國(guó)內(nèi)外污水處理廠污泥產(chǎn)生、處理及處置分析

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簡(jiǎn)介： 國(guó)內(nèi)外污水處理廠污泥產(chǎn)生、處理及處置分析
關(guān)鍵字：污泥產(chǎn)生 處置分析 污泥處理

1 國(guó)內(nèi)外污泥產(chǎn)生量

　　隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市化的發(fā)展，城市污水的產(chǎn)生及其數(shù)量在不斷增長(zhǎng)。目前全國(guó)已建成運(yùn)轉(zhuǎn)的城市污水處理廠約427余座，年處理能力為113.6億立方米^[1]。根據(jù)有關(guān)預(yù)測(cè)，我國(guó)城市污水量在未來(lái)二十年還會(huì)有較大增長(zhǎng)，2010年污水排放量將達(dá)到440×10⁸ m³／d；2020年污水排放量達(dá)到536×10⁸ m³／d^[2]。
　　污泥是污水處理后的附屬品、是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無(wú)機(jī)顆粒、膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體。污泥量通常占污水量的0.3%～0.5%（體積）或者約為污水處理量的1%～2%（質(zhì)量），如果屬于深度處理，污泥量會(huì)增加0.5～1倍。污水處理效率的提高，必然導(dǎo)致污泥數(shù)量的增加。目前我國(guó)污水處理量和處理率雖然不高（4.5%），但城市污水處理廠每年排放干污泥大約30萬(wàn)噸^[3]，而且還以每年大約10%的速度增長(zhǎng)^[4]。
　　西方發(fā)達(dá)國(guó)家由于工業(yè)化進(jìn)程早，經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚，所以污水處理技術(shù)先進(jìn)，處理程度較高。但是自從1875年英國(guó)倫敦建立世界第一個(gè)污水處理廠以來(lái)，污泥處理問題便成為市政管理的重要問題之一。隨著城市人口的增長(zhǎng)、市政服務(wù)設(shè)施的不斷完善、污水處理技術(shù)的不斷提高，歐、美等發(fā)達(dá)國(guó)家的污泥產(chǎn)量每年大約以5%～10%的速度增長(zhǎng)。影響污泥產(chǎn)生的因素來(lái)自多方面，污水、污泥處理技術(shù)的應(yīng)用和改善以及人口增長(zhǎng)是導(dǎo)致污泥質(zhì)和量同步增加的主要因素，另外一些環(huán)境政策的實(shí)施，如禁止污泥陸地填埋、對(duì)填埋容量的關(guān)注、執(zhí)行填埋法令后封閉填埋場(chǎng)、禁止填埋場(chǎng)填埋庭院垃圾等政策以及污泥處置費(fèi)用高昂、污泥產(chǎn)品市場(chǎng)需求等地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求也促進(jìn)了污泥利用的增加。美國(guó)各州以及聯(lián)邦法令，尤其是503污泥法令自1991年的實(shí)施已經(jīng)部分地鼓勵(lì)了污泥的循環(huán)利用而不僅僅是污泥處置。
　　據(jù)美國(guó)環(huán)保署估計(jì)，1998年全美干污泥產(chǎn)量為6.9百萬(wàn)噸。在過去的20年，美國(guó)人口和開展市政污水處理的人口數(shù)量皆得到顯著增加，而且自從1972年政府頒布水凈化條例以來(lái)，污泥量得到了快速的增加?？梢灶A(yù)計(jì)，隨著人口水平的持續(xù)增加，污泥的產(chǎn)量還會(huì)增加，而且污泥產(chǎn)量的年增長(zhǎng)速率會(huì)超過市政所能提供污水處理服務(wù)人口的增長(zhǎng)速率。1986～1996年期間，美國(guó)只經(jīng)過1級(jí)處理的污水流量減少了4％，而經(jīng)過二級(jí)或更高級(jí)處理的污水流量增加了2％。假設(shè)這種趨勢(shì)發(fā)展下去，根據(jù)市政所能提供污水處理服務(wù)人口的增長(zhǎng)和污水二次處理以及污泥產(chǎn)量的輕微改變進(jìn)行預(yù)測(cè)，到2005年美國(guó)干污泥產(chǎn)量將達(dá)到7.6百萬(wàn)噸，2010年將達(dá)到8.2百萬(wàn)噸。這就是說，從1998年到2010年，污泥產(chǎn)量將增加19％。下表是1998年以后美國(guó)污泥產(chǎn)量和處理狀況及預(yù)測(cè)^[57]。

表1　美國(guó)污泥產(chǎn)量及其預(yù)測(cè)年份1998200020052010有利利用（百萬(wàn)噸）

（干污泥）

（干污泥）

　　1990年歐洲干污泥產(chǎn)量為11.07百萬(wàn)噸，到1999年干污泥產(chǎn)量達(dá)17.46百萬(wàn)噸^[4]。到2005年，歐洲將建立許多新污水處理廠，一些國(guó)家污泥產(chǎn)量將幾乎增加300％，污泥管理將是一個(gè)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，選擇處理處置方法也將會(huì)具有更大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境內(nèi)涵。由于城市污水處理要求的日益嚴(yán)格，歐洲城市污泥產(chǎn)量預(yù)計(jì)將增加50％。下表為歐洲國(guó)家污水處理廠污泥的處理和預(yù)測(cè)^[41]。

表2　歐洲污水處理廠污泥的處理和預(yù)測(cè)（干泥） 單位：10³噸重／年年份處置比利時(shí)丹麥德國(guó)希臘法國(guó)愛爾蘭盧森堡荷蘭奧地利葡萄牙芬蘭瑞典英國(guó)合計(jì)1992 水體消納／／／／／14／／／／／／282296循環(huán)利用171101018140245134633887／4722351填埋342584665131164177587563／1301624焚燒／40274／110／／1266／／／90592其它8／70／／3／1313／／24122合計(jì)5917522086664337932419012615024399852281995 水體消納／／／／／15／／／／／／267282循環(huán)利用221201151148977956344861206482853填埋3925857651141431925888721061141747焚燒／40411／161／／5666／／／110844其它17／93／／4／23315／1119185合計(jì)781852512667644010366190147158236115859101998 水體消納／／／／／／／／／／／／240240循環(huán)利用3312512704572259100687485／6723037填埋372574482921711085814765／1181494焚燒1150558／214／315066／／／1441196其它32／89／／1／23425／／19193合計(jì)1132002661868784313381196246150／119361602000 水體消納／／／／／／／／／／／／／0循環(huán)利用40125133466406591106810490／10143605填埋43256089071351685820960／1111379焚燒1150732／269／320066／／／3261657其它37／62／／／／23435／／19180合計(jì)13120027369698010013401196348150／147068212005 水體消納／／／／／／／／／／／／／0循環(huán)利用471251391776584911068108115／11183947填埋402550092／291685821545／1141187焚燒1450838／407／420065／／／3321910其它58／58／／／／23436／／19198合計(jì)159200278799117211314401195359160／15837242

　　到2005年，歐洲15個(gè)成員國(guó)干污泥產(chǎn)量預(yù)計(jì)可能由1992年的660萬(wàn)噸上升到至少940萬(wàn)噸。歐委會(huì)希望：到2005年污泥農(nóng)用比例上升73％達(dá)到污泥總產(chǎn)量的53％；污泥焚燒比例達(dá)到總產(chǎn)量的25％，比目前增加大約300％；到2005年填埋數(shù)量比目前下降24％^[45～47]。

2 污泥對(duì)環(huán)境的影響

2.1 污泥有機(jī)養(yǎng)分及其土地利用的有效性
　　污泥中含有大量的N、P、K、Ca及有機(jī)質(zhì)，而且N、P以有機(jī)態(tài)為主，同時(shí)污泥中還有許多植物所必須的微量元素，可以緩慢釋放，具有長(zhǎng)效性。因此，污泥是有用的生物資源，是很好的土壤改良劑和肥料。
　　下表是我國(guó)沈陽(yáng)、杭州、北京、廣州、天津、蘇州、香港、深圳、太原、無(wú)錫、常州、常熟、昆明等城市21個(gè)污水處理廠污泥營(yíng)養(yǎng)成分的調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果^[22～40]。

表3　我國(guó)21個(gè)污水處理廠污泥中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)成分統(tǒng)計(jì)結(jié)果
單位：％項(xiàng)目有機(jī)質(zhì)TNTPTK平均值37.183.031.520.69最大值62.007.035.131.78最小值9.20.780.130.23中值35.582.91.30.49

　　由上表說明，我國(guó)污泥的有機(jī)質(zhì)平均含量為37.18％、總氮、總磷、總鉀平均含量分別為3.03％、1.52％、0.69％，均超過國(guó)家堆肥需要的養(yǎng)分標(biāo)準(zhǔn)，所以污泥是很好的有機(jī)肥源。
　　另外，統(tǒng)計(jì)結(jié)果還說明：不同地區(qū)污水處理廠污泥的養(yǎng)分含量相差很大。經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)（如太原污水處理廠）有機(jī)質(zhì)含量較低，而經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)（如北京、深圳等）污水處理廠污泥中有機(jī)質(zhì)含量較高。各地城市污泥氮含量沒有明顯的規(guī)律性。南方城市污水處理廠污泥中磷含量普遍比北方污水處理廠高。同一地區(qū)城市污泥中鉀的含量變化并不大。
　　由于受到來(lái)源和生產(chǎn)日期影響，污泥成分差異較大，這與我國(guó)不同地區(qū)生活水平和生活習(xí)慣有關(guān)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我國(guó)污水廠污泥中氮、磷的含量將隨著脫氮脫磷等二級(jí)污水處理工藝的增加而增加，這將有利于污泥土地利用和堆肥處理。
　　我國(guó)城市污泥中有機(jī)物（VSS）含量約為55%～60％，而歐美等國(guó)可達(dá)70-80%（均指初次沉淀池污泥）。一般來(lái)說，新鮮污泥中有機(jī)物含量越高，消化分解的程度越高。污泥中有機(jī)養(yǎng)分和微量元素可以明顯改變土壤理化性質(zhì)、增加氮、磷、鉀含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，調(diào)節(jié)土壤pH和陽(yáng)離子交換量，降低土壤容重，增加土壤孔隙和透氣性和田間持水量和保肥能力等，城市污泥還可以增加土壤根際微生物群落生物量和代謝強(qiáng)度、抑制腐爛和病原菌^[3，5～8]。污泥用作肥料，可以減少化肥施用量，從而減少農(nóng)業(yè)成本和化肥對(duì)環(huán)境的污染。
2.2污泥對(duì)環(huán)境的污染
　　盡管污泥含有豐富的養(yǎng)分，但是也含有大量病原菌、寄生蟲（卵），銅、鋅、鉻、汞等重金屬、鹽類以及多氯聯(lián)苯、二噁英、放射性核素等難降解的有毒有害物。這些物質(zhì)對(duì)環(huán)境和人類以及動(dòng)物健康有可能造成較大的危害。
　　2.2.1污泥鹽分污染
　　污泥含鹽量較高，會(huì)明顯提高土壤電導(dǎo)率，破壞植物養(yǎng)分平衡、抑制植物對(duì)養(yǎng)分的吸收，甚至對(duì)植物根系造成直接的傷害，而且離子間的拮抗作用會(huì)加速有效養(yǎng)分的淋失^[9]。
　　2.2.2病原微生物
　　污水中的病原體（病原微生物和寄生蟲）經(jīng)過處理還會(huì)進(jìn)入污泥。新鮮污泥中檢測(cè)得到的病原體多達(dá)千種，其中危害較大的是寄生蟲。Polan和Jones（1992）認(rèn)為污泥中病原體對(duì)人類或動(dòng)物的污染途徑大致有4條：① 直接與污泥接觸；② 通過食物鏈與污泥直接接觸而感染；③ 水源被病原體污染；④ 病原體首先污染了土壤，然后污染水體。污泥農(nóng)用引起的潛在疾病的流行，被認(rèn)為主要與沙門氏菌和絳蟲卵有關(guān)^[10]。
　　2.2.3氮磷等養(yǎng)分的污染
　　在降雨量較大地區(qū)的土質(zhì)疏松土地上大量施用富含N、P等的污泥之后，當(dāng)有機(jī)物分解速度大于植物對(duì)N、P的吸收速度時(shí)，N、P等養(yǎng)分就有可能隨水流失而進(jìn)入地表水體造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化，進(jìn)入地下引起地下水的污染。所以N、P等養(yǎng)分遷移對(duì)環(huán)境影響是一個(gè)需長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)研究的工作^[9]。
　　2.2.4有機(jī)物高聚物污染
　　城市污泥中主要的有苯、氯酚等。盡管目前國(guó)內(nèi)外對(duì)城市污泥中有機(jī)污染物的研究并不多，但是一些國(guó)家對(duì)農(nóng)用城市污泥中有機(jī)污染物的特征及其在農(nóng)業(yè)環(huán)境中的行為、生態(tài)效應(yīng)和調(diào)控措施等方面進(jìn)行了一定的研究。西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)污泥中有機(jī)污染物的濃度進(jìn)行了一定的限制，并對(duì)PCBs、PCDD／Fs等提出了一些限量建議，但是除苯并（a）芘制定了控制標(biāo)準(zhǔn)外，我國(guó)還未能制訂出較完善的城市污泥有機(jī)污染物限制標(biāo)準(zhǔn)^[11，13]。迄今為止的試驗(yàn)研究表明，通過根部有效的吸收和在植物中轉(zhuǎn)移的二噁英/呋喃及6種重要的PCB衍生物的量很少，即使土壤中PCDD／PCDF含量很高、污泥過量施用也不會(huì)顯示出這些有機(jī)污染物的有害毒性^[13]。
　　2.2.5重金屬污染
　　在污水處理過程中，70％～90％的重金屬元素通過吸附或沉淀而轉(zhuǎn)移到污泥中。一些重金屬元素主要來(lái)源于工業(yè)排放的廢水如鎘、鉻；一些重金屬來(lái)源于家庭生活的管道系統(tǒng)如銅、鋅等重金屬。重金屬是限制污泥大規(guī)模土地利用的重要因素，因?yàn)槲勰嗍┯糜谕寥篮螅亟饘賹⒎e累于地表層。另外重金屬一般溶解度很小，性質(zhì)較穩(wěn)定、難去除，所以其潛在毒性易于在作物和動(dòng)物以及人類中積累。
　　下表為我國(guó)沈陽(yáng)、杭州、北京、廣州、南京、西安、蘭州、天津、蘇州、香港、武漢、黃石、佛山、深圳、太原、重慶、無(wú)錫、蘇州、常州、常熟、昆明、桂林、上海、山東、浙江、湖南等44個(gè)城市污水處理廠污泥中重金屬含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

表4　我國(guó)44個(gè)城市污水處理廠污泥中重金屬含量統(tǒng)計(jì)結(jié)果^[22～40] 單位：mg／kg  CdCuPbZnCrNiHgAs平均值3.03338.98164.09789.82261.1587.805.1144.52最大值24.103068.402400.004205.001411.80467.6046.00560.00最小值0.100.204.130.953.701.100.120.19中值1.67179.00104.12944.00101.7040.851.9014.60中國(guó)污泥標(biāo)準(zhǔn)(GB4284)5/20250/500300/1000500/1000600/1000100/2005/1575/75

　　統(tǒng)計(jì)結(jié)果說明：我國(guó)城市重金屬污染主要以Zn和Cu為主，其他重金屬含量較低。我國(guó)城市大量使用鍍鋅管道是生活污水污泥中Zn含量較高的原因之一。一些城市的生活污水與工業(yè)污水混合處理，導(dǎo)致Cr（皮革業(yè)污水），Cd（電鍍污水），Pb（冶煉污水），Hg（塑料行業(yè)污水）的含量較高。

3 世界各國(guó)污泥處理處置方法

3.1衛(wèi)生填埋
　　衛(wèi)生填埋操作相對(duì)簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用較小，處理費(fèi)用較低，適應(yīng)性強(qiáng)。但是其侵占土地嚴(yán)重，如果防滲技術(shù)不夠，將導(dǎo)致潛在的土壤和地下水污染。污泥衛(wèi)生填埋始于20世紀(jì)60年代，到目前為止已經(jīng)發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的污泥處置技術(shù)。污泥填埋是歐洲特別是希臘、德國(guó)、法國(guó)在前幾年應(yīng)用最廣的處置工藝。由于滲濾液對(duì)地下水的潛在污染和城市用地的減少等，對(duì)處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求越來(lái)越高（例如德國(guó)從2000年起，要求填埋污泥的有機(jī)物含量小于5％），許多國(guó)家和地區(qū)甚至堅(jiān)決反對(duì)新建填埋場(chǎng)。1992年歐盟大約40％的污泥采用填埋處置，近年來(lái)污泥填埋處置所占比例越來(lái)越小，例如英國(guó)污泥填埋比例由1980年的27％下降到1995年的10％，預(yù)計(jì)到2005年將繼續(xù)下降到6％^[43]。
　　據(jù)Biocycle雜志的調(diào)查表明：2000年美國(guó)大部分污泥被有效利用，21個(gè)州的50％以上的污泥被循環(huán)利用，4個(gè)州的50％以上的污泥被填埋，5個(gè)州的50％以上的污泥被焚燒。調(diào)查的40個(gè)州中，有5個(gè)州沒有污泥陸地填埋處置，17個(gè)州沒有污泥焚燒處理^[42]。由此表明：美國(guó)的污泥的主要處置方法是循環(huán)利用，而污泥填埋的比例正逐步下降，美國(guó)許多地區(qū)甚至已經(jīng)禁止污泥土地填埋。據(jù)美國(guó)環(huán)保局估計(jì)，今后幾十年內(nèi)美國(guó)6500個(gè)填埋場(chǎng)將有5000個(gè)被關(guān)閉。這意味著填埋并不能最終避免環(huán)境污染，而只是延緩了產(chǎn)生的時(shí)間^[1]。
　　另外，自從1996年10月，英國(guó)對(duì)污泥陸地填埋處理征收一定的稅收，結(jié)果污泥農(nóng)用重新引起了人們的興趣，因?yàn)樗且环N經(jīng)濟(jì)可行的方法^[44]。
3.2污泥農(nóng)用
　　污泥農(nóng)用投資少，能耗低，運(yùn)行費(fèi)用低，其中有機(jī)部分可轉(zhuǎn)化成土壤改良劑成分，因此污泥土地利用被認(rèn)為是最有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N處置方式。這種處置方式是把污泥應(yīng)用于農(nóng)田、菜地、果園、林地、草地、市政綠化、育苗基質(zhì)及嚴(yán)重?cái)_動(dòng)的土地修復(fù)與重建等?？茖W(xué)合理地土地利用，可減少污泥帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)。林地和市政綠化的利用是一條很有發(fā)展前途的利用方式，因?yàn)樗灰自斐墒澄镦湹奈廴?。污泥還可以用于嚴(yán)重?cái)_動(dòng)的土地如礦場(chǎng)土地、建筑排廢深坑、森林采伐場(chǎng)、垃圾填埋場(chǎng)、地表嚴(yán)重破壞區(qū)等需要復(fù)墾的土地。這些污泥利用方式減少了污泥對(duì)人類生活的潛在威脅，既處置了污泥、又恢復(fù)了生態(tài)環(huán)境^[9]。
　　影響污泥農(nóng)用的主要因素是重金屬污染、病原體、難降解有機(jī)物及N、P的流失對(duì)地表水和地下水的污染。目前對(duì)重金屬污染研究較多，主要集中在污泥農(nóng)用后土壤耕作層重金屬的變化，作物各部位富積量，存在形態(tài)及其影響等。大量的研究表明：近十幾年來(lái)，城市污泥中重金屬含量呈下降趨勢(shì)，只要嚴(yán)格控制污泥堆肥質(zhì)量，合理施用，一般不會(huì)造成重金屬污染。
　　為提高污泥農(nóng)用效率、減少有害物的含量可采取將污泥制成有機(jī)－無(wú)機(jī)復(fù)合肥料，適當(dāng)添加鉀肥以補(bǔ)充肥料中鉀的不足，另外，在經(jīng)濟(jì)政策上應(yīng)當(dāng)給予生產(chǎn)污泥復(fù)合肥的單位和個(gè)人以優(yōu)惠^[16]。
　　污泥農(nóng)用正在成為世界各國(guó)主要的污泥處置方法。英、美、法等許多國(guó)家城市污泥的農(nóng)用率在70％以上，有的高達(dá)80％以上^[12]。下表為1998年世界各國(guó)污泥產(chǎn)量和處理狀況^[44]。

表5　世界主要國(guó)家污泥產(chǎn)量和處置狀況國(guó)家產(chǎn)量(干污泥)(百萬(wàn)噸固體/年)處置方法（％）土地利用陸地填埋焚燒其他奧地利3201356310比利時(shí)75315694丹麥1303733282法國(guó)700505000德國(guó)（西德）25002563120希臘1539700愛爾蘭242818054意大利8003455110盧森堡15811801荷蘭282445330葡萄牙200801307西班牙28010501030瑞典180455500瑞士2155030200英國(guó)(1991年)1107558730美國(guó)690041172220日本^a171935551

　　注:“a”資料來(lái)源：趙麗君等，污泥處理與處置技術(shù)的進(jìn)展，中國(guó)給水排水，2001，Vol.17.No.6:23-25.）

　　由上表可以看出：大部分歐洲國(guó)家的污泥以填埋為主，美國(guó)和英國(guó)的污泥以農(nóng)用為主，日本的污泥則以焚燒為主，而我國(guó)污泥處理處置大部分以農(nóng)用、簡(jiǎn)易填埋處理為主。
　　總之，污泥農(nóng)用和陸地填埋是大多數(shù)國(guó)家污泥處置的兩種最主要方法。農(nóng)用和陸地填埋方案的選擇很大程度上取決于各國(guó)政府有關(guān)的法律、法規(guī)和污染控制狀況 ,同時(shí)也與國(guó)家的大小和農(nóng)業(yè)發(fā)展情況有關(guān)。
　　近年來(lái)，隨著污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)（如合成有機(jī)物和重金屬含量）日益嚴(yán)格的趨勢(shì)，許多國(guó)家，如德國(guó)、意大利、丹麥等污泥農(nóng)用的比例不斷降低，而污泥填埋的比例有增加的趨勢(shì)。但也有一些國(guó)家，如美國(guó)、英國(guó)和日本等污泥農(nóng)用的比例呈增加趨勢(shì)，填埋呈減少趨勢(shì)^[15]。
3.3污泥焚燒
　　以焚燒為核心的處理方法是最徹底的處理方法，它能使有機(jī)物全部碳化，殺死病原體，可最大限度地減少污泥體積，但是其缺點(diǎn)在于處理設(shè)施投資大，處理費(fèi)用高，有機(jī)物焚燒會(huì)產(chǎn)生二噁英等劇毒物質(zhì)。自1962年德國(guó)率先建議并開始運(yùn)行了歐洲第一座污泥焚燒廠以來(lái)的20年中，焚燒的污泥量大幅度增加^[14]。在國(guó)外，特別是西歐和日本已得到了廣泛的應(yīng)用，在日本，污泥焚燒處理已經(jīng)占污泥處理總量的60％以上，歐盟也在10％以上。
　　為防治焚燒產(chǎn)生二噁英等有害氣體，要求焚燒溫度高于850℃。焚燒后產(chǎn)生的焚燒灰可以改良土壤、筑路，制磚瓦、陶瓷、混凝土填料等。此外，已經(jīng)有一些公司正在開發(fā)將脫水污泥制成燃料以發(fā)電的新技術(shù)^[16]。在國(guó)內(nèi)由于其一次性投資和處理成本大、焚燒煙氣需進(jìn)一步處理等問題而一直未得到應(yīng)用^[17]。
3.4污泥干化和熱處理
　　污泥干化能使污泥顯著減容，體積可以減少4～5倍，產(chǎn)品穩(wěn)定、無(wú)臭且無(wú)病原生物，干化處理后的污泥產(chǎn)品用途多，可以用作肥料、土壤改良劑、替代能源等。早在20世紀(jì)40年代，日本和歐美就已經(jīng)用直接加熱鼓式干燥器來(lái)干燥污泥，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，污泥干化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)正逐步顯現(xiàn)出來(lái)^[18]。
　　由于污泥熱干燥技術(shù)要求和處理成本較高，管理較復(fù)雜，所以這項(xiàng)技術(shù)直到20世紀(jì)80年代末期瑞典等國(guó)家的成功應(yīng)用之后才在西方發(fā)達(dá)國(guó)家推廣。污泥低溫?zé)崽幚砑夹g(shù)無(wú)害化和減量化徹底，其地位已經(jīng)逐漸增強(qiáng)，研究表明：低溫?zé)峤馐悄芰績(jī)糨敵鲞^程，成本低于直接焚燒^[19]。
3.5污泥堆肥
　　堆肥化技術(shù)是國(guó)際上從60年代迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新興生物處理技術(shù)。70年代以后由于污泥產(chǎn)生的環(huán)境問題和填埋技術(shù)的缺點(diǎn)日益突出，污泥堆肥技術(shù)引起了世界各國(guó)的廣泛重視，并成為環(huán)保領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，這時(shí)人們開始考慮利用堆肥化技術(shù)取代部分傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法。進(jìn)入80年代之后，日本、韓國(guó)以及歐美一些國(guó)家相繼研究開發(fā)出封閉式發(fā)酵系統(tǒng)，以機(jī)械方式進(jìn)料、通風(fēng)和排料，雖然設(shè)備投資較高，但是由于自動(dòng)化程度高、周期短，日處理量大，污泥處理后質(zhì)量穩(wěn)定，容易有效利用，而且可以有效控制臭氣和其他污染環(huán)境的因素，所以綜合效應(yīng)好，日本神戶、大阪等地已經(jīng)開發(fā)出多種發(fā)酵倉(cāng)工藝系統(tǒng)^[16，20]。
　　各種堆肥工藝各有優(yōu)、缺點(diǎn)，都在不斷地完善和發(fā)展。美國(guó)20世紀(jì)80年代初開發(fā)了比較完善的Beltsville好氧堆肥法。污泥連續(xù)發(fā)酵工藝是目前國(guó)際上較為先進(jìn)也是較為普遍使用的處理方法，已在美國(guó)、日本、歐洲廣泛采用。在美國(guó)、德國(guó)、荷蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家，污泥堆肥大多由污水處理廠出資，國(guó)家資助并交專業(yè)公司承包產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)，污泥處理和處置按照市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)展趨勢(shì)良好。日本于1954年建立第一座污泥堆肥中心，到20世紀(jì)90年代末已建成了35座堆肥廠，許多大型的堆肥廠的發(fā)酵倉(cāng)和生產(chǎn)線以及袋裝產(chǎn)品很具規(guī)模，且機(jī)械化、自動(dòng)化程度較高。美國(guó)1973年只有少數(shù)幾家污泥堆肥廠，到目前為止美國(guó)已經(jīng)建成數(shù)以百計(jì)的污泥堆肥廠。雖然國(guó)外將污泥堆肥處理后制成復(fù)合肥已經(jīng)相當(dāng)普遍，但是國(guó)內(nèi)污泥堆肥的商品化生產(chǎn)正在蓬勃地發(fā)展中^[14]。我國(guó)的深圳、太原、石家莊、西安等地已經(jīng)出現(xiàn)了污泥堆肥產(chǎn)品。
　　污泥循環(huán)利用主要當(dāng)作肥料用于農(nóng)業(yè)或林業(yè)。但是，對(duì)食品的清潔生產(chǎn)和人類無(wú)污染食品消費(fèi)的關(guān)注可能會(huì)增加對(duì)污泥處理問題的爭(zhēng)論。一方面，公眾將鼓勵(lì)循環(huán)利用計(jì)劃，而另一方面，對(duì)潔凈和健康食品的需求將會(huì)增加對(duì)污泥利用的限制^[48]。
3.6海洋傾倒
　　海洋傾倒操作簡(jiǎn)單、對(duì)于沿海城市來(lái)說其處理費(fèi)用較低，但是，隨著生態(tài)環(huán)境意識(shí)的加強(qiáng)，人們?cè)絹?lái)越多地關(guān)注污泥海洋傾倒對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境可能存在的影響。美國(guó)于1988年已禁止污泥海洋傾倒，并于1991年全面加以禁止。日本對(duì)污泥的海洋投棄作了嚴(yán)格的規(guī)定。中國(guó)政府于1994年初接受3項(xiàng)國(guó)際協(xié)議，承諾于1994年2月20日起不再海上處置工業(yè)廢物和污水污泥^[3]。海洋傾倒在英國(guó)尤其流行，因?yàn)榕c其他方法相比，其費(fèi)用相當(dāng)?shù)?。但是?998年底，歐共體城市廢水處理法令（91／271／EC）已經(jīng)禁止其成員國(guó)向海洋傾倒污泥^[44]。
3.7污泥處理處置費(fèi)用分析
　　污泥處理及處置費(fèi)用是昂貴的，約占全部基建費(fèi)用的20～50%，甚至為70%。在我國(guó)城市污水處理廠中，傳統(tǒng)的污泥處理工藝處理費(fèi)用約占污水處理廠總運(yùn)行費(fèi)用的20%～50%，其投資占污水處理廠總投資的30%～40%^[15]。
　　歐洲國(guó)家花在污泥管理方面的費(fèi)用超過100億歐元，其中15億歐元花在污水處理廠污泥以及數(shù)目不詳?shù)念愃莆鬯勰嗟墓I(yè)污泥處理上。由于污泥農(nóng)業(yè)利用難度的增加，所以有必要建設(shè)一些焚燒廠，從而使處理費(fèi)用升高3～4倍^[48]。
　　限制污泥農(nóng)用的經(jīng)濟(jì)后果是相當(dāng)大的。如果依靠限制的可供選擇的處理方法，處理成本將由農(nóng)用的75歐元／噸上升到焚燒的400歐元／噸。據(jù)德國(guó)的數(shù)據(jù)顯示：污泥熱處理費(fèi)用將達(dá)到600歐元／噸。因此，排除有問題的化合物可能是經(jīng)濟(jì)的解決辦法^[45～47]。
　　總之，各國(guó)應(yīng)當(dāng)根據(jù)自己的地理位置、環(huán)境狀況，經(jīng)濟(jì)實(shí)力、交通等因素來(lái)綜合確定哪一種處理方法較為適合。

4 世界污泥處理處置標(biāo)準(zhǔn)

　　制定污泥利用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)根據(jù)土地利用情況、取樣深度以及土壤pH值等因素進(jìn)行調(diào)整。歐美國(guó)家根據(jù)各自具體情況制定了城市污泥土地利用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
　　英國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)主要包括污泥中各項(xiàng)有毒有害物質(zhì)、pH指標(biāo)、污泥無(wú)害化、衛(wèi)生化、穩(wěn)定化處理后各項(xiàng)指標(biāo)值，土地類型及其性質(zhì)的測(cè)定，處理后污泥的土地使用范圍。
　　美國(guó)聯(lián)邦政府對(duì)城市污泥土地利用有嚴(yán)格的規(guī)定，在《有機(jī)固體廢棄物（污泥部分）處置規(guī)定》中，將污泥分為A和B兩大類：經(jīng)脫水、高溫堆肥無(wú)菌化處理后，各項(xiàng)有毒有害物質(zhì)指標(biāo)達(dá)到環(huán)境允許標(biāo)準(zhǔn)的為A類，可作為肥料、園林植土，生活垃圾填埋覆蓋土等；經(jīng)脫水或部分脫水簡(jiǎn)單處理的為B類污泥，只能林業(yè)用土，不直接用于改良糧食作物耕地^[14]。自從1992年以來(lái)美國(guó)沒有污泥傾倒入海洋，這是符合1988年制訂的禁止污泥海洋傾倒公約的，結(jié)果許多將污泥傾倒入海洋的城市與其他城市聯(lián)手將污泥制成土壤調(diào)理劑和肥料，以便用于農(nóng)業(yè)土地和庭院。但是，為了避免污泥的負(fù)面效應(yīng)，對(duì)應(yīng)用于土地的污泥中化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行了一些限制。這些限制源于化學(xué)物質(zhì)從修復(fù)的土壤向植物、動(dòng)物、和人類遷移的14條途徑的冗長(zhǎng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。As、Cd、Pb、Hg和Se的濃度是為防止直接吸入污泥的兒童患病而制訂的。對(duì)于這些元素，其他到達(dá)人類的途徑和對(duì)動(dòng)物和植物的所有影響都作為這些化學(xué)物質(zhì)的濃度上限。對(duì)Cr、Cu、Ni、Zn的濃度限制是為防止其對(duì)作物的毒性而制訂的。部分有機(jī)物的限制也加以考慮，因?yàn)檫@些物質(zhì)已經(jīng)被美國(guó)禁用或者被調(diào)查監(jiān)測(cè)到已經(jīng)超過了接受限^[49]。

表6　國(guó)外污泥利用標(biāo)準(zhǔn)（最大施用量）^{[6，50～55]}　　　  單位：mg／kg國(guó)家年CdCuCrNiPbZnHgAs歐盟19861～350～140100～150^a30～7550～300150～3001～1.5  法國(guó)19882100150501003001  德國(guó)19921.560100501002001  意大利  310015050100300／  西班牙199015010030501501  荷蘭凈土參考值  0.83610035851400.3  干擾值  1219038021053072010  英國(guó)19893135400^a753002001  丹麥19900.5403015401000.5  芬蘭19950.510020060601500.2  挪威  15010030501501  瑞典  0.5403015401000.5  美國(guó)199320750150021015014008  中國(guó)（GB4284）  5／20250／500600／1000100／200300／1000500／10005／1575／75日本  5          250加拿大  2050010005002002000  2000

　　由表6說明：歐共體的成員國(guó)污泥利用標(biāo)準(zhǔn)是不同的。1986年6月12日，歐共體通過了“歐洲議會(huì)環(huán)境保護(hù)、特別是污泥農(nóng)用土地保護(hù)準(zhǔn)則”。目前，歐洲委員會(huì)正在考慮對(duì)重金屬和可能的有機(jī)污染物進(jìn)行限制，但是，這將會(huì)限制污泥循環(huán)利用的潛力。幾個(gè)成員國(guó)已經(jīng)建立了更為嚴(yán)格的污泥重金屬含量的限制，一些國(guó)家已經(jīng)引進(jìn)了污泥中有機(jī)污染物含量的限制。
　　德國(guó)1972年6月通過了第一部廢物處置法，于1982年1月15日在廢物處置法下通過了一項(xiàng)有關(guān)農(nóng)業(yè)、林業(yè)及園藝用地上使用污泥的法律條令，1992年4月15日對(duì)其進(jìn)行了修改，1994年7月8日又通過了物質(zhì)循環(huán)管理－垃圾法，并于1996年9月生效^[13]。
　　目前我國(guó)關(guān)于污水處理廠污泥處理處置國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)只有“農(nóng)用污泥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”（GB4284－84），此外還有部級(jí)標(biāo)準(zhǔn)“城市污水處理廠污水污泥排放標(biāo)準(zhǔn)”（GJ3025－93）。
　　歐盟成員國(guó)污泥污染調(diào)查結(jié)果顯示：重金屬使用越少，污泥污染越小，因此，越有利于污泥的循環(huán)利用。增加污泥的作為肥料的施用需要考慮農(nóng)業(yè)土地污染不會(huì)影響食物質(zhì)量、也不能導(dǎo)致環(huán)境破壞。
　　最近好的跡象顯示：由于丹麥、德國(guó)、法國(guó)以及芬蘭采用了更有效的污水處理技術(shù)，所以重金屬含量下降了，而氮、磷的含量增加了^[45～47]。

5 我國(guó)污泥處理、處置存在的問題和展望

　　污水處理中的污泥處理和處置技術(shù)在我國(guó)還剛剛起步，在全國(guó)現(xiàn)有污水處理設(shè)施中有污泥穩(wěn)定處理設(shè)施的還不到1／4，處理工藝和配套設(shè)備較為完善的還不到1／10，能夠正常運(yùn)行的為數(shù)不多，污泥直接排放造成的二次污染必須予以充分的重視^[15]。我國(guó)傳統(tǒng)的污泥處理處置基建投資大、負(fù)荷低、安全性要求高，運(yùn)行管理難度大、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)缺乏等問題，所以造成設(shè)備閑置，浪費(fèi)極大^[1]。我國(guó)存在大量小型污水處理廠，其污泥絕大部分未能得到妥善處置，污泥處置已經(jīng)成為污水處理廠設(shè)計(jì)、運(yùn)行中必須優(yōu)先考慮的重要環(huán)節(jié)。污泥處理和處置不僅是我國(guó)而且是世界面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。
　　對(duì)于污水處理廠的污泥處理、處置系統(tǒng)的裝備，發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)達(dá)到先進(jìn)的成套化水平，而我國(guó)城市污水處理廠污泥處理起步較晚，而且對(duì)污泥處理處置重視不夠。雖然80年代中期建設(shè)了大型污水處理廠，污泥處理也采用中溫厭氧消化，但是污泥處理技術(shù)和設(shè)備幾乎全部需要引進(jìn)。近十多年來(lái)，城市污泥處理技術(shù)中某些單項(xiàng)專用設(shè)備有較大發(fā)展，但是污泥處置和最終出路方面尚屬試驗(yàn)研究階段^[14]。
　　從污泥處理處置趨勢(shì)分析，今后污泥利用方向?qū)?huì)是土地利用和熱能利用。污泥農(nóng)用將會(huì)向更安全地利用方向發(fā)展，因此，需要提供污泥的來(lái)源、污染方面的信息，同時(shí)在引進(jìn)先進(jìn)污水處理技術(shù)、制定更嚴(yán)格的污泥利用標(biāo)準(zhǔn)的前提下改進(jìn)或創(chuàng)新污泥處理工藝。由于堆肥工業(yè)受到堆肥處理量、處理周期、成本的限制，所以目前歐洲只有1％的污泥用于堆肥，美國(guó)只有4％～5％。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，堆肥化工藝設(shè)計(jì)正朝著工業(yè)化、系統(tǒng)化方向發(fā)展。隨著人們資源循環(huán)利用和環(huán)保意識(shí)的提高，堆肥化和其他有競(jìng)爭(zhēng)方法的經(jīng)濟(jì)差額逐步減少，今后將會(huì)有越來(lái)越多的資金注入堆肥化工廠的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造以及相關(guān)機(jī)械設(shè)備的研制之中，一批按照工程學(xué)、生物學(xué)原理設(shè)計(jì)、且符合液體和氣體排放管理相關(guān)規(guī)定的大規(guī)模現(xiàn)代化堆肥廠將會(huì)大量出現(xiàn)。
　　污泥焚燒和能源利用將是污泥處置的發(fā)展方向之一，所以今后污泥焚燒的比例將進(jìn)一步增加。污泥干化將繼續(xù)不斷完善和發(fā)展，據(jù)預(yù)測(cè)，未來(lái)10年歐洲采用熱處理的污泥量將翻一番^[56]。污泥干化設(shè)備正向大型化方向發(fā)展，其處理性能將不斷完善，處理能耗將進(jìn)一步降低。污泥低溫?zé)峤饽芑厥漳芰?，?jīng)濟(jì)性優(yōu)于焚燒處理，是大有前途的處理方法，但是需要在熱解機(jī)理和動(dòng)力學(xué)研究方面作深入研究，在工藝和設(shè)備方面有所突破^[21]。
　　近年來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家已就促進(jìn)厭氧消化進(jìn)程技術(shù)和污泥減量技術(shù)展開研究。通過各種預(yù)處理（如熱解法、水解酸化法、堿處理等）來(lái)提高污泥的厭氧消化性能；通過臭氧氧化、超聲波技術(shù)、解耦聯(lián)代謝等措施進(jìn)行污泥減量化處理。從世界范圍來(lái)看，污泥土地填埋將會(huì)受到越來(lái)越多、越來(lái)越嚴(yán)格的限制，所以污泥填埋的比例將會(huì)逐漸減少。根據(jù)我國(guó)是一個(gè)以農(nóng)業(yè)為主的發(fā)展中大國(guó)以及目前污泥處理處置中存在的特點(diǎn)，污泥處理應(yīng)當(dāng)以堆肥、土地利用和資源化為主，在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)可根據(jù)實(shí)際情況探索其他處理處置方法（如焚燒法、熱處理法等）。但是應(yīng)當(dāng)注意，在進(jìn)行污泥土地利用時(shí)需要嚴(yán)格管理，只有符合農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)的污泥才能用于農(nóng)作物。在采用堆肥時(shí)，需要考慮污泥處理量、場(chǎng)所和使用場(chǎng)地等，當(dāng)污泥不能農(nóng)用時(shí)，可以考慮污泥干化和焚燒處理。
　　總之，在考慮選用某種污泥處理處置方法時(shí)，要從環(huán)境安全、資源投入產(chǎn)出和收益影響比四個(gè)方面來(lái)考慮污泥處理方案，同時(shí)兼顧環(huán)境生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益三者之間的平衡。不管采用那一種污泥處理處置措施都需要考慮投資和運(yùn)行成本和經(jīng)濟(jì)承受能力，要在設(shè)備投資、運(yùn)行費(fèi)用、地價(jià)和人力價(jià)格等基礎(chǔ)上對(duì)處理方法加以綜合評(píng)估。各地區(qū)在處置污泥時(shí)要根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境、經(jīng)濟(jì)水平、技術(shù)措施、交通運(yùn)輸、能源、污泥利用市場(chǎng)和容量等因素，隨著公眾認(rèn)識(shí)的提高和興趣的改變而發(fā)生變化。
　　面對(duì)我國(guó)污泥產(chǎn)生和處理處置狀況，今后需要采取的策略是：首先，污水處理廠應(yīng)當(dāng)重視污泥處理和處置，加強(qiáng)污泥管理力度。其次，國(guó)家和行政管理部門應(yīng)當(dāng)加速建立和完善污泥處理處置的相關(guān)法規(guī)。由于我國(guó)存在大量中、小型污水處理廠、污泥產(chǎn)量小、處理技術(shù)低，所以建議由政府部門帶頭，廣開融資渠道、組建一批按市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律運(yùn)轉(zhuǎn)和管理的大型城市污泥處理處置中心。