我国污泥处理处置主流技术路线的发展概况及制约因素

摘要： 目前,我国污泥年产量已突破6000万吨(以含水率80%计),“十一五”和“十二五”期间,围绕“稳定化、减量化、无害化、资源化”的基本原则,我国污泥处理处置已取得了阶段性进展和成果,实现了从无到有、从点到面的突破.但污泥处理处置主流技术路线的全链条集成仍存在制约性问题.现介绍“厌氧消化/好氧发酵+土地利用”、“干化焚烧+灰渣填埋或建材利用”作为主流技术路线的发展现状,分析总结其全链条推广瓶颈,并展望污泥处理处置技术领域的后续发展方向.

0引言

随着我国城镇化水平的不断提高，污水处理设施建设得到了高速发展。根据国家住房和城乡建设部的统计：2017年，我国城市(包括县城)污水处理厂共有3781座，年处理污水量537.5亿m³，干污泥产量已高达1209.7万t，折合含水率80%的脱水污泥6048万t。为了解决我国污泥安全处理处置问题，我国自“十一五”以来加大了科技投入，在一些关键技术上(如厌氧消化、好氧发酵、污泥干化、焚烧及二次污染控制等)取得了一系列的突破。“十二五”期间，污泥处理处置成为节能减排工作的重点，污泥处理处置及资源化技术和装备得到了快速发展，符合我国国情的污泥处理处置技术体系和政策标准体系初具雏形。经过实践和反复论证，形成了污泥稳定化处理与安全处置的几条技术路线：“厌氧消化/好氧发酵+土地利用”、“干化焚烧+灰渣填埋或建材利用”，以及阶段性和应急技术路线“深度脱水+填埋”。可以说，“十一五”和“十二五”期间，我国污泥处理处置实现了从无到有、从点到面的突破，为技术体系的完善奠定了基础。尽管取得了阶段性进展和成果，但对照“水十条”及国家“十三五”对污泥处理处置提出的要求，我国目前的污泥安全处理处置仍任重而道远。从“厌氧消化/好氧发酵+土地利用”、“干化焚烧+灰渣填埋或建材利用”两大主流技术路线应用和推广的角度来看，我国所取得的进展和成果主要分散在无害化处理、资源化回收、能源化利用技术、设备和产品的单元节点或局部环节，主流技术路线的全链条应用和推广、处理和处置的有效衔接等方面仍面临一些问题。

1 “厌氧消化/好氧发酵+土地利用"技术路线

在污泥最终去向上，国内专家意见趋向一致：稳定无害的污泥宜回归土地，充分利用有机质弥补我国土壤“营养”的严重缺失。总体来看，土地利用、焚烧后建材利用和填埋这三种污泥处置方式中，土地利用的资源化意义最大，但综合难度也最高。这个难度主要在于认知、政策和监管，其次是处理和处置衔接技术和标准方面的不足。

在土地利用之前，污泥需要进行稳定化处理和处理产物的产品化。稳定化处理的主流技术是厌氧消化和好氧发酵。经过“十二五”的研发和实践，我国在厌氧消化和好氧发酵方面形成了诸多适合国情和泥质的技术成果。针对传统污泥厌氧消化存在生物转化难、消化效率低和运行效益差三大瓶颈问题，我国自主开发了浆化一水热预处理、高含固厌氧消化和协同厌氧消化技术㈣，形成了适合我国污泥泥质的高级(协同)厌氧消化技术体系，并在长沙、镇江等地实现了集成和工程应用;针对传统粗放型好氧发酵普遍存在的臭气等工艺控制不到位的问题，以集约化、高效率、智能控制为导向进行研发，形成了膜覆盖、智能一体化、滚筒动态高温好氧发酵技术和设备。

此外，好氧发酵、厌氧消化，以及稳定化产物的质量控制均形成了相应标准，包括：《城镇污水处理厂污泥好氧发酵技术规程》(T/CECS 536—2018)、《城镇污水处理厂污泥厌氧消化技术规程》(T/CECS 496--2017)和《城镇污水处理厂污泥处理稳定标准》(CJ/T510—2017)。在稳定化工艺的设计、建设、运行管理、稳定化产物性状控制等方面均有据可依。

在污泥稳定化产物或产品的土地利用方面，根据利用方向和功能，污泥处理产物或产品的土地利用通常用于农用、园林绿化、育苗基质和受损土壤修复。目前，业内对污泥处理产物土地利用的处置方式认同度是比较高的。但是，污泥处理产物土地利用是一个跨行业的行为，在技术和管理上都存在瓶颈问题。我国近几年取得了阶段性突破，产生了部分成功案例，如高级厌氧消化沼渣经干化后用于“移动森林”培育、好氧发酵产物制成多种园林绿化基质等，但在全国范围内并未形成顺畅的机制。在技术层面，有待突破基于土地利用需求的污泥处理产物特性评价技术和污泥稳定化产品再加工技术。以往对于污泥处理环节的评价主要着眼于处理工艺本身，忽视了处理后产物的处置需求，从处置出发重新定义处理环节、评价处理产物，在稳定化处理与不同的土地利用处置方式之间架起桥梁，将成为打通土地利用出路必不可少的一环，因此也是该领域后续研究的重要方向;污泥经处理后进行土地利用，处理技术狭义上指污泥的稳定化和无害化处理，其主要目的是解决污泥中的污染物问题，广义上还应包括处理产物后续的再加工技术，其主要目的是使产品特性符土地利用市场化的要求。将污泥处理和产物加工进行分类明确，基于土地利用的目的将污泥处理产物进行再加工，生产土地利用系列产品，对土地利用的产业化和市场化尤为重要，是形成跨行业解决途径的重要环节。

在污泥处置相关标准方面，已有标准《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T23486--2009)、《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》(CJ/T309—2009)、《城镇污水处理厂污泥处置林地用泥质》(CJ/T362—2011)和《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》(GB/T 24600--2009)对重金属等污染物和养分限值进行了较为详细的规定，有助于污泥产品规范化土地利用。《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》侧重于污泥土地利用途径的环境污染评价与防控;《城镇污水处理厂污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南(试行)》对污泥土地利用的主要污染环节点和对应的控制措施做了较为详细的说明。《城镇污水处理厂污泥处理技术规程(CJJ131—2009)》则指导了土地施用的前期调查、筛选和方案确定。以上技术政策和标准对土地利用的泥质要求、重点关注的环境风险、方案设计做出了操作层面的规定。从土地利用的视角纵观上述标准，目前，在全链条推广的技术支撑方面，主要不足在于稳定化产物产品化环节缺乏指导，现有的处理标准与处置泥质标准间还缺乏衔接和融合。

总体上，对于“厌氧消化/好氧发酵+土地利用”技术路线，“稳定化处理”已不再是该路线的技术短板，处理和处置的衔接技术和相关政策、标准仍是制约性因素。目前，较为敏感的农用仍未“解禁”，但污泥土地利用还有园林绿化、土壤修复改良等多种去向，需求量较大。随着未来稳定化产物的产品化技术和相关标准的完善，支持性政策和管理办法的出台，以及业内外对于污泥产品土地利用认知的转变，“厌氧消化/好氧发酵+土地利用”技术路线将有望打开局面，得到更大范围地推广。

2 “干化焚烧+灰渣填埋或建材利用"技术路线

相比土地利用，污泥“干化焚烧+灰渣填埋或建材利用”技术路线在应用推广的难度上小一些。人口密集、污泥产量集中而无害化处置压力大、经济发达、土地资源紧缺的沿海城市，往往倾向于选择该技术路线。当污泥泥质不佳或土地利用受限时，高有机质污泥进行焚烧，一定程度上将污泥中的有机质转化为能量进行了利用，焚烧后污泥量显著减小，降低了处置压力。

从“十二五”的工程实践来看，污泥单独焚烧在技术上已比较成熟，国产化圆盘、桨叶等干燥设备和流化床焚烧炉的市场占有率显著提升，在干化焚烧工程的设计和运行方面也积累了一定经验。在标准方面，《城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质》(GB/T 24602--2009)规定了进行焚烧的污泥应满足的泥质要求;《城镇污水污泥流化床干化焚烧技术规程》(CECS 250：2008)着重规定了流化床干化和流化床焚烧在运行方面的要求;《城镇污水处理厂污泥焚烧处理工程技术规范)(JB/T11826--2014)对污泥焚烧在设计、施工和验收方面的核心性技术要求作出了规定。上述标准为技术应用提供了必要支撑。然而，总体上，“干化一焚烧一产物处置”在全链条上仍需要朝“绿色、低碳、循环”进一步靠拢，焚烧工艺设计、运行的合理性、二次污染控制机制和方法、整体集成化水平等还有待提升。

污泥焚烧在美国、日本，以及欧洲地区等发达国家是比较成熟的热化学处理技术。但我国泥质特征与发达国家差异较大，对污泥焚烧的合理设计和稳定运行提出了更高的要求。主要体现在以下几方面：第一，我国污泥的挥发性固体比例普遍低于发达国家，在同样的含水率水平下热值也相对较低，因此，污泥焚烧前的预处理和焚烧后的余热利用工艺有别于大部分国外相关工艺，无法照搬国外的经验;第二，我国污水和污泥处理领域的发展滞后于发达国家，目前正处于快速发展时期，由于规划、提标改造、提质增效等因素，某个设计片区的污泥量和泥质变化常常大于设计预期，显著增大了合理设计和稳定运行的难度;第三，我国污泥含砂量较高，对污泥干化、焚烧，以及相关附属设备或原件的抗磨蚀性能提出了更高的要求，造成国外成熟设备在我国的适用性降低。“十二五”是我国对污泥焚烧技术引进吸收的阶段，近年来，各地的焚烧工程普遍在进行优化和改进。

此外，污泥单独焚烧存在投资运营要求高、尾气处理、环评要求高等制约性因素。污泥焚烧在上海、浙江、深圳等地有若干项目，但一直争议不断，烟气的二次污染控制、高能耗、高碳排放是无法回的问题。选址困难是很多大都市建立污泥焚烧设施的现实难题。焚烧是集中型的废物处置，它事实上形成了以该点为中心的一个有限区域内的污染物集中排放，生活在该区域内的人们将不可避免地长期受到环境中污染物浓度不断提高的困扰，合格的烟气处理是唯一保障。近几年新建的污泥焚烧项目，其设计时的烟气排放标准均较高，部分指标严于欧盟标准，烟气处理上也是“十八般武艺”上阵。一方面，这是对焚烧污染控制愈加重视的结果;另一方面，也折射出污染物产生机制和针对性控制方法尚不够成熟。

相比其他稳定化和无害化处理技术，污泥单独焚烧还涉及到成本相对较高的问题。在当前这个“像对待生命一样对待生态环境”、“实行最严格的生态环境保护制度”的时代，环保问题不能讨价还价。但是，当前干化焚烧工程的设计依据和运行数据不透明，报出的成本数据千差万别，无形中干扰了技术路线的选择。干化焚烧工程的设计原则、配置需求、投资和运行成本的合理性需要进一步解析和优化。

在焚烧灰渣的处置方面，不管是否适于建材利用，目前仍多采用填埋的方式。当前，很多城市填埋库容告急，迫切需求替代性处置途径。近年来，飞灰的资源化利用越来越受关注，主要方式包括：挖掘坑填充、土地改良、制砖、混凝土掺合料和沥青添加剂等。事实上，焚烧灰渣建材利用基本不存在技术问题，尤其是焚烧灰渣制砖、制水泥等传统建材化技术，缺的是以“资源化”为导向的政策和可借鉴的产业模式。在这方面，各地进行污泥焚烧飞灰资源化利用时，应首先结合资源化途径对飞灰的环境安全性进行评估，并联合当地的住建、交通等相关管理部门共同确定资源化处置方案。

已有的《城镇污水处理厂污泥处置水泥熟料生产用泥质)(CJ/T314--2009)和《城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》(GB/T 25031一2010)主要是针对湿污泥和干化污泥直接进行协同处置的情况。其中，对于污染物控制的规定，焚烧灰渣用于制水泥和制砖同样需要满足这些标准，但还缺少针对焚烧灰渣性质进行建材化工艺调控方面的内容。事实上，同“厌氧消化/好氧发酵+土地利用”技术路线在这方面的问题一样，污泥干化焚烧处理和产物资源化处置在衔接方面也需要相关标准的支撑。

总体来说，随着研究的深人和实践经验的总结，污泥焚烧在设计、运行和调控方法上将逐渐优化，能耗水平将进一步降低，污染机制和控制技术逐渐成熟，相关标准也会日趋完善，污泥“干化焚烧+灰渣填埋或建材利用”技术路线在我国沿海城市需求较高，目前正在进人长足发展时期。

3展望与结语

综上所述，自“十二五”以来，我国在污泥处理处置技术领域的实践活动和进展具有几个显著特征：(1)紧密围绕我国国情。“我国国情”即与欧美等大部分发达国家相比，我国人口众多、环境压力突出、人均资源短缺、环境承载能力不足，这决定了适用于我国的污泥处理处置技术需具备集约、高效和稳定的特征，一些地广人稀的发达国家的成熟技术不一定适用于我国。(2)紧密围绕我国泥质特征。我国“泥质特征”即高含砂、低有机质、部分区域重金属等污染物浓度超标，这决定了发达国家的成熟技术和设备在我国应用必然存在许多问题：如工艺性能下降、设备寿命显著降低、运行稳定性难以保障等;也决定了技术路线的选择必须因地制宜、多样并存。(3)紧密结合未来发展趋势。所谓“发展趋势”，即认识到资源循环的大趋势，以及我国泥质的变化趋势，如管网完善有利于有机质比例升高，源头控制有利于重金属等污染物浓度降低，将更有利于资源和能源回收利用。

但是，也必须意识到，我国污泥处理处置技术路线在全链条集成推广方面还存在制约性因素。其中，科技因素主要有两点：(1)主流技术路线在工程应用过程中集成化水平较低，缺乏包括物质流与能量流的优化分配、设备的衔接与选型匹配、流程控制与优化等集成研究。(2)我国在污泥处理处置领域存在重“处理”、轻“处置”的问题，污泥稳定化处理与安全处置之间衔接不足，污泥出路问题尚未解决，产业链不通畅。因此，基于我国城市污泥处理处置的现有基础，对照我国污泥处理处置的目标和任务，迫切需要针对主流处理技术与资源化处置路线的应用现状和全链条衔接集成瓶颈开展研究，以推动我国污泥处理处置技术、装备和产业的全链条能力提升。