污泥處理行業技術特點分析

　　隨著近年來污水的排放量日益增多，導致污泥的產出量也隨之增加。近年來，我國出台了一系列政策措施，推動污泥處置行業發展。其中，妥善處置污泥、有效利用污泥中的資源、提高處置效率和降低處置成本等成為行業關注熱點。截至2016年3月，我國已建3910多座城鎮污水處理廠，污水處理能力已達到1.67億立方米/日。作為污水的衍生品，我國每年產生3000萬噸～4000 萬噸市政污泥（含水率在80%）。」大量的污泥，不僅占用土地，而且其中的有害成分成為影響環境衛生的一大公害。因此，從自身特點出發，採取適宜的污泥處理處置方案越來越受到關注。下面對現有污泥處理行業技術特點進行分析：

　　目前，全球已經建成的污泥處理項目中，常見的污泥處理方式有：好氧發酵（堆肥）、厭氧消化、干化、焚燒。污泥處置方式有土地利用、填埋、綜合利用。由於國情不同，各國採用處理方式和技術也各不相同，本文對目前主流技術的發展應用進行綜述。

　　污泥處理處置技術

　　1 好氧發酵

　　污泥好氧發酵技術是利用污泥中的微生物進行發酵的一項新的生物處理技術，在實際應用中可以達到「無害化」、「減量化」、「資源化」的效果，並且具有經濟、實用、不需外加能源、不產生二次污染等特點。

　　目前，國內外研究學者針對堆肥過程中的條件控制、重金屬控制、保氮技術以及技術工藝方面進行了大量的研究，取得了很多有價值的成果。美國早在19世紀60年代初就有關於污泥農用的研究。日本於20世紀50年代建成第一座污泥堆肥中心，到20世紀90年代末已建成35座。日本還開發出用污水處理廠的污泥進行短時間堆肥的技術。目前，歐美、日本普遍採用國際上較為先進的具有高效、防臭、成品質量高的污泥連續發酵工藝，利用迴轉倉完成中溫、高溫發酵過程。日本、韓國以及一些歐美國家相繼研發出封閉倉式發酵系統，綜合效益較好。

　　20世紀60年代，我國首次在北京高碑店污水處理廠成功進行了污泥自然通風堆肥試驗。50多年來，國內學者對好氧發酵工藝進行了大量研究，取得了很多有價值的研究成果，先後建成了在產品質量、運行操作可控性、環境質量等方面均能達到較高水準的污泥堆肥處理處置項目。國內學者成功開發了污泥高效低耗堆肥與複合肥製備成套技術，實現了堆肥溫度和通風控制的自動化，建立了適合我國的高效低能耗的污泥堆肥工藝。我國在機械翻堆工藝和強制通風靜態堆肥工藝基礎上，開發出了具有自主智慧財產權的CTB自動控制生物堆肥成套技術，該技術堆肥耗時短、占地面積小，無惡臭、廢水等二次環境污染問題，技術的完整性和配套性好。同濟大學污染控制與資源化研究國家重點實驗室以污泥靜態堆肥工藝為基礎，針對上海曲陽污水處理廠的脫水污泥進行動態好氧堆肥處理工藝的開發，重點研究了控制參數和評價參數（溫度、含水率、pH、水溶性有機碳和發芽指數等）變化規律。另外，國內各科研院所在污泥好氧堆肥裝置的研製方面也取得了很大進展。

　　隨著我國環保要求的不斷提高和污泥堆肥技術的成熟，先後建成了具有較高水準的污泥堆肥處理處置項目。唐山西郊污水處理二廠污泥堆肥項目在SACT工藝的基礎上，採用了自動化機械化設備，以實現與污水廠實際運行狀況的匹配。此外，SACT技術還應用於北京大興污泥消納場、洛陽東污水處理廠、瀋陽市污水處理廠等一批污泥堆肥項目。我國具有自主智慧財產權的CTB自動控制生物堆肥成套技術也在上海松江城市污泥處理處置等工程項目中應用，為國內類似工程的建設提供了寶貴經驗。

　　污泥好氧發酵技術經過近幾十年的發展，取得了很大的進步，但在技術理論和工藝上還存在一些瓶頸，如需要大量輔料、臭氣控制難、存在人畜健康安全風險等，好氧發酵技術仍有很大的提高潛力。

　　2 厭氧消化

　　污泥厭氧消化是指在無氧條件下，由兼性菌和厭氧菌將污泥中可生物降解的有機物分解成二氧化碳、甲烷和水等穩定的物質，同時減小污泥體積，去除臭味，殺死寄生蟲卵，回收利用消化過程中產生的沼氣的過程。污泥厭氧消化以其高效的能量回收和較低的環境影響是目前國際上應用最為廣泛的污泥穩定化和資源化的處理方法。

　　國際上眾多學者一直致力於厭氧消化技術的研究，並使其獲得了廣泛的應用和長足的發展。在工藝條件方面，日本研究人員發現通過加入稻稈提高污泥碳氮比可改善厭氧消化性能，提高甲烷產量及溶解性COD，污泥脫水性能也有所改善。在溫度對高溫厭氧消化的影響方面，國內外學者進行了大量研究，但在影響機理方面還有待進一步的研究。清華大學進行了兩相厭氧消化污泥工藝研究並應用於齊魯石化公司剩餘污泥處理項目，取得了良好的效益。在預處理方面，採用超聲波預處理污泥，然後再厭氧消化是研究的較多的一種方法。曹秀芹等研究發現超聲波作用時間和聲能密度，對污泥的破解程度起到重要作用，但是作用時間影響更為顯著。另外，國內外學者還對污泥加鹼預處理、臭氧氧化污泥前處理法、Fenton試劑氧化預處理、γ-射線照射污泥前處理法和高能電子束預處理法等研究，但這些方法大多數還停留在實驗室小試階段。此外，同濟大學、湖南大學及中國科學院生態環境研究中心等科研院所也在污泥厭氧處理工藝方面做了較多的科研工作。

　　迄今為止，我國污泥厭氧消化技術在甲烷生產效率提高、厭氧反應條件優化及污泥濃度控制等方面仍存在難度，相關設備也主要依賴進口。例如，在20世紀90年代前建設的污泥消化池的技術參數和攪拌設備只能參考國外的一些文獻資料來設計加工，如杭州四堡污水廠一期工程參考法國文獻資料採用了氣體導流筒式沼氣攪拌器；天津紀莊子污水廠參考美國和日本文獻資料先後採用了氣體導流筒式沼氣攪拌器和豎管式攪拌器，其技術性能、運行效果、設備加工質量、自動控制水平等均不合人意。另外，一些污泥消化相關的技術和設備我國也主要依賴進口。

　　歐盟對厭氧消化技術青睞有加，成為全球污泥消化設施最多的地區。美國和日本大多數污水處理廠也廣泛採用厭氧消化來處理污泥。我國污泥厭氧消化技術的應用與已開發國家差距較大。全國目前2600多座污泥處理廠，約有60座採用了厭氧消化工藝，但正在運行的僅有10-30座，如大連東泰夏家河污泥處理廠、青島市麥島污水處理廠污泥處理處置工程等。

　　總體來說，污泥厭氧消化技術的研究在我國尚未取得突破性進展，關鍵技術和設備主要依靠進口，投資相對較高，運行效果較差，沼氣利用環節存在障礙，共同構成了該技術在國內推廣應用的限制因素。但隨著國家政策和法規的不斷完善，同時為緩解我國能源資源嚴重短缺的狀況，污泥厭氧消化技術將迎來廣闊的市場前景。

　　3 干化焚燒

　　污泥焚燒是指在空氣供給過量的條件下，將污泥加熱，並高溫（850℃-1100℃）氧化、熱解並徹底破壞其中的有機物和病原體等物質的方式。焚燒裝置有多種型式，目前使用較多的有豎式多級焚燒爐、轉筒式焚燒爐、流化焚燒爐等。為了實現節能目的，需要將污泥先干化，大幅降低其含水率後再進行焚燒。因此，目前的污泥焚燒工程一般採用干化和焚燒聯用的處理工藝。

　　20世紀40年代，歐美和日本等國家就開始將直接加熱式轉鼓乾燥器用於污泥的干化處理，隨後又研發出了更加安全、環保、經濟可行的間接干化設備，90年代以後污泥干化焚燒技術均得到了迅速發展，現已成為污泥處理處置主流技術之一。目前，日本在焚燒工藝方面的研究很多，如將焚燒灰作為瀝青填料、磚瓦材料、路床和路基材料、水泥原料、熔融填料等；義大利研究人員Lotito等人針對循環式流化床焚燒爐處理污泥的工藝進行了研究。清華大學研究人員以高碑店污水廠的污泥為主要研究對象，分析了污泥的成分特點和燃燒特性，研究了重金屬在焚燒過程中的遷移特性，並提出污泥灰渣處理的建議；浙江大學研究人員就污泥的凝聚結團特性、燃燒過程、熱解特性及流化床焚燒污泥時產生的二次污染進行了相關研究。

　　與已開發國家相比，國內對污泥干化焚燒技術的研究起步較晚，國內現有少數幾個科研院所開展了對工藝及設備的實驗研究。其中，清華大學和浙江環興機械有限公司聯合研發了污泥噴霧乾燥焚燒處理技術，並應用於浙江杭州蕭山污泥干化焚燒等工程項目［30］。北京機電院高技術股份有限公司研究人員在污泥干化焚燒系統物能平衡及最佳污泥干度方面進行了相關研究。槳葉式干化技術在國內發展相對較早，目前主要有三原重工、浙江省化工院、蘇州自力化工等公司生產此類設備。國內浙江海寧馬橋大都市100t/d污泥焚燒處理工程以及溫州市240t/d污泥集中干化焚燒工程等項目中都有槳葉式干化技術的應用。污泥水熱干化技術的研究應用近年來有了較大進展。北京機電院高技術股份有限公司研究人員利用水熱干化技術對不同的污泥樣品進行處理，並與空白樣對比分析，證明了污泥水熱干化技術的可行性，確定了最佳工藝參數，並成功研發了適合我國污泥處理處置的污泥水熱干化系統。清華大學通過對污泥水熱干化技術和二次閃蒸換熱技術的研究，顯著降低了污泥干化的能耗，提高了干化系統工業化應用的經濟性和實用性。目前，水熱干化技術在國內已經成功應用在廣東東莞市30t/d污泥水熱干化項目、呼和浩特市100t/d污泥水熱干化示範工程等項目中。

　　總體而言，國內干化焚燒技術總體水平仍不高，雖然可以實現焚燒設備自給，但投資省、能耗低、效率高的國產設備仍然缺乏，依然主要採用國外的關鍵技術和設備，真正擁有自主智慧財產權且具備推廣價值的研究成果還很有限。對大氣污染控制的技術瓶頸依然存在，制約了干化焚燒的推廣範圍和應用規模。國內較大規模的污泥干化焚燒技術工程利用開始於上海石洞口污水處理廠污泥干化焚燒處理工程，隨後各地又興建了上海竹園污泥干化焚燒工程項目、深圳上洋污泥干化焚燒工程等項目。

　　從我國國情綜合考慮，利用現有燃煤熱電廠的污泥與煤混燒發電技術、污泥與生活垃圾的混燒發電技術，以及利用工業鍋爐的協同處理污泥技術在國內有比較大的發展空間和推廣價值。

　　4 土地利用

　　土地利用是指將污泥直接或間接（經過好氧發酵或厭氧消化後）應用於農田、菜地、果園、草坪、綠化以及土壤改良，或將達到一定標準的污泥用作填埋場的覆蓋土。

　　近年來，美國、加拿大及一些歐盟國家鼓勵採用土地利用技術將符合泥質要求的污泥直接或好氧發酵後用於綠化、土地修復等用途。美國很早就開展了污泥土地利用風險評價，建立了比較健全的研究體系，土地利用已成為美國最主要的污泥處理處置方式，並以農業用途的土地利用為主。歐盟對填埋、投海等簡單的處置方式下達禁令，鼓勵泥質符合公眾健康和環境保護要求的污泥用於土地用途。為了與全球能源環境相協調，日本對以焚燒方式占絕對主導的污泥處理處置技術路線做了戰略調整，逐漸降低了污泥焚燒的比例，並將污泥的生物質和資源化利用作為了研究和發展重點。

　　我國將污泥直接用於農田已有幾十年歷史，但近幾年才開始對污泥土地安全利用技術較系統的研究。研究內容主要集中在污泥的穩定化和無害化土地利用方法、污泥的肥效和對農作物的增產價值等方面，在污泥對土壤質量、植物等的潛在影響以及污染控制方面也進行了相關研究。

　　經過多年的發展，國內在污泥土地利用上取得了一定技術進展。北京北小河污水處理廠等單位紛紛開展了利用污泥製造有機肥料從而消納污泥的嘗試，積累了一定應用經驗。但是由於我國生活污水和工業廢水合併處理，使污水處理廠污泥的成分非常複雜，尤其是重金屬和持久性有機污染物含量較高，進而造成污泥土地利用的環境風險。因此，目前我國真正意義上的污泥土地安全利用實現難度仍較大，切實做到無害化的污泥土地利用實例較少。

　　分析我國污泥處理行業技術特點，總體來講過都是比較傳統和通用的方法。這些技術都可以解決污泥四化的問題，所需費用每噸污水約0.2-0.5元。但是，由於責任主體不明確，各地在進行污泥處置時，費用問題並沒有落實，導致出現了各種問題。撇開技術路線，從整個污泥處置的角度來考慮，國內外的趨勢都是建材和土地利用。對於我國現狀，這些技術還需要進一步提升。

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