我国城市污泥的处置与利用

1、我国城市污泥的处置与利用马 娜，陈 玲，熊 飞同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海 200092摘要：城市污水污泥产量巨大且成分复杂，如何对它进行合理利用已越来越受人们关注，若处置利用不当就不能够充分发挥其消除污染、保护环境的作用，也就明显地削弱了污水处理厂的净化功能。文章系统地综述了我国城市污泥处置与利用的现状和趋势，并重点讨论了污泥土地利用的可行性以及我国近年来的研究进展。认为将污泥进行稳定化、无害化、资源化处理并作为有机肥料或土壤改良剂进行土地利用是符合我国国情的，并将成为我国污泥处置与利用的一种有效途径。关键词：城市污泥；处置；利用；有机肥料；土壤改良剂中图分类号：X705

2、 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2003）01-0092-04随着我国城市经济的发展和人口的增加，环境污染日益严重。而人们环境意识的加强和对环境质量要求的提高必然使越来越多的废水需要处理。从全国废水排放情况可以看出，我国年废水排放总量均在3.2010103.701010 t之间。显然，因此会产生大量的污泥。一般污泥产量为所处理污水量的1%3%，按常规，一座日处理4.0105 t的污水处理厂，日产干污泥约70 t（含水量70%80%），目前我国每年排放干污泥约为5.00106 t，且在不断增加。以上海市为例，目前上海年废水产量约1.7109 t，相应城市污泥产量每年就超过2.01

3、05 t。为了改善城市水环境，上海市新建石洞口、竹园、白龙港等污水排放系统和大型污水处理厂。随着污水处理设施的普及、处理量的提高和处理程度的深化，污泥的产生量必将有较大增长，如何合理处置污泥，解决如此大量污泥的出路已成为非常紧迫的任务。城市污泥成分复杂，其中虽含有大量氮、磷、多种微量元素和有机质等可利用成分，也可能含有有毒、有害、难降解的有机物、重金属、病原菌及寄生虫（卵）等物质。因此如果处置不当，可能对生态环境和人类自身造成很大危害。另外，污泥处理的投资和运行费用巨大，可占整个污水处理厂投资及运行费用的30%50%。因此，寻求经济有效的减量化、无害化和资源化的污泥处理利用技术具有重要意义。1

4、 常用污泥处置方法及存在问题污泥处理与处置的目的主要有以下4个方面：（1）减量化，即减少污泥最终处置前的体积，以降低污泥处理及最终处置的费用；（2）稳定化，即通过处理使污泥稳定化，最终处置后不再产生污泥的进一步降解，从而避免产生二次污染；（3）无害化，即达到污泥的无害化与卫生化，如去除重金属或灭菌等；（4）资源化，即在处理污泥的同时达到变害为利、综合利用、保护环境的目的。城市污泥的处置途径很多，因国家情况的不同而有很大差异，堆肥处理、卫生填埋、焚烧处理、水体消纳和土地利用(排入江河湖海的方法)是包括我国在内的许多国家常用的方法。1.1 堆肥处理目前世界各国采用的方法主要有静态和动态堆肥两种，如

5、自然堆肥法，圆柱形分格封闭堆肥法，滚筒堆肥法，这些方法都在不断发展和完善。我国近年还发展了将污泥和城市垃圾等其它物质混合堆肥后加以利用12的新方法。一般和污泥进行混合堆肥的物质有城市垃圾、木屑、树皮、稻壳、稻草等有机调理剂或回流堆肥，一般城市垃圾使用较多。堆肥时一次发酵周期约为710 d左右，二次发酵周期为1个月左右，堆肥的最佳温度5065 。堆肥处理时主要影响因素有：原料含水率、有机质含量、C/N比和孔隙率等。通过堆肥过程的生化反应，使污泥达到稳定化和无害化的要求，堆肥后无蚊蝇滋生，基本无嗅味，外观呈现较松散，已达到腐熟程度，既杀死了污泥中的有害细菌，又能提高其肥效。但填埋处理一般需专用的场

6、址，且场址面积也要求较大，并需要较高的运输和处理费用。在我国目前土地资源相对匮乏的条件下，大批堆场的开发显然存在难度，也不利于可持续的发展。1.2 卫生填埋城市污泥经过简单的灭菌处理直接倾倒于低地或谷地制造人工平原是污泥填埋处置的基本方式。它的好处一是污泥无毒无害化处理成本低，不需要高度脱水（自然干化），二是既解决了污泥出路问题，又可以增加城市建设用地。然而，城市污泥卫生填埋也存在许多问题，如填坑中含有各种有毒有害物质，会通过雨水的侵蚀和渗漏作用污染地下水环境，这对以地下水为生活水源的地区来说是个严重问题。此外，适宜污泥填埋的场所因城市污泥大量的产出而显得越来越有限。所以说，污泥作卫生填埋处理

7、时，除了要考虑城市周围是否有适合填埋的低地或谷地之外，还应考虑到环境卫生问题。建设污泥卫生填埋场如同生活垃圾卫生填埋场一样，地址须选择在底基渗透系数低且地下水位不高的区域，填坑铺设防渗性能好的材料，卫生填埋场还应配设渗滤液收集装置及净化配套设施，以防新污染的产生。1.3 焚烧处理城市污泥中含有大量的有机物和一定量的纤维素木质素。焚烧正是利用污泥中有机成分较高、具有一定热值等特点来处置污泥。脱水后的污泥发热量约836 KJ/kg，掺入适量的引燃剂、催化剂、疏松剂和因硫剂等添加物配制成“合成燃料”，可做工业炉窑或生活锅炉的辅助燃料。焚烧优势在于可以迅速和较大程度地使污泥达到减量化，且在恶劣的天气条

8、件下不需存储设备，既解决了污泥的出路问题又充分地利用了污泥中的能源，而且污泥不需要作杀灭病原菌的处理。近年来焚烧法由于采用了合适的预处理手段，实现了污泥热能的自持，并能满足越来越严格的环境要求和充分处理不适宜于资源化利用的部分污泥。对于大城市中远离填埋场而造成运输费用提高的场合，使用焚烧法处置可能是经济有效的。在所有的污泥处置中，焚烧方法产生的剩余物最少；它的另一个优越性在于无异味。但是另一方面，焚烧又是高成本和可能产生二次污染的(废气、噪声、震动、热和辐射)，焚烧的成本是其它工艺的24倍。污泥中的重金属可能随着烟尘的扩散而污染空气，同时污泥必须保证比较低的含水率才能制作“合成燃料”，因此污泥

9、需进行脱水处理。从目前的技术水平看，机械脱水成本比较高，自然脱水虽然成本低，但时间长占地大、而且晾晒期间，污泥中的腐臭气污染空气。由此可见，焚烧存在着不少问题：（1）投资和操作费用较高；（2）计划实施较困难；（3）焚烧产生的气体若控制不当可能会产生二次污染（二恶英等）；（4）污泥中的有用成分未得到充分的利用。因此，焚烧主要在以下两种情况中应用：由于污泥的性质不适合或数量过大不能农用；现有的填埋体积不足。1.4 水体消纳 利用水体消纳城市污泥一般不需进行严格的无毒无害化处理，也不需要脱水就直接排入水体，而且容量大。但这种方法只能是解决污泥出路的一种权宜之计，并没有从根本上解决环境污染问题。污泥进

10、入水体后，其中的有毒有害物溶入水环境，导致水生环境恶化；另一方面，污泥经长年累月进入水体，其中的泥沙会导致水位升高，甚至堵塞河道，对人类生存产生潜在的威胁。上个世纪90年代以来，大量城市污泥进入水体己经致使江河湖海污染问题日益突显，许多国家开始慎重考虑水体消纳污泥的方式。美国已经通过立法禁止这一污泥处置方式。欧盟认为海洋不是消纳污泥的最佳场所，建议成员国逐步减少污泥水体消纳量，并于1998年底停止这种行动。在我国，这种污泥处置方式也不被推荐。1.5 土地利用土地利用越来越被认为是一种积极、有效、有前途的污泥处置方式。这种方式主要是将污泥用于农田等施肥，垦荒地、贫瘠地等受损土壤的修复及改良，园林

11、绿化建设，森林土地施用等。用于土地利用的污泥通常是剩余活性污泥。污泥中含有丰富的有机营养成分如氮、磷、钾等和植物所需的各种微量元素如Ca、Mg、Cu、Zn、Fe等，其中有机物的浓度一般为40%70%，其含量高于普通农家肥，因此能够改良土壤结构，增加土壤肥力，促进作物的生长。如能合理利用，将是非常有价值的资源。在国外，污泥及其堆肥作肥源农用，已有多年的历史，城市污泥农用比例最高的是荷兰，占55%；其次是丹麦、法国和英国，占45%；美国占25%。与国外相比，我国对城市污泥农用资源化的理论研究与实践均相差甚远，但京、沪、津等地的污泥农用也有二十几年的历史。污泥成分及来源相当复杂，在含有营养成分的同时

12、，不可避免的也会含有一些有害成分，如各种病原茵、寄生虫卵，以及铜、铝、锌、铬、砷、汞等重金属和多氯联苯、二恶英等难降解的有毒有害物质。因此，污泥土地利用的一个原则是施用污泥中的有害成分不能超过受施土壤的环境容量。一般来说，污泥在进行土地利用前需经过无害化的预处理，一方面可减低污泥的体积使其便于运输和施用，另一方面可减低乃至去除其中病原菌、有毒有害有机物、重金属等。 我国是一个发展中的国家，又是一个农业大国，相对其它污泥处置方式而言，城市污泥的土地利用是更符合我国国情的。2 污泥土地利用的途径及有害物质的控制目前常用的污泥土地资源化利用途径有农田施用、林地施用、园林绿化建设应用、受损土壤的改良和

13、修复等。2.1 农田施用 污泥中含有大量的有机营养成分和微量元素，施用于农田后会提高土地的氮、磷、钾等的浓度，增加土地的肥效，从而促进作物的生长。污泥的肥效可高于一般农家肥3，也不像化肥会使土壤板结，因此施用污泥既可肥田，又有利于土壤质量的改良，并减低了农业生产的成本。日本有研究表明，污泥施用对绝大多数作物都有良好的肥效作用，其中以叶莱类增产最多，同时可改善蔬菜因缺少微量元素而引起的品质下降4。我国郭媚兰等人对污泥农田施用后对土壤的改良作用进行了研究，其盆栽和田间实验表明：施用污泥后，土壤中氮、磷、钾、总有机碳等营养成分及田间持水量、土壤团粒结构、土壤空隙度等都随污泥或污泥堆肥用量的增加而相应

14、增加，土壤结构得到明显改善5。莫测辉等人6的研究则发现污泥对植物种子的发芽有促进作用，但对幼苗的生长却有抑制作用，抑制物主要为有机酸和醛等。周立祥等对苏州市生活污泥的农用研究表明：施用污泥后土壤结构明显改善，体积质量下降，孔隙增多，通气透水性加强78。2.2 林地施用 污泥除可用于农田外，还被使用在森林土地的施用上。一方面污泥中的营养成分和微量元素可促进树木生长；另一方面由于污泥林地施用不进入食物链，不会对人类健康造成危害。一般林场、森林等地区均非人口密集地区，所以污泥施用较为安全。为避免施用污泥后可能对地下水产生的污染，可以采用分少量多次投加的策略。林地、荒山等面积都较大，相对环境容量也较大

15、，可吸纳大量的污泥，林木本身也可利用污泥中氮、磷等加速生长。西安张天红等人曾对陕西省长安县一林场进行污水污泥施用实验，其结果表明：施用一段时间后，林木的高度和直径随污泥施用量的增加而增加9。2.3 园林绿化施用 近年来，城市污泥已开始用于园林绿化、花卉培养等。施用于花卉、草坪等既远离食物链，又可就近消化污泥，还能减少化学肥料的用量。目前我国市政绿化及花卉市场发展很快，因此应是污泥施用的一个很有前途的方向。张增强等人10将堆肥污泥施用于花卉，发现施用后花卉的花期延长，开花量增加，花径增大。2.4 受损土壤的修复与改良污泥中的有机质可以改善土壤的物理性质，因此污泥除了做肥料使用外还可以用作土壤改良

16、剂。林春野等人11以北京市朝阳区何家坟为试验基地，施用燕山石化污水厂的剩余污泥后发现：土壤有机质，土壤中速效氮、速效磷、速效钾含量显著增加，大大提高了土壤的肥力。较常见的受损土壤有采矿残留矿场、取土后的凹坑、垃圾填埋场、地表严重破坏地区等。这类土地一般已失去土壤的正常特性，无法直接进行种植。施入污泥可以增加土壤养分，改良土壤特性，改善土壤结构，促进土壤熟化。这样在促进地表植物的生长的同时避开了食物链，对人类生活潜在威胁较小，既处置了污泥，又恢复了生态环境，是一种很好的利用途径。薛澄泽等在西安进行了复合污泥堆肥施用于高速公路绿化带的研究，已取得了初步进展12。2.5 污泥无害化、稳定化方法 常用

17、的污泥稳定化方法有好氧厌氧消化、加石灰稳定法、加氯稳定法、污泥堆肥等，其中以污泥堆肥最常用。污泥堆肥是指将污泥与秸秆、树叶、垃圾等在一定的条件下（如pH、C/N、通气、水分、温度）进行好氧堆沤。污泥经堆肥化后，病原茵、寄生虫卵、杂草种子等几乎全部被杀死，挥发性成分减少，重金属有效态的含量也会降低，营养成分有所增加，污泥因而成为一种比较干净而且性质比较稳定的物质。随着污泥处理技术的发展，污泥堆肥化的工艺也在不断发展更新，现在多采用污泥和垃圾复合堆肥的方法，其稳定效果更好13。近年也有新的污泥无害化方法出现，如周立祥等14采用热喷处理污泥，发现污泥经适宜的热喷处理能有效除臭、杀病原菌和大幅度提高污

18、泥水溶性有机物和速效氮磷养分含量，并使养分的生物有效性提高。污泥中主要有害物质为重金属和病原菌微生物及有毒有机物。其中重金属是限制污泥大规模土地利用的最重要因素。污泥因来源不同，成份存在一定差异，但一般都或多或少含有一定量重金属。这些物质若随污泥进入土壤，就可能对环境造成一定的危害。因此，应该尽可能地减少其在污泥中的含量。但重金属难以降解，且一般溶解度很小，性质较稳定，较难除去。目前，主要通过生物学方法来降低重金属的毒害。如一般污泥经过堆肥化处理后，水浸提态重金属的量会减小，即有效态重金属减少，因此可通过控制污泥堆肥条件来提高污泥堆肥的质量15。未经处理的污泥含有各种病原菌和寄生虫等，它们可以

19、通过各种途径传播，会危害人畜健康，也会对植被产生影响。堆肥化处理等可有效地杀死绝大部分病原菌。此外，辐射处理、巴氏灭菌法也是较常用的方法。某些特种生产部门的污水污泥中含有多环芳烃、多氯联苯等有毒有机物，这些物质对人类有巨大的危害。通过堆肥等处理可在一定程度上将其降解，但很难完全去除。我国对城市污泥中难降解有机物的研究还有待进一步发展。3 结语（1）污泥的处理和利用应同时考虑环境、经济、社会三方面的因素。污泥作为一种有价值的资源，在稳定化、无害化处理后再利用，既解决其出路问题，又开发了新的资源，有利于可持续发展。（2）堆肥化是我国污泥稳定化的主要手段。（3）污泥土地利用是一种适合我国国情的有前途

20、的污泥处置方法。（4）在推广污泥土地利用的同时，应建立、健全相关法律、法规，划分污泥种类和施用地分区，发展和制定配套的环境监测方法和制度。总之，要想安全有效的处置污泥，需要政府、科研、环保、用户各方面的通力合作才能真正实现。参考文献：1 国家环境保护局. 水污染防治及城市污水资源化技术M. 北京: 科学出版社, 1992.2 曲颂华, 陈绍伟. 城市垃圾与污水厂污泥的混合堆肥研究J. 环境保护, 1998(10): 15-16.3 郭媚兰, 王秀林. 太原市污水污泥农业利用研究J. 农业环境保护, 1993, 12(6): 254-262.4 王木勉. 污泥处理方向性的探讨J. 下水道协会制,

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