摘要 本文结合国内外污泥处理处置的经验，分析并预测了武汉市城市污水处理厂污泥问题的现状和发展趋势，提出了武汉市城市污水处理厂污泥处理处置的技术路线。
关键词 污泥 处理 处置 技术路线
随着我国城市化进程的加快，城市污水处理率逐年提高，污泥产量也急剧增加。未经恰当处理处置的污泥进入环境后，直接给土壤、水体和大气带来二次污染，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类活动构成了严重威胁。为此，污泥必须首先经单元工艺组合处理，完成“减量化、稳定化、无害化”过程（污泥处理），然后才能弃置于自然环境中或再利用（污泥处置），这样才算完成城市污水处理的全过程，避免对生态环境造成二次污染。
一、武汉市污泥处理处置现状与问题
目前，武汉市投入运行的城市污水处理厂有4座，污水处理规模为53×104m3/d，每天污泥产量约为100t/d；至2020年，武汉市城市污水处理量将上升到274.5×104m3/d，每天产生污泥量将达1355t/d。
由于受观念和资金等因素的限制，武汉市已建成或在建的大部分污水处理厂均未设计完整的污泥处理系统，普遍采用的是浓缩、脱水这种简单的处理方式，只能实现有限的“减量化”，而无法有效实现“稳定化、无害化”。在污泥处置方面全部采取的是运往垃圾场填埋，基本上未考虑“资源化”问题。武汉市水务集团排水运营部会同湖北省农业厅土肥站对我市污水处理厂的脱水污泥进行了采样化验分析（表2）。这些数据表明：我市城市污泥中含有重金属、致病菌、寄生虫卵等危害人类健康的物质，如处理不当将污染土壤和水体；同时也反映出这些污泥中N、P、K和有机质含量较高，存在较高的开发利用价值。
注：数据来源于武汉市水务集团排水运营部
通过上述分析，我们认为存在的突出问题是：一是规划、设计、建设部门没有对污泥处置引起足够高的重视，甚至存在认识误区，造成我市污泥处理处置严重滞后，与构建生态城市和和谐环境的要求相去甚远。二是未经消化、干燥处理的污泥具有含水率高（80%左右），流变性强，体积大、且不易压缩等特性，大量的污泥作为垃圾填埋后患无穷。况且武汉市目前只有5座垃圾填埋厂，受纳能力仅为5700t/d。预计今后我市垃圾和污泥都将急剧增长，这将使污泥出路问题变得更加迫切。三是近几年国家提出了对城市污泥“减量化、稳定化、无害化、资源化”的要求，而我市至今尚未研究制定相关政策，也未认真编制专业规划，从宏观上缺乏指导原则和技术实施路线。
二、城市污泥处理处置的国内外经验
1.国内城市污泥处理处置状况
我国城市污泥处理和处置技术起步较晚，全国现有污水处理行业中有污泥稳定处理设施的还不到1/4，处理工艺和配套设备较为完善的还不到1/10。在处置方面，目前我国一些地方已开始将污水处理厂污泥用于土地填埋和城市绿化，并将污泥作基质制作复合肥用于农业等。由于国内在污泥管理方面对污泥所含病原菌、重金属和有毒有机物等理化指标及臭气等感官指标控制的重视程度还不够高，因此限制了对污泥的进一步处置利用。
为解决好污泥问题，自本世纪以来，我国的一些大城市陆续制订出台了污泥处理处置规划并在技术方面进行了多途径的实践探索。但是总体来说，国内的污泥处置目前仍处于起步阶段，还没有十分成熟的技术路线，没有从根本上解决污泥的无害化处置问题。
2.国外城市污泥的处理处置状况
国外城市对污泥的处理与处置十分重视，多数经济发达国家在建设城市污水处理厂的同时，将污泥处理处置同步设计、同步施工、同步投产，其投资约占污水处理厂总投资的50～70%。由于各国具体情况不同，选择污泥处置的技术路线各有侧重。
下图为1998年部分发达国家城市污水处理厂污泥处置情况
通过对国内外城市污泥处理处置现状的了解分析，我们得到两点启示：一是污水和污泥是解决城市水污染问题同等重要又紧密关联的两个系统，只有将污泥处理处置放在与污水处理同等重要位置，给予巨大投资，才能使水污染治理划上完整句号，这是成熟的污水处理思路；二是不同国情、市情应采取不同的污泥处理处置技术路线，主要考虑因素为经济状况、产业结构、土地资源、城市化进程等。
3.城市污泥处理处置技术发展趋势
污泥处理与处置二者密不可分，污泥最终处置方式的选择决定着污泥处理工艺的选择。传统的污泥处理方式主要是浓缩、消化、脱水、发酵、干化或焚烧等，其主要目的在于实现减量化、稳定化、尽可能做到无害化。随着经济社会发展，特别是循环经济理论日益被人们重视，大家对污泥的无害化、资源化要求越来越高。从国内外城市污泥处理处置发展趋势分析，目前和今后城市污泥处理处置将主要采取以下几种技术途径：
①土地利用。主要是指农用堆肥、园林绿化介质土和垃圾处理厂覆盖土等。其中，污泥堆肥技术是利用污泥中的微生物菌进行发酵处理，借助混合微生物群落，对多种有机物进行氧化分解，使其转化为植物易吸收的有机肥或有机—无机复合肥，具有广阔的市场前景。
②能源利用。污泥的能源利用包括焚烧、热解等方式。污泥焚烧是通过高温氧化将污泥中的有机物转化成无机物的过程，其主要优势在于处理的彻底性，减容率可达90%以上，同时焚烧产生的热能还能重新利用。污泥热解是在无氧或低氧条件下，将有机废物高温加热、裂解为低分子化合物（甲烷、氢气、焦油、甲醇等）的方法，热解能将废物中的有用物质转化为气态（燃气）或液态（焦油）的形式分别利用，其燃烧效率更高、污染更低。对于土地资源紧张，经济条件好的城市采用能源化利用无疑是解决污泥出路问题的理想途径。
③卫生填埋。对污泥进行填埋具有简单易行，费用低的特点，目前各地普遍采用。从我国的国情考虑，今后填埋仍将是污泥处置的主要方式之一。但最大的问题是渗滤液污染地下水，并且造成垃圾无法压实。所以，必须使污泥含水率大大降低（通常应低于40%）才能进场填埋。这就要求对脱水污泥进一步干化处理，才可达到卫生填埋标准。
④建材利用。污泥中除含有大量有机物外，通常还含有20～30%的无机物，主要是硅、铁、铝和钙等。充分利用污泥中的无机物和部分有机物，采取干燥、燃烧、造粒、烧结等加工，可以使污泥得到建材利用。目前国内外利用污泥研制的产品主要有：轻质陶砖、生态水泥、混凝土骨料、渗水砖材、微晶玻璃等。
三、武汉市城市污泥处理处置技术路线
选择污泥处理处置技术路线，主要从环境安全、资源投入、资源产出和收益影响比4个方面来考虑，同时兼顾环境生态、社会效益和经济效益三者之间的平衡。从武汉市的地理环境与经济社会发展状况看，具有人口密度大、经济较发达、土地资源相对紧张、能源紧缺、水源丰富、污水量大、浓度偏低等特点。为此，我们认为我市在污泥处理处置方式上应努力探索多种技术路线。
1.污泥堆肥技术
无论是从经济因素，还是从肥效利用因素出发，污泥堆肥都是一种符合我市市情的处置方法。湖北省是一个农业大省，全省实有耕地总面积420万公顷，除长江冲积平原土质较肥沃外，占全省70%的山区丘陵土壤有机质相当缺乏。从目前我省耕地土壤有机质的缺乏程度分析，按每公顷施用7500公斤有机肥计算，全省约需施用2200万吨，而我省有机肥源（畜粪便、农作物秸秆、绿肥等）约为1000万吨，有机肥资源缺口十分巨大。加上近几年城市绿化面积大幅度增加，对绿化栽培土的需求量巨增。由此，污泥堆肥在农用、林用及城市园林绿化等方面具有十分重要的开发价值和广阔的市场需求。
污泥中含有大量的有机质和植物所必需的营养元素，利用污泥作肥料，既可以促进土壤团粒结构形成，加速土壤熟化，提高土壤肥力，又能保水、保肥、提高土壤温度。武汉市的城市污水处理厂70%以上为生活污水，处理工艺以生物处理为主，污泥中的N、P、K和有机质含量较高，而重金属和有毒有害物质含量较低，非常适合农用堆肥。（详见表3、表4）
根据武汉市总体规划，全市最大的垃圾填埋场——汉口金口垃圾场将于今年6月封场，而今后我市垃圾处理的主要发展方向是焚烧。这就从根本上否定了我市今后对城市污泥实行大规模填埋的可能性，同时也对污泥减量化提出了更高的要求。而污泥焚烧是减量化程度最高的一种污泥处理处置方式。它是通过高温热处理技术，以过量的空气与被处理的污泥在焚烧炉内进行高温氧化燃烧反应，使污泥中的全部有机质、病原体在800～1200℃的高温下发生氧化、热解而被破坏。同时，焚烧残渣仅为原有体积的10％左右（相对于含水率75％的污泥）。因此，尽管污泥焚烧成本较高，但随着经济的发展和对环保要求的日益提高，焚烧必将成为今后大城市污泥处置的一条主要技术路线。
3.利用污泥提取蛋白质产品
蛋白质由于具有良好的起泡特性，在工业上可作为起泡剂的原料。而城市污泥特别是活性污泥中含有大量的细菌和微生物，因此污泥中的蛋白质含量也非常高（在剩余活性污泥中干重比例可达60%）。能否从城市污泥中提取蛋白质作为工业发泡剂的原料呢？湖北大学的专家们和武汉市水务集团排水运营部已经在这方面开展了一些探索并取得了一定的成果，现正着手进行生产性中试，主要应用方向为蛋白质泡沫灭火剂、泡沫钻井液等，而提取蛋白质后的残渣可直接添加到型煤中，提高型煤的单位燃烧热值。这项技术充分利用了蛋白质的发泡特性和剩余污泥含有较高蛋白质特点，所生产的蛋白质泡沫灭火剂完全可达到国家标准（表5），且可被生物完全降解，解决了蛋白质泡沫灭火剂的原料不足问题，有利于环保的蛋白质泡沫灭火剂的推广，所剩残渣中的重金属离子、氮、磷含量低（主要为细胞壁），且无臭味、无病原菌、病虫卵和病毒等，化学及生物污染很小，易于最终处置。
城市污泥问题的彻底解决需要在社会观念、管理体制、技术政策和市场机制等各个方面的形成系统性支撑。本文针对武汉市实际，主要从技术层面上对污泥处理处置问题进行了初浅分析与探索，但技术路线的实施必须要有配套政策来支持。为此，我们的基本结论和建议是：
一是要从坚持科学发展观的高度，充分认识到我市城市污水处理厂污泥处理处置严重滞后状况，充分认识到污水和污泥是解决城市水污染问题同等重要又紧密关联的两个系统，尽快组织编制我市污泥处理处置专业规划，并纳入我市污水治理的总体规划一并实施。
二是在污泥处理处置技术政策上要坚持分散化处理与集约化处置相结合、技术处理与资源化利用相结合、近期目标与长远目标相结合的指导原则，尽快建立我市城市污泥处理处置技术评估体系，填补技术政策空白。
三是在污泥处理处置技术路线上应坚持以土地利用为主、其它多种方式并重的多元化技术路线，在吸收国内外先进工艺的基础上结合我市的经济发展水平等实际情况，研究探索出一条适合武汉市情的污泥处理处置路子。建议要抓紧对我市城市污水处理厂的污泥总量和污泥成分进行科学分析测算，对未来发展趋势做出准确预测，在此基础上才能优选技术方案，对不同的处理方式（集中与分散）和不同处理处置工艺应结合在一起考虑，在经济上找到平衡点。
四是要高度重视污泥处理处置工艺中可能产生的负面因素，如重金属的富集、二恶英的释放等。从现在开始要加强污染物的源头控制，对排入城市下水道的工业废水要加强监测，严格控制排放标准，为污泥的处理处置奠定良好的基础。
