柏杉林

（合肥市排水管理办公室 安徽合肥 230000）

引言

目前，我国每年污水处理厂处理城镇污水时产生近1 亿吨的污水污泥，且随着城镇人口增长，产生的污泥量还在急剧增加[1]。城镇污泥中含有多种的病原菌、重金属、有机污染物等潜在的有毒有害成分，散发强烈的异味，任意堆放易对生态环境造成二次污染[2]。同时，污泥中也含有大量有机质、N、P、K 等植物生物生长所需要的营养元素[3]。因此必须妥善处理污水污泥，消除污泥中的病原菌、重金属、有机污染物并控制恶臭和资源化再利用。近十几年来，国内污水处理厂的建设往往只考虑污水处理达标标准，忽略污泥的处理处置[4]。污泥处理始终处于滞后状态，导致部分城市出现污泥围城的严重局面，成为限制城市化发展的瓶颈之一。因此，城镇污泥问题和污水问题应受到同等重视，泥水并重。本文以合肥市污水处理厂污泥处理处置为例，分析污泥无害化、减量化处理和资源化利用等面临的难题，探讨合肥市污泥处理处置的出路。

1 污泥的危害

在污水处理过程中，污水中的大多数有机物、营养物质、金属和病原体等被转移并富集在污水污泥中。因此，污水污泥通常被认为是污水处理过程中的副产品，且可能存在二次环境污染，破坏生态系统，危害人类健康等问题。本文主要以重金属、有机污染物和病原菌三个方面展开讨论污泥存在的危害。

1.1 重金属

污泥中重金属的浓度是评价其对环境潜在危害的重要指标，它们包括锌（Zn）、锰（Mn）、铜（Cu）和钼（Mo）等生物所必须的微量元素，以及镉（Cd）、铅（Pb）和汞（Hg）等非必要的有害元素。这些元素随污泥堆肥一起引入土壤会导致土壤肥力发生变化，降低植物的产量和质量。它们还可以通过金属渗透引起地表水和地下水的污染，并通过动植物的富集进入人类体内。因此，污泥未经适当处理就随意排放，会因重金属在食物链中的积累而给环境带来严重污染，威胁人类健康。

1.2 有机污染物

在污水处理过程中大多数有机污染物在初级处理和生物处理过程中附着在活性污泥表面。这些有机化合物在污水和污泥处理过程中会合并和浓缩，若处理不当会威胁人类健康和破坏生态环境。因此，污泥中的药物、个人护理产品和激素等有机污染物的合并和浓缩是污泥处理的一大难题。据报道可知，全球已注册的有机化合物超过1500 种，其中一大部分可在污水和污泥中检测到[5]，包括四溴双酚A 和溴代三嗪等多溴化阻燃剂、百忧解和氟西汀等药物、雌激素和其它激素等激素、四环素和红霉素等抗生素以及这些化合物的代谢物。其中以抗生素最为重视，一方面是抗生素对活性污泥中的微生物具有抑制作用，影响活性污泥的处理效果。另一方面是抗生素可促进微生物的基因突变从而产生抗生素耐药性的风险。

1.3 病原菌

每年数百万人由于病原菌的传播而感染各种疾病，其中包括肺结核、痢疾、新冠病毒等，已经对全球公共卫生构成巨大威胁。其中水循环是病原菌传播的重要途径。由于污水处理厂接收各种市政、商业、制药业以及医疗系统等废水，这些废水中含有多种病原菌，使污水处理厂成为水循环过程中控制病原菌传播的关键节点。研究发现，在美国五个大城市的污水污泥中发现了超过27 种不同形式的人类病毒，包括腺病毒、冠状病毒、艾滋病毒等。此外，由于抗生素在医药中大量使用，使污水处理厂接收到各种抗生素，为微生物创造了一个适合耐药性发展和传播的环境。因此，去除污水污泥中的抗生素耐受菌和病原体成为首要问题。

2 合肥市污泥现状

2.1 合肥市污水处理量和污泥产量现状

目前合肥市城区共有污水处理厂15 座，设计处理能力为248.5 万m3/日，污水处理量和污泥产量以2021年11 份数据为例，见表1。2020 年合肥市处理污水约7.38 亿m3，污泥生产量约36 万t（含水率以80%计），日生产量约1010t/日。合肥市在钟油坊、滨湖两处污水处理厂陆续新建，预计新增污水处理能力约20 万m3/日，新增污泥生产量将超过10 万吨/年。

表1 2021年11月份合肥市污水处理量及污泥产量

2.2 污泥重金属含量现状

合肥市污泥重金属含量现状以2021 年11 月合肥市污泥处置中心抽取检测的20 个样为例，检测结果见表2。由表2 可知，在合肥市污泥检测出As、Pb、Cr、Cd等多种重金属，其中铬（Cr）重金属含量较高，虽然没有超过国家农用标准，但是长期使用存在潜在的生态环境风险。

表2 2021年11月份合肥城区污水处理厂污泥重金属含量数据

2.3 合肥市污泥处理处置方式现状

目前，合肥市污泥处理处置过程中首先经过污泥浓缩和机械脱水将含水率降低至约80%，再进行热电焚烧、资源化利用、建材利用、蚯蚓养殖和土地利用等处理方式进行最终处置。2020 年合肥市污泥处置方式占比如表3 所示。

表3 2020年合肥市污水处理厂污泥处置方式占比%

目前，合肥市具有天源热电直接焚烧厂、东方热电干化和协同焚烧设备和国新天汇资源化利用工程等污泥焚烧和资源再利用处置项目，设计处理能力1140t/日，实际处理能力约750t/日。另有佳安建材、鸿厦建材和吴山新型建材3 家公司使用建材利用技术处理污泥项目，以及一家新环蚯蚓养殖项目，四家处置规模约400吨/日。此外，在2020 年底，应急处置服务招标淮南顺杰、铜陵南泉2 家建材利用项目，以及海创环保水泥窑协同焚烧项目和惠隆蚯蚓养殖项目，极大地填补了污泥应急处理缺口。2020 年，全市污泥无害化处理处置率达到95.53%以上，基本实现污泥无害化处理。

3 合肥市污泥处置面临的问题

3.1 资源化利用项目

污泥经稳定化和无害化后的末端产品存在大量营养元素（N、P、K）和有机质，可增加肥力，改善土壤性质。但污泥中含有重金属和有毒有机物，在资源化利用时需要进行分类处理利用，并进行严格的全程监管和后续跟踪监测，确保对土壤、地下水、大气等不造成环境污染。此外，由于污泥资源化利用产品未得到基层政府和民众的认可，导致其产品基本处于停销状态。2020年，合肥市污泥资源化项目的突然停产，其污泥处理出现巨大缺口。大量污泥无法有效处理严重影响合肥市污水处理厂的正常运行。

3.2 热电焚烧项目

污泥焚烧是城市污泥常见处理的方式，虽然能较大程度地减少污泥量，但其处理费用较高，且烟气中产生大量有毒有害气体（如酸性气体和二噁英等），灰渣中含有多种重金属还须再经过特殊固化处理。目前，合肥市有两家企业使用热电焚烧处理污泥，分别是天源热电和东方热电，以居民生活供热为主。天源热电焚烧污泥设计处理能力为240 吨/日，在实际处理过程中冬季处理为200 吨/日，夏季只有60-100 吨/日。东方热电采用干化加焚烧工艺，设计处置能力300 吨/日，但在实际使用中受干化后环评掺烧比例的限制，导致其热电处置能力有限。由上述可知，合肥市污泥燃烧处置过程中，一方面，尾气和灰渣控制效果无法保证，导致环保压力严峻，另一方面热电生产存在不稳定性，因此污泥焚烧处置方式存在不确定性。

3.3 蚯蚓养殖

目前，国家对污泥养殖蚯蚓没有相应的标准和规范，但蚯蚓生长对环境要求较高，为保证蚯蚓存活需对污泥进行前处理。蚯蚓在处理污泥过程中对温度、湿度、污泥毒性依赖性较大，处置污泥量不确定性因素较多。另一方面，蚯蚓处理污泥中的重金属和有毒有机物不彻底，蚯蚓粪农用存在二次污染风险，不宜大面积推广[6]。因此蚯蚓处理污泥的不确定问题更加突出。

3.4 土地利用和建材利用

土地利用对污泥的要求较高，其需要经过稳定化和无害化处理，且含水率要低于60%和卫生指标达标后才可使用。由于污泥中重金属和有毒有机物影响，年施用量不超过7.5t/hm2（以干基计），且连续使用不超过5 年，施用过程中需及时跟踪环境质量，进行环境风险评估，对土壤、地下水、地表水、植株和生态系统进行周期性检测，防止其对生态环境造成潜在污染。通过研究发现污泥农用和堆肥等方法在长期使用过程中会导致土地板结、总金属积累，盐碱度增加、肥效降低等问题，因此在使用过程中需要时时进行跟踪检查，防治污染超标。污泥作为建筑材料是一种有效的资源化办法，此方式可以将污泥中的重金属稳定化，降低二次污染，目前大量水泥生产公司已经将水泥窑和污染物处理综合应用，使重金属固定在建筑材料中，降低其环境风险。但是目前污泥制作建材标准较低，且市政部门缺乏管理和监督，最终会导致污泥无害化效果无法保证[7]。由上述可知，合肥市污泥处置方式呈现多元化趋势，但没有主流处理工艺。由表2 可知，合肥市污泥资源化处理占比近50%，这表明政府有意愿将污泥资源化处理，但是资源化产品在推广过程中遭到地方群众和环保部门排斥，在施用过程中面临的环境风险较大，增加了资源化利用的不确定性。要解决上述问题，首先增加建设污水厂污泥料仓，使其能满足污水厂1-2 天的污泥暂存量，保证了污泥不落地，有效减少了臭味对污水厂周边居民影响。其次要解决资源化产品存在的环境风险问题，如降低污泥中的重金属、有害有机物、病原菌和消除异味等，防止其对生态环境造成潜在污染。最后需要地方政府积极引导和推广，使人民群众接受资源化产品。最终创造资源化产品市场，完善产品监管制度，采取积极有效措施，增强产品的竞争力，从而进一步打通“水、泥、土”产业链，真正实现污泥资源有效利用。除资源化利用外，焚烧、蚯蚓养殖、建材利用和土地利用等处理方式受市场和环境保护等原因，导致污泥处理量稳定性差。因此为保证污泥稳定有效的处理，污泥总体处理技术路线应遵循多元化工业化处置。首先要考虑污泥的减量化、稳定化和无害化，其次是资源化利用，并且以资源化利用处置为主，焚烧利用为辅，结合各个污泥处理方式的特点，创建一个高效的、可靠的和稳定性好的污泥处置方案。方案设计时还需结合城市规划、生态环保和可持续发展等因素，才能保证工程品质为后期运营创造更好的条件。

合肥市污泥总体处置技术路线遵循工业化处置，以焚烧处置为主，工业化利用为辅，建设配套一个成熟、稳定、可靠、连续运营的污泥处置项目，是目前合肥市最紧迫的任务，在项目选址上慎而又慎，才能确保后期工程实施及运营，考虑的处置工艺是单独焚烧或协同焚烧，这样可以不受任何外界环境影响。

4 污泥处置方式规划建议

4.1 污泥减量

在污水处理过程中减少污泥产量，提高污泥质量和提升污泥回收利用率，降低后续污泥处理成本及工艺难度，是目前较为推崇的技术思路。污泥减量可降低与污泥的处理和管理相关的成本。污泥减量通常使用物理法、化学法以及微生物法等降低污水处理厂产生的污泥量。在污水处理过程中可通过调整生化系统工艺运行参数以及对部分回流污泥采取减量措施。例如，由于厌氧反应产生的污泥量约为好氧反应产生污泥量的50%，因此通过提高厌氧过程在污水处理过程中的比例，既减少活性污泥过程中的曝气成本，又可减少污泥量的产生。对排出污水处理系统外的污泥，可通过污泥浓缩、污泥消化、污泥脱水、污泥干化、污泥焚烧等系统装置进行污泥减量。其中应以机械脱水为重点，研发脱水率高，效果稳定，连续生产运行的仪器，即可减少污泥浓缩使用的化学药剂，又可减少污泥焚烧的能量消耗。

4.2 磷回收

我国是农业大国，且面临磷资源短缺难题。因此，从污泥中回收磷还具有重大意义。迄今为止，污泥中磷回收的常规技术可分为湿化学法和热化学法两种方法。其中，水热碳化法由于其工艺环保和节能而被视为一种可持续发展的技术。据报道，在污泥水热碳化后，水炭中通常会残留超过80%的磷，有利于磷的回收。此外，污泥水热碳化后有机污染物分解和重金属固定化效果显著，使水炭易于直接应用于土壤，以改善土壤质量，作为土壤改良剂。

4.3 金属回收

随着城市工业的快速发展，钢铁制造行业和电镀行业所生产了大量的含重金属的污泥。它们通常含有铜、铁、锌等有价值的金属。目前，国内外对含重金属的工业污泥处理方式主要是固化/稳定化-填埋法、重金属污泥的热处理技术和重金属污泥回收利用技术。其中填埋法既造成了金属资源的浪费，也存在重金属析出引起环境风险。热化学处理消耗大量能源，增加处理成本。因此，对重金属污泥回收利用已势在必行。污泥的金属回收工艺主要分为火法还原和湿法浸出两种。其中湿法浸出由于操作复杂，使用大量化学试剂，增加了成本，还可能会造成二次污染等原因极大地限制了金属回收利用。然而，火法还原熔炼法回收技术对重金属污泥进行处理虽然耗能高，但能做到无害化，回收的重金属能做到资源化利用。因此应发展低耗能的火法还原熔炼法回收污泥中的重金属，实现生态效益和经济效益。

4.4 能量回收

研究发现，污泥的干物质中含有大量可用于产生生物质能的有机成分，可以能量回收的形式被视为具有经济潜力的可持续资源。在能量回收方面，污泥可通过厌氧消化、燃煤电厂协同焚烧、热解、高温水解等方式生产能源以及利用微生物燃料电池（MFC）直接产生电能。其中，厌氧消化是城市污泥能量回收中最常见的方法，产生的沼气通常用于供暖和/或发电，不仅避免了污泥二次污染，还具有较高的环境效益及经济效益。

结语

现阶段，随着社会的发展，人们越来越重视生态环境保护问题，因此城市污泥必须进行减量化、稳定化和无害化处理，并坚持工业化处理，资源化利用的方针，积极尝试和研发新的污泥处理方式，尽量减少污泥对生态环境的危害。针对污泥资源化产品使用率低的现象，政府相关部门应高度重视，积极研发更为科学环保的资源化产品，完善市场监督体制，建立高度活跃的市场，在提升污泥整治水平的同时，推动区域经济发展。