編者按

　　污泥無害化處理是我國乃至全世界迫切需要解決的關(guān)鍵科技問題。本文針對我國污泥處理目前存在的問題與不足，以利用煙氣余熱污泥低溫干化的發(fā)明技術(shù)為基點，將污泥無害化處理與節(jié)能減排兩項環(huán)境目標結(jié)合在一起，提出了以廢治廢、廢棄物再利用的污泥無害化、減量化和資源化處理途徑。為促進我國城市污泥處理事業(yè)健康發(fā)展，本版特刊發(fā)此文，以饗讀者。

　　污水處理廠污泥(簡稱城市污泥)是城市生活污水和工業(yè)廢水在進行凈化處理過程中產(chǎn)生的沉淀物質(zhì)，是一類危害性極大的固體廢棄物。如果不加以徹底處理與控制，將會對環(huán)境造成嚴重的二次污染。如何安全、經(jīng)濟地處理處置城市污泥成為世界共同面臨的環(huán)境難題。

　　目前，我國大部分城市污泥出了污水處理廠后，便進入無序的臨時堆存或簡單填埋狀態(tài)，不僅占用大量土地資源，而且嚴重破壞生態(tài)環(huán)境，特別是污泥中的污水侵入地下水，造成局部地下水資源難以復原的永久性危害。國外面臨城市污泥處理難問題早于我國數(shù)十年，在長期實踐中建立了污泥處理處置的方法。然而，由于我國國情與國外發(fā)達國家不同，國外的污泥處理處置方法難以在我國實施。

　　面對以上現(xiàn)實，開辟一條符合我國國情的污泥無害化、減量化、資源化處理的新途徑勢在必行，刻不容緩。

　　我國城市污泥的基本特征

　　■閱讀提示

　　由于我國經(jīng)濟發(fā)展在地域上的不平衡，造成了各地城市污泥產(chǎn)生量的明顯差異。城市污泥主要化學組成的含量在不同年份的變化是不大的，說明了污泥主要化學成分基本保持穩(wěn)定。城市污泥因含有大量有機物質(zhì)而具有較高的熱值。

　　我國城市污泥具有以下基本特征:

　　污泥的地域分布特征。由于我國經(jīng)濟發(fā)展在地域上的不平衡，造成了各地城市污泥產(chǎn)生量的明顯差異。就當前而言，城市污泥的產(chǎn)生量主要集中在東部地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計，東部11個省(市)的污泥產(chǎn)生量占全國污泥總量的63.87％；中部8個省的污泥產(chǎn)生量占全國污泥總量的20.9％；西部12個省(市)的污泥產(chǎn)生量占全國污泥總量的15.23％。但是，隨著中部的崛起和西部大開發(fā)，以及國家環(huán)保“十一五”規(guī)劃的實施，中、西部一些省(市)的污泥產(chǎn)生量不斷增加，全國城市污泥平均增長率為16.82％，而中、西部的平均增長率分別高達23.29％和21.83％，因此，未來幾年中、西部同樣面臨污泥處理的巨大壓力。

　　污泥的成分特征。對典型城市污水處理廠污泥連續(xù)3年的監(jiān)測表明，城市污泥主要化學組成的含量在不同年份的變化是不大的，說明了污泥主要化學成分基本保持穩(wěn)定。其中，污泥的無機物含量占60％以上，污泥中有機物含量平均達到36％左右。城市污泥中含有大量重金屬，由于重金屬不能被微生物分解，并可在生物體內(nèi)富集，對生態(tài)環(huán)境的危害較大，因此重金屬是污泥中主要的有毒有害物質(zhì)。連續(xù)5年的監(jiān)測表明，污泥中重金屬含量隨時間變化的范圍很大，說明城市污泥中重金屬含量隨地區(qū)和時間的不同而變化，這主要與工業(yè)廢水的來源和比例不同有關(guān)。

　　污泥的熱值與含水率。城市污泥因含有大量有機物質(zhì)而具有較高的熱值。熱值是城市污泥最有價值也是惟一可被資源化利用的部分，它與有機物質(zhì)的含量成正相關(guān)關(guān)系。我國城市污泥有機質(zhì)的含量一般在30％~45％之間，污泥所含的熱值一般在1200~2500千卡/公斤。污泥熱值是否具有可利用價值決定于污泥的含水率，只有當污泥含水率至少降至30％以下時，污泥的熱值才具有利用價值。污泥中的水以間隙水、毛細水、吸附水和結(jié)合水等不同的形態(tài)存在。污水處理廠通過濃縮過程可以去除大量間隙水，再經(jīng)過機械脫水可以去除間隙水和部分毛細水，一般能使污泥含水率降至80％左右。含水率80％左右的污泥呈糊狀，是需要徹底處理的對象，這時它只是有害的危險固體廢棄物，不具有任何利用價值。

　　國外污泥處理方法不適合中國

　　■閱讀提示

　　在探索我國污泥處理處置技術(shù)的過程中，存在追隨國外現(xiàn)有污泥處理方法的趨向，具體表現(xiàn)為:改變污泥物性去適應(yīng)填埋；簡易的污泥焚燒；放寬污泥土地利用條件等。國外的污泥處理方法難以被我國借鑒。

　　國外污泥處理處置方法主要有衛(wèi)生填埋、焚燒和土地利用等。這些方法得以實施依賴于以下3個基本條件:要有足夠的污泥填埋空間；有承受昂貴設(shè)備投資和很高運行費用的經(jīng)濟實力；對污泥中有害物質(zhì)如重金屬等有嚴格的限制條件。我國在經(jīng)濟上無法承受太高的污泥處理費用，此外，城市污泥具有兩個明顯特點:一是污泥數(shù)量和體積特別大，我國一個城市的污泥產(chǎn)生量往往超過歐洲一個國家的污泥總量，并且主要集中在城市周邊，根本沒有適合污泥填埋的空間；二是由于生活污水和工業(yè)廢水合并處理，使污泥的成分非常復雜，特別是重金屬和持久性有機污染物的含量較高，污泥土地利用存在很大的環(huán)境風險。很顯然，國外的污泥處理方法難以被我國借鑒。

　　我國城市污泥產(chǎn)生的環(huán)境問題已引起各級政府的高度重視，環(huán)境保護部以及沿海一些省(市)有關(guān)部門已發(fā)布了相關(guān)的技術(shù)指南，明確污泥是城市污水處理的一部分，必須得到全面、徹底處理。這意味著與污水處理一樣，城市污泥處理將成為一個巨大的產(chǎn)業(yè)，為此吸引了相關(guān)行業(yè)紛紛介入污泥處理領(lǐng)域，這為我國盡快擺脫污泥處理技術(shù)困境帶來了動力。但是，污泥處理并不像污水處理那樣可以直接引進和消化吸收國外成熟的技術(shù)，而需要做大量的創(chuàng)新性工作和不斷探索。為在城市污泥處理領(lǐng)域有所作為，我國一些科研機構(gòu)、大專院校和公司企業(yè)投入了人力物力，開展了一系列相關(guān)研究與工程實踐。通過技術(shù)交流可以看出，在探索我國污泥處理處置技術(shù)的過程中，存在追隨國外現(xiàn)有污泥處理方法的趨向，具體表現(xiàn)為:

　　改變污泥物性去適應(yīng)填埋。國外的污泥衛(wèi)生填埋始于上世紀60年代，這是一種具有嚴格管理制度的環(huán)境工程方法。污泥衛(wèi)生填埋場通常選擇在地基滲透系數(shù)低且地下水位不高的區(qū)域，并鋪設(shè)防滲性能好的材料，以避免對地下水源及土壤的二次污染，同時設(shè)有甲烷氣體和滲濾液的收集及其凈化處理設(shè)施。由于污泥衛(wèi)生填埋需要占用大量土地和最終不能避免污染環(huán)境，因此從2000年后，國外采用衛(wèi)生填埋方法在污泥處置中所占的比例迅速降低。目前我國城市污泥仍以填埋的處置方式為主。由于從污水處理廠外運的含水率為80％左右的污泥呈半流體狀，這給填埋(尤其是與生活垃圾一起填埋)帶來技術(shù)上的困難和安全上的隱患。為使污泥能夠盡量滿足填埋需要的物性要求，有的通過添加石灰或水泥等物質(zhì)，使污泥的含水率降低來改變半流體的性狀，去適應(yīng)填埋的要求。這種措施不僅不能使污泥減量，而且使有用的物質(zhì)成為廢棄物，結(jié)果占用更多的土地資源。

　　簡易的污泥焚燒。污泥焚燒是指在高于600℃的溫度下，使污泥中的有機組分全部碳化生成穩(wěn)定的無機物。自1962年德國率先建設(shè)并開始運行第一座污泥焚燒廠以來，污泥焚燒處理技術(shù)在西歐和日本等國得到較快推廣，污泥通過焚燒，減容減量化程度很高。但是，污泥焚燒設(shè)備的一次性投資巨大，能耗和運行費均很高。另外，污泥焚燒可能產(chǎn)生廢氣、噪聲、熱和輻射等污染，特別是在經(jīng)過不充分燃燒的過程中會產(chǎn)生二惡英等有害氣體，在大氣污染控制方面還存在一定的技術(shù)難度。近年來，國內(nèi)有些地方采用直接向爐膛噴燒濕污泥的方法。實踐證明，這種方法不僅對鍋爐燃燒效率和設(shè)備有嚴重的負面影響，而且會給安全生產(chǎn)和大氣環(huán)境帶來隱患和不利影響。

　　放寬污泥土地利用條件。污泥的土地利用主要包括污泥農(nóng)用、森林、園藝和廢棄礦場等場地的改良。單純的城市生活污水處理后產(chǎn)生的污泥，含有豐富的有機物和一定量的N、P、K等營養(yǎng)元素，經(jīng)過高溫堆肥和生化處理，可以進行土地利用。但生活污水和工業(yè)污水合并處理產(chǎn)生的污泥，堆肥的方法不能去除有毒有害物質(zhì)。歐美國家根據(jù)各自具體的情況，分別制定了污泥土地利用的技術(shù)標準和相關(guān)的法規(guī)。然而，隨著人們對重金屬和持久性污染物對生態(tài)環(huán)境影響的認識不斷加深，發(fā)達國家已開始禁止再向土地直接施用污泥。我國一些地區(qū)試圖采用土地利用的污泥處置方法，由于城市污水處理系統(tǒng)中工業(yè)廢水的比例變化很大，污泥中的重金屬和持久性有機污染物等含量非常不穩(wěn)定，即使用于園林綠化，也會給環(huán)境帶來潛在危害。隨著人們對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量要求的日益提高，污泥土地利用的可行性將越來越小。

　　毋庸置疑，國外的污泥處理方法不適用于中國，單純追隨國外現(xiàn)有的污泥處理方法無法從根本上解決我國城市污泥處理難的問題，我們必須開辟具有自主知識產(chǎn)權(quán)的污泥處理新技術(shù)?？上驳氖?，通過多年努力，已有成功的工程實踐表明，利用煙氣余熱處理污泥技術(shù)已經(jīng)步入了國際污泥處理領(lǐng)域的前列。

　　利用煙氣余熱的污泥低溫干化技術(shù)

　　■閱讀提示

　　如果利用煙氣余熱進行污泥干化，可以徹底克服污泥干化的能耗瓶頸，使污泥處理的運行成本大大降低。利用煙氣余熱干化污泥不僅因為吸取熱量而減輕了熱污染，而且因為吸附了煙塵和部分二氧化硫而減輕了對大氣的污染負荷，能更好地達到節(jié)能減排的效果。

　　
　　城市污泥因含有大量有機物質(zhì)而具有較高的熱值，這奠定了污泥具有資源化利用的潛在價值基礎(chǔ)，也就決定了城市污泥無害化與資源化處理的可能性。城市污泥貢獻熱值的基本條件是，污泥的含水率必須從污水處理廠出來時的80％左右降至30％以下，這就是說對污泥進行深度脫水成為城市污泥能否被資源化利用的技術(shù)關(guān)鍵。

　　在現(xiàn)有的污泥深度脫水技術(shù)中，低溫干化是一種能夠使污泥全部毛細水和吸附水以及部分結(jié)合水蒸發(fā)的有效方法。所謂污泥低溫干化，就是通過低于污泥燃點的外來熱源將污泥中水分蒸發(fā)的過程。然而，污泥干化是能量凈消耗的過程，能耗費用通常占污泥處理總費用的80％以上，如果利用煙氣余熱進行污泥干化，可以徹底克服污泥干化的能耗瓶頸，使污泥處理的運行成本大大降低。

　　熱電廠或水泥廠排放的煙氣量很大，排放的煙氣溫度一般在120～200℃之間，其中蘊藏的巨大潛能正是污泥低溫干化最理想的熱源。如何利用煙氣余熱來實現(xiàn)污泥的深度脫水？浙江大學發(fā)明的二段式污泥低溫干化工藝不僅能使污泥有效干化，而且能使污泥在干化過程中自然形成顆粒。這種工藝采用熱煙氣與污泥直接接觸的方法，借助特制的干化成粒裝置，通過二段式干化工藝，一方面使熱煙氣能夠盡可能與濕污泥以最大面積接觸；另一方面使?jié)裎勰嗯c煙氣余熱有足夠的時間進行熱交換，從而達到污泥低溫干化效率的最大化。來自熱電廠、水泥廠排放的煙氣，或者是垃圾焚燒發(fā)電排放的煙氣，分別引入兩個并聯(lián)的污泥干化成粒裝置，最終使污泥的含水率從80％左右降至30％以下，污泥的體積減少至原來的1/3以下，首先實現(xiàn)了減量化。由于污泥是在連續(xù)滾動中完成干化過程的，因此干化后的污泥自然形成粒徑為2mm~8mm的顆粒。它保存了95％以上原始熱值，真正成為一種可以再利用的初級有機固體產(chǎn)品，可以作為燃煤的輔助燃料和水泥的生產(chǎn)原料，也可以燒制輕質(zhì)節(jié)能磚和陶粒以及生產(chǎn)水泥壓制品等。

　　污泥中含有大量有機物質(zhì)，在干化過程中污泥的部分有機物會發(fā)生分解，并釋放出各種氣體。對污泥干化模擬試驗和實際工程釋放氣體的測定結(jié)果表明，在低于200℃的溫度下，污泥釋放的氣體除最主要的水蒸氣外，還有少量的烴類物質(zhì)，它們通常在大氣中不穩(wěn)定，很容易被氧化或分解。由于利用煙氣余熱干化污泥需要的煙氣量在1.5×10⁵立方米/小時以上，因此，從污泥中釋放的少量有害氣體被充分稀釋，加上污泥釋放氣體與煙氣之間的相互作用，最后經(jīng)過除塵除氣裝置的處理，污泥干化產(chǎn)生的尾氣完全可達標排放。

　　在利用煙氣余熱的二段式污泥低溫干化過程中，熱煙氣與濕污泥直接接觸，既能使污泥干化的效率大大提高，又能使煙氣中的煙塵被濕污泥吸附，并被固定在污泥顆粒中。除此之外，污泥對煙氣中的二氧化硫具有吸附作用，分析結(jié)果證實，污泥對二氧化硫的吸附屬于化學吸附，當干化后的污泥顆粒作為燃煤輔助燃料資源化利用時，被化學吸附的二氧化硫不會再釋放進入煙氣。因此，利用煙氣余熱干化污泥不僅因為吸取熱量而減輕了熱污染，而且因為吸附了煙塵和部分二氧化硫而減輕了對大氣的污染負荷，能更好地達到節(jié)能減排的效果。

　　污泥最終處理的技術(shù)路線

　　■閱讀提示

　　走我國城市污泥最終處理的技術(shù)路線，將使城市污泥處理進入以廢治廢，廢棄物再利用的良性循環(huán)，是一條符合我國國情的污泥無害化、減量化和資源化處理的最佳途徑。

    我國污泥(含水率80％)的產(chǎn)生量已達到3.0×10噸/年，污泥通過干化使含水率降至30％，如果按常壓下1公斤水蒸發(fā)需要吸收熱量2675.9千焦耳計算，每年需要消耗的熱量為5.73×10千焦耳。如果這個熱量來自熱電廠和水泥廠排放的煙氣余熱，不僅每年可以在污泥干化處理中節(jié)省相當于1.95×10噸標準煤，而且也因為廢熱得到利用而直接減輕了對大氣環(huán)境的污染。

　　火力發(fā)電和水泥生產(chǎn)消耗的能源在我國化石能源中占最大的比例，全年能耗達到1.178×10⁹噸標準煤，成為我國二氧化碳的主要排放源。目前，我國能源利用率水平還很低，在眾多能耗損失中排煙損失是最大的，一般達到5％~12％。利用煙氣余熱干化污泥，不僅能夠使污泥得到安全、經(jīng)濟處理，而且能夠使水泥生產(chǎn)和火力發(fā)電的能源利用率有所提高。按照美國能源部能源信息管理署(EIA)公布的全球能源消耗量和二氧化碳(CO2)排放量進行計算，每噸標準煤燃燒會產(chǎn)生1.69噸二氧化碳，利用煙氣余熱干化污泥每年可少排二氧化碳329.56萬噸。由于利用煙氣余熱在低溫下完成污泥干化過程，因此保存了污泥95％的原始熱值。以我國污泥的熱值一般在1500~2500千卡/公斤計，干化后污泥作為燃煤的輔助燃料，每年可以提供的熱量相當于1.29×10⁶~2.14×10⁶噸標準煤。工程實踐表明，利用煙氣余熱干化污泥，干化后污泥進行資源化綜合利用能夠產(chǎn)生非常顯著的環(huán)境、社會和經(jīng)濟效益。由此可見，利用煙氣余熱處理城市污泥可以成為一種實實在在的節(jié)能減排措施。綜上所述，有充分的理由確立我國城市污泥最終處理的技術(shù)路線(見上圖)。

　　根據(jù)我國資源狀況，煤炭在能源生產(chǎn)及消費中的比例占70％以上，以煤炭為主體的能源結(jié)構(gòu)在今后較長時間內(nèi)仍將占主體地位。我國各地廣泛分布的熱電廠和水泥廠是燃煤的能耗大戶，在排放大量CO₂的同時排放出包括熱污染在內(nèi)的多種大氣污染物。利用煙氣余熱的污泥低溫干化技術(shù)進行污泥無害化處理，將使城市污泥處理進入以廢治廢、廢棄物再利用的良性循環(huán)，是一條符合我國國情的污泥無害化、減量化和資源化處理的最佳途徑。

　　作者系浙江大學教授、博士生導師、浙江大學環(huán)境與生物地球化學研究所所長

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”