唐建國：對污泥處理處置的八個新思考
德國著名的Klaus R.Imhoff教授在1993年說：“污水處理中污泥處理難度最大，雖然原生污泥量僅為處理污水量的1%，但是處理成本要占污水處理廠成本的30%，并帶給我們90%的頭疼事” 。Imhoff教授一語道出了我們污水處理廠的尷尬處境。
8月31日下午，在“2010上海（第二屆）水業(yè)熱點論壇”上，上海市水務(wù)局教授級高工唐建國談了他對我國污泥處理處置的一些思考。
思考一：為什么污泥處理處置令人頭疼
為什么污泥處理令人頭疼呢?一則污泥處理要技術(shù)和資金投入；二則處理了的污泥未必有出路。處理了的污泥沒出路是因為污泥處理的不到位，給污泥的環(huán)境消納（污泥處置）帶來了不利的影響。
如：目前污泥絕大部分出路是填埋，但是僅做到脫水處理的污泥，一是沒有穩(wěn)定，二是沒有滿足抗剪能力25KN/m2的要求。另外，污泥處理過程中會產(chǎn)生臭味，而且操作困難（機(jī)械無法操作），容易堵塞滲濾液管，厭氧發(fā)酵還會帶來甲烷散發(fā)等問題，如何讓填埋場肯接受這樣的污泥？
再比如：我們一直想要實現(xiàn)污泥資源化利用，達(dá)到污泥土地利用要求，但是處理后的污泥（產(chǎn)品）除了滿足國家相關(guān)對有毒有害物質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)外，處理后的污泥還應(yīng)該是能用、好用的產(chǎn)品。只有污泥處理滿足了處置要求，污泥才真正有出路，才不再讓人頭疼。
思考二：處理后的污泥為什么要土地利用
其一是基于對營養(yǎng)物質(zhì)氮和磷的充分利用。
據(jù)德國統(tǒng)計局統(tǒng)計，目前德國污水處理廠產(chǎn)生污泥量約為220萬噸（干物質(zhì)），其中近60%用于農(nóng)業(yè)和土地改造。但是反映在地區(qū)上有很大的差距，如在德國北部污泥的農(nóng)業(yè)利用量達(dá)90%。
污泥農(nóng)業(yè)利用的主要目的是利用污泥中的磷，污水處理廠污泥中的磷可以滿足農(nóng)業(yè)20~30%的磷需求。每千克城市污水處理廠污泥干物質(zhì)中，含有24g的磷化合物和44g的氮化合物。
理論上，污水和污泥中所含的磷能夠替代工業(yè)肥料的44%。值得注意的是，污水中氮和磷的含量近年來一直在增加。世界市場上磷的價格2008年比2006年增加了近8倍，磷肥價格近幾年一直是大漲的。而且磷礦愈來愈稀缺，故污泥用于農(nóng)業(yè)是經(jīng)濟(jì)的。
其二是基于對土壤有機(jī)質(zhì)的補充。
土壤有機(jī)質(zhì)（腐殖質(zhì)）泛指土壤中來源于生命的物質(zhì)。包括：土壤微生物和土壤動物及其分泌物，以及土地中植物殘體和植物分泌物。世界土壤退化的一個主要標(biāo)志就是有機(jī)質(zhì)含量下降。按照有機(jī)碳計算，最近50年內(nèi)土壤有機(jī)碳的損失量為380億噸，年均損失量為76000萬噸，F(xiàn)在的腐殖質(zhì)損失量比1萬年農(nóng)業(yè)文明以來平均腐殖質(zhì)損失高約24.3倍。
我國耕地土壤有機(jī)質(zhì)下降也是很普遍的，如東北地區(qū)“黑土地，油汪汪，不上糞也打糧”的初墾黑土，土壤有機(jī)質(zhì)為80~100克每千克土，但開墾不到百年，黑龍江綏化地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)下降為30~40g/千克土，有的甚至只有20 g/千克土，每年平均流失黑土層約7毫米左右。
據(jù)對上海市園林綠化、苗圃有機(jī)土市場需要量的調(diào)查，其有機(jī)土年需求量為130~160萬噸。城鎮(zhèn)污水處理廠污泥高溫好氧發(fā)酵產(chǎn)物因富含腐殖質(zhì)和氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，是良好的有機(jī)土。目前上海年產(chǎn)生污泥110萬噸（含水率80%），按照發(fā)酵后50%的產(chǎn)物計算，還不到需求量的一半。
思考三：要適應(yīng)不斷嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)
目前在德國，肥料條例和污泥條例均進(jìn)入修訂程序。由于在使用污泥時，不僅要執(zhí)行污泥條例的要求，也要執(zhí)行肥料條例，故而此次修訂對于污泥的使用者和主管當(dāng)局均是最重要的。污泥條例注重的是對有害物質(zhì)的限制，而肥料條例側(cè)重的是對營養(yǎng)物的要求。
目前德國環(huán)保部門和農(nóng)業(yè)部門一直在討論，當(dāng)污泥中有害物質(zhì)的含量符合肥料條例的規(guī)定以及主管部門僅以肥料條例來監(jiān)督管理時，是否能夠簡化對污泥使用的監(jiān)督。
我國也出了一系列的污泥泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。包括前述的農(nóng)用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、土壤改良泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、園林綠地用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等。這些標(biāo)準(zhǔn)出臺對保障處理后污泥的安全處置具有重要意義。
我國城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)CJ/T309-2009較原國家污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格了很多。這些標(biāo)準(zhǔn)隨著實踐的深入，也會與國際接軌，逐步嚴(yán)格。
按照目前我國一系列污泥處理處置的泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，若處理后污泥中的重金屬超標(biāo)，則對于填埋、焚燒、制作水泥均是超標(biāo)的。強化源頭管理師減少污泥中有毒有害物質(zhì)最重要的手段。
思考四：歐盟對污泥土地利用的要求
對于污泥土地利用，歐盟一直在討論更加嚴(yán)格的要求。在歐盟環(huán)境總署工作報告2003年12月18日：《污泥和生物垃圾》中是這樣建議的：
為了保持或者提高目前污泥中所含營養(yǎng)物和有機(jī)質(zhì)的利用率，進(jìn)一步擴(kuò)展現(xiàn)有規(guī)定管理范疇是必要的，以對污泥在林地、綠地、土壤改良方面的應(yīng)用進(jìn)行有效管理。
只要存在污泥在土地利用的可能性，歐盟和各成員國均在法律層面上予以重視。
當(dāng)存在增加作物產(chǎn)量，或者改善土地質(zhì)量的需求時，污泥的施用量應(yīng)滿足植物的需求，或者與土壤條件相吻合，確保土壤營養(yǎng)物的平衡。
污泥一般不應(yīng)用于森林，但是只要滿足歐盟法規(guī)75/442第4章的要求，成員國可以將污泥用于輪伐周期短、燒柴、圣誕樹及類似林木的種植，以及科研目的需要營養(yǎng)物補充的種植。
在污泥利用時，應(yīng)盡可能降低風(fēng)險，以減少下列影響：對人類、動物、植物健康的影響；對地下水、地面水質(zhì)量的影響；對土壤質(zhì)量長期的影響；對土壤中多樣微生物的影響。
思考五：按照相關(guān)要求做好污泥處理至關(guān)重要
唐建國認(rèn)為，適用于污泥產(chǎn)品土地利用這一處置方式的污泥處理就是：污泥高溫好氧發(fā)酵和高溫?zé)峤?厭氧消化。
污泥高溫好氧發(fā)酵，俗稱堆肥，原理很簡單，但是要想發(fā)酵好不容易。
一是要做好污泥的粉碎和與輔料的混合。污泥發(fā)酵前，成團(tuán)的污泥首先要進(jìn)行破碎，這是發(fā)酵成功的關(guān)鍵，其次是與輔料充分混合。要求粉碎后的污泥顆粒粒徑不大于2cm，以使發(fā)酵徹底，無黑心現(xiàn)象；增加物料比表面積，提高氧利用效率。
二是要實現(xiàn)均勻發(fā)酵。發(fā)酵不均勻帶來的后果就是發(fā)酵物不能夠?qū)崿F(xiàn)完全腐熟、或者局部黑心、有惡臭。普通發(fā)酵技術(shù)因空氣流短路，難以做到供氣均勻，也就難于保證發(fā)酵均勻。
采用膜式高溫好氧發(fā)酵，可以實現(xiàn)低超高壓發(fā)酵，能夠保證空氣流的均勻。功能膜是特殊材料制成的，只允許水蒸氣和CO2從發(fā)酵體中出來，臭氣、病毒、氣溶膠等均不能夠穿過國外文獻(xiàn)報道對臭氣、病毒、氣溶膠的隔離率高達(dá)98%以上，這是好氧發(fā)酵技術(shù)的重大突破。對于多個污水處理廠的城市，膜式好氧發(fā)酵技術(shù)適用于分散處理，有利于“好泥好用”。
思考六：溫度變化可以作為判定發(fā)酵腐熟的標(biāo)準(zhǔn)
上海市水務(wù)局《城鎮(zhèn)污水處理廠固態(tài)污泥高溫好氧發(fā)酵處理技術(shù)基本要求》對發(fā)酵產(chǎn)品做了規(guī)定。
一次發(fā)酵結(jié)束指標(biāo)
表觀指標(biāo)：堆料應(yīng)為深棕褐色（包括污泥顆粒內(nèi)部，污泥顆粒內(nèi)部達(dá)不到棕褐色的污泥顆粒的重量比例應(yīng)小于10%）、無臭、呈松散狀、不招引蒼蠅。
達(dá)到無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)：蛔蟲卵死亡率：95%~100%，糞大腸均值：大于0.01。
耗氧速率要求：小于0.2~0.3（O2%）/min。
二次發(fā)酵結(jié)束指標(biāo)：
表觀指標(biāo)：堆料應(yīng)為深棕褐色（包括污泥顆粒內(nèi)部）、無臭、呈松散狀、不招引蒼蠅。
耗氧速率要求：0.1（O2%）/min以下
含水率：40%以下
種子發(fā)芽試驗：無抑制效應(yīng)，如綠化利用時，種子發(fā)芽指數(shù)大于60%。
前述指標(biāo)均是對發(fā)酵后產(chǎn)物質(zhì)量的要求，目前判定發(fā)酵產(chǎn)品是否腐蝕主要采用：種子發(fā)芽率、耗氧速率等方法。這些方法一是繁瑣，二是滯后。
實際上最簡單、直接和有效的方法是根據(jù)溫度變化曲線來判斷。一般好氧發(fā)酵穩(wěn)定度是可以快速升溫至55~70℃，并經(jīng)過20~28天，迅速降至40℃以下。若溫度不是這種變化趨勢，也就說明發(fā)酵是不正常的。
思考七：好氧發(fā)酵對有機(jī)有害物質(zhì)的去除
好氧發(fā)酵對重金屬的“鈍化”作用多有文獻(xiàn)和資料介紹，但是好氧發(fā)酵過程對于有機(jī)有害物質(zhì)降解研究不多，F(xiàn)根據(jù)奧地利的研究，敘述如下：通過好氧發(fā)酵，表面活性劑（LAS）、雙酚A（BPA）會明顯降低，說明好氧發(fā)酵對其有降解作用；通過好氧發(fā)酵，壬基酚（NP）、乙氧基壬基酚（NPEO）對其有一定的降解作用；通過好氧發(fā)酵，多氯代聯(lián)苯（PCB）、多環(huán)芳烴（PAK）降解作用還需要進(jìn)一步深化。
思考八：對英法兩國考察的思考
按照亞洲開發(fā)銀行“城市污水再生和污泥資源化利用研究”技術(shù)援助項目的計劃安排，國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部城建司巡視員張悅率團(tuán)于2010年7月25日至8月5日專題考察了英國和法國污泥處理處置情況。考察團(tuán)先后考察了9個污泥處理項目，并與AECOM英國公司、泰晤士水務(wù)公司、蘇伊士水務(wù)公司、諾森伯蘭水務(wù)公司、威立雅、挪威CAMBI等公司技術(shù)人員就污泥處理處置技術(shù)進(jìn)行了座談交流。
唐建國總結(jié)了此次考察的五個深刻體會：
1. 法律法規(guī)是保障。歐盟及其成員國經(jīng)不斷完善，目前均有比較完善的污泥法規(guī)體系，為污泥管理提供了保障。特別是為鼓勵污泥作為資源加以利用，法規(guī)起到了促進(jìn)技術(shù)發(fā)展、規(guī)范處理處置行為、提高“廢棄物”產(chǎn)品循環(huán)利用水平、保證處置安全的重要作用。
2. 規(guī)劃策略是依據(jù)。英國及歐盟非常重視制定能夠可持續(xù)發(fā)展和有相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案的污泥處理處置策略，其作用類似于我國的污泥處理處置規(guī)劃。在策略中，強調(diào)以污泥的利用為主導(dǎo)，并以此決定污泥處理方案的選擇，這與我們提出的“處置決定處理，處理滿足處置”相一致。歐盟為處置廢棄物提出了“金字塔”戰(zhàn)略，充分反映了歐盟處置“廢棄物”的態(tài)度。能夠避免“廢棄物”產(chǎn)生固然是最高追求，但是使之成為“產(chǎn)品”再循環(huán)、再利用更是對待廢棄物的正確和可持續(xù)的態(tài)度。
3. 土地利用是主要處置方式。盡管歐盟對污泥土地利用的要求越來越嚴(yán)格，爭議也日益突出，但是處理后污泥“產(chǎn)品”進(jìn)入土地（英國和法國是進(jìn)入農(nóng)田）仍然作為主要的處置方式，其也不可能因爭議而被取消。采用焚燒處理方式的設(shè)施，在設(shè)施檢修期間污泥的出路也是進(jìn)入土地。相反污泥填埋的處置方式則越來越少。
處理后的污泥產(chǎn)品進(jìn)入土地，不但減少了對化學(xué)氮肥、磷肥的依賴，在磷礦資源不斷枯竭的今天，污泥產(chǎn)品可以滿足農(nóng)業(yè)20~30%的磷需求。除此之外，處理后的污泥產(chǎn)品富含有機(jī)質(zhì)，在當(dāng)今我國土地有機(jī)質(zhì)不斷缺失的情況下，污泥產(chǎn)品土地利用有著十分重要的意義。
4. 深度處理技術(shù)是支撐。為提高污泥產(chǎn)品質(zhì)量，滿足日益提高的處置要求，污泥濃度處理已逐步替代傳統(tǒng)處理。為此，很多新技術(shù)、新工藝不斷得到開發(fā)和應(yīng)用。如污泥厭氧消化前的高溫、高壓熱解技術(shù)，使高濃度污泥在消化池消化成為可能，既提高了污泥的消化效率，也提高了沼氣產(chǎn)量；既提高了處理后污泥的品質(zhì)和衛(wèi)生化的水平，也提高了污泥脫水效果。
5. “提能減碳”是新挑戰(zhàn)。從污泥中提取能源，是污泥資源利用的重要內(nèi)容，英法及歐盟非常重視提高厭氧消化效率和沼氣產(chǎn)量的提高，使深度消化技術(shù)不斷得以普及；即便是焚燒，也普遍收集余熱發(fā)電、消化后焚燒，目的就是向污泥要資源。從污泥提取了能源，也降低了使用石化能源發(fā)電的“碳產(chǎn)量”。氣候變化也會對水行業(yè)帶來影響，水行業(yè)也要為減碳做貢獻(xiàn)。提能就是減碳，為此，整個水行業(yè)和水務(wù)公司需要致力于提能、節(jié)能，為減碳做貢獻(xiàn)。
我國每年污泥產(chǎn)量600萬噸（以干固體計，相當(dāng)于含水率80%的污泥3000m3）,有機(jī)質(zhì)含量270萬噸；污泥中蘊含的能量可以按照1kg有機(jī)質(zhì)5kwh估算，蘊含的能量為135億度電能；按照有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)換率為50%，可以利用的能量為每年67.5億度。我國現(xiàn)流行的污泥一燒了之，“消滅污泥”的做法，需要慎思、慎行。污泥“消滅”的同時，有機(jī)質(zhì)和污泥能源也消滅了，同時還耗能和產(chǎn)碳。
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