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城市污泥處理處置技術研究

文檔作者：甄廣印趙由才宋玉曹先艷文檔來源： 1．污染控制與資源化研究國家重點實驗室 2上海同濟建設有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年09月19日
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第第 351期卷 有 色 冶 金 設 計 與 研 究 2010伍
10 月
城市污泥處理處置技術研究術
甄廣印 ，趙由才 ，宋玉2，曹先艷2
(1．污染控制與資源化研究國家重點實驗室，上海200092；2上海同濟建設有限公司，上海200092)
[摘要]通過對幾種污泥處理處置技術的經濟效益等作比較，并結合我國國情指出：污泥衛生填埋技術以其
投資較少、容量大、見效快等優點應作為當前我國污泥處理處置的首選；而經濟、高效的污泥改性劑的研發也為污
泥衛生填埋技術的使用和推廣奠定了基礎、提供了條件；并進一步指出：由于污泥衛生填埋場常有大量填埋氣產
生．為避免安全事故的發生，在兼顧環境和經濟效益條件下，對污泥填埋氣收集系統進行優化設計應作為今后污泥
衛生填埋研究的一個重要研究課題。
[關鍵詞]污泥；處理處置；衛生填埋；填埋氣；收集系統
中圖分類號：X705 文獻標識碼：A 文章編號：1004-4345(2010)05-0041-05
A Review on Treatment and Disposal of Sludge From M unicipal Sewage Treatment Plants
ZHEN Guang-yin1．ZHAO You—cai ．SONG Yu ，CAO Xian-yan
(1．State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse，Tongji University，Shanghai 200092,China；
2．Shanghai Tongii Construction Co．，Ltd．，Shanghai 200092，Chin~
Abstract In this research．the treatment and disposal methods of sludge from sewage treatment plants were reviewed．It indicated
that the sanitary landfill was still considered to be an alternative due to its lOW disposal cost and high-efficiency．Furthermore，the
application of cost-efective solidifying agents in the sludge solidification／stabilization process provided conditions for its development and
use．In addition,the LFG collection must be considered because of the large mounts of landfill gas generated from sludge sanitary landfil1．
Keywords sewage sludge；treatment and disposal；sanitary landfill；landfill gas；vertical well gas extraction
1 前言
城市污泥是指城市污水處理廠在污水處理過程
中產生的固態、半固態及液態廢棄物珈，不包括柵渣、浮
渣和沉砂。其除了含有大量的水分 兌水污泥含水率也
高達80％左右 外，還含有豐富的可以為植物生長所
利用的氮、磷等元素，以及多種微量元素和土壤改良劑
隋機腐殖質1，但同時也含有大量病原體、寄生蟲卵、一
定量的重金屬 ⅡH cd、cr、Pb、As、zn、cu、Ni等)和多
種有毒有害的有機污染物嗷Ⅱ多氯聯苯、二嗯英、放射
性核素等1且伴有惡臭，這些因素嚴重制約著污泥的資
源化利用。隨著我國城市化的迅速發展，環境污染的日
益加劇 城市污水處理廠的數量迅速增加，大量的城市
污泥也繼而產生。據有關資料顯示I2008年全國的年污
泥產量已達900萬 ，折合干污泥約300 350萬t／a
而且．這一數字還在以每年10％的速率增加 。但由于
受經濟和技術等因素的限制．在我國污泥的處理量十
分有限而且處理效果也不佳。據有關資料表明[51：在發
達國家，一個完善的污泥處理處置系統的運行成本往
往占整個污水廠總運行成本的50％～70％ 而在我國用
于污泥處理處置的投資占污水處理廠總投資的約
24％ 45％。據GB 1 89 1 8—2002的要求，污水處理廠的
污泥應進行脫水處理，脫水后含水率應小于80％，并應
進行穩定化處理。然而，在我國已經建成的城市污水處
理廠中，污泥穩定化處置設施在現有污水處理中的應
用還不到l，4，而污泥處理工藝以及配套設備較為完善
的還不足10％ 。有些即使有較為完備的污泥處理設
收稿日期：2010-07-25
基金項目：}上海市科委2008重點項目(08Dz12O28O2)-上海市科委2009年重大項目(09Dz1204105)。
作者簡介：甄廣印(1984-)男，在讀博士研究生，主要從事固體廢物處理與資源化研究工作。
．42． 有 色 冶 金 設 計 與 研 究 第31卷
施．但由于資金等各種原因的限制，很多都處于無法
正常運行的狀態。由于我國污泥處理處置處于嚴重的
滯后狀態，大量污泥未經處理直接排放到環境中而影
響植物生長。破壞生態環境，甚至對人體健康構成了潛
在的威脅。因此 為加強對城市污泥有效的處理處置
建城[2009]23號《城鎮污水處理廠污泥處理處置及
污染防治技術政策f{式行1》中明確規定：城鎮污水處理
廠新建、改建和擴建時 污泥處理處置設施應與污水
處理設施同時規劃、同時建設、同時投入運行。污泥處
理必須滿足污泥處置的要求．達不到規定要求的項目
不能通過驗收：目前污泥處理設施尚未滿足處置要求
的 應加快整改、建設，確保污泥安全處置。可見俄國在
城市污泥的處理處置方面正逐漸走向制度化和規范
化。
污泥處理處置的目標是實現污泥的減量化、穩定
化和無害化。因此 根據我國當前污泥處理處置還處于
剛剛起步階段 在兼顧環境生態、社會和經濟效益平衡
的前提下 尋找經濟、合理、有效的污泥處理處置技術
是很有必要的。
2 污泥處理常用的幾種方法
目前．污泥常用的處理方法主要包括污泥衛生填
埋、污泥焚燒、污泥堆肥、污泥建材利用、水體消納等。
2 1污泥衛生填埋
污泥的衛生填埋始于20世紀60年代 是在傳統
填埋的基礎上從環境保護和可持續發展理念的指導
下經過科學選址和必要的場地防護處理。具有嚴格管
理制度的科學的工程操作方法。到目前為止，已發展成
為一項比較成熟的污泥處置技術，具有不需要高度脫
水f自然干化1，投資較少、容量大、見效快等優點，利于推
廣71。例如希臘、德國、意大利等國主要采用填埋方法
處理污泥國。另外對無法農用的高污染污泥、不利于堆
肥的污泥以及污泥焚燒殘渣的處理，衛生填埋方法也
是一種不可或缺的處理手段。
當然．污泥衛生填埋也有不足之處。例如，污泥中
含有的有毒有害物質可能會隨雨水等滲入地下，對地
下水和周圍土壤造成二次污染；衛生填埋需要較大的
場地但隨著城市化的快速發展，合理場址的選擇受到
限制：污泥填埋對污泥土力學性質要求很高；滲濾液的
產生 污染環境，處理難度大；未對污泥填埋氣進行合理
收集也會引起爆炸危險。因此，在進行污泥的衛生填埋
時必須注意：①要對填埋場所處的地質、氣象和水文
情況作詳細地調查，以防止滲瀝液對地下水及周圍土
壤的污染；②填埋場的衛生，以防鼠、蠅孳生和臭味擴
散；③對于規模較大的污泥填埋場要設置合理有效的
填埋氣導排裝置肪止填埋氣的不規則遷移對周邊環
境造成的危害，杜絕爆炸等危險情況的發生：④填埋場
壓實機械工作難度加大；⑤遵守有關的填埋標準和法
律法規的要求。
2_2 污泥焚燒
污泥焚燒是指將污泥置于焚燒爐中。在過量空氣
的條件下，進行完全焚燒，使有機物完全碳化?？梢宰畲?
限度的較少污泥的體積。使污泥中病原微生物、寄生蟲
卵、病毒等徹底被殺死，高溫也能使污泥中的部分重金
屬固化閻。但是，在焚燒過程中污泥中的一部分重金屬
能隨燃燒產生的煙塵擴散到空氣中：況且，不完全的焚
燒過程中也會有二嗯英等劇毒空氣污染物的產生。為
防止焚燒過程中產生二嗯英等有毒氣體，焚燒溫度應
高于850℃。同時。污泥焚燒的煙氣還必須進行處理．處
理后的煙氣應滿足《生活垃圾焚燒污染控制標準》
fGB18485)等的有關規定。另外，污泥焚燒的處理對象
主要是含水率很高的脫水泥餅f約在45％～86％之間1，
需要大量的熱能，其高能耗、高成本促其他工藝的24
倍1弛使之無法得到廣泛應用。因此。污泥焚燒處理技
術這種投資大、技術水平要求高的特點，嚴重制約著其
在污泥處理處置技術發展初期的中國進行推廣應用。
2．3 污泥堆肥
由于污泥中含有豐富的有機物和氮、磷、鉀等植
物生長所必需的營養元素閨此。污泥堆肥農用一直為
人們所研究和關注。污泥堆肥是指在污泥中加入一定
比例的秸桿、稻草、木屑或生活垃圾等膨松劑和調理
劑，利用污泥的微生物進行發酵并轉化為類腐植類的
過程。類腐植質是一種品質優良的有機復合肥或可生
產有機菌肥。但任何堆肥都需要有升溫發酵的過程，而
污泥較高的含水率致使堆肥過程無法正常升溫，進而
制約著污泥堆肥的JJ質利進行。況且，堆肥產品的高~'-Tk
率f30％～40％1也可能使病原體復活凹產品安全I生差。另
外。堆肥產品中常含有定量的重金屬 巴效差，加上國家
相關立法不健全，缺乏污泥肥施用方法技術引導和對
有機肥改良土壤長遠意義的宣傳等，導致堆肥產品使
用效果不佳，限制了污泥肥的推廣應用。
2．4 污泥制建材
污泥建材利用方面的研究也處于不斷的發展階
段。例如污泥制陶粒、污泥制磚、制纖維板、污泥制生態
水泥等．都取得了可喜的成果。例如，在日本、德國等國
第5期 城市污泥處理處置技術研究術 ·43·
家開始利用建筑磚塊、輕質材料以及水泥材料等技術
進行規?；纳a再利用。污泥制建材由于符合污泥
資源化的需要闥此具有很好的發展空間。其缺點是當
污泥中有大量重金屬時要注意爐窯的煙氣處理與控
制以及對產品重金屬浸出的監控。另外．污泥制建材需
要消耗熱能．且技術要求較高。這對污泥制建材的推廣
和應用也提出了挑戰。
2．5 污泥干化和熱處理網
這種處置方法主要是指利用熱和壓力破壞污泥
的膠凝結構_并對污泥進行消毒滅菌。污泥干化能使污
泥顯著減容 積可縮減75％---80％)，產品穩定，無臭且
無病原生物：干化處理后的污泥產品用途多，可以用作
肥料、土壤改良劑、替代能源等。目前。美國、英國、奧地
利、西班牙和比利時擁有此項先進技術。污泥干化可
分為直接干化和間接干化直接干化其缺點為：耗能大，
一般生產1噸干污泥(含水率10％)，需要耗煤1噸多，
增加處理成本,~xCN圍環境影響大。該處理方法較難
處理加熱溫度．容易破壞污泥中的有機成分。
2．6 污泥的水體消納
污泥的水體消納是利用水體的自凈能力對未經
脫水和無害化處理而直接排入水體的污泥進行消納、
凈化的過程，其優點是處理量大。節省費用。但隨著污
泥投棄量的不斷增加，超過水體的自凈能力時．致使水
體正常的生態系統受到破壞 影響水生生物的正常生
活。乃至對人體也會構成危害，因此．水體消納受到越來
越強烈的反對。例如，美國在1988年已禁止向海洋傾
倒污泥，歐共體也規定從1 999年開始禁止在海洋中處
置污泥，我國政府于1994年初接受3項國際協議．承
諾于1994年2月20 H起不在海上處置工業廢物和
污水污泥。可見。污泥水體消納因不符合環境保護和
可持續發展的理念而正逐漸被淘汰。
2_7 污泥的其它處理方法
另外，污泥改j生制潘f生碳、制吸附劑、用作粘結劑、
低溫熱解、污泥油化、污泥制煤、污泥中添Ca3(PO4)z制
復合有機肥料，膜生物反應器、超聲促進污泥消化、輻
照促進污泥消化、臭氧消除剩余污泥、蚯蚓處理污泥
技術、脫水污泥／固化酶／高嶺土制作垃圾填埋場防滲
材料【 q等也處于研究探索階段，但由于技術條件限制．
目前還不能得到大規模應用。
以上對污泥目前常用的幾種處理方法進行了簡
要介紹。無論采用何種的污泥處置方法減小體積、降
低含水率、提高干度都是其難以回避的重要環節。同時
也應均衡地兼顧生態環境與經濟效益．結合本國、本地
區的實際情況尋找經濟、合理、高效、環境相容的處理
技術。我國是一個發展中的農業大國，污泥的處理和處
置技術剛剛起步，在技術及經濟發展水平上和發達國
家尚有一定的差距。目前。還不可能投入大量的資金采
用污泥焚燒以及其它高消耗的污泥處理技術洇此，污
泥填埋以其投資較少、容量大、見效快等優點ll1】應作為
我國污泥處理技術的首選。從污泥減量化和資源化的
角度來看。污泥填埋也許不是一種最佳的處理處置方
法。但這卻是一種較為折中的選擇。符合我國當前經濟
發展的實情。
3 污泥衛生填埋技術
3．1 污泥衛生填埋方式
污泥填埋有單獨填埋和混合填埋兩種方式。美國
以污泥的單獨填埋為主，而歐洲各國主要是進行污泥
的混合填埋。單獨填埋對污泥的土工性質以及填埋場
的設計技術要求較高，例如張華研究發現，污泥在單獨
填埋時考慮表面覆土的情況下，污泥的填埋厚度最大
不宜超過9 rn．堆體過高會使底部污泥發生軟化現象．
堆體的安全將受到威脅?？梢姡勰嘣趩为毺盥駮r的填
埋量十分有限：而混合填埋在這方面的要求相對較為
寬松更符合我國當前的經濟發展狀況。因此．污泥的混
合填埋在今后一段時間里應做為我國污泥處理處置
的首選方法。
污泥填埋一般可分為溝填法、平面填埋法和筑堤
法3種填埋方法。
(1)溝填法。溝填法是指將污泥挖溝填埋 溝填要求
填埋場地具有較厚的土層和較深的地下水位，以保證
填埋開挖的深度并同時保留有足夠多的緩沖區。溝填
法又可分為窄溝法和寬溝法兩種填埋方式。窄溝填埋
時其溝寬≤3 m，單層填埋厚度為0．6～0．9 1TI，適用于含
水率≤85％的污泥；而寬溝填埋的寬度—般為3~l2 m。寬
溝填埋時。填埋設備一般只有在污泥上行走才能對污
泥進行壓實，為防止填埋設備陷入污泥中，該填埋方法
對污泥的含水率有較為嚴格的要求，一般要求污泥的
含水率≤80％的污泥。溝填法不需要任何添加劑，亦
不需要外運土，挖溝得到的土就可以作為最終覆蓋層
用土，但窄溝填埋土地利用率低且溝槽太小，不可能像
寬溝填埋一樣鋪設防滲和排水襯層。
(2)平面填埋法。平面填埋法是將污泥堆放在地表
面上，再覆蓋一層泥土，因不需要挖掘操作’此方法適合
于地下水位較淺或土層較薄的場地。平面填埋法又分
·44· 有 色 冶 金 設 計 與 研 究 第31卷
為平面土墩填埋和平面分層填埋兩種。平面土墩填埋
適用于含水率≤80％的污泥。以土作為添加劑時．土和
污泥 昆合比為05．1腳 的單層填埋高度約2 rrL中
間覆土層厚度0．9 m，表面覆土層厚度為1．5 m。平面分
層填埋適用于含水率≤85％的污泥，以土作為添加劑
時，土和污泥的混合比為0,25：1．0，混合堆料分層填埋
時，單層填埋厚度約為0．15～0．9 m，中間覆土層厚度
0．1 5-0．3 1／1，表面覆土層厚度為0,6～1．2 m。土墩填埋較
分層填埋有較高的土地利用效率，但兩種填埋方法都
需要大量的外運土周此，操作費用也相對較高。
(3)筑堤法。筑堤法填埋是指在填埋場地四周建有
堤壩，或是利用天然地形f如山谷1對污泥進行填埋，污泥
通常由堤壩或山頂向下卸人 因此堤壩上需具備一定
的運輸通道。土與污泥的混合比例依據污泥含水率和
操作條件而定。地面上操作時，泥含水率要求≤80％．土
與污泥的混合比例為0．25～0．5 中間覆土層厚度0．3～
0．6 m，表面覆土層厚度為0．9～1．2 m；堤壩內操作時．泥
含水率要≤72％，土與污泥的混合比例為0．25～1．1．中間
覆土層厚度0．6～0．9 m 表面覆土層厚度為1．2～1．5 m。
其最大的優點是填埋容量大，單位面積填埋量可達
9 072～28 350 m 泥·fhm 。但由于筑堤法填埋的污泥
層厚度大，填埋面匯水面積也大，會有大量的滲濾液產
生。因此，污泥筑堤法填埋時必須鋪設襯層，設置滲濾液
收集和處理系統。
另外，污泥在與垃圾混合填埋時對污泥含水率的
要求不高佾 水率≤97％1。污泥與垃圾的混合比為1：4～
l：7．中間覆土層厚度0．1 54)．3 HL表面覆土層厚度為0．6 m．
單位面積填埋量為945-7938 In3泥·mm 。研究表明．
污泥的加入 使填埋場產氣量增加。垃圾穩定化過程明
顯加快。
32 污泥的土工性質
污泥是否能夠填埋主要取決于：①污泥本身的性
質，主要是其土力學性質；②污泥填埋后會不會對周圍
環境產生影響。如把污泥單獨填埋時。一般要求污泥的
抗剪強度>1 80 100 kN／m2。根據德國的資料。當脫水后
的污泥和垃圾混合填埋時，要求污泥的含固率f>35％、
抗剪強度／>25 kN／m2,滲透系數在10—6～10—5 cm／s[6, 。
為了達到這一指標 必須投加石灰等添加劑進行后續
處理。根據我國在cJ廠r 249-2oo7((城市污水處理廠污
泥處置混合填埋泥質》中的規定，城鎮污水處理廠污泥
進人生活垃圾衛生填埋場與生活垃圾進行共同處置
時、其基本指標應滿足污泥6"-7~率≤60％,pH在5～l0
之間、混合比例≤8％、橫向剪切強度i>25 kN／m2等。
脫水污泥有著較高的含水率f80％)。有研究發現，
新鮮脫水污泥抗壓強度<10 kPa和抗剪強度<5 kP亂難
以滿足填埋對土工性質的要求。因此，尋找合適的改性
劑以增強污泥的土力學性質成為了目前的研究焦點。
馬建立、趙由才等舊在對以礦化垃圾為改性劑與
生化污泥的混合填埋和化學污泥固化填埋的研究中
發現，生化污泥與礦化垃圾按1 0：7的比例進行混合填
埋可以達到污泥填埋的土力學要求，并可加速污泥厭
氧產氣反應和有機質的降解．縮短污泥穩定化的時間：
污泥固化填埋采用一種新型的M1鎂系膠凝固化劑．
在加入量為5％時，可以達到污泥的填埋要求。同時對
污泥中重金屬也起到固化作用．減少了重金屬的浸出
帶來的二次污染。
曹永華 以石灰、粉質粘土、粉煤灰和硅酸鈉等作
為改性劑的研究中發現，在m 灰)：m(粉質粘土)：mf污
泥1配比為1：4：5時對污泥的固化效率最好。另外，張華
用粉煤灰、礦化垃圾、建筑垃圾和泥土四種材料作為改
性劑，以不同配比與污泥混合試驗。在改性污泥滿足填
埋要求的最低混合配比下 綜合比較改性劑對污泥的
抗壓和抗剪強度、滲透l生能、壓縮}生和臭度等工程I生質
的改善情況發現，以粉煤灰對污泥改『生效果最好，其次
建筑垃圾和礦化垃圾。泥土效果最差。污泥改隆劑的研
究無疑對污泥填埋作業帶來了很大的便利，為污泥衛生
填埋技術的使用和推廣提供了技術條件和理論指導。
3．3 滲濾液和填埋氣的收集處理
污泥衛生填埋后會有大量的滲濾液和填埋氣產
生。《城鎮污水處理廠污泥處置混合填埋泥質》fCJ／T
249)~規定。污泥衛生填埋場應有沼氣利用系統，滲濾
液能達標排放。目前，隨著人類環保意識的增強，大多數
污泥填埋場均設有滲濾液導排、收集和處理裝置；但很
少設有填埋氣的收集處理裝置。填埋氣中CH 的密度
較空氣小彳艮容易在填埋場內部某些封閉區聚集，有引
起火災甚至爆炸的危險。另外，CH 氣體作為填埋氣的
主要成分有很高的熱值，集中收集凈化后可作為再生
能源加以利用，如作為工業燃料或民用；將‘p(CH4)提高
到80％以上還可以作清潔燃料 。因此，設置集氣井對
填埋氣有規則的導排。不僅可以降低填埋作業的危險
度。避免安全事故的發生同時還有效地對能源進行回
收利用。達到了環境保護與經濟效益的和諧統一。
然而．由于污泥滲透系數很小，導致填埋氣體的有
效收集半徑十分有限。不合理的設置集氣井不僅不利
于污泥填埋氣的經濟、合理、高效收集，還會影響污泥
填埋作業的正常進行。目前，有關垃圾填埋場集氣井的
第5期 城市污泥處理處置技術研究術 ·45·
優化布局研究已經較為成熟，而對污泥填埋場填埋氣
集氣井布局設計的研究相對較少。可見對污泥填埋氣
收集系統進行優化設計是很有必要的。
4 結論
(1)我國污泥處理處置技術才剛剛起步，還存在許
多缺點與不足：而國外在污泥處理處置方面的研究較
為成熟。因此．國外污泥處理處置的研究和實踐對我國
污泥處置的發展具有積極的借鑒意義。
(2)通過對幾種污泥處理處置技術的經濟效益等
作比較，并結合我國國情指出：污泥衛生填埋技術以其
投資較少、容量大、見效快等優點應作為當前我國污
泥處理處置的首選方法。
(3)污泥是否能夠填埋主要取決于：①污泥本身的
性質，主要是其土力學性質；②污泥填埋后會不會對周
圍環境產生影響：因此，經濟、高效的污泥改』生劑的研發
為污泥衛生填埋技術的使用和推廣奠定了基礎、提供
了條件。
(4)污泥衛生填埋場常有大量填埋氣產生。有關垃
圾填埋場集氣井的優化布局研究已經較為成熟，而對
污泥填埋場填埋氣集氣井布局設計的研究相對較少。
因此，對污泥填埋氣收集系統進行優化設計應作為今
后污泥衛生填埋研究的—個重要課題。
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(上接第40頁)
(3)適用于人流量過多的社會公共場所 如機場、展
廳、電梯廳等。在社會公共場所，不銹鋼材料充分體現
出其堅固耐用且不過時的特點。如在電梯廳，利用不銹
鋼的亮光與亞光的兩種特性在電梯門上形成雕花裝
飾，既時尚現代，又經濟耐用；機場吊頂采用不銹鋼形成
陣列式的造型，配合現代的金屬燈具．使空間更加擴展
的同時體現一種現代、時尚、簡約的風格。
5 不銹鋼材料的市場前景
不銹鋼是人類在2 1世紀初發明的重要材料之一．
通常以鉻和鎳作為主要合金化學添加劑。力學性能良
好，耐腐蝕性能優異，容易加工成型。且產品美觀衛生、
好擦洗，深受消費者喜歡。因其堅固耐用、美觀新穎，且
具有強烈的時代感等特性。在室內裝飾中常用于外墻、
柱面，具有強烈的金屬質感，是目前發展迅速的一種高
檔建筑裝飾材料。它既可以用于室內旭可以用于室外：
既可作為非承重的純粹裝飾、裝修用品 也可制作成承
重的構件。隨著我國國民經濟的發展，市場對不銹鋼的
需求日益上升，用不銹鋼制成的各種裝飾材料具有廣
泛的應用前景，不銹鋼將會在裝飾材料市場占有越來
越重要的地位網。
參考文獻
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【2J徐濱士，朱紹華．表面工程的理論與技術 叼．北京：國防工業出版社，
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