城市汙泥處置技術及資源（yuán）化應用進展

作為城市汙水處理廠（chǎng）的（de）副（fù）產物，城市汙泥產量巨大且成分複雜，如何合理（lǐ）處置城（chéng）市汙泥（ní）己越來越受人們關注。城市汙泥含有大量有機物、氮、磷等營養物質，經過適當處理可以變廢為寶（bǎo），探究適合我國國情的合理處置和利用汙（wū）泥（ní）技術具有重要現實意義。本文闡述近年來國內外城市汙泥的常用處置技術，同時分析不同技術（shù）的優缺點，擬為（wéi）讀者提供目前城市汙泥（ní）處置及資源化的基（jī）本思路、發展狀況和脈絡（luò）。

一、國內外城市汙泥常用處置技術（shù）

目前汙泥處置技術主要有3種：衛生填埋、汙泥焚燒、土地利用。城市汙泥處置技術因各（gè）國經濟、社會發展水平不同而有所（suǒ）差異：西方發達國家工業化較早，汙泥處置技術較為完善，其汙泥土地利用占相當大（dà）的（de）比例，例如美國汙泥土地（dì）利用占汙（wū）泥產出總量的（de）33%，英國（guó）占55%，法國（guó）占50%，葡萄牙高達80%。根據住建部統計數據，截（jié）至2014年底，我（wǒ）國通過建材、焚燒、堆（duī）肥化、衛生填埋等無害（hài）化處置的汙泥約占56%，未（wèi）能達到國務院《“十二五”全（quán）國城鎮汙水處理及再（zài）生利用設施建設規劃》中要求的80%的（de）處置目標。

二、城市汙泥處（chù）置技術綜述

1.衛（wèi）生填埋

汙泥衛生填埋技術開始於20世紀60年（nián）代，分為混合填埋和單獨填埋。混合填埋指汙泥與生活垃圾充分混合、平展、壓實，最後填埋處置;單獨填埋指汙泥經過（guò）簡單滅菌處（chù）理，在專門填埋（mái）場地進行填埋處置，在其上覆以惰性、黏性土壤，種（zhǒng）植綠色植物進行生態修複，分（fèn）為溝填、掩埋和堤壩式填埋三（sān）種類型。衛生填埋技術操作簡（jiǎn）單、汙泥無需高（gāo）度脫水(自然幹化)、無毒無害化成本較低。但同時衛（wèi）生填埋技術自身（shēn）也存在許多問題，如處理周期過（guò）長(汙泥穩定化時間為2-7年)，侵占土地嚴重，填埋坑的滲濾（lǜ）液可能導致土壤和（hé）地下水汙染等。

由於土地資源有限、滲濾液對土壤及地下水的潛在汙染（rǎn）風險，使填埋技（jì）術進一步發展受到限製（zhì）。近年來發達國家汙泥衛生填（tián）埋處置所占比例越來越低，英國城市汙泥衛生填埋比（bǐ）例由1980年的27%下降到2005年的6%，並（bìng）征收汙泥（ní）衛生填（tián）埋處置稅;法國自2005年起禁止汙泥填埋;2009年後美國（guó）關閉大（dà）多數汙泥填埋場。我國在2009年發（fā）布的《城鎮汙泥處理廠（chǎng）汙泥處理處置及汙染防治技術政策(試行)》明確規定，不具備土地（dì）利用和（hé）建築材料綜合利用條件的汙（wū）泥才可以采用衛生填埋處置，同時越來越多的地（dì）區開（kāi）始減少甚至限製填埋場的建設。

2.汙泥焚燒

汙泥焚燒技（jì）術是在有氧條件下對汙泥高（gāo）溫熱處理的技術，常用於處置毒性強、危害大的有機汙泥和剩餘汙泥。城市汙泥中（zhōng）含有大量有機物和纖維木質素，脫水幹化後直接焚（fén）燒，有機物全部（bù）碳化（huà），同時徹底殺死汙泥中病原菌與蟲卵，最大限度地減少汙泥（ní）體積（jī），最終成為更加穩定的灰渣。

汙泥焚燒技術處理速度快，無害化徹底（dǐ），無需長（zhǎng）時間儲存，處置占地麵積（jī）小，同時餘熱可（kě）用於發電或供熱等。汙泥焚燒設備主要有立式多段爐、同轉窯焚燒爐和（hé）流化床焚燒爐。目前汙泥焚燒技術在西歐和日本己得到廣泛應用，日本的汙泥焚燒量己占汙泥處理總量（liàng）的60%以上，歐盟也在10%以上（shàng）。我國第（dì）一座（zuò）大型汙泥焚燒處理設施（shī）——深圳（zhèn）市市（shì）政環衛綜合處理廠於1988年11月投產，己運行約20年，為汙泥焚燒（shāo）發電積累了許多經驗;2005年（nián）建立的青島汙泥焚燒發電工程（chéng），日處理汙泥量可達26t，每小（xiǎo）時可發電700多度。

汙泥焚燒技術也存在一些問題。首先汙（wū）泥含水率較高（gāo）(多在60%以（yǐ）上)，燃燒要求高，導致處理設施投資大，能耗高（gāo），處理及（jí）維護費用高;其次，汙泥焚燒（shāo）易產生有毒有害氣體例如酸性氣體、二噁英等，容易（yì）產生（shēng）二次汙染。據（jù）日本國土交通省統計，汙泥焚燒過程中產生的N2O的量占（zhàn）汙（wū）水處理行業溫室氣體排放總量21%;另外，汙泥（ní）中含有（yǒu）大量有價值的生物資源，焚燒後此（cǐ）類資源未得（dé）到充分利用，不符（fú）合可持續發展需求（qiú），因（yīn）此（cǐ）這些（xiē）問題限製（zhì）了汙泥焚燒技術的進一（yī）步推廣。

3.土地利（lì）用

城市汙泥含有豐富的有機質、氮、磷、鉀等有益成分，同時具有強黏性與強吸水性，能明顯改善土壤的物化性質，有利於形成土壤團粒、提高團粒的水穩定性和保水能力，減少水（shuǐ）土流失，顯著（zhe）提高土壤肥力與生物活性，實現農（nóng）業生態環境的良性循（xún）環。因此土地利用也是城市汙泥（ní）處置的重要（yào）潛在（zài）途徑之一。雖然汙泥可以（yǐ）用於鹽（yán）堿地、沙地及受（shòu）損土壤的修複改（gǎi）良，但由於城市汙泥中也含有某些有毒有害物質和病原體、寄生蟲卵（luǎn）等，若汙泥未經（jīng）預（yù）處理直接土地利（lì）用，濃度過高的氮、磷（lín）物質會導致地（dì）下水汙染;重金屬(汞（gǒng）、鋅、鉻、鉛、鎳等)可能造成土壤的二次汙染，並有可能通過食物鏈進入人體;另外，病原體、寄生蟲卵會對環境和公共衛生造成影響。這些都是汙泥土地利用在實際應用中亟（jí）需解決的問題。

三、城市汙泥的資源化利用

從經（jīng）濟（jì）發展（zhǎn）、資源（yuán）開發利用、城市生態環境保護等方麵來看，城市汙泥處置（zhì）的理想出路是資源化利用。城市汙泥資（zī）源化利用應遵循“安全（quán）環保、循（xún）環利用、節能降（jiàng）耗、因地製宜、穩妥可靠”的基本原則。其中安全環保是（shì）必須堅持的基本要求;循環利（lì）用是努力實現（xiàn）的重要目標;節能降耗是充分（fèn）考慮的重要因素;因地製宜是方案（àn）比選決策的基（jī）本前提;穩（wěn）妥（tuǒ）可靠是（shì）貫（guàn）穿始終的（de）必需條（tiáo）件（jiàn）。目前幾種主要的汙泥資源（yuán）化技術如下。

1.城市汙泥農用（yòng）資源化

(1)城市汙泥堆肥化

汙泥堆肥化技術是從20世紀60年代迅速發展的一項新興生物處理技術，其屬於汙泥（ní）土地利用的一種資源化技（jì）術，被認為是最有發展潛力的一（yī）種處置技術。汙泥堆肥化的主（zhǔ）要機理（lǐ）是：汙泥中不穩定的有機質在微生物發酵作用下，降解和轉化為腐殖質，病原菌與蟲卵被殺死，同時一定程度上消除惡臭。

汙泥堆肥化的工藝（yì）流程（chéng）一般（bān）為前處理——次發酵——二（èr）次發酵——後（hòu）處理，其優（yōu）點（diǎn）是投資少、能耗低、運行費用（yòng）低，堆肥產品（pǐn）便於儲存、運輸和使用。日（rì）本在20世紀90年代末己（jǐ）建35座汙（wū）泥堆肥廠;目前英國、法國（guó）、瑞士、瑞典和荷蘭等國家城市汙泥的農（nóng）用（yòng）資源化達汙泥總量的50%左右，盧森堡達80%以上。

汙泥堆肥化技術雖然是（shì）目前最有（yǒu）發展潛力的一種處置技術，但是由於國內很多汙水廠混入工（gōng）業（yè）汙（wū）水，汙泥中含有潛在的汙染（rǎn）物質造成汙（wū）泥堆肥化技術受到限製。目前國家農業（yè）部（bù）己通過嚴格把（bǎ）控汙泥製品的肥料（liào）證的（de）方式限製汙泥製品進入食物鏈（liàn）或生態係統，因此對汙泥堆肥化產品的後（hòu）續發展還有（yǒu）待於（yú）進一步研究。

(2)城市汙（wū）泥消化（huà）製沼氣

汙泥消化製沼氣己（jǐ）有100多年的曆史，20世紀80-90年代開始逐步實現規模化和（hé）工業化。城市汙泥含有大量有（yǒu）機物，經厭氧消化可分解成（chéng）穩定物質，實現汙泥減（jiǎn）量化和無害化處置，同時產生以甲烷為主的（de）沼氣。現代工業化汙（wū）泥生產沼氣是將汙泥置於特定的反（fǎn）應器內，根據汙泥不同成分，通過（guò）對反應器內厭（yàn）氧環境的實時監控和調節，充分（fèn）利用微生物參與有機物的逐級發酵降解，針對國內某些地區汙泥有機質比例偏低，可考慮與餐餘垃圾協同發酵，最（zuì）終實現甲烷化。反應後的殘渣(僅（jǐn）剩原總量的40%)中仍存（cún）在大量豐富營養成分，可作為（wéi）有（yǒu）機（jī）肥料或土壤改良劑用於農（nóng）田、土壤的修複與改良等。該技術（shù）資源化、無害化程（chéng）度高。

2.城市汙（wū）泥的建材資源化

(1)城市汙泥製生態水泥

我國建材行業是天然礦物和能源的（de）高消耗（hào）行業，每（měi）年生產各種建築材料需消耗50多種資源（yuán），給環境帶來沉重負擔。城市汙泥含有20%-30%的無機物，尤其是混凝（níng）法處理廢水的（de）汙（wū）泥中含有大量的鋁、鐵等成分，經焚燒後灰渣可（kě）替代部分水泥原料;其添加一定量的石灰，高溫（wēn）焚燒（shāo）製得質量符合國家標準的生態水（shuǐ）泥。

汙泥製水泥技術管理簡便、可操作性強、汙泥處置成本低、節約資源保護環（huán）境，符合循環經濟和可持續發展戰略。發達國家（jiā）利用城市汙泥（ní）生產水泥己有（yǒu）豐富的經驗（yàn），例如（rú）日本利用（yòng）城市汙泥焚（fén）燒灰渣和下水道汙泥為原料實現水泥的批量化生產，並於2001年建成世界上第一座生態水泥（ní）廠，年產量11萬噸水泥（ní）。

(2)汙泥製輕質陶粒

輕質陶粒是一種人造輕質粗集料，因（yīn）質地輕、強度高、保溫性好（hǎo）等特性備受關注，可用作路基（jī）、混凝土骨料或花卉（huì）覆蓋材料，是一種（zhǒng）具有發展潛力的新型建材。相關方麵的研究於20世紀80年代己趨成熟，並己進行大規模應用。製備機理是用汙泥做主要原（yuán）料，黏土和爐渣做（zuò）輔助料，經過焙燒、成球形成具有一定硬度的汙泥陶粒，常見的技術方法（fǎ）有（yǒu）同轉窯焚（fén）燒技術。

(3)汙泥製磚

汙泥製磚是指將汙泥經過一定處理（lǐ）篩選後，與其他原料或外加劑混合(如（rú）黏土、頁岩、煤研（yán）石、粉煤灰)，加壓成型（xíng），焙（bèi）燒後製得汙泥磚。該方法不僅在坯料中封存汙泥中的有毒重金屬，殺死有害病菌，實現汙泥資源化;同時充分利（lì）用汙泥熱值，製成的汙泥磚空隙多、磚質輕，具有一定的隔音隔熱的效果，而且完全沒有異（yì）味。經過條件優化，汙泥磚的主要指標可達到普通燒結磚的國家標（biāo）準，具（jù）有高抗（kàng）壓強度、重量比同體積的普通磚輕等優點，可節省10%的能耗（hào），10%-15%的黏土土資源。常見的（de）汙泥（ní）製磚有兩種方法，分別為汙泥焚（fén）燒灰製磚（zhuān）和幹化汙（wū）泥直接製磚，目前市場上以幹化汙泥直接製磚為主，其工藝主要是通過人工烘幹或自然晾（liàng）幹（gàn）將汙泥幹化後進行磨（mó）細處理，之後和其他原料混（hún）合加壓（yā）成型燒製成磚，汙泥製（zhì）磚主要技術要點（diǎn）是控製汙泥摻量(10%-20%)，當汙泥摻量高於30%時，汙（wū）泥磚抗壓強度己不能達到（dào）磚的性能標準。

3.汙泥（ní）的環境資源（yuán）化應用

(1)汙泥製黏結劑城市汙泥含（hán）有大量有機（jī）物，有一定黏（nián）結性（xìng）能與熱（rè）值，可用於製備型煤黏（nián）結（jié）劑。城市汙（wū）泥替代白泥可以改善高溫下型煤的內部孔結構不通，提高成型煤的氣化反應性，降低燃燒後灰渣中的殘炭，提（tí）高（gāo）碳轉化率，同時汙泥在（zài）高溫（wēn）氣化（huà）爐內被（bèi）處理，可以有效防止二次汙染。實驗研究表明煤中摻入20%左（zuǒ）右的城市汙泥(含水率為80%)，不會影響煤的燃燒特性，相反改善和提高煤的燃燒（shāo）性能。

(2)汙泥製吸附劑

活性炭是一種（zhǒng）常見的高效（xiào）吸附劑，但是製備商品活（huó）性炭的原材料（liào）昂（áng）貴，其是（shì）導致活性炭生產成本高原因之一。理論上幾乎所有含碳物質均可用作製備活性炭的原（yuán）材料（liào），而城市汙泥含有（yǒu）豐富的有機碳。以含（hán）碳較多的（de）生化汙（wū）泥為原料在一定高溫下可以通過化學（xué）途徑將其製成含碳吸附劑，可用於處理汙水處理。

4.汙泥其他資（zī）源化應（yīng）用

(1)汙泥製動物飼料（liào）

汙泥（ní）中含（hán）有大（dà）量有價值的營養物質（zhì），粗蛋白占28.7%-40.9%、灰分占26.4%-46.0%、纖維素（sù）占26.6%-44.0%,脂肪酸占0%-3.7%，且汙泥蛋白中含有幾乎所有家畜飼料所（suǒ）需的氨基酸，各種（zhǒng）氨基酸之間相對（duì）平衡，因此可以將淨化處理後的汙泥加工成汙泥飼料。研究表明將汙泥飼料用來喂魚（yú），可提高魚的產量，同時用汙泥飼料與一般飼料混合(混合比例為9：1)飼養的雞（jī）與用一般飼料飼養的雞對照，雞的體重有所增加，產蛋率也有提高。但是如果汙泥未經預處（chù）理而被製成汙泥飼料，汙泥飼料中的有毒物質在動物體內的積累，可能（néng）會造成的潛在危害，其影響（xiǎng）還（hái）有待於進一步研究。

(2)汙泥（ní）低溫裂解製油

汙泥低溫裂解製油研究開始於20世（shì）紀80年代，己成功應（yīng）用於處置市政汙泥。該技術是把含水率約為65%的汙泥在無氧條件下加熱升溫至4500℃左（zuǒ）右，在催化劑作用下汙泥中的脂肪烴化（huà）合物轉（zhuǎn）化為油、炭、不凝性氣體和反應水（shuǐ）。

汙泥低溫熱解製油技術的產物如氣體和（hé）油有很高的熱值（zhí），是潛在（zài）的燃料。目前該種技術在國外己開始用於（yú）生產實踐，加拿大正在進行中試實驗，澳大利亞柏斯建造了世界上第一座工業規模的汙泥煉油廠，處理十汙泥量可達25t/d。目前國內的汙泥熱解（jiě）技術還停留在實驗室階段。