中國城市污水污泥處理處置問題探討
摘要：本文分析了城市污水處理中城市污泥處理、處置相關定義問題、污水處理與污泥處理的關系以及污泥的土地利用問題等。
關鍵詞：污水處理 污泥 氧化溝
1 前言
根據(jù)建設部《2003年城市建設統(tǒng)計年報》統(tǒng)計，全國已建成各級城市污水處理廠612座，處理量達到96億m3/a，處理率到達27.4%。但是污水處理過程中產(chǎn)生的主要副產(chǎn)物污泥也隨之逐年增加，這些污泥的處理、處置問題基本沒有妥善解決，其環(huán)境污染問題日益突出。按污水處理廠總的污水處理量估算，2003年我國大約有960萬t/a濕污餅產(chǎn)生(含水率為80%)，約190萬t/a干污泥。如果把其他污水處理設施產(chǎn)生的污泥量計算在內(nèi)，全國每年產(chǎn)生的濕污泥量為1480萬t/a(含水率為80%)，產(chǎn)生的干污泥296萬t/a。如果中國城鎮(zhèn)污水全部得到處理，污泥的產(chǎn)量將達到2000萬t/a。
據(jù)調(diào)查上海、北京、深圳等大城市每天都有千噸左右的濕污泥產(chǎn)生。北京2003年產(chǎn)生1479t/d濕污泥(含水率80%），每天產(chǎn)生干污泥296t/d。上海市每年產(chǎn)生的污泥量，如果按含水率為80%計算，總量為129萬t/年(含固率80%)，這還不包括自來水廠和下水道通溝污泥等。而其他省份，如山東省截至到2004年底已建成60多座城市污水處理廠，削減了大量污染負荷，但濕污泥產(chǎn)量巨大。2003年山東省污水處理廠污泥產(chǎn)生量為26.8萬t/a，其中處置量為20.8萬t(主要為填埋)，占77.6%，綜合利用量3.3萬t占12.3%，排放量2.7萬t，占10.1%。
在污水處理過程中，50%的有污染物都轉(zhuǎn)移到了污泥當中。污泥問題卻沒有得到很好解決，在很大程度上影響了水污染控制的成效。能否解決好污泥處理處置問題，避免二次污染，是水環(huán)境治理成功與否的關鍵因素之一。城市污水處理廠的污泥得不到及時有效的處理處置，直接外運、直接農(nóng)用或任意堆放和不規(guī)范的填埋都將使污泥成為新的環(huán)境污染源？上攵，如此多的污泥如果肆意處置，將從空氣、地下水、食物鏈三方面威脅著人類生活。沒有妥善處理處置的污泥給城市造成環(huán)境壓力和經(jīng)濟負擔是巨大的，污泥如何安全合理的消納已成為城市基礎設施建設中亟待解決的問題。
2 城市污泥處理、處置相關定義問題
討論污泥處理處置問題，應首先澄清有關污泥處理處置的術語和定義。從本質(zhì)上講污泥一詞也不是一個科學的定義，自然界中污泥的產(chǎn)生是與水體中固體物的沉積有關，所以一般稱為淤泥。從這個意義上講污泥是由可沉淀的顆粒物所構成，因此只有沉淀下來的才成為污泥。在科學界對污泥的定義也是不同的，比如在化學上和工程上對水中污染物類型的定義是不同的；瘜W家對水中有機物形態(tài)的定義是根據(jù)顆粒尺寸：溶解性(＜0.001μm)、膠體(0.001-1.0μm)，超膠體(1-100μm)和可沉(＞100μm)；工程上是通過可采用的分離方法來定義無機物的形態(tài)。例如用一定孔徑的濾紙(如1-4μm)或濾器過濾污水，來確定溶解性和懸浮物(污泥)濃度。因此，從工程操作上講污泥是大于過濾器孔徑(如1-4μm)的顆粒物質(zhì)，這包括化學家定義的部分超膠體和可沉物。
同樣，我國目前對污泥處理和污泥處置還沒有準確的解釋，造成概念不清。處理、處置概念的混亂，導致污泥處理、污泥處置目標不明，進而影響到管理、技術路線選取和技術標準的制定。這兩個概念的混亂首先是表現(xiàn)在對污水處理、污泥處理和污泥處置的內(nèi)涵不清，導致管理部門認為目前污水處理包括污泥處理和處置。其次，污泥處理和處置的界限以污水處理廠廠界為準，廠內(nèi)為污泥處理，廠外為污泥處置。這導致了責任主體的不清。筆者認為根據(jù)新頒布的固體廢棄物法，污泥處理處置的主體責任十分明確為污水處理廠。而根據(jù)科學性原則定義以下的概念。
污泥處理：城市污水處理廠在污水處理單元操作過程中產(chǎn)生的污泥通過減容化、減量化、穩(wěn)定化以及無害化的全過程稱為污泥處理。污泥處理主要包括污泥濃縮、脫水、消化（厭氧消化和好氧消化）、堆肥、干化等。
上述定義中污泥減容是通過降低污泥的含水率來減小污泥的體積，而污泥中生物固體量幾乎沒有改變的過程。減容主要包括濃縮、脫水和干化。污泥減容的概念容易與污泥減量相混淆，污泥減量一般包括污泥減容和污泥減量。污泥減量是指采用源頭和工藝等適當?shù)目刂品椒，使污泥產(chǎn)量減少的過程。而污泥污泥穩(wěn)定化過程也會使污泥減量，但是，污泥穩(wěn)定主要是針對污泥中有機質(zhì)而言，主要通過物理、化學或生化反應，使污泥中的有機物發(fā)生分解或降解為礦化程度較高的無機化合物的過程。穩(wěn)定方法包括堿（石灰）穩(wěn)定、厭氧消化、好氧消化、堆肥、化學穩(wěn)定和熱穩(wěn)定等。
一般非專業(yè)人士認為污泥無害化是污泥安全處置過程，事實上在專業(yè)定義上污泥無害化是通過化學氧化、高溫分解等殺滅污泥中病原體和蠕蟲卵等的過程。而污泥處置的定義應該為：為經(jīng)處理后的污泥或污泥產(chǎn)品以自然或人工方式使污泥能夠達到長期穩(wěn)定并對生態(tài)環(huán)境無不良影響的最終消納方式。污泥處置主要包括土地利用、污泥農(nóng)用、填埋和焚燒以及綜合利用（建材利用）等。
3 污水處理與污泥處理的關系
3.1污水處理工藝和污泥處理的關系
污水處理部分投資和污泥處理工藝不同，對后續(xù)污泥處理處置工藝要求不同。按污泥產(chǎn)生和處理方法不同，可分為如下三種：
⑴帶預處理的污水處理工藝，如傳統(tǒng)活性污泥法、AB法、水解、化學強化一級處理等。其污泥產(chǎn)量包括兩部分，預處理部分污泥量和好氧后處理污泥量。
⑵不帶預處理的工藝，如延時曝氣、氧化溝、SB等。一般為帶有污泥穩(wěn)定功能的延時曝氣傳統(tǒng)活性污泥法(包括氧化溝、SBR等)和帶有硝化功能的活性污泥工藝。
⑶帶污泥處理（穩(wěn)定化）工藝，如厭氧消化、好氧消化、堆肥等。
通過以上分析可知低負荷的延時曝氣池的池容和設備是中、高負荷活性污泥工藝的幾倍，所以相應的投資要高數(shù)倍；其次，延時曝氣對污泥是采用好氧穩(wěn)定的方法，其能耗比中、高負荷活性污泥要高40～50%左右。但是，采用高效(高負荷)、低耗污水處理工藝的關鍵之一是解決城市污水處理廠污泥處理問題？梢灾v，今后中國城市污水工藝的進步在很大程度上取決于污泥處理和利用技術的進步。
2004年底，對我國各省市污水處理廠開展了調(diào)查，在調(diào)查的573 個污水處理廠中，采用的污水處理工藝具體見圖1。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國大多數(shù)污水處理廠都采用活性污泥法處理污水，氧化溝工藝占24.76%，SBR占9.05%，而29.05%的活性污泥法中，由于所獲得資料沒有詳細說明，所以其中很可能有一部分是氧化溝或SBR法。
事實上，采用的是低負荷處理工藝，其池容和設備是中、高負荷工藝的幾倍，因此在建筑材料和土地資源上是高消耗的，相應的投資要高數(shù)倍；其次，國外采用延時曝氣系統(tǒng)是以耗能的方式取得污泥的穩(wěn)定工藝，延時曝氣系統(tǒng)能耗比中、高負荷活性污泥要高40～50%左右。我國能源日益短缺，高能耗的方式是對不可再生的化石能源消耗為代價；同時，能耗增加會帶來了直接運行費的增加，能耗增加也會還要增加間接污染和投資。我國主要的能源來自燃煤，這會造成嚴重的大氣污染問題。據(jù)資料報道處理能力為1萬t的低負荷污水處理廠，比中、高負荷裝機容量增加部分的電廠間接投資是污水處理投資的50%以上。
總之對我國這樣一個資源不足、能源日益短缺、經(jīng)濟不發(fā)達、人口眾多的發(fā)展中國家從可持續(xù)發(fā)展角度講，采用延時曝氣這種高資源占用和能源消耗的低負荷工藝，并以耗能的方式取得污泥的穩(wěn)定工藝是不符合可持續(xù)發(fā)展的基本原則，也是不適合中國國情的。我國應該開發(fā)經(jīng)濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少的城市污水處理技術。但是，在中國僅有的十幾座污泥消化池中能夠正常運行的為數(shù)不多，有些池子根本就沒有運行，這也是導致中國近年大量采用帶有延時曝氣功能的氧化溝等技術的原因。
3.2污泥處理和處置的關系
大部分的污水處理廠污泥處理的不到位在很大程度廠影響了污泥的最終處置。通過調(diào)查污水處理廠采用的污泥處置方法見圖2。從圖2可以看出，中國大約有63%的污泥進行土地填埋。污泥堆肥農(nóng)用約占13.5%，污泥自然干化綜合利用占5.4%，污泥焚燒約占1.8%。而污泥露天堆放和外運各占1.8%和14.4%。在14.42%外運的污水處理廠中都沒有交待污泥外運后的去向，可想而知如果這部污泥沒有妥善處置，對環(huán)境的危害是不言而喻的。
從上述的分析不難發(fā)現(xiàn)，在中國目前污泥主要的處置方法是土地填埋，其次是污泥土地利用。污泥填埋在中國占了相當大的比例，但是由于填埋場大多為露天，經(jīng)過雨水淋濾后，對填埋場地的安全構成嚴重的危害。處理不到位的污泥還造成填埋場滲濾系統(tǒng)的嚴重堵塞，嚴重污染附近的地下水。尤其是污泥和垃圾混合填埋時，使得不少垃圾填埋場的壽命大大縮短，給城市垃圾處置帶來很大的麻煩。以重慶三峽庫區(qū)污水處理廠產(chǎn)生的污泥，而且在處置前，大部分污泥含水率過高（大部分為80%），污泥無法壓實，并且污泥進入填埋場會造成滲濾系統(tǒng)的堵塞。三峽庫區(qū)內(nèi)的垃圾填埋場也強烈表示不愿接受污水處理廠的污泥，成千上萬噸沒法處理處置的污泥成為三峽庫區(qū)水環(huán)境安全的極大污染源，直接影響三峽庫區(qū)污水的有效治理，污泥問題成三峽庫區(qū)必須解決的問題。
污泥處理和污泥處置的關系是緊密相關的。污泥處理的效果直接影響污泥的最終處置。考慮污泥處理和處置問題時，污水處理工藝與污泥處理和最終處置方式有關：
1)如果污水處理廠污泥采用消化處理，則污水處理工藝不宜采用低負荷污泥已經(jīng)穩(wěn)定的處理工藝；
2)如果污水處理廠污泥進行填埋，由于對填埋場或垃圾填埋場的有機物成分有一定的限制性要求，所以污水處理廠不宜采用污泥產(chǎn)量較多的高負荷污水處理工藝；
3)如果污水處理廠污泥進行焚燒，需要利用污泥中的熱值，則污水處理廠不宜采用低負荷對污泥進行穩(wěn)定化的污水處理工藝。
4、土地利用問題
我國污泥目前主要的出路是直接或間接的農(nóng)用，污泥中含有豐富的氮、磷等營養(yǎng)元素以及植物生長所必需的各種微量元素，具有作為作物生長肥料的可能性。但是，在我國由于沒有系統(tǒng)、科學的管理辦法和農(nóng)用控制標準，使得污泥中有效成分不能被充分有效地利用，在很多地區(qū)污泥反而成為了污染源。過去我國有多個農(nóng)業(yè)污灌區(qū)，過去幾十年間常年利用污水進行農(nóng)業(yè)灌溉，同時使用未經(jīng)處理的污泥作為農(nóng)肥，產(chǎn)生了嚴重的環(huán)境問題。污灌區(qū)有些村莊甚至十幾年都沒有年輕人能夠通過義務兵的體檢。直到現(xiàn)在當?shù)厥卟、水果等農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)持續(xù)下降，農(nóng)民甚至不敢吃自己種的農(nóng)產(chǎn)品。長期的污水灌溉歷史和經(jīng)驗教訓表明，污泥不能得到安全、有控制的利用，很可能會重蹈污水農(nóng)業(yè)灌溉的覆轍，破壞農(nóng)業(yè)環(huán)境。同時污泥會在一定程度上加速農(nóng)作物病蟲害的傳播，影響農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，降低了農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量。
在土地利用方面，其安全性正在受到人們重視，要求建立我國的污泥管理體系和標準體系。系統(tǒng)、科學的管理和控制農(nóng)用標準，加強污泥土地利用中政府管理、監(jiān)督和控制職能。因此，首先必須明確城市污水處理廠是城市污水污泥處理和處置的責任人，須對污泥的產(chǎn)生、處理和安全處置全過程負責，城市污水處理廠以合同方式對污泥的運輸、處理處置進行委托從而產(chǎn)生責任轉(zhuǎn)移時，由受委托方負責相應的責任，但是，城市污水處理廠需保證污泥處理費用。當污泥農(nóng)用時，由于農(nóng)民處于弱勢，其在信息獲取、檢測手段和監(jiān)控措施等等方面都處于，為了保障農(nóng)民利益，需要要求城市污水處理廠仍需對污泥全過程負責。為了保證土地利用和農(nóng)用安全性。需要考慮如下要求：
1、在對污泥進行土地利用時，必須注意對水源地的保護，禁止在水源保護地一級區(qū)內(nèi)以任何形式施用污泥。防止污泥造成的面源污染和地下水污染。農(nóng)業(yè)、林業(yè)和環(huán)境保護等部門須根據(jù)農(nóng)用污泥中污染物控制標準選取適當?shù)谋O(jiān)測項目對污泥和施用污泥的土壤、地下水和作物進行長期定點監(jiān)測。
2、經(jīng)處理后的污泥或污泥產(chǎn)品進行農(nóng)用時，必須進行場地評價，提出土壤本底、容量和污泥施用率確保污泥安全利用的具體要求，并經(jīng)相關環(huán)保部門審批通過后方可執(zhí)行。將農(nóng)用作為污泥的處置方式時，污泥產(chǎn)生單位須和污泥施用者簽訂相關合同，為保護農(nóng)民利用和食品安全，合同中須明確污泥農(nóng)用產(chǎn)生的短期或長期負面影響全部由污泥產(chǎn)生方負責。
3、污泥農(nóng)用時，相關主管部門應根據(jù)土地承受能力，植物的敏感程度，食物鏈風險，作物需肥量(主要是氮、磷)等因素，即要保證施用的污泥不污染環(huán)境，又要充分利用污泥的營養(yǎng)成分，以使其不超過土地的承載能力污染環(huán)境。嚴格規(guī)范管理，定向監(jiān)督污泥施用的數(shù)量和頻率，嚴密監(jiān)視土壤中重金屬等有害物質(zhì)的積累和氮的轉(zhuǎn)化情況。 4、農(nóng)業(yè)利用應控制使用，同時整個利用區(qū)應該建立嚴密的使用、管理、監(jiān)測和監(jiān)控體系。定期對區(qū)域內(nèi)的土壤、地下水、地表水、作物等等相關因子進行監(jiān)測，并根據(jù)發(fā)生的變化做出相應的調(diào)整，使得污泥的農(nóng)用更加安全有效，促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
5 結束語
對于我國的污泥問題，我們一方面要加大立法工作力度，通過立法加強污泥污染治理和管理，促進污水污泥治理事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，另一方面充分考慮污水處理工藝和污泥處理處置的關系，審慎選擇污泥處理和處置工藝和方法，使污泥治理走上健康發(fā)展的道路？偠灾，我國的污泥到了不得不重視的程度，大量的污泥如果沒有得到合理處置，生存空間將被大量的污泥所占據(jù)，生存環(huán)境將逐年惡化。所以，需要制定污泥處理處置技術政策，引導并規(guī)范我國污泥處理處置技術，為相關部門提供安全處置污泥的依據(jù)，逐步解決我國污泥污染問題。此外，我國各級政府也應高度重視，相關部門應該密切配合，充分調(diào)動社會各方面的力量，加強政策引導，產(chǎn)業(yè)扶持，技術上創(chuàng)新，管理上科學，走一條適合我國國情的污泥處理處置道路。
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