可循環(huán)利用污泥專用處置場建設的探討

1、可循環(huán)利用污泥專用處置場建設的探討程五良，陳 玲，趙建夫，夏四清同濟大學污染控制與資源化研究國家重點實驗室，上海 200092摘要：著重論述了國內外城市污水處理廠污泥的各種處置方法及處置現(xiàn)狀，提出污泥土地利用是目前國內外污泥處理中的主體和重點發(fā)展的方式。根據(jù)上海市具體市情和污泥處置狀況，提出在上海市建設污泥專用處置場，以解決污泥大量處置和最終用于土地利用的思路。比較詳細地探討了國外污泥專用處置場運行的現(xiàn)狀，指出污泥專用處置場比污泥有效利用場能更大量地處置污泥且可循環(huán)反復處置，它占地面積小，在土地緊缺的上海更具利用優(yōu)勢。在此基礎上，提出了適合上海市情的污泥專用處置場工藝流程設計、綜合運行框架和具

2、體的技術要求，以保證污泥能安全有效地處置利用。經(jīng)過分析，指出在上海興建污泥專用處置場處置污泥能獲得較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。關鍵詞：污泥處置；土地利用；污泥專用處置場；生物固體中圖分類號：X705 文獻標識碼：A 文章編號：1672-2175（2004）01-0124-03城市污水處理廠的污泥是污水處理過程中形成的副產(chǎn)物，主要來自初沉池污泥和剩余活性污泥。污泥是由多種微生物形成的菌膠團與其吸附的有機物和無機物組成的集合體，其中既含有大量的有機質和氮磷等植物營養(yǎng)元素，同時又含有多種重金屬和有機污染物，并含有病原微生物和寄生蟲卵等，其特點是含水率高（脫水污泥的水分質量分數(shù)約為80），體積大，易腐敗

3、，產(chǎn)生惡臭，比重較小，顆粒較細。目前世界年產(chǎn)污泥量已達1億 t（干污泥）。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市用水量的逐年增加，越來越多的污水需要處理，污泥的產(chǎn)生量必然呈增加趨勢。2001年上海每天平均廢水量534萬t；其中生活污水約348萬 t，處理率為53.3%；工業(yè)廢水186萬t，處理率95.4%；每天可產(chǎn)生5萬多噸含水質量分數(shù)為99%的污泥。按上海建設國際化大都市的城市發(fā)展計劃，到“十五”期末，上海全市日處理污水能力將達到580萬t，污水處理率達到70%。因此，建設處理規(guī)模大、水平高的污水處理廠，提高水資源利用率已經(jīng)成為城市發(fā)展的必然趨勢和要求。但是，污水處理雖然可以提高水資源的循環(huán)再利用，但同時

4、帶來了污水污泥的處理處置及環(huán)境風險問題。如果沒有得到妥善的科學處理處置，污泥不僅會占用大面積的土地，形成“污泥圍城”的不利局面，其中的有害成分如重金屬、病原物、有機污染物等，還會在環(huán)境中遷移或擴散，危及人類和其它生物的安全。因此，尋找科學有效的污泥處置途徑已是一個亟待解決的問題。1 污泥處置方法及現(xiàn)狀目前城市污泥處置主要有填埋、排海、焚燒和土地利用等4種處置方法。填埋處置需要大量場地，這在寸金寸土的上海顯然不宜推廣；排海會危害海洋生態(tài)系統(tǒng)，造成無國界的污染，美國及歐盟國家已立法禁止將污泥排海；焚燒處置的投資、操作及前處理費用都較高，且易產(chǎn)生二惡英（Dioxin）等大氣污染問題，故應受到限制。這

5、3種處置方式都會給環(huán)境帶來較嚴重的二次污染，而且也忽視了富含有機質和氮磷營養(yǎng)元素的污泥可資循環(huán)利用的價值。污泥土地利用則是利用污泥中大量的N、P、K等營養(yǎng)元素和豐富的有機質，改善土壤結構并供給植物養(yǎng)分，彌補土地貧瘠的現(xiàn)狀。正是基于污泥的資源性特點，世界水環(huán)境組織（WEF）于1995年已將污泥（Sludge）更名為生物固體（Biosolid），從而更加明確了污泥應該作為資源來利用的觀念1。土地利用是歐美主要發(fā)達國家最主要的污泥處置方式，其處置量占污泥總量的60%以上2。2000年上海市市內20座污水處理廠的污泥總量為128.9萬t（水分質量分數(shù)為97.5%）。土地利用也是上海市最主要的污泥處置方

6、式，其處置量占污泥總量的69.5%。2 上海市污泥處置策略上海是較為典型的江海沖擊平原地區(qū)，因而上海周邊地區(qū)有大面積的沖擊潮灘不斷形成。這些土地泥沙含量較高，堿度較大，有機營養(yǎng)成分很少，不宜于作物或植物生長。在上海土地資源緊缺的今天，如果能將經(jīng)處理后的城市污泥用于改善潮灘土的性狀，既改良了土壤，相當于“制造”了大面積的土地，又解決了污泥的出路。今后5年內上海將在郊區(qū)大力造林，郊區(qū)森林覆蓋率將達到15%，比現(xiàn)在提高6個百分點；以此測算，上海市將凈增林地面積3.333萬hm2。若污泥總量的10%作為部分林地和綠地的基質土或改良土（劑），則每年可以消納干污泥約12萬t，約為2005年全市污泥待處置總

7、量的40%。對于城市污水廠產(chǎn)生的污泥，其有毒有害物質含量較小，做土地利用，無論從載體的處置容量，還是從經(jīng)濟角度考慮，污泥的土地利用特別是林、綠地利用可望成為上海市近中期內污泥處置的主要發(fā)展方向。這種選擇不僅對上海，對其它類似的城市也具有非常積極的意義。3 污泥專用處置場早在20世紀70年代初，美國出現(xiàn)了首座大規(guī)模的污泥專用處置場（dedicated land）。由于其污泥利用率高且場地與公眾完全隔離，這一處置方式在許多城市污水處理廠得到推廣應用。污泥專用處置場作為一種新興的污泥處置方式，僅20年時間在美國就新建大型污泥處置場達20余座。歐洲各國盡管在污泥處置場建設方面起步較晚，但他們對污泥專用

8、處置場的工藝也進行了大量的研究，而英國的赫特福德郡已經(jīng)在這方面有工程應用實例3, 4。根據(jù)污泥利用方式的不同，污泥處置場可分為兩大類：污泥有效利用場（dedicated beneficial use sites）和專用處置場（dedicated disposal sites）。污泥有效利用場是作為污泥土地施用的一種形式。它有效的利用了污泥的結構和營養(yǎng)組分改善土壤結構性質，并選擇在公眾很難直接接觸到的地方專門施用污泥種植不進入人類食物鏈的經(jīng)濟作物和樹木，達到控制風險和資源化利用污泥的目的。污泥專用處置場是污泥土地利用過程的中間環(huán)節(jié)。在專用處置場中，土地僅為污泥的深度穩(wěn)定化提供空間支持，達到深度處

9、理的污泥將移地進行資源化利用。污泥專用處置場建設的目的是為了高效地利用有限的土地資源，獲得最大限度的污泥處置率。歐美國家的污泥處置場基本上都為污泥有效利用場形式，它的特點是污泥直接在處置場內施用種植，實現(xiàn)最終資源化，但污泥處置率很低一般為70 t/(hm2·a)，污泥有效利用場的面積很大（一般都為3000 hm2以上）。美國有二十幾個污泥有效利用場，每個利用場的面積都在3000 hm2左右，占用了大量的土地資源5。上海市的土地資源極其有限，若要處置占上海污泥總量20%的污泥將需要一個面積3700 hm2的污泥專用利用場（按專用利用場污泥平均處置率計算），即相當于上海老港垃圾填埋場十幾

10、倍的面積，這對于上海來說是難以接受的。因此，上海市污泥處置的方向應該是建立污泥有進-有出的專用處置場，以實現(xiàn)污泥的動態(tài)處置流動，即：城市污水廠污泥高效處理污泥專用處置場深度處理污泥資源化3.1 污泥專用處置場的基本構想污泥專用處置場是城市污泥處理資源化全過程中的深度穩(wěn)定化環(huán)節(jié)。在該環(huán)節(jié)，將完成城市污泥的深度穩(wěn)定化，進而實現(xiàn)污泥的動態(tài)資源化流動。因此，建設一個污泥專用處置場的基本構思如下：（1）處置量大，處置場所集中，便于集中統(tǒng)一管理；（2）處置場場址選擇應離開市區(qū)，對公眾的影響??；（3）處置場內分單元實行污泥動態(tài)處置，場內實行污泥的流入與穩(wěn)定后流出的動態(tài)平衡；（4）經(jīng)深度處理后污泥的土地利用應

11、以林地、綠地利用為主，可考慮將污泥與部分沙性土混配改善上海土壤的先天質量缺陷，或補充用作綠地和林地的基質土，達到大量利用的目的；（5）處置場內可種植生長期短的草類植物，用來改善處置場本身的生態(tài)環(huán)境。3.2 污泥專用處置場流程設計污泥專用處置場流程設計如圖1所示。從城市污水廠產(chǎn)生的污泥先經(jīng)過前處理環(huán)節(jié)，使其基本達到殺菌、消毒和相關要求后方可進入污泥專用處置場進行深度穩(wěn)定化；在專用處置場污泥達到穩(wěn)定化后才能出場進行再資源化再利用。為保證污泥處置量的平衡性和持續(xù)性，處置場應分為若干個單元分期、分批循環(huán)處置污泥。城市污泥（脫水污泥）前處理工藝（基本達到殺菌、消毒）場地建設（場地預處理）污泥專用處置場出

12、場污泥質量監(jiān)控場內污泥穩(wěn)定化處理短期植被種植貧瘠土壤改良污泥與沙土混配做基質土動態(tài)監(jiān)測評價與信息反饋 合格 污泥 入 場穩(wěn)定 污泥 出 場圖1 污泥專用處置場工藝框3.3 污泥專用處置場技術要求3.3.1 技術原理污泥專用處置場即是在專用的場地上把高效處理過的污泥在土壤里進行一定時間的堆置，實現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化過程。首先，可充分利用污泥中微生物的作用，使污泥中有機污染物逐漸降解、減少直至去除；其次，通過堆置使污泥中的病原菌等達到徹底消除；最后實現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化、無害化和資源化。同時，還可充分利用污泥深度處理的時間周期，選擇合適生長期短的植物實施短期種植，達到對污泥中微量重金屬等污染物的富集作用。3.

13、3.2 技術要求（1）前處理工藝要求。前處理工藝主要分為脫水和高效處理兩個步驟，是污泥進入專用處置場前的前處理過程。前處理工藝主要的技術要求為：控制入場前污泥的含水率45%以下，重金屬固定化、有機物基本除去、基本消除病原菌和臭氣6。（2）污泥專用處置場要求。包括場地建設、污泥處置形式、污泥處置量、出場前污泥質量控制等幾個方面。場址選擇應離開市區(qū)并遠離水源地，基本按生活垃圾衛(wèi)生填埋場模式建設，其中主要包括不同場地單元之間的堤壩填筑、地基處理以及防滲層建設。場地預處理主要包括翻土和建雨水收集溝渠等7。根據(jù)污泥深度穩(wěn)定化程度如腐熟度、有效有機質含量等控制指標，確定經(jīng)前處理污泥在處置場內的堆置時間，一

14、般該周期為13個月。并根據(jù)專用處置場規(guī)模，把處置場分為4或8個作業(yè)單元，實現(xiàn)處置場污泥的全年動態(tài)處置利用。參考國外污泥專用處置場污泥處置量的控制要求8，初步確定一次性污泥處置量應控制在小于等于2.7×104 t/hm2，同時以一般出場污泥堆密度為500 kg/m3計算，處置場內每單元的處置深度將控制在2.5 m以內。按此計算，要處置上海污泥總量40%的污泥（1.2×105 t干污泥）將需要專用處置場面積為2.6 hm2，僅為上海老港垃圾填埋場面積的1/110。出場前污泥質量控制，要求污泥結構得到改善，實現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化，完全去除病原菌和臭氣，污泥中的重金屬和其他污染物濃度達到

15、國家相應控制標準。（3）處置場周邊環(huán)境監(jiān)控要求。處置場使用壽命初步設計為20 a，因此，必須通過建監(jiān)測井等措施來周期性地對處置場內及周邊的地表水、地下水、土壤及植物進行監(jiān)測，以定期評價處置場的環(huán)境風險，達到污泥安全處置的目標。3.4 污泥專用處置場的經(jīng)濟性分析污泥專用處置場的投資費用主要表現(xiàn)在處置場場地建設費、裝卸污泥裝置費以及購置運輸車輛費等，而它的運行費用則較低。污泥專用處置場投資成本加上污泥進場前預處理成本一般可控制在320元/t干污泥以內，比污泥填埋的相應成本（約為400元/t干污泥）低20%左右9。而且污泥專用處置場的出場污泥可作為土壤改良劑或基質土商品出售，創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益。同時

16、，相比于污泥焚燒（焚燒煙氣、剩余灰渣）和污泥填埋（滲濾液），污泥專用處置場的負面環(huán)境效益最小。因此，污泥專用處置場能較好實現(xiàn)污泥處置的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。4 結論（1）土地利用特別是林地和綠地利用是污泥資源化利用的最佳途徑，即充分利用了污泥中豐富的有機質和氮磷鉀等營養(yǎng)元素，改良了土壤結構，同時又最大量的消納了污泥。（2）污泥專用處置場即可以大量的處置污泥，又能把污泥處置的環(huán)境負面效益控制到最小，同時在費用上，建立污泥專用處置場也是最經(jīng)濟的污泥處置方式。鑒于上海土質的先天缺陷和城市污泥量的不斷增加，上海市污泥處置的方向應該首選建設污泥專用處置場，實現(xiàn)污泥的動態(tài)處置。（3）依照污泥專用處置場的工藝

17、流程和技術要求處置后的污泥將滿足污泥的無害化和資源化要求，實現(xiàn)污泥最終資源化土地利用的目的。參考文獻：1 黃國鋒, 吳啟堂, 孟慶強, 等. 有機固體廢棄物在持續(xù)農業(yè)中的資源化利用J. 土壤與環(huán)境, 2001, 10(3): 246-249.2 US EPA, MUNICIPAL AND INDUSTRIAL SOLID WASTE DIVISION OFFICE. Biosolids generation use and disposal in the united statesA. In: EPA530-R-99-009R. Washington: EPA, 1999. 3 SHERWOO

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20、有效利用場可行性分析D. 上海: 同濟大學, 2002. Approach to build special disposal sites for treating sludge circularlyCHENG Wu-liang, CHEN Ling, ZHAO Jian-fu, XIA Si-qingState Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, Tongji University, Shanghai 200092, ChinaAbstract: All kinds of methods and status of city wastewater sludge disposal in the world are discussed in this paper. It is pointed out that land filling is the most important mode in the a