我國城市污泥的處置與利用

1、我國城市污泥的處置與利用馬 娜，陳 玲，熊 飛同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國家重點實驗室，上海 200092摘要：城市污水污泥產(chǎn)量巨大且成分復(fù)雜，如何對它進(jìn)行合理利用已越來越受人們關(guān)注，若處置利用不當(dāng)就不能夠充分發(fā)揮其消除污染、保護(hù)環(huán)境的作用，也就明顯地削弱了污水處理廠的凈化功能。文章系統(tǒng)地綜述了我國城市污泥處置與利用的現(xiàn)狀和趨勢，并重點討論了污泥土地利用的可行性以及我國近年來的研究進(jìn)展。認(rèn)為將污泥進(jìn)行穩(wěn)定化、無害化、資源化處理并作為有機(jī)肥料或土壤改良劑進(jìn)行土地利用是符合我國國情的，并將成為我國污泥處置與利用的一種有效途徑。關(guān)鍵詞：城市污泥；處置；利用；有機(jī)肥料；土壤改良劑中圖分類號：X705

2、 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-2175（2003）01-0092-04隨著我國城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加，環(huán)境污染日益嚴(yán)重。而人們環(huán)境意識的加強(qiáng)和對環(huán)境質(zhì)量要求的提高必然使越來越多的廢水需要處理。從全國廢水排放情況可以看出，我國年廢水排放總量均在3.2010103.701010 t之間。顯然，因此會產(chǎn)生大量的污泥。一般污泥產(chǎn)量為所處理污水量的1%3%，按常規(guī)，一座日處理4.0105 t的污水處理廠，日產(chǎn)干污泥約70 t（含水量70%80%），目前我國每年排放干污泥約為5.00106 t，且在不斷增加。以上海市為例，目前上海年廢水產(chǎn)量約1.7109 t，相應(yīng)城市污泥產(chǎn)量每年就超過2.01

3、05 t。為了改善城市水環(huán)境，上海市新建石洞口、竹園、白龍港等污水排放系統(tǒng)和大型污水處理廠。隨著污水處理設(shè)施的普及、處理量的提高和處理程度的深化，污泥的產(chǎn)生量必將有較大增長，如何合理處置污泥，解決如此大量污泥的出路已成為非常緊迫的任務(wù)。城市污泥成分復(fù)雜，其中雖含有大量氮、磷、多種微量元素和有機(jī)質(zhì)等可利用成分，也可能含有有毒、有害、難降解的有機(jī)物、重金屬、病原菌及寄生蟲（卵）等物質(zhì)。因此如果處置不當(dāng)，可能對生態(tài)環(huán)境和人類自身造成很大危害。另外，污泥處理的投資和運行費用巨大，可占整個污水處理廠投資及運行費用的30%50%。因此，尋求經(jīng)濟(jì)有效的減量化、無害化和資源化的污泥處理利用技術(shù)具有重要意義。1

4、 常用污泥處置方法及存在問題污泥處理與處置的目的主要有以下4個方面：（1）減量化，即減少污泥最終處置前的體積，以降低污泥處理及最終處置的費用；（2）穩(wěn)定化，即通過處理使污泥穩(wěn)定化，最終處置后不再產(chǎn)生污泥的進(jìn)一步降解，從而避免產(chǎn)生二次污染；（3）無害化，即達(dá)到污泥的無害化與衛(wèi)生化，如去除重金屬或滅菌等；（4）資源化，即在處理污泥的同時達(dá)到變害為利、綜合利用、保護(hù)環(huán)境的目的。城市污泥的處置途徑很多，因國家情況的不同而有很大差異，堆肥處理、衛(wèi)生填埋、焚燒處理、水體消納和土地利用(排入江河湖海的方法)是包括我國在內(nèi)的許多國家常用的方法。1.1 堆肥處理目前世界各國采用的方法主要有靜態(tài)和動態(tài)堆肥兩種，如

5、自然堆肥法，圓柱形分格封閉堆肥法，滾筒堆肥法，這些方法都在不斷發(fā)展和完善。我國近年還發(fā)展了將污泥和城市垃圾等其它物質(zhì)混合堆肥后加以利用12的新方法。一般和污泥進(jìn)行混合堆肥的物質(zhì)有城市垃圾、木屑、樹皮、稻殼、稻草等有機(jī)調(diào)理劑或回流堆肥，一般城市垃圾使用較多。堆肥時一次發(fā)酵周期約為710 d左右，二次發(fā)酵周期為1個月左右，堆肥的最佳溫度5065 。堆肥處理時主要影響因素有：原料含水率、有機(jī)質(zhì)含量、C/N比和孔隙率等。通過堆肥過程的生化反應(yīng)，使污泥達(dá)到穩(wěn)定化和無害化的要求，堆肥后無蚊蠅滋生，基本無嗅味，外觀呈現(xiàn)較松散，已達(dá)到腐熟程度，既殺死了污泥中的有害細(xì)菌，又能提高其肥效。但填埋處理一般需專用的場

6、址，且場址面積也要求較大，并需要較高的運輸和處理費用。在我國目前土地資源相對匱乏的條件下，大批堆場的開發(fā)顯然存在難度，也不利于可持續(xù)的發(fā)展。1.2 衛(wèi)生填埋城市污泥經(jīng)過簡單的滅菌處理直接傾倒于低地或谷地制造人工平原是污泥填埋處置的基本方式。它的好處一是污泥無毒無害化處理成本低，不需要高度脫水（自然干化），二是既解決了污泥出路問題，又可以增加城市建設(shè)用地。然而，城市污泥衛(wèi)生填埋也存在許多問題，如填坑中含有各種有毒有害物質(zhì)，會通過雨水的侵蝕和滲漏作用污染地下水環(huán)境，這對以地下水為生活水源的地區(qū)來說是個嚴(yán)重問題。此外，適宜污泥填埋的場所因城市污泥大量的產(chǎn)出而顯得越來越有限。所以說，污泥作衛(wèi)生填埋處理

7、時，除了要考慮城市周圍是否有適合填埋的低地或谷地之外，還應(yīng)考慮到環(huán)境衛(wèi)生問題。建設(shè)污泥衛(wèi)生填埋場如同生活垃圾衛(wèi)生填埋場一樣，地址須選擇在底基滲透系數(shù)低且地下水位不高的區(qū)域，填坑鋪設(shè)防滲性能好的材料，衛(wèi)生填埋場還應(yīng)配設(shè)滲濾液收集裝置及凈化配套設(shè)施，以防新污染的產(chǎn)生。1.3 焚燒處理城市污泥中含有大量的有機(jī)物和一定量的纖維素木質(zhì)素。焚燒正是利用污泥中有機(jī)成分較高、具有一定熱值等特點來處置污泥。脫水后的污泥發(fā)熱量約836 KJ/kg，摻入適量的引燃劑、催化劑、疏松劑和因硫劑等添加物配制成“合成燃料”，可做工業(yè)爐窯或生活鍋爐的輔助燃料。焚燒優(yōu)勢在于可以迅速和較大程度地使污泥達(dá)到減量化，且在惡劣的天氣條

8、件下不需存儲設(shè)備，既解決了污泥的出路問題又充分地利用了污泥中的能源，而且污泥不需要作殺滅病原菌的處理。近年來焚燒法由于采用了合適的預(yù)處理手段，實現(xiàn)了污泥熱能的自持，并能滿足越來越嚴(yán)格的環(huán)境要求和充分處理不適宜于資源化利用的部分污泥。對于大城市中遠(yuǎn)離填埋場而造成運輸費用提高的場合，使用焚燒法處置可能是經(jīng)濟(jì)有效的。在所有的污泥處置中，焚燒方法產(chǎn)生的剩余物最少；它的另一個優(yōu)越性在于無異味。但是另一方面，焚燒又是高成本和可能產(chǎn)生二次污染的(廢氣、噪聲、震動、熱和輻射)，焚燒的成本是其它工藝的24倍。污泥中的重金屬可能隨著煙塵的擴(kuò)散而污染空氣，同時污泥必須保證比較低的含水率才能制作“合成燃料”，因此污泥

9、需進(jìn)行脫水處理。從目前的技術(shù)水平看，機(jī)械脫水成本比較高，自然脫水雖然成本低，但時間長占地大、而且晾曬期間，污泥中的腐臭氣污染空氣。由此可見，焚燒存在著不少問題：（1）投資和操作費用較高；（2）計劃實施較困難；（3）焚燒產(chǎn)生的氣體若控制不當(dāng)可能會產(chǎn)生二次污染（二惡英等）；（4）污泥中的有用成分未得到充分的利用。因此，焚燒主要在以下兩種情況中應(yīng)用：由于污泥的性質(zhì)不適合或數(shù)量過大不能農(nóng)用；現(xiàn)有的填埋體積不足。1.4 水體消納 利用水體消納城市污泥一般不需進(jìn)行嚴(yán)格的無毒無害化處理，也不需要脫水就直接排入水體，而且容量大。但這種方法只能是解決污泥出路的一種權(quán)宜之計，并沒有從根本上解決環(huán)境污染問題。污泥進(jìn)

10、入水體后，其中的有毒有害物溶入水環(huán)境，導(dǎo)致水生環(huán)境惡化；另一方面，污泥經(jīng)長年累月進(jìn)入水體，其中的泥沙會導(dǎo)致水位升高，甚至堵塞河道，對人類生存產(chǎn)生潛在的威脅。上個世紀(jì)90年代以來，大量城市污泥進(jìn)入水體己經(jīng)致使江河湖海污染問題日益突顯，許多國家開始慎重考慮水體消納污泥的方式。美國已經(jīng)通過立法禁止這一污泥處置方式。歐盟認(rèn)為海洋不是消納污泥的最佳場所，建議成員國逐步減少污泥水體消納量，并于1998年底停止這種行動。在我國，這種污泥處置方式也不被推薦。1.5 土地利用土地利用越來越被認(rèn)為是一種積極、有效、有前途的污泥處置方式。這種方式主要是將污泥用于農(nóng)田等施肥，墾荒地、貧瘠地等受損土壤的修復(fù)及改良，園林

11、綠化建設(shè)，森林土地施用等。用于土地利用的污泥通常是剩余活性污泥。污泥中含有豐富的有機(jī)營養(yǎng)成分如氮、磷、鉀等和植物所需的各種微量元素如Ca、Mg、Cu、Zn、Fe等，其中有機(jī)物的濃度一般為40%70%，其含量高于普通農(nóng)家肥，因此能夠改良土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤肥力，促進(jìn)作物的生長。如能合理利用，將是非常有價值的資源。在國外，污泥及其堆肥作肥源農(nóng)用，已有多年的歷史，城市污泥農(nóng)用比例最高的是荷蘭，占55%；其次是丹麥、法國和英國，占45%；美國占25%。與國外相比，我國對城市污泥農(nóng)用資源化的理論研究與實踐均相差甚遠(yuǎn)，但京、滬、津等地的污泥農(nóng)用也有二十幾年的歷史。污泥成分及來源相當(dāng)復(fù)雜，在含有營養(yǎng)成分的同時

12、，不可避免的也會含有一些有害成分，如各種病原茵、寄生蟲卵，以及銅、鋁、鋅、鉻、砷、汞等重金屬和多氯聯(lián)苯、二惡英等難降解的有毒有害物質(zhì)。因此，污泥土地利用的一個原則是施用污泥中的有害成分不能超過受施土壤的環(huán)境容量。一般來說，污泥在進(jìn)行土地利用前需經(jīng)過無害化的預(yù)處理，一方面可減低污泥的體積使其便于運輸和施用，另一方面可減低乃至去除其中病原菌、有毒有害有機(jī)物、重金屬等。 我國是一個發(fā)展中的國家，又是一個農(nóng)業(yè)大國，相對其它污泥處置方式而言，城市污泥的土地利用是更符合我國國情的。2 污泥土地利用的途徑及有害物質(zhì)的控制目前常用的污泥土地資源化利用途徑有農(nóng)田施用、林地施用、園林綠化建設(shè)應(yīng)用、受損土壤的改良和

13、修復(fù)等。2.1 農(nóng)田施用 污泥中含有大量的有機(jī)營養(yǎng)成分和微量元素，施用于農(nóng)田后會提高土地的氮、磷、鉀等的濃度，增加土地的肥效，從而促進(jìn)作物的生長。污泥的肥效可高于一般農(nóng)家肥3，也不像化肥會使土壤板結(jié)，因此施用污泥既可肥田，又有利于土壤質(zhì)量的改良，并減低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本。日本有研究表明，污泥施用對絕大多數(shù)作物都有良好的肥效作用，其中以葉萊類增產(chǎn)最多，同時可改善蔬菜因缺少微量元素而引起的品質(zhì)下降4。我國郭媚蘭等人對污泥農(nóng)田施用后對土壤的改良作用進(jìn)行了研究，其盆栽和田間實驗表明：施用污泥后，土壤中氮、磷、鉀、總有機(jī)碳等營養(yǎng)成分及田間持水量、土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、土壤空隙度等都隨污泥或污泥堆肥用量的增加而相應(yīng)

14、增加，土壤結(jié)構(gòu)得到明顯改善5。莫測輝等人6的研究則發(fā)現(xiàn)污泥對植物種子的發(fā)芽有促進(jìn)作用，但對幼苗的生長卻有抑制作用，抑制物主要為有機(jī)酸和醛等。周立祥等對蘇州市生活污泥的農(nóng)用研究表明：施用污泥后土壤結(jié)構(gòu)明顯改善，體積質(zhì)量下降，孔隙增多，通氣透水性加強(qiáng)78。2.2 林地施用 污泥除可用于農(nóng)田外，還被使用在森林土地的施用上。一方面污泥中的營養(yǎng)成分和微量元素可促進(jìn)樹木生長；另一方面由于污泥林地施用不進(jìn)入食物鏈，不會對人類健康造成危害。一般林場、森林等地區(qū)均非人口密集地區(qū)，所以污泥施用較為安全。為避免施用污泥后可能對地下水產(chǎn)生的污染，可以采用分少量多次投加的策略。林地、荒山等面積都較大，相對環(huán)境容量也較大

15、，可吸納大量的污泥，林木本身也可利用污泥中氮、磷等加速生長。西安張?zhí)旒t等人曾對陜西省長安縣一林場進(jìn)行污水污泥施用實驗，其結(jié)果表明：施用一段時間后，林木的高度和直徑隨污泥施用量的增加而增加9。2.3 園林綠化施用 近年來，城市污泥已開始用于園林綠化、花卉培養(yǎng)等。施用于花卉、草坪等既遠(yuǎn)離食物鏈，又可就近消化污泥，還能減少化學(xué)肥料的用量。目前我國市政綠化及花卉市場發(fā)展很快，因此應(yīng)是污泥施用的一個很有前途的方向。張增強(qiáng)等人10將堆肥污泥施用于花卉，發(fā)現(xiàn)施用后花卉的花期延長，開花量增加，花徑增大。2.4 受損土壤的修復(fù)與改良污泥中的有機(jī)質(zhì)可以改善土壤的物理性質(zhì)，因此污泥除了做肥料使用外還可以用作土壤改良

16、劑。林春野等人11以北京市朝陽區(qū)何家墳為試驗基地，施用燕山石化污水廠的剩余污泥后發(fā)現(xiàn)：土壤有機(jī)質(zhì)，土壤中速效氮、速效磷、速效鉀含量顯著增加，大大提高了土壤的肥力。較常見的受損土壤有采礦殘留礦場、取土后的凹坑、垃圾填埋場、地表嚴(yán)重破壞地區(qū)等。這類土地一般已失去土壤的正常特性，無法直接進(jìn)行種植。施入污泥可以增加土壤養(yǎng)分，改良土壤特性，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤熟化。這樣在促進(jìn)地表植物的生長的同時避開了食物鏈，對人類生活潛在威脅較小，既處置了污泥，又恢復(fù)了生態(tài)環(huán)境，是一種很好的利用途徑。薛澄澤等在西安進(jìn)行了復(fù)合污泥堆肥施用于高速公路綠化帶的研究，已取得了初步進(jìn)展12。2.5 污泥無害化、穩(wěn)定化方法 常用

17、的污泥穩(wěn)定化方法有好氧厭氧消化、加石灰穩(wěn)定法、加氯穩(wěn)定法、污泥堆肥等，其中以污泥堆肥最常用。污泥堆肥是指將污泥與秸稈、樹葉、垃圾等在一定的條件下（如pH、C/N、通氣、水分、溫度）進(jìn)行好氧堆漚。污泥經(jīng)堆肥化后，病原茵、寄生蟲卵、雜草種子等幾乎全部被殺死，揮發(fā)性成分減少，重金屬有效態(tài)的含量也會降低，營養(yǎng)成分有所增加，污泥因而成為一種比較干凈而且性質(zhì)比較穩(wěn)定的物質(zhì)。隨著污泥處理技術(shù)的發(fā)展，污泥堆肥化的工藝也在不斷發(fā)展更新，現(xiàn)在多采用污泥和垃圾復(fù)合堆肥的方法，其穩(wěn)定效果更好13。近年也有新的污泥無害化方法出現(xiàn)，如周立祥等14采用熱噴處理污泥，發(fā)現(xiàn)污泥經(jīng)適宜的熱噴處理能有效除臭、殺病原菌和大幅度提高污

18、泥水溶性有機(jī)物和速效氮磷養(yǎng)分含量，并使養(yǎng)分的生物有效性提高。污泥中主要有害物質(zhì)為重金屬和病原菌微生物及有毒有機(jī)物。其中重金屬是限制污泥大規(guī)模土地利用的最重要因素。污泥因來源不同，成份存在一定差異，但一般都或多或少含有一定量重金屬。這些物質(zhì)若隨污泥進(jìn)入土壤，就可能對環(huán)境造成一定的危害。因此，應(yīng)該盡可能地減少其在污泥中的含量。但重金屬難以降解，且一般溶解度很小，性質(zhì)較穩(wěn)定，較難除去。目前，主要通過生物學(xué)方法來降低重金屬的毒害。如一般污泥經(jīng)過堆肥化處理后，水浸提態(tài)重金屬的量會減小，即有效態(tài)重金屬減少，因此可通過控制污泥堆肥條件來提高污泥堆肥的質(zhì)量15。未經(jīng)處理的污泥含有各種病原菌和寄生蟲等，它們可以

19、通過各種途徑傳播，會危害人畜健康，也會對植被產(chǎn)生影響。堆肥化處理等可有效地殺死絕大部分病原菌。此外，輻射處理、巴氏滅菌法也是較常用的方法。某些特種生產(chǎn)部門的污水污泥中含有多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯等有毒有機(jī)物，這些物質(zhì)對人類有巨大的危害。通過堆肥等處理可在一定程度上將其降解，但很難完全去除。我國對城市污泥中難降解有機(jī)物的研究還有待進(jìn)一步發(fā)展。3 結(jié)語（1）污泥的處理和利用應(yīng)同時考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會三方面的因素。污泥作為一種有價值的資源，在穩(wěn)定化、無害化處理后再利用，既解決其出路問題，又開發(fā)了新的資源，有利于可持續(xù)發(fā)展。（2）堆肥化是我國污泥穩(wěn)定化的主要手段。（3）污泥土地利用是一種適合我國國情的有前途

20、的污泥處置方法。（4）在推廣污泥土地利用的同時，應(yīng)建立、健全相關(guān)法律、法規(guī)，劃分污泥種類和施用地分區(qū)，發(fā)展和制定配套的環(huán)境監(jiān)測方法和制度?？傊氚踩行У奶幹梦勰?，需要政府、科研、環(huán)保、用戶各方面的通力合作才能真正實現(xiàn)。參考文獻(xiàn)：1 國家環(huán)境保護(hù)局. 水污染防治及城市污水資源化技術(shù)M. 北京: 科學(xué)出版社, 1992.2 曲頌華, 陳紹偉. 城市垃圾與污水廠污泥的混合堆肥研究J. 環(huán)境保護(hù), 1998(10): 15-16.3 郭媚蘭, 王秀林. 太原市污水污泥農(nóng)業(yè)利用研究J. 農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù), 1993, 12(6): 254-262.4 王木勉. 污泥處理方向性的探討J. 下水道協(xié)會制,

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