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近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，污水排放量大幅增加，全國加大對污水的處理力度。迄今為止，生物法仍是國內(nèi)最廣泛使用的污水處理方法，在其處理過程中會產(chǎn)生大量的剩余污泥。據(jù)統(tǒng)計，2019年我國污泥產(chǎn)量已超過6000萬t（以含水率80％計），預(yù)計2025年我國污泥年產(chǎn)量將達(dá)到9000萬ｔ，極大地增加了我國污泥處理處置的壓力。污泥是污水處理過程中遺留下來的終端產(chǎn)物，聚集了大量的有毒有害成分（持久性有機(jī)污染物、重金屬等），如得不到妥善的處置，這些有毒有害物質(zhì)將會滲透到地表水、地下水中，甚至進(jìn)入大氣環(huán)境中，成為潛在的污染源。這意味著污水中的有毒物質(zhì)又以另一種途徑返回到我們的生活環(huán)境中，也代表污水處理工作的前功盡棄。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，我國超過八成的污泥仍舊沒有實現(xiàn)無害化、穩(wěn)定化的處理處置，造成的二次污染極為嚴(yán)重。為提高大家對污泥問題的重視，我國相繼出臺了有關(guān)污泥處理處置的一系列政策和法規(guī)，比如“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)以及由“重水輕泥”向“泥水并重”轉(zhuǎn)變的《“十三五”全國城鎮(zhèn)污水處理及再生利用設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》等，促進(jìn)污泥處理處置行業(yè)市場規(guī)模快速增長。

1污泥處理處置難點

我國污泥性質(zhì)（生物可利用性差且含水率高）有別于其他國家，導(dǎo)致處理處置工作難度較大。其次，我國對于污泥處理處置技術(shù)剛剛起步，與國外仍存在較大的差距，用于污泥處理處置的費用只占污水處理廠投資的20％，而發(fā)達(dá)國家早已達(dá)到50％，而且技術(shù)相對落后。隨著我國城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，我國城市的污水量在逐年增加，隨之而來的就是污泥產(chǎn)量的快速增加，現(xiàn)階段污泥處置處理的難度可想而知。除此之外，我國重視污泥處理處置的起步較晚，目前沒有科學(xué)完善的污泥處理處置體系和相關(guān)的技術(shù)規(guī)范、檢測標(biāo)準(zhǔn)，大部分污泥仍未進(jìn)行規(guī)范化的處理處置。“水十條”中指出污泥應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定化、無害化以及資源化的科學(xué)處置，杜絕處置不達(dá)標(biāo)污泥應(yīng)用到耕地中；“十三五”規(guī)劃中也明確的指出地級及以上的城市污泥無害化處置的整體效率要超過90％，其他級別城市無害化效率應(yīng)不低于75％。然而，目前我國污泥處理處置只是基本實現(xiàn)減量化，污泥穩(wěn)定化和資源化利用率不足，綠色生態(tài)化處置方式不足。面對這些嚴(yán)苛的環(huán)境要求，傳統(tǒng)的污泥處理處置模式已經(jīng)難以適應(yīng)當(dāng)前我國的環(huán)保要求和相關(guān)的政策。目前我國主要的污泥處置處理技術(shù)包括衛(wèi)生填埋、干化焚燒、厭氧消化等，雖然污泥處理技術(shù)種類繁雜，但是如何根據(jù)污泥現(xiàn)狀，優(yōu)化污泥處理處置模式，實現(xiàn)“三化”目標(biāo)仍是一個迫在眉睫的問題。??

2污泥處理處置技術(shù)

2.1衛(wèi)生填埋

目前，國內(nèi)應(yīng)用最廣泛且比較成熟的污泥處理處置方式是衛(wèi)生填埋，可分為兩大類，一是混合填埋，另一個是單獨填埋。前者指將城市中產(chǎn)生的生活垃圾和工業(yè)垃圾與污泥混合在一起，充分混勻，再將混合物壓實，進(jìn)行填埋，主要應(yīng)用在我國和歐洲；單獨填埋則是指經(jīng)過簡單的滅菌處理的污泥，直接運送到低地或谷地等專用填埋場進(jìn)行封固，主要分為溝填、掩埋和堤壩式填埋三種，需要特殊地勢要求，在美國應(yīng)用較多。此種方式操作簡單、運行成本低、投資少、單次處理體積大且效果明顯。而且填埋過程中產(chǎn)生的甲烷氣體可以進(jìn)行收集利用，獲得一定資源化效益。根據(jù)填埋泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，污泥填埋時，其含水率不能超過60％，現(xiàn)有的污泥脫水技術(shù)很難直接達(dá)到這一要求，一般出廠污泥含水率大約為80％，在進(jìn)行填埋之前必須通過石灰穩(wěn)定技術(shù)和干化技術(shù)來降低含水率。

衛(wèi)生填埋存在諸多問題，污泥中含有大量的有毒有害物質(zhì)（重金屬、難降解有機(jī)污染物、病原體等）會以滲濾液等形式進(jìn)入土壤，危害地表植物、農(nóng)作物，同時有可能污染地下水源，最終進(jìn)入人體危害健康。此外，在填埋過程中，臭味大，蚊蟲多，工作人員難以忍受，如果操作不當(dāng)，那么處理過程中產(chǎn)生的甲烷氣體容易引發(fā)爆炸。更重要一點是填埋場占地面積廣，地理位置偏僻，使得污泥的運費昂貴。隨著城市化進(jìn)程加快，垃圾與污泥量逐漸增加，我國城市用地緊張，很多填埋場已經(jīng)飽和，部分地方甚至拒收污泥，我國利用填埋法處理污泥的比例正在減少。從長遠(yuǎn)看，衛(wèi)生填埋法是一種不可循環(huán)的處理方法，無法避免二次污染，無論在技術(shù)上還是國情方面都終將被淘汰。

2.2干化焚燒

污泥經(jīng)過濃縮脫水后含水率仍然很高，體積大，重金屬含量高，燃燒效率差，一般不能夠被完全處理。因此，在焚燒前還需要采用熱方法對污泥進(jìn)行干化處理。焚燒是指在氧氣充足的條件下，利用焚燒爐將含有有機(jī)物、纖維素、木質(zhì)素等高熱能物質(zhì)的污泥進(jìn)行高溫（850～1100℃）氧化，使之成為少量的灰渣。在焚燒的過程中，病原體被殺死，有機(jī)物被碳化分解，燃燒殆盡，最大限度減少了污泥體積（90％），易于后續(xù)處置，降低了最終處置的成本。此外，由于是完全燃燒，經(jīng)焚燒后的污泥除了減量化程度徹底，無害化的效果也穩(wěn)定，不會產(chǎn)生多環(huán)芳香烴類污染物，雖不能有效去除重金屬成分，但能夠讓其沉積在最終的飛灰和爐渣中，大幅度降低對環(huán)境的影響。相對于其他污泥處置技術(shù)，污泥焚燒法不需要很大空間，能夠緩解土地資源的緊張，縮小廠家開支。而且焚燒過程中生成的熱量可以被電廠再次利用，用于緩解發(fā)電壓力，為供熱廠提供新的供熱熱源。除此之外，充分焚燒后得到的灰燼也可以實現(xiàn)再利用，作為水泥添加劑來提高水泥廠的生產(chǎn)效率，從而實現(xiàn)了廢物的再利用，有效的解決了環(huán)境污染問題。焚燒法是國際上公認(rèn)的一種高效污泥處理處置技術(shù)手段，像西歐和日本這些對環(huán)境污染監(jiān)管嚴(yán)格的國家，利用污泥焚燒技術(shù)能夠有效的處理污泥，尤其是日本處理的污泥重量超過60％。

然而，污泥焚燒也存在著能耗大、費用高等缺陷。研究表明，利用污泥焚燒技術(shù)處理污泥所需費用是衛(wèi)生填埋的3倍左右。由于污泥中成分復(fù)雜，在焚燒過程中會產(chǎn)生如二噁英、二氧化硫等有毒氣體，如不能夠及時有效的處理，勢必會對環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染。目前，污泥焚燒技術(shù)的推廣和使用在我國仍處于起步階段，主要集中在深圳、山東以及江浙一帶。

2.3厭氧消化

厭氧消化是指利用微生物的厭氧作用將污泥中有機(jī)物分解為有機(jī)酸和甲烷等穩(wěn)定的資源物質(zhì)，以便盡可能地縮減體積，實現(xiàn)污泥的減量化和資源化，是目前世界上污泥處理的主流技術(shù)，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于歐洲、日本及北美等地區(qū)。該項技術(shù)具備能耗低、污泥體積小、資源可再利用，處理效果好等特點。

然而，污泥經(jīng)過厭氧消化后會產(chǎn)生大量的沼渣，這些沼渣還需要進(jìn)行進(jìn)一步的處理，比如脫水處置，增加投資成本。為提高效率，污泥厭氧消化還需預(yù)熱，增加了能耗以及碳排放，而且甲烷氣體難以并入市政管網(wǎng)利用。更值得注意的是該技術(shù)反應(yīng)周期較長，還存在著安全隱患，應(yīng)用的范圍也受到限制，只能適用于大中型的污水處理廠。厭氧消化對污泥中有機(jī)物含量要求較高，我國城市污泥中有機(jī)物含量較低、含砂量較高，現(xiàn)有的分離技術(shù)將砂質(zhì)物從污泥中有效分離，導(dǎo)致厭氧消化效果差，產(chǎn)生沼氣少，設(shè)備投資費用高，系統(tǒng)操作復(fù)雜。針對這些缺陷，我國專家正在不斷研發(fā)和改進(jìn)污泥特性，并提出很多預(yù)處理手段比如微波、超聲、電處理、熱水解、催化氧化、機(jī)械破解等。因此，雖然現(xiàn)在污泥厭氧消化在中國的應(yīng)用情況并不穩(wěn)定，但未來將會一步步發(fā)展，逐漸成熟。

2.4土地利用

2.4.1好氧堆肥－土地利用

好氧堆肥是指在有氧條件下，利用污泥中的微生物進(jìn)行發(fā)酵，有機(jī)物完全腐熟成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的過程。污泥中含有大量的N、P、K等營養(yǎng)元素以及其他有機(jī)物質(zhì)，有機(jī)質(zhì)含量達(dá)60％左右，全氮含量達(dá)5％左右，全磷含量在3％左右，其堆肥產(chǎn)品可實現(xiàn)土地利用，廣泛應(yīng)用于農(nóng)田、植樹造林、園林綠化以及貧瘠地等領(lǐng)域，這種技術(shù)能夠有效的提升土壤肥力，增加土壤的通氣性和透水性，從而減少肥料的使用，節(jié)省成本。相比于其他污泥處置處理手段，好氧堆肥是污泥資源化利用的一種有效綠色途徑。堆肥技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)污泥“減量化”和“資源化”的根本目標(biāo)，具備良好的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用的前景廣闊，但是同樣存在著不足，例如，污泥中含有大量的重金屬、病原菌、有機(jī)污染物等，多次使用會導(dǎo)致在土壤中積累，污染地表水、地下水源，最終危害動植物甚至人體；占地面積大、周期長，在堆肥過程中產(chǎn)生的大量臭氣對環(huán)境造成二次污染。我國的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)日漸嚴(yán)格，對用于土地利用的污泥種類的限制越來越多，以上諸多問題導(dǎo)致該技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用受到限制。

2.4.2熱堿水解－土地利用

熱堿水解是污泥在熱水解過程中，投加堿抑制污泥中微生物細(xì)胞的活性，促進(jìn)污泥絮體和胞外聚合物瓦解，加速細(xì)胞壁破裂，胞內(nèi)有機(jī)物釋放溶出的過程。近年來，此法主要用于污泥厭氧消化預(yù)處理階段，加速污泥水解，從而提高有機(jī)物降解率促進(jìn)厭氧消化。眾所周知，污泥中含有各類高分子物質(zhì)，包括蛋白質(zhì)、多糖、DNA等聚合物，經(jīng)過加壓、熱、堿處理后，污泥菌膠團(tuán)和細(xì)胞壁產(chǎn)生小孔隙，水解藥劑能夠降解菌體的糖類，破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁，釋放其中的蛋白質(zhì)和水分，使細(xì)胞失去活性。得到的蛋白質(zhì)會在液相中繼續(xù)分解，最后成為低分子物質(zhì)，形成蛋白質(zhì)溶液。再將得到的混合液污進(jìn)行固液分離，從而形成蛋白濾液和蛋白土，蛋白濾液經(jīng)蒸發(fā)濃縮液后得到蛋白原液，且堿性藥劑Ca（OH）₂中的Ca^２＋能與蛋白質(zhì)以及其中間產(chǎn)物分子的終端羧基結(jié)合生成水溶性的鈣鹽，即：氨基酸鈣，最終能夠得到優(yōu)良的鈣蛋白有機(jī)肥料；而分離得到的固體殘渣同樣含有豐富的氨基酸及有機(jī)螯合鈣，可作為土壤改良劑（蛋白土）使用。根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置土地改良用泥質(zhì)》（GB／T24600-2009）標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，可將處理后且滿足本標(biāo)準(zhǔn)的污泥用于鹽堿地、沙化地和廢棄礦場土壤改良。與傳統(tǒng)好氧發(fā)酵相比，熱堿水解不僅能夠得到高附加值的蛋白液和蛋白土，還可以減少占地面積，緩解城市用地緊張，更有利于城鎮(zhèn)污水處理廠污泥的土地利用處置。國內(nèi)開展熱堿分解處理污泥的工藝技術(shù)研究已有十余年，但應(yīng)用案例并不多。熱堿水解提取蛋白質(zhì)技術(shù)是一種“穩(wěn)定化、無害化、減量化、資源化”的新型污泥處置技術(shù)，目前處于初級產(chǎn)業(yè)化階段。污泥通過熱堿水解處理以及固液分離后形成的固體污泥殘渣含水率由80％降至40％從而減量3／4，有機(jī)物削減50％以上而達(dá)到減量化目的；污泥中的病原菌因破壁失活而實現(xiàn)無害化；固體污泥殘渣可作為覆土、綠化土、土壤改良劑和建筑材料被利用，分離出的含蛋白液體可作為蛋白發(fā)泡劑和有機(jī)肥等加以利用，實現(xiàn)了穩(wěn)定化和資源化。

３污泥處理處置過程碳排放

中國是世界最大溫室氣體排放國，據(jù)統(tǒng)計排放總量占全球25％以上。為此，2020年，**主席在聯(lián)合大會上提出2030年前中國二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力在2060年之前實現(xiàn)碳中和的兩個階段奮斗目標(biāo)。污泥處理處置工藝在實施過程中不可避免也存在碳排放問題，引起負(fù)面環(huán)境效應(yīng)。好氧堆肥、土地利用、干化焚燒主要以CO₂形式排放，厭氧消化和填埋主要以CH4為主。劉洪濤等研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用熱干化焚燒工藝處理處置污泥過程中，CO₂排放量為327.9kg/t污泥，而土地利用（作為基質(zhì)用于農(nóng)田、林地、草坪綠化等）過程中，碳凈排放量甚至是負(fù)值（-643.6kg/t污泥）。郭瑞等研究表明，利用好氧堆肥、厭氧消化、填埋工藝處理處置每噸濕污泥過程中，分別可釋放59~69.240，500kgCO₂當(dāng)量溫室氣體，而土地利用增加了植物碳匯，促進(jìn)了CH₄的氧化。林文聰?shù)戎赋錾疃让撍吞盥袷俏勰嗵幚硖幹锰寂欧诺闹饕獊碓矗勰嗤恋乩镁哂械吞寂欧判?yīng)特征，是發(fā)展低碳處理技術(shù)的優(yōu)選模式。綜上所述，污泥土地利用的方式更符合政策背景導(dǎo)向以及行業(yè)發(fā)展趨勢，實現(xiàn)了碳減排目的。

４結(jié)語

我國污泥處理處置技術(shù)正處于持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程中，國內(nèi)常用的污泥處理處置方法有衛(wèi)生填埋、干化焚燒、厭氧消化以及土地利用等技術(shù)，盡管它們都各有利弊，但最終的目標(biāo)都是希望污泥經(jīng)過減量化、穩(wěn)定化和無害化處理后作為資源回用。結(jié)合我國目前的相關(guān)政策、法規(guī)、經(jīng)濟(jì)市場以及發(fā)達(dá)國家的污泥處置技術(shù)思路，污泥土地利用仍會是我國未來污泥處置的最終目標(biāo)，因此，以熱堿水解為手段，實現(xiàn)土地利用的污泥處理處置技術(shù)在未來市場中也必將占有一席之地。

內(nèi)容來源：《山東化工》