武漢市污泥處理處置技術研究與探索
1 武漢市污泥處理處置概況
武漢地處中國中部，漢江匯入長江的入口，是中部重要的工業和交通基地。城市區域總面積8494平方公里，城區面積888平方公里，主城區面積252平方公里。2003年底，武漢市總人口約781.2萬人，城區人口約451.2萬人。武漢城市污泥固體廢物焚燒爐將于2008年至2010年運行。武漢市的污泥富含有價值的營養，可廣泛應用于農作物生產及肥田。武漢市可持續污泥管理計劃可能包含填埋的方法，但填埋不是處置的唯一途徑。本項目研究目的是為武漢市制定一個概念性的污泥管理戰略計劃，制定收益性回用或者其他可持續污泥管理方法。
2 污泥處置國外發展目標及動態
污泥處理與處置的目的主要有以下四個方面：（１）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）通過處理使污泥穩定化，從而避免產生二次污染；（３）達到污泥的無害化與衛生化；（４）在處理污泥的同時達到變害為利、綜合利用、保護環境的目的，如產生沼氣等。
歐美、日等發達國家廣泛采用厭氧消化處理污泥，如八十年代末應用的濕式氧化技術處置污泥。我國城市污泥處理也采用中溫厭氧消化，引進先進技術的同時也引進了設備，在污泥處置和最終出路方面尚屬試驗研究階段。經過20年的演變，污泥處置方式已經由原來的簡單處置轉化為回用。由于城市污泥的營養和土壤調節價值，使得一些可持續的污泥土地利用成為優選的污泥處置方法。現在污泥已然成為世界各地的農民積極地尋找的東西。
3 武漢市城市污泥處理處置技術路線
合理的處理處置技術路線，主要從環境安全、資源投入、資源產出和收益影響比等4個方面綜合考慮，兼顧環境生態、社會效益和經濟效益之間的平衡。武漢市的地理環境與經濟社會發展現狀是：人口密度大、經濟較發達、土地資源相對緊張、能源緊缺、水源豐富、污水量大、濃度偏低等特點。因此在污泥處理處置方式上應努力探索多種技術路線。
3.1 污泥消化
污泥消化工藝主要分為二元消化[4]工藝和兩相厭氧消化工藝兩類。二元消化工藝即在第一級采用好氧消化，靠氧化產生的熱量使體系溫度大于50℃，然后進入第二級中溫厭氧消化。兩相厭氧消化工藝，即第一級和第二級分別采用中溫和高溫兩相厭氧工藝組合。武漢市三金潭污水處理廠目前正在建厭氧消化池，該廠將是武漢市近期第一座也是唯一一座擁有污泥消化池的污水廠。通過好氧或厭氧生物反應，污泥消化可破壞污泥中30%~60% 的揮發性固體，或使其干重減少率達到近20%~40%。
3.2 堆肥
混合堆肥是一種由細菌和真菌完成的加速好氧處理工藝。混合堆肥系統共有三種，其區別在于充氧方式的不同。條垛式堆肥系統與強制靜態通風垛系統類似，區別在于條垛式堆肥是處于55°C或以上溫度條件下在28天的周期內將其通風條件機械式地轉換5次。此系統包括整體攪拌、通風和惡臭控制等內容，相比其他兩種系統其惡臭問題較輕。混合堆肥也屬高溫處理工藝，然而堆肥工藝易產生惡臭，特別是初沉污泥堆肥。此外該工藝對垛中水份含量敏感，必須維持好氧條件以及50%至60%的水分含量以避免惡臭問題發生。自2002年以來，北京一個污泥堆肥設施開始運行，處理大約其污水處理廠生產的25%的污泥。它采用條垛式流程，由北京城市排水公司和中國機械科學研究院等單位組建的項目公司運行。成品免費使用于園林和農業，然而，農民拒絕使用。設施周邊的居民對其臭味和蒼蠅進行了投訴。北京正計劃再建2到3座堆肥設施。
3.3 污泥干化
熱干燥是一種有效的生物固體管理方法。干燥的污泥可以作為低品質煤或作為土地利用的肥料產品使用。在美國一些地方，。如密爾沃基污泥干化已經使用了很多年，從1925年起該地已開始用污水污泥制造活性污泥肥料。通過使用污泥干燥機，這種方法在美國和歐洲變得很受歡迎。有幾種類型的干燥機，包括帶式、流化床、轉鼓和太陽能干燥機。太陽能干燥機是一種被動的過程，干化能源依賴于陽光的輻射。其他的干化方法通常需要加熱、篩分或分級設備，以及水蒸氣和污泥細粉料的尾氣處理設備。
3.4 焚燒
焚燒工藝是一種高成本/高技術含量的處理方案。目前除非是構建服務多家水污染控制廠的大型或集中式的焚燒設施，否則很難達到成本高效。由于涉及泄漏和空氣質量問題，公眾不太愿意接受這種方式。在美國和歐盟，申請建設新的焚燒設施很難得到批復。為減少燃料消耗和運行成本，焚燒工藝應在自熱條件下完成，因此需要泥餅含水率在75%以下。在某些發電廠和水泥廠，污泥和燃料一同焚燒。焚燒工藝通常不視作可持續性的處理方式，但它在綜合污泥管理計劃中卻有一席之地，特別是對于受工業影響的污泥。焚燒工藝僅是一種減少污泥數量的方式；它是一種不完全的破壞和處置方式，因為30%的污泥以灰燼的形式殘留下來。由于灰燼中的重金屬，灰燼通常被定義為有害廢物，需要在適合處置有害廢物的地方進行安全填埋。然而，灰燼也有用武之地，例如石建筑材料或路基材料，污泥可作為生產水泥的燃料，并最終成為水泥產品中的一個組成部分。
3.5 衛生填埋
衛生填埋曾經是得到最廣泛運用、成本最低的處置方式。然而，由于受污染問題、可循環使用材料喪失、衛生填埋處理能力下降等因素影響，目前這種方式已視作不可持續性處置方式。許多國家已限制污水處理廠污泥采用衛生填埋處置方式。
4 市各污水處理處理廠污泥泥質評價
4.1 污泥有機物質含量和營養成分
污泥有機物含量對污泥處理和處置有很重要的決定意義。莫開伯（Mocobe），埃肯弗爾德(Echenfelder)研究證明，污泥的可消化程度與污泥中有機物含量呈正比關系，我國城市污水處理廠污泥組份以碳水化合物為主（約占50％以上）。一般中溫消化每立方米污泥（97％含水率）產沼氣約7m3左右，國外如日本10m3/m3.泥,0.7～0.8m3氣/kgvss，兩相消化0.9～1.1m3/kgvss。所以以單方污泥產氣量作比較是不科學的，它隱去了有機物分解率的決定性的效果。污水污泥施用于農田的土地利用之所以受到人們的密切關注和重視，除了污泥中含有大量有機物成份外，更重要的是污泥中含有比較豐富的氮、磷、鉀等元素。美國16個城市下水污泥泥質分析統計結果，氮占2.88%，磷占1.61%，鉀占1.22%。各污水廠污水污泥氮、磷、鉀營養成份均比農家肥高。
4.2 污泥中的重金屬和有毒物質
評價污泥中的重金屬和有毒物質，主要鑒于污泥的土地利用問題，各個國家均制定了農用污泥的標準和施肥作業的規定。我國農用污泥中污染物控制標準值（GB4284－84）中共列出11項指標，歐美等國家和武漢地方標準均給出Zn、Cu等8項控制值。
4.3 污泥的熱值
對污泥的后處置和綜合利用，除了注意到污泥中的有機物含量及有毒有害重金屬之外，污泥中也含有一定的熱值。當考慮污泥焚燒處置時，可以作為參考。
5 綜合效益評估
（１）污泥堆肥是污泥穩定化、無害化處理重要方法，經高溫堆肥后污泥，不僅消除了污泥惡臭對環境的污染，同時殺滅致致病菌、蟲卵，還可顯著降解有毒有害物質，消除二次污染，對保護環境具有明顯的社會效益和環境效益。
（２）堆肥產品含有多種植物生長促進劑，有機腐殖質含量占一半以上，是一種品質優良的有機復合肥或生產有機菌肥，精加工產品預計越來越有廣泛的市場，可產生較好的經濟效益。
（３）污泥簡易干燥處置后進行衛生填埋或進一步干燥用于填地前者造田，后者可作用工程建設用地有較好的社會環境和經濟效益。
（４）預計高溫堆肥工藝粗有機復合肥生產成本300元／t左右，市場價格500元／t左右，精加工有機復合肥生產成本約500元／t，市場價格800元／t左右可以接受。
作為武漢市概念性污泥管理戰略計劃，本研究建議以下內容：
（１）進一步加強采樣和污泥質量的監測，以確定污泥是否達到國家或省級土地利用污泥標準。
（２）監測和加強污水排入城市下水道水質標準（CJ 3082-1999）的執行，有助于生產符合土地利用泥質標準的污泥。建議將鉬和鎳含量也加入此標準。
（３）推薦三階段計劃，短期、中期和長期計劃，最終引向土地利用。
（４）設施規劃過程中必須選擇最具成本效益的污泥干化工藝，要對所有可能影響成本的場地限制進行考慮。
（５）開展土地利用和堆肥的調查和實證研究以證實這些方法安全性。從上述研究中獲取的信息用來編制法規和運行指南，并開展社會公眾相關教育。
（６）建議武漢市污泥的首選處置方案是堆肥、泥餅的土地利用以及干燥。這也要取決于進一步的污泥質量監測和采樣的分析結果以及土地利用的調查和實證研究。這將為武漢市的污泥提供一個環境和經濟可持續的長期出路，也將為農民提供低價肥料。處置的第二方法是衛生填埋以及與城市固體廢物進行混合焚燒。
（７）估算顯示土地利用和堆肥是最具成本效益的污泥處置方案，在調查和實證研究基礎上實施這些方案。對短、中和長期計劃進行資金和運行維護成本估算，短期計劃（污泥干化）的資金成本約為4億元人民幣，其年運行維護成本約0.85億人民幣。中期計劃消化池的總資金成本約4億元人民幣，其年運行維護成本約0.09億元人民幣。中期計劃中污泥消化和干化的總運行維護成本是0.9億元。
（８）建議污泥管理計劃中包含焚燒和衛生填埋的處置方法，可以處置低質污泥，也可處置土地利用中斷時產生的污泥。
（９）若試驗成功，建議武漢市的長期污泥管理規劃考慮玻璃化和熱液工藝。
參考文獻
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