可循環(huán)利用污泥專用處置場(chǎng)建設(shè)的探討

1、可循環(huán)利用污泥專用處置場(chǎng)建設(shè)的探討程五良，陳 玲，趙建夫，夏四清同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092摘要：著重論述了國(guó)內(nèi)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(guó)內(nèi)外污泥處理中的主體和重點(diǎn)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(shè)污泥專用處置場(chǎng)，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(xì)地探討了國(guó)外污泥專用處置場(chǎng)運(yùn)行的現(xiàn)狀，指出污泥專用處置場(chǎng)比污泥有效利用場(chǎng)能更大量地處置污泥且可循環(huán)反復(fù)處置，它占地面積小，在土地緊缺的上海更具利用優(yōu)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，提出了適合上海市情的污泥專用處置場(chǎng)工藝流程設(shè)計(jì)、綜合運(yùn)行框架和具

2、體的技術(shù)要求，以保證污泥能安全有效地處置利用。經(jīng)過(guò)分析，指出在上海興建污泥專用處置場(chǎng)處置污泥能獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。關(guān)鍵詞：污泥處置；土地利用；污泥專用處置場(chǎng)；生物固體中圖分類(lèi)號(hào)：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-2175（2004）01-0124-03城市污水處理廠的污泥是污水處理過(guò)程中形成的副產(chǎn)物，主要來(lái)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(tuán)與其吸附的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成的集合體，其中既含有大量的有機(jī)質(zhì)和氮磷等植物營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)又含有多種重金屬和有機(jī)污染物，并含有病原微生物和寄生蟲(chóng)卵等，其特點(diǎn)是含水率高（脫水污泥的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為80），體積大，易腐敗

3、，產(chǎn)生惡臭，比重較小，顆粒較細(xì)。目前世界年產(chǎn)污泥量已達(dá)1億 t（干污泥）。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市用水量的逐年增加，越來(lái)越多的污水需要處理，污泥的產(chǎn)生量必然呈增加趨勢(shì)。2001年上海每天平均廢水量534萬(wàn)t；其中生活污水約348萬(wàn) t，處理率為53.3%；工業(yè)廢水186萬(wàn)t，處理率95.4%；每天可產(chǎn)生5萬(wàn)多噸含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%的污泥。按上海建設(shè)國(guó)際化大都市的城市發(fā)展計(jì)劃，到“十五”期末，上海全市日處理污水能力將達(dá)到580萬(wàn)t，污水處理率達(dá)到70%。因此，建設(shè)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(shì)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(shí)

4、帶來(lái)了污水污泥的處理處置及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。如果沒(méi)有得到妥善的科學(xué)處理處置，污泥不僅會(huì)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(jī)污染物等，還會(huì)在環(huán)境中遷移或擴(kuò)散，危及人類(lèi)和其它生物的安全。因此，尋找科學(xué)有效的污泥處置途徑已是一個(gè)亟待解決的問(wèn)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(chǎng)地，這在寸金寸土的上海顯然不宜推廣；排海會(huì)危害海洋生態(tài)系統(tǒng)，造成無(wú)國(guó)界的污染，美國(guó)及歐盟國(guó)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(fèi)用都較高，且易產(chǎn)生二惡英（Dioxin）等大氣污染問(wèn)題，故應(yīng)受到限制。這

5、3種處置方式都會(huì)給環(huán)境帶來(lái)較嚴(yán)重的二次污染，而且也忽視了富含有機(jī)質(zhì)和氮磷營(yíng)養(yǎng)元素的污泥可資循環(huán)利用的價(jià)值。污泥土地利用則是利用污泥中大量的N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素和豐富的有機(jī)質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)并供給植物養(yǎng)分，彌補(bǔ)土地貧瘠的現(xiàn)狀。正是基于污泥的資源性特點(diǎn)，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(yīng)該作為資源來(lái)利用的觀念1。土地利用是歐美主要發(fā)達(dá)國(guó)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(nèi)20座污水處理廠的污泥總量為128.9萬(wàn)t（水分質(zhì)量分?jǐn)?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(jī)營(yíng)養(yǎng)成分很少，不宜于作物或植物生長(zhǎng)。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(dāng)于“制造”了大面積的土地，又解決了污泥的出路。今后5年內(nèi)上海將在郊區(qū)大力造林，郊區(qū)森林覆蓋率將達(dá)到15%，比現(xiàn)在提高6個(gè)百分點(diǎn)；以此測(cè)算，上海市將凈增林地面積3.333萬(wàn)hm2。若污泥總量的10%作為部分林地和綠地的基質(zhì)土或改良土（劑），則每年可以消納干污泥約12萬(wàn)t，約為2005年全市污泥待處置總

7、量的40%。對(duì)于城市污水廠產(chǎn)生的污泥，其有毒有害物質(zhì)含量較小，做土地利用，無(wú)論從載體的處置容量，還是從經(jīng)濟(jì)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(nèi)污泥處置的主要發(fā)展方向。這種選擇不僅對(duì)上海，對(duì)其它類(lèi)似的城市也具有非常積極的意義。3 污泥專用處置場(chǎng)早在20世紀(jì)70年代初，美國(guó)出現(xiàn)了首座大規(guī)模的污泥專用處置場(chǎng)（dedicated land）。由于其污泥利用率高且場(chǎng)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(yīng)用。污泥專用處置場(chǎng)作為一種新興的污泥處置方式，僅20年時(shí)間在美國(guó)就新建大型污泥處置場(chǎng)達(dá)20余座。歐洲各國(guó)盡管在污泥處置場(chǎng)建設(shè)方面起步較晚，但他們對(duì)污泥專用

8、處置場(chǎng)的工藝也進(jìn)行了大量的研究，而英國(guó)的赫特福德郡已經(jīng)在這方面有工程應(yīng)用實(shí)例3, 4。根據(jù)污泥利用方式的不同，污泥處置場(chǎng)可分為兩大類(lèi)：污泥有效利用場(chǎng)（dedicated beneficial use sites）和專用處置場(chǎng)（dedicated disposal sites）。污泥有效利用場(chǎng)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(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)組分改善土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)，并選擇在公眾很難直接接觸到的地方專門(mén)施用污泥種植不進(jìn)入人類(lèi)食物鏈的經(jīng)濟(jì)作物和樹(shù)木，達(dá)到控制風(fēng)險(xiǎn)和資源化利用污泥的目的。污泥專用處置場(chǎng)是污泥土地利用過(guò)程的中間環(huán)節(jié)。在專用處置場(chǎng)中，土地僅為污泥的深度穩(wěn)定化提供空間支持，達(dá)到深度處

9、理的污泥將移地進(jìn)行資源化利用。污泥專用處置場(chǎng)建設(shè)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(guó)家的污泥處置場(chǎng)基本上都為污泥有效利用場(chǎng)形式，它的特點(diǎn)是污泥直接在處置場(chǎng)內(nèi)施用種植，實(shí)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(chǎng)的面積很大（一般都為3000 hm2以上）。美國(guó)有二十幾個(gè)污泥有效利用場(chǎng)，每個(gè)利用場(chǎng)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(gè)面積3700 hm2的污泥專用利用場(chǎng)（按專用利用場(chǎng)污泥平均處置率計(jì)算），即相當(dāng)于上海老港垃圾填埋場(chǎng)十幾

10、倍的面積，這對(duì)于上海來(lái)說(shuō)是難以接受的。因此，上海市污泥處置的方向應(yīng)該是建立污泥有進(jìn)-有出的專用處置場(chǎng)，以實(shí)現(xiàn)污泥的動(dòng)態(tài)處置流動(dòng)，即：城市污水廠污泥高效處理污泥專用處置場(chǎng)深度處理污泥資源化3.1 污泥專用處置場(chǎng)的基本構(gòu)想污泥專用處置場(chǎng)是城市污泥處理資源化全過(guò)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(jìn)而實(shí)現(xiàn)污泥的動(dòng)態(tài)資源化流動(dòng)。因此，建設(shè)一個(gè)污泥專用處置場(chǎng)的基本構(gòu)思如下：（1）處置量大，處置場(chǎng)所集中，便于集中統(tǒng)一管理；（2）處置場(chǎng)場(chǎng)址選擇應(yīng)離開(kāi)市區(qū)，對(duì)公眾的影響??；（3）處置場(chǎng)內(nèi)分單元實(shí)行污泥動(dòng)態(tài)處置，場(chǎng)內(nèi)實(shí)行污泥的流入與穩(wěn)定后流出的動(dòng)態(tài)平衡；（4）經(jīng)深度處理后污泥的土地利用應(yīng)

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(zhì)量缺陷，或補(bǔ)充用作綠地和林地的基質(zhì)土，達(dá)到大量利用的目的；（5）處置場(chǎng)內(nèi)可種植生長(zhǎng)期短的草類(lèi)植物，用來(lái)改善處置場(chǎng)本身的生態(tài)環(huán)境。3.2 污泥專用處置場(chǎng)流程設(shè)計(jì)污泥專用處置場(chǎng)流程設(shè)計(jì)如圖1所示。從城市污水廠產(chǎn)生的污泥先經(jīng)過(guò)前處理環(huán)節(jié)，使其基本達(dá)到殺菌、消毒和相關(guān)要求后方可進(jìn)入污泥專用處置場(chǎng)進(jìn)行深度穩(wěn)定化；在專用處置場(chǎng)污泥達(dá)到穩(wěn)定化后才能出場(chǎng)進(jìn)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(chǎng)應(yīng)分為若干個(gè)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(dá)到殺菌、消毒）場(chǎng)地建設(shè)（場(chǎng)地預(yù)處理）污泥專用處置場(chǎng)出

12、場(chǎng)污泥質(zhì)量監(jiān)控場(chǎng)內(nèi)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(zhì)土動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)與信息反饋 合格 污泥 入 場(chǎng)穩(wěn)定 污泥 出 場(chǎng)圖1 污泥專用處置場(chǎng)工藝框3.3 污泥專用處置場(chǎng)技術(shù)要求3.3.1 技術(shù)原理污泥專用處置場(chǎng)即是在專用的場(chǎng)地上把高效處理過(guò)的污泥在土壤里進(jìn)行一定時(shí)間的堆置，實(shí)現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化過(guò)程。首先，可充分利用污泥中微生物的作用，使污泥中有機(jī)污染物逐漸降解、減少直至去除；其次，通過(guò)堆置使污泥中的病原菌等達(dá)到徹底消除；最后實(shí)現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化。同時(shí)，還可充分利用污泥深度處理的時(shí)間周期，選擇合適生長(zhǎng)期短的植物實(shí)施短期種植，達(dá)到對(duì)污泥中微量重金屬等污染物的富集作用。3.

13、3.2 技術(shù)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(gè)步驟，是污泥進(jìn)入專用處置場(chǎng)前的前處理過(guò)程。前處理工藝主要的技術(shù)要求為：控制入場(chǎng)前污泥的含水率45%以下，重金屬固定化、有機(jī)物基本除去、基本消除病原菌和臭氣6。（2）污泥專用處置場(chǎng)要求。包括場(chǎng)地建設(shè)、污泥處置形式、污泥處置量、出場(chǎng)前污泥質(zhì)量控制等幾個(gè)方面。場(chǎng)址選擇應(yīng)離開(kāi)市區(qū)并遠(yuǎn)離水源地，基本按生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)模式建設(shè)，其中主要包括不同場(chǎng)地單元之間的堤壩填筑、地基處理以及防滲層建設(shè)。場(chǎng)地預(yù)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(jī)質(zhì)含量等控制指標(biāo)，確定經(jīng)前處理污泥在處置場(chǎng)內(nèi)的堆置時(shí)間，一

14、般該周期為13個(gè)月。并根據(jù)專用處置場(chǎng)規(guī)模，把處置場(chǎng)分為4或8個(gè)作業(yè)單元，實(shí)現(xiàn)處置場(chǎng)污泥的全年動(dòng)態(tài)處置利用。參考國(guó)外污泥專用處置場(chǎng)污泥處置量的控制要求8，初步確定一次性污泥處置量應(yīng)控制在小于等于2.7×104 t/hm2，同時(shí)以一般出場(chǎng)污泥堆密度為500 kg/m3計(jì)算，處置場(chǎng)內(nèi)每單元的處置深度將控制在2.5 m以內(nèi)。按此計(jì)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(chǎng)面積為2.6 hm2，僅為上海老港垃圾填埋場(chǎng)面積的1/110。出場(chǎng)前污泥質(zhì)量控制，要求污泥結(jié)構(gòu)得到改善，實(shí)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(dá)到

15、國(guó)家相應(yīng)控制標(biāo)準(zhǔn)。（3）處置場(chǎng)周邊環(huán)境監(jiān)控要求。處置場(chǎng)使用壽命初步設(shè)計(jì)為20 a，因此，必須通過(guò)建監(jiān)測(cè)井等措施來(lái)周期性地對(duì)處置場(chǎng)內(nèi)及周邊的地表水、地下水、土壤及植物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以定期評(píng)價(jià)處置場(chǎng)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到污泥安全處置的目標(biāo)。3.4 污泥專用處置場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性分析污泥專用處置場(chǎng)的投資費(fèi)用主要表現(xiàn)在處置場(chǎng)場(chǎng)地建設(shè)費(fèi)、裝卸污泥裝置費(fèi)以及購(gòu)置運(yùn)輸車(chē)輛費(fèi)等，而它的運(yùn)行費(fèi)用則較低。污泥專用處置場(chǎng)投資成本加上污泥進(jìn)場(chǎng)前預(yù)處理成本一般可控制在320元/t干污泥以內(nèi)，比污泥填埋的相應(yīng)成本（約為400元/t干污泥）低20%左右9。而且污泥專用處置場(chǎng)的出場(chǎng)污泥可作為土壤改良劑或基質(zhì)土商品出售，創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)

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(chǎng)的負(fù)面環(huán)境效益最小。因此，污泥專用處置場(chǎng)能較好實(shí)現(xiàn)污泥處置的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。4 結(jié)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(jī)質(zhì)和氮磷鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，改良了土壤結(jié)構(gòu)，同時(shí)又最大量的消納了污泥。（2）污泥專用處置場(chǎng)即可以大量的處置污泥，又能把污泥處置的環(huán)境負(fù)面效益控制到最小，同時(shí)在費(fèi)用上，建立污泥專用處置場(chǎng)也是最經(jīng)濟(jì)的污泥處置方式。鑒于上海土質(zhì)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(yīng)該首選建設(shè)污泥專用處置場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)污泥的動(dòng)態(tài)處置。（3）依照污泥專用處置場(chǎng)的工藝

17、流程和技術(shù)要求處置后的污泥將滿足污泥的無(wú)害化和資源化要求，實(shí)現(xiàn)污泥最終資源化土地利用的目的。參考文獻(xiàn)：1 黃國(guó)鋒, 吳啟堂, 孟慶強(qiáng), 等. 有機(jī)固體廢棄物在持續(xù)農(nóng)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

18、D C, JEE R E, RONALD M. Natural system for waste management and treatmentM. New York: Mcgraw-Hill Company, 1988. 4 US EPA. Land application of biosolids: process design manual USAM. Lancaster, Pa.: Technomic Publishing Company, Inc., 1999. 5 LUE-HING C, ZENZ D R. Water quality management library: vo

19、lume 4. municipal sewage sludge management: process, utilization, and disposalM. Lancaster, Pa.: Technomic Publishing Company, Inc., 1992. 6 張清敏. 污泥有效利用研究進(jìn)展J. 農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù), 2000, 19(1): 58-61.7 趙由才, 朱青山. 城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)技術(shù)與管理手冊(cè)M. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 1999.8 薛棟森. 美國(guó)污水污泥的研究和利用概況J. 國(guó)外農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù), 1991(1): 1-3.9 戚海雁. 上海市興建污泥專用

20、有效利用場(chǎng)可行性分析D. 上海: 同濟(jì)大學(xué), 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