干化脱水处理。浓缩消化后，污泥的含水量仍然在95%~97%左右，体积仍然很大。如此庞大的污泥量，如果不进行干燥脱水，会给运输和后续处置带来诸多不便。
1.2.2污泥处理技术和设备落后。
目前，我国部分污水处理厂采用的污泥处理技术已被发达国家放弃，其水平仍停留在发达国家七八十年代的水平，有的甚至达到国外六十年代的水平。而且有些污泥处理技术根本不符合生活污水污泥的特性，对所采用的技术缺乏必要的调查研究。污泥处理设备也比较落后，性能差、效率低、能耗高、专用设备少，未能形成标准化、系列化。因此，我国污泥处理技术的提高和发展受到限制。
1.2.3污泥处理管理水平低。
许多已建成的污泥处理设施无法正常运行。除了技术水平，管理水平低也是一个重要因素。大多数污水厂的管理人员和操作人员素质较差，缺乏管理经验，无法有效组织生产。另外技术人员少，各种职业不匹配。所以一旦生产出现问题，他们不知道如何处理。一些污水处理厂不得不长期停止运行。提高污水厂的管理水平，尽快实现科学管理，是保证污水厂污泥系统长期运行的关键。
1.2.4污泥处理设计水平低。
我国排水行业取得了很大的进步，积累了丰富的污水处理设计经验，培养了大量的设计人员。但在污泥处理方面，我国还缺乏实践经验和设计经验，尤其是污泥处理系统的整体水平还比较低。从已建成的污水处理厂的污泥处理装置来看，运行状况不佳，无法保证长期运行。许多工厂的装置建成后，进行大的技术改造，造成人力、物力和财力的极大浪费。
1.2.5污泥处理投资低。
国内污泥处理投资仅占污水处理厂总投资的20% ~ 50%，而发达国家占总投资的50% ~ 70%。
1.3中国城市污泥处置现状及分析
城市污水污泥的处置方法有土地利用、卫生填埋、焚烧和水体消化，这些方法可以容纳大量的城市污水污泥，但各国的应用情况不尽相同。我国第一座污水处理厂天津纪庄子污水处理厂于上世纪80年代初建成投产后，污泥被附近郊区的农民用于农田。后来北京高碑店等污水处理厂的污泥也用于农田。随着污水污泥产量和污水处理厂的逐渐增加，我国开始利用污水处理厂污泥进行土地填埋和城市绿化，并以污泥为基质制作农用复合肥。而在中国，一般情况主要是污泥土地利用的形式，污泥用于农业。然而，由于我国在污泥管理中对致病菌、重金属、有毒有机物等理化指标和气味等感官指标的控制重视不够，限制了污泥的进一步处置和利用。图4显示了我国几种污泥处置技术的比例。
我国污泥处置存在严重问题，即最终出路。从上图可以看出，目前仍有13.79%的污泥没有经过任何处置，这将给环境污染带来极大的危害。污泥散发的臭气污染空气，致病菌对人体健康构成潜在威胁，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可以概括为:由于我国污泥处理处置起步较晚，很多城市没有将污泥处置场纳入城市总体规划。很多处理厂很难找到合适的污泥处置方式和污泥处置场地；我国污泥利用基础薄弱，人们对污泥利用的认识严重不足，对污泥的最终处置缺乏重视，为一些有害污泥的最终处置留下了隐患；污泥的利用率不是很高。还有一些污水处理厂的污泥，是环卫部门储存后直接堆放的，尤其是在国内一些南方城市。这种处置方式不仅影响污水厂的正常运行，而且污泥随意堆放还会造成二次污染和污泥资源的浪费。因此，我国当前面临的问题是尽快发展污泥处置技术，解决日益增长的污水污泥。
2我国城市污水污泥处理处置对策
2.1中国城市污水污泥处理方法
从我国未来的发展趋势来看，其城市污水处理将以国家投资的大型污水处理厂为主，不同规模的污水处理厂将根据经济发展情况在不同地区并存。因此，污水处理厂污泥的处理应根据污水处理厂的环境地位、处理规模、资金来源和经济技术水平，确定适合我国国情的工艺方法和技术设备。
污泥处理的目的是使污泥减量化、稳定化、无害化和综合利用。对于国内城市各类污水处理厂，应不断完善其污水和污泥处理工艺，选择更加完善的污泥浓缩、厌氧消化和脱水等污泥处理工艺，积极开发性能良好的污泥浓缩、稳定和脱水的国产化设备和机械，以提高污泥的含固率，使后续的污泥处置和综合利用顺利进行。就污泥浓缩技术的选择而言，由于国内城市污泥有机质含量较低，重力浓缩仍是一种经济有效的污泥减量方法。污泥脱水的方法主要有自然干燥和机械脱水，但由于气候和地域的限制，自然干燥很少使用。污泥的机械脱水可以有效的减少污泥的体积，为后续的污泥处置打下良好的基础。目前常用的机械脱水技术有板框压滤脱水、带式压滤脱水和离心脱水，在实际运行中各有优缺点，污泥的性质对脱水效果影响很大。因此，机械脱水方式的选择应根据污水厂工艺和运行的特点以及污泥处理处置的要求。不同的稳定化方法对整个污水处理的工艺选择和技术经济比较有决定性的影响。典型的稳定化方法包括生物稳定化方法，例如厌氧消化、好氧消化和堆肥，以及通过添加石灰的化学稳定化方法。针对我国现状，应考虑采用简单高效、资金投入少、运行管理成本低的污泥稳定化方法。一些生活污水处理厂采用的是污泥的中温厌氧消化，既能降解污泥中的有机物，又能杀死一些致病菌和寄生虫(卵)，从而使污泥稳定化和部分无害化，消化产生的沼气还可用于能量回收。但该方法投资大，运行管理严格，对工艺技术和安全运行要求高，对国内大型污水处理厂可行，而对国内缺乏技术经济优势的小型污水处理厂采用厌氧消化作为污泥稳定化和无害化措施不可行。笔者认为，对于小型污水处理厂，首先在选择污水处理工艺时，可以选择延长曝气法(如氧化沟)。由于这一过程产生的污泥随着污泥龄的增加，有机物的分解趋于完善，挥发分含量减少，其能量逐渐降低，污泥趋于稳定。当污泥龄足够长时，好氧稳定的结果与厌氧消化稳定的结果非常接近[6]。其次，采用原料污泥直接脱水后好氧堆肥的方法。好氧堆肥是利用微生物的作用将污泥转化为腐殖质类物质的过程，可以消除污泥的臭味，堆肥后的污泥具有高度的稳定化和无害化。这是一种经济、简单、高效、低能耗的污泥稳定化和无害化替代技术。
2.2污泥堆肥是符合我国国情的污泥稳定化技术。
农业使用前最好将污泥堆肥，一方面通过生物降解使植物的营养形态更有利于植物吸收，另一方面消除异味，杀死致病菌和寄生虫。
目前国际上广泛使用的堆肥方法有静态堆肥和动态堆肥两种，如自然堆肥、圆筒封闭堆肥、滚筒堆肥、立式多层反应堆肥和条形静态通风等，这些方法都在不断发展和完善。
近年来，我国建成了一些高度机械化的堆肥厂，如无锡、杭州、武汉、上海等地。机械化堆肥技术包括相对完整的前处理、发酵和后处理工艺和设备，其堆肥技术在产品质量、操作可控性和环境质量方面达到了较高水平。天津市污水处理研究院在纪庄子污水处理厂污泥高温堆肥的试验研究中，探索出了一种简单易操作、少用或不用调节剂的污泥堆肥工艺，并提出了工艺流程和技术参数，为生产线的设计和建设提供了技术依据。堆肥前后消化污泥提取物对草履虫的综合毒性研究表明，两者半致死浓度相差近10倍，表明堆肥对有毒有机物的降解效果显著[7]。
从65438到0997，北京市环境保护科学研究院总结了多年的研究成果，吸收了国内外各种机械堆肥装置的优点，设计开发了一种动态污泥发酵罐。该装置效率高、能耗低、易于操作、管理和装备。根据开发的设备，提出了以污泥动态发酵罐为核心的污泥制复合肥新工艺路线，建成年产5000t的1装置。生产线由污泥动态发酵罐、搅拌机、圆盘造粒机、干燥机、筛选机等组成。运行后，设备稳定可靠，经济效益明显。本研究提出的污泥动态发酵和污泥制肥技术将应用于北京高碑店等污水处理厂的污泥处理处置中，对解决北京城市污水污泥处置问题将起到很好的作用。可以说，这项技术的转化和推广已经有了一个良好的开端[8]。
2.3污泥土地利用是符合中国国情的处置方式。
一般来说，各国污泥处置方式的选择应考虑环境生态效益、处置成本和经济效益之间的平衡。适合中国具体情况的有效的污泥处置方法应该是环境卫生的、社会可接受的和经济有效的。污泥填埋对污泥的土壤力学性质要求很高，需要很大的场地面积和大量的运输费用。地基需要做防渗处理，避免污染地下水，填埋产生的废气可能污染环境。近年来，污泥填埋处置的比例越来越小。焚烧法技术和设备复杂，耗能高，价格昂贵，存在空气污染问题；向海洋倾倒污泥受到地理位置和国际海事公约的限制，已经威胁到海洋生态系统和人类食物链。1994年初，中国政府接受了三个国际协定，承诺从1994年2月20日起不在海上处置工业废物和污水污泥。污水污泥用作建筑材料是近年来研究阶段的新课题，还有许多技术问题有待解决。因此，上述方法的使用在我国受到限制。
从污泥的成分来看，有机质、氮、磷的含量高于普通农家肥，还含有钾等微量元素[9]。如果施用到土地上，可以在一定程度上改善土壤的物理、化学和生物性质。污泥中的有机质能明显改善土壤的结构，降低土壤的容重，增加孔隙度，增加土壤的透气性和田间持水量[10 11]，从而改善土壤的物理性质。污泥的施用还可以增加土壤的阳离子交换能力，提高土壤对酸碱的缓冲能力，为养分交换和吸附提供活性场所，从而提高土壤肥力[12]。污泥中丰富的养分能明显增加土壤氮磷养分，能有效地为植物提供养分[11]，减少化肥的施用量，从而降低农业生产成本。此外，污泥可以增加土壤中微生物的生物量和代谢强度，改变土壤的生物学特性，因此污泥的土地利用是一种积极的、生产性的污泥处置方法[13 14]。同时，我国是发展中国家和农业大国，广阔的土地资源是发展污水污泥土地利用的天然优势。因此，无论从经济因素还是肥效利用因素来看，污泥的土地利用，尤其是污泥的农业利用，都是符合我国国情的处置方式。这种处置方式一方面可以为生活污水处理厂的污泥找到一条根本出路，另一方面也可以缓解我国农村资源的短缺。
2.4污泥土地利用应注意的问题
2.4.1加强对致病菌和寄生虫的控制。
城市污水处理厂的污泥中含有大量的病原微生物和寄生虫。如果不加以控制，污泥在土地利用或使用过程中会对人畜健康造成危害。因此，污泥在处置或利用前，采用中高温好氧法或厌氧法或辐射处理是必不可少的环节。
2.4.2注意污泥中重金属和有毒有机物的控制。
污泥中重金属和有机污染物的含量已成为污泥土地利用的重要限制因素。污泥中往往含有大量的重金属如铜、镍、镉、铅、锌、汞和多种有毒有机物。如果长期在农田使用，会导致土壤污染，被农作物吸收，然后通过食物链进入人体，影响人体健康。虽然国内城市污水厂的污水以生活污水为主，但国内城市污水污泥中重金属含量仍超过农业标准[2 15]。因此，污泥用作土地时，应特别注意污水污泥中重金属超标的问题。发达国家对污泥中有机污染物的研究已经开展多年，而我国在这方面的研究工作并不多。然而，研究工作的缺乏并不意味着中国的污水污泥不含或几乎不含有机污染物。北京高碑店污水处理厂污泥中已检测出35种含氮芳香族化合物，其中7种已被定量[16]。因此，在污泥中的有机污染物和重金属领域仍有大量的研究工作要做，包括污泥中有机污染物和重金属的表现形式、它们在污泥处理过程中的变化以及它们对土壤-污泥系统的影响。只有这样，才能很好地解决污泥中的污染物对环境和人体健康的影响。但是，污泥的质量根源于污水处理厂处理的污水质量。因此，必须从污染源降低进入城市污水的重金属等有毒物质的浓度，即排入城市污水管道的工业废水水质必须达到《污水排入城市下水道水质标准》(CJ 18-86)。
2.4.3污泥施用量
污泥的农业利用不仅可以消除污泥对环境的污染，还可以使污泥资源化，提高作物产量。但是，污泥的不合理施用容易导致重金属元素在土壤中积累，造成土壤资源污染，危害人体健康。一般来说，适合某块农田的污泥量是有一定限度的。当达到这一限度时，污泥的农业利用应停止一段时间后再继续。在调查研究的基础上，应根据气候条件、地理环境、作物种类和土壤同化能力制定具体的污泥施用量，以保证农田污泥施用的安全性。
2.4.4制定和完善标准、法规，普及环保知识。
许多发达国家都制定了污泥处置和利用的法律法规，对污泥标准、施用场地的选择、水源的保护、病原菌的控制、重金属的允许施用量、运输等做出了相应的规定。目前，我国关于污泥应用的标准和法律法规还不完善。比如污泥农业利用中重金属的控制标准，只是在研究小麦的基础上建立的。显然这样会很片面，所以这样的标准需要在科学研究的基础上进一步完善。另一方面，要向各行各业普及环保知识。污泥地的一个重要问题是让广大污泥使用者知道科学施用污泥的好处和盲目施用污泥的危害，自觉遵守环境法律法规和科学施用污泥地的技术规范。
3结论
随着我国工业和城市的发展，污水处理率的提高，其产量必然会增加。从目前情况看，国内污泥处理利用技术还比较落后，污泥处理率还比较低，人们对污泥处理处置的必要性认识不够，污泥处理处置存在严重不足，许多问题亟待解决。同时，我国是一个农业大国，将堆肥稳定化后的污泥资源化应该是我国污泥处置和利用的一个很有前途的途径。为了解决国内污泥处理处置中存在的问题，充分利用污泥资源，减少环境污染，我国必须大力发展各种污泥处理处置利用技术。
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