城市汙水處理廠的汙泥處理和處置

一、引言 
為了控製（zhì）水汙染和實（shí）現汙水資源（yuán）化，我國對城市汙水處理（lǐ）率（lǜ）提出了明確的要求，到（dào）2005年，50萬以上人口城市汙（wū）水處理率應達（dá）到60％以上；到2010年，所有設市的城市，汙水處理率不低於60％。直轄市、省會（huì）城市、計劃單（dān）列市和風景旅遊城市，汙水處理率不低於70％。 
隨著汙（wū）水處理設施的普及、處理率的（de）提高和處理程度的（de）深化，汙水（shuǐ）廠的汙泥產生量將有較大的增長，由此引起的二次汙染問題已不容忽視。因此如何合理地處理、處置汙泥，已（yǐ）成為城市汙水廠和相關部（bù）門（mén）必（bì）需引起重視的問題。例如上海正在（zài）建設的竹園和白龍港兩個大型汙水處（chù）理廠，每天將產生（shēng）約700t幹汙泥或（huò）2000m3脫水後含水率為65％的汙泥。即每年產生255500t幹汙泥或含水率65％的汙（wū）泥730000m3。如（rú）何處（chù）置這麽大量的汙泥，這是許多大（dà）城市都將麵臨的問題。
國內外汙泥處理與處置的方法很（hěn）多，一（yī）般采用濃縮、消化、脫水、幹化、有效利用（多為農用）、填埋及焚燒等，或（huò）用（yòng）其中（zhōng）幾個方法（fǎ）組合處置（zhì）。應該說，對汙（wū）水廠汙泥的處理和（hé）處置，我們與先進國家相比，差距較大。 
城市汙水（shuǐ）廠的汙泥是指處理汙水所產生的固態、半固態及液態的廢棄物，含有大量的有（yǒu）機物、重金屬以及致病菌（jun1）和（hé）病（bìng）原菌等，不加處理任意排放，會對環境造成嚴重的汙染。對汙泥處（chù）理總的要（yào）求是穩定化、無害（hài）化和減（jiǎn）量化。 
國家對城市汙（wū）水汙染控製的技術政策及新頒布的城鎮汙水（shuǐ）處理廠汙染物排放標（biāo）準（GB 18918－2002），對城（chéng）市汙水廠的汙泥穩定和農田利用有明確的要求。但（dàn）實際情況是（shì），汙水處（chù）理廠的建設往往隻注意（yì）汙水處理要達（dá）到（dào）排（pái）放標準。近幾年，由於有脫（tuō）磷脫氮（dàn）要求，演變出不少汙水生物（wù）處理工藝，而對汙（wū）泥處理和處置（zhì），設計中一般隻（zhī）提將脫（tuō）水汙泥外運（yùn）和綜合利用，未計算其投資和經常費用，這勢必會造（zào）成二（èr）次汙染。處理（lǐ）廠建得越多，汙泥的二（èr）次汙染亦越廣泛。未經穩定處理（lǐ）的汙泥（ní），因有機物含量高，極易腐敗並產生惡臭，尤其是初沉澱池的汙泥，含（hán）有大量病菌、寄生蟲卵及病毒，易造成傳染病的傳播。 
二、汙泥的處理和（hé）處置 
通常把汙水（shuǐ）廠汙泥的穩定和脫水（一般脫（tuō）水至含水率達70％～80％）稱作汙泥的處理；將（jiāng）汙泥的堆肥、填埋、幹化和加熱處理及zui終利用，稱為汙泥的處置。如脫水汙泥中有毒有害物質超過農用標準，就要考慮衛生填埋和汙泥幹化焚（fén）燒技術。從國外汙泥處理的發展（zhǎn）來看，無論在歐洲、日本或美國對汙泥用於農田控製越（yuè）來越嚴，而對汙（wū）泥進行幹化和加（jiā）熱（rè）處理（lǐ）的（de）比例（lì）正逐年增加。 
1. 汙泥的處理 
汙泥穩定（dìng）處理（lǐ）有好氧穩定和厭氧穩定，好氧（yǎng）穩定有很多優點，但能耗很高（gāo），隻有當汙泥量較少時（shí）才采（cǎi）用。汙泥厭氧穩定處理通常采用中溫（35℃）厭氧消化方法。國（guó）內已有十幾座大型汙水處理廠采用此方法，汙（wū）泥經消化後，有機物含量減少，性能穩定，總體積減少，汙泥（ní）消化過程中還產生大量沼氣（消化降解1kgCOD可產生350L沼氣（qì））可以回收利用。 
但由於（yú）消化（huà）裝置工藝複雜，一次性投資大，運行有難度。汙泥厭氧消化（huà）和沼氣利用裝置費用，約（yuē）占汙水處理廠投資和運行費的30％左右，而（ér）且大多需進口技術和設備。從調查已（yǐ）建消化池的實際運（yùn）行看，隻有少數達（dá）到預期的效果。有管理、設計問題，亦有沼氣利用的經濟性和安全性問（wèn）題。比較好的如天津市東（dōng）郊（jiāo）汙水處理廠，該廠（chǎng）設計規模為處理（lǐ）城市汙水（shuǐ）40萬m3/d，汙泥日產（chǎn）2460m3（含水率96％），產生沼氣13300m3，供4台248kW發電機（jī）發電，日可發電27000度，並與市電並網。 
汙泥（ní）的穩（wěn）定問題（tí），除了采取汙泥厭（yàn）氧消化外，還應結合汙水處理工藝中考慮少產生汙泥和穩定泥質的方案。例如汙水處理工藝設計中采用延長汙水曝氣時間，減少汙泥的產量；設計參數中增加汙泥泥齡（如泥齡20天以上），盡量使汙泥趨向穩定的（de）汙水處（chù）理工藝。對中小型汙水處理廠來說，采用帶有延時曝氣功能處理工（gōng）藝（如氧化溝等處（chù）理工藝）是可取的。有的汙水處理工藝投資低（如AB法（fǎ）的A段），而汙泥量較多，增加了汙泥的處理成本（běn）。故應當把汙（wū）水處理和（hé）汙泥處理統一考慮，一並計算投（tóu）資和運行費用。 
汙泥的（de）穩定並不等於汙泥無害，用（yòng）於農田還需要符合國家（jiā）標準中關於汙泥農用時汙染物（wù）控製標（biāo）準限值。見下表。其中對（duì）鎘、汞、砷、苯並芘、多氯聯苯的要求是比較高的，應該通過（guò）嚴格控製工業廢水源頭的排放，來控製汙泥的性質。 
國外在汙泥穩（wěn）定方麵，除了（le）用生物法（包括中溫消化、高溫（wēn）消化（huà）及利用微生物和某些添加劑）外，還采用了化學法（fǎ），有的將脫水後的汙泥加鹽酸調（diào）pH值至2～3，反應60分鍾再（zài）加硝酸鈉（nà）；有的對脫水汙泥添加石（shí）灰。後者在歐洲（zhōu）應用較多。 
2. 汙泥的（de）處置 
（1） 製複合肥（féi） 
按我國目前的經濟條件，對多數汙水廠（特別是大量小型汙水廠）來說，汙（wū）泥用於農田是比較可行和現實的方案。汙泥中的氮、磷（lín）、鉀和（hé）微量（liàng）元素，對農作物有增產作（zuò）用；汙泥中的有機質、腐殖質是良好的（de）土壤改良劑（jì）。汙泥經適當濃縮、脫水後運至市郊或鄰近省份作（zuò）為農肥，是許多汙水廠采用的方法。但農田施肥有季節性，不需要（yào）泥肥時（shí），汙水廠會泥滿為患，影響正常運行。於是一（yī）些汙水廠支付費（fèi）用，讓農民把汙泥拉走，而不問其去（qù）向，這會造成二次汙染。 
（2） 衛生（shēng）填埋 
上海市對汙水廠的（de）汙泥處置提出“處理一點，填埋一（yī）點，利用一點”的原則，上海市水（shuǐ）務局正組織對汙泥處理、處置和（hé）利用的專（zhuān）題研究，提（tí）出汙泥用作農（nóng）田、衛生填埋和汙泥焚（fén）燒點的布局和具體的分期實施方案，防止產生二次汙染。這無疑是正確（què）的舉措。 
上海白龍港（gǎng）大型汙水廠（chǎng），正在（zài）按衛生填埋要求建設汙泥填埋場，根據汙泥性質、含水率及力學特性等（děng）因素（sù）進行設（shè）計。填（tián）埋廠使用期為七年，填埋場（chǎng）底部設有盲管將滲（shèn）濾液再回到汙水廠處理。此法占（zhàn）地大，運行工作量大，遇雨（yǔ）季汙泥更難以（yǐ）壓實，到使用期（qī）限後仍需另選場址。對大型汙水廠采用汙泥（ní）衛生（shēng）填（tián）埋，是不得已的權宜之計。衛生填埋場（chǎng）的造價不低，國外對衛生填埋（mái）場（chǎng）還要有沼氣安全收集係統，對分層複蓋的泥土和排水、綠化有專門的要求。鑒於地價上升和填埋場有臭味，近幾年來，無論歐盟國（guó）家或美國、日本，汙泥衛生（shēng）填埋的比例越來越小，美國已有的填（tián）埋場還（hái）將逐步關閉。 
有（yǒu）些城市（如成都市）擬將汙水廠汙泥（ní）運（yùn）至城市垃圾（jī）填埋場一並處（chù）置，這存在兩個實際問題：一是管理體製上的問題。垃圾的中轉站和填埋場的布點、設（shè）計和投資，屬環衛局管理（lǐ），而汙水廠（chǎng）的汙泥屬市政係統管理，設計垃圾填埋場使用年限和布（bù）點距離未考慮接納（nà）汙水廠汙泥；二（èr）是脫水汙泥含水率過高。運往垃圾填埋（mái）場的汙泥，要求含（hán）水率（lǜ）不大於30％，而目前汙水廠（chǎng）的脫水汙泥含水率在70％～80％，這類汙泥不（bú）易碾壓（yā）填埋，除非將汙泥作適（shì）當幹化或加石灰、絮凝劑處理。無論作何種填埋，汙泥宜采取高幹度脫水方案。 
（3） 幹化、焚燒 
國內近幾年在（zài）一（yī）些大城市已建和正建一批城市垃（lā）圾焚燒場。但汙水廠的汙泥作焚燒處置，隻有上海市石洞口汙水處理廠（設計規模為40萬m3/d）設有（yǒu）汙泥焚燒爐裝置，計劃今年年底投產。焚燒爐采用國外技術在國內製造，汙泥的幹化（huà）和（hé）焚（fén）燒設（shè）備總投資為人民幣（bì）8000萬元（yuán），費用並不算高。 
由於汙泥幹化和汙泥焚燒相結合（hé）比（bǐ）單汙泥焚燒（shāo）一次性投資少，處理成本低，故汙泥幹化往往是焚燒（shāo）的前處理。北京市清（qīng）河汙水廠二期工程和天津市鹹陽路汙水廠，擬先建汙泥幹化裝置。汙泥幹化可使（shǐ）汙（wū）泥含水率控製在10％～40％，減少了汙泥的體積和重量，降低了運輸費和填埋費，而且（qiě）汙泥的臭味大為減少。
幹化裝置分直接幹化和間（jiān）接幹（gàn）化（huà），其能量消耗與汙泥成份和水分有關。間接幹化（利用沼（zhǎo）氣通過熱交換器）一般推薦用立式幹化裝置，並選用流化床工藝。幹化與焚燒串聯工藝中（zhōng），幹化的程度取（qǔ）決於汙泥的熱值（zhí）和回收焚（fén）燒爐的熱能，使幹化（huà）的能量盡量平衡（héng），不另外（wài）添加燃料。上海石洞口設計汙（wū）泥的幹化和焚（fén）燒，汙泥熱值高，能源平衡有（yǒu）餘。汙泥流化床焚燒爐（lú），溫度在800℃以上（shàng），爐內有（yǒu）砂粒循環使用，外排氣體要適當處理。汙泥焚燒爐遠比垃圾（jī）焚燒爐的工藝簡單（dān）得多，且汙泥焚燒不會產生二惡（è）英（yīng）。下圖是法國（guó）巴黎塞納河旁Colombes汙水處理廠的汙泥焚燒爐和焚燒灰的除塵裝置。 
如脫水汙泥（ní）與垃圾一並焚燒，國外的經驗是（shì）每噸垃圾添加15％～20％含水率為30％的汙泥。汙泥的幹化和焚燒，可能將是一些（xiē）大城（chéng）市大型汙水處理（lǐ）廠的發展方向。當然，由於國外對焚（fén）燒（shāo）爐排塵有嚴格的要求，除了采用電除塵，還要降溫（wēn）加溫（wēn），加酸加堿，達到無煙塵的排放。 
（4） 填埋與焚燒（shāo）的比較 
上海和浙江一些單位作過汙泥衛生填埋（mái）及焚燒（shāo）處置的方案比較。其主要工藝流程為： 
原汙泥→濃縮→消化→脫水→衛生（shēng）填埋 
原汙泥→濃縮→（消化）→脫水→焚（fén）燒→焚燒灰填埋 
對於焚燒處理工藝，為了避免消化後汙泥熱值減少，也可以（yǐ）不作汙泥（ní）消化處置。上（shàng）述兩個（gè）工藝的經濟性比較（jiào）結果，無論采用國產設備或進口設備，二者的處（chù）置工程費（fèi）用（yòng）基本相同。按國產設備對汙泥進行處（chù）置，運行費用折成汙泥幹固體，處理總（zǒng）成本約為800元/t。以10000m3/d汙水（shuǐ）廠產生2噸DS計，每噸汙泥處理成本約16元，與國內大型汙水處理廠汙（wū）水處理成本（不計折舊和還貸利息）3～45元/m3相比，需（xū）增加成本35％～50％，這（zhè）與國外的實例相當。 
既然汙（wū）泥的衛（wèi）生填埋與汙泥的焚燒其工程費和運（yùn）行成本大致相當，那麽，從汙泥無害化（huà）和減量化看，焚燒方案有明顯的優點。這亦是國外（特（tè）別是西歐和日本）汙（wū）泥焚燒發展較快的原因。荷蘭的汙泥是100％采用焚燒處置的。焚燒後少量的（de）泥灰可用於混凝土、磚（zhuān）瓦製品、路基路麵的骨料和工程建設的回填土。 
三、汙泥處理和處（chù）置應注意的問題 
 1. 設（shè）計城市汙水處理設施（shī）時，要把工業（yè）汙染源控製（zhì）、汙水處理工藝和汙泥的處理和處置，作為一個（gè）係統來考慮。上海市對全市大小汙水廠的汙泥成份、數量進行分析，在（zài）此基礎上，對汙泥的處置作全麵規劃，協調多方關係，落實分期實施方案，這是正（zhèng）確的。不認真處置（zhì）汙水廠的汙泥，汙水處理是不完整的。 
 2. 對汙泥的zui終處（chù）置，我們缺乏經驗，如汙泥（ní）的幹化（huà）和焚燒裝置的設計，比汙水處（chù）理工藝複雜得多，我們應認真學習、引（yǐn）進、消化、吸收國外的（de）技術和經驗，同時要製訂（dìng）和完善汙泥處置有關的法規和標準。我國一些汙水處理廠的（de）汙（wū）泥消化、沼氣利用裝置，基本上都是引進（jìn）國外（wài）的技術和設備。 
 3. 采用多途徑來解決汙泥問題。大廠與小廠不一（yī）樣（yàng），南方與北方亦不（bú）一樣。有的地方汙泥可與垃圾處置相結合，有的地方汙泥可與發（fā）電廠燃煤相結合。對量大麵廣的小（xiǎo）型（xíng）汙水廠（chǎng）的汙泥，要總結農用的經驗。在汙泥幹化和加熱技術上，還可考慮利用太陽能、微波和濕式氧化等多種方案。有的汙泥可與工業廢水治（zhì）理中的汙泥一並處理。要善於總結各地的經驗和教訓，大力發展（zhǎn）國產化設備，這是一項朝陽產（chǎn）業。要積極探索適合國情的低成本、無害化、多用途的汙泥處理和處置途徑。