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城市污泥处理处置技术研究

文档作者：甄广印赵由才宋玉曹先艳文档来源： 1．污染控制与资源化研究国家重点实验室 2上海同济建设有限公司		点击数：	更新时间： 2021年09月19日
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第第 351期卷 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 2010伍
10 月
城市污泥处理处置技术研究术
甄广印 ，赵由才 ，宋玉2，曹先艳2
(1．污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092；2上海同济建设有限公司，上海200092)
[摘要]通过对几种污泥处理处置技术的经济效益等作比较，并结合我国国情指出：污泥卫生填埋技术以其
投资较少、容量大、见效快等优点应作为当前我国污泥处理处置的首选；而经济、高效的污泥改性剂的研发也为污
泥卫生填埋技术的使用和推广奠定了基础、提供了条件；并进一步指出：由于污泥卫生填埋场常有大量填埋气产
生．为避免安全事故的发生，在兼顾环境和经济效益条件下，对污泥填埋气收集系统进行优化设计应作为今后污泥
卫生填埋研究的一个重要研究课题。
[关键词]污泥；处理处置；卫生填埋；填埋气；收集系统
中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：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处理厂在污水处理过程
中产生的固态、半固态及液态废弃物珈，不包括栅渣、浮
渣和沉砂。其除了含有大量的水分 兑水污泥含水率也
高达80％左右 外，还含有丰富的可以为植物生长所
利用的氮、磷等元素，以及多种微量元素和土壤改良剂
隋机腐殖质1，但同时也含有大量病原体、寄生虫卵、一
定量的重金属 ⅡH cd、cr、Pb、As、zn、cu、Ni等)和多
种有毒有害的有机污染物嗷Ⅱ多氯联苯、二嗯英、放射
性核素等1且伴有恶臭，这些因素严重制约着污泥的资
源化利用。随着我国城市化的迅速发展，环境污染的日
益加剧 城市污水处理厂的数量迅速增加，大量的城市
污泥也继而产生。据有关资料显示I2008年全国的年污
泥产量已达900万 ，折合干污泥约300 350万t／a
而且．这一数字还在以每年10％的速率增加 。但由于
受经济和技术等因素的限制．在我国污泥的处理量十
分有限而且处理效果也不佳。据有关资料表明[51：在发
达国家，一个完善的污泥处理处置系统的运行成本往
往占整个污水厂总运行成本的50％～70％ 而在我国用
于污泥处理处置的投资占污水处理厂总投资的约
24％ 45％。据GB 1 89 1 8—2002的要求，污水处理厂的
污泥应进行脱水处理，脱水后含水率应小于80％，并应
进行稳定化处理。然而，在我国已经建成的城市污水处
理厂中，污泥稳定化处置设施在现有污水处理中的应
用还不到l，4，而污泥处理工艺以及配套设备较为完善
的还不足10％ 。有些即使有较为完备的污泥处理设
收稿日期：2010-07-25
基金项目：}上海市科委2008重点项目(08Dz12O28O2)-上海市科委2009年重大项目(09Dz1204105)。
作者简介：甄广印(1984-)男，在读博士研究生，主要从事固体废物处理与资源化研究工作。
．42． 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第31卷
施．但由于资金等各种原因的限制，很多都处于无法
正常运行的状态。由于我国污泥处理处置处于严重的
滞后状态，大量污泥未经处理直接排放到环境中而影
响植物生长。破坏生态环境，甚至对人体健康构成了潜
在的威胁。因此 为加强对城市污泥有效的处理处置
建城[2009]23号《城镇污水处理厂污泥处理处置及
污染防治技术政策f{式行1》中明确规定：城镇污水处理
厂新建、改建和扩建时 污泥处理处置设施应与污水
处理设施同时规划、同时建设、同时投入运行。污泥处
理必须满足污泥处置的要求．达不到规定要求的项目
不能通过验收：目前污泥处理设施尚未满足处置要求
的 应加快整改、建设，确保污泥安全处置。可见俄国在
城市污泥的处理处置方面正逐渐走向制度化和规范
化。
污泥处理处置的目标是实现污泥的减量化、稳定
化和无害化。因此 根据我国当前污泥处理处置还处于
刚刚起步阶段 在兼顾环境生态、社会和经济效益平衡
的前提下 寻找经济、合理、有效的污泥处理处置技术
是很有必要的。
2 污泥处理常用的几种方法
目前．污泥常用的处理方法主要包括污泥卫生填
埋、污泥焚烧、污泥堆肥、污泥建材利用、水体消纳等。
2 1污泥卫生填埋
污泥的卫生填埋始于20世纪60年代 是在传统
填埋的基础上从环境保护和可持续发展理念的指导
下经过科学选址和必要的场地防护处理。具有严格管
理制度的科学的工程操作方法。到目前为止，已发展成
为一项比较成熟的污泥处置技术，具有不需要高度脱
水f自然干化1，投资较少、容量大、见效快等优点，利于推
广71。例如希腊、德国、意大利等国主要采用填埋方法
处理污泥国。另外对无法农用的高污染污泥、不利于堆
肥的污泥以及污泥焚烧残渣的处理，卫生填埋方法也
是一种不可或缺的处理手段。
当然．污泥卫生填埋也有不足之处。例如，污泥中
含有的有毒有害物质可能会随雨水等渗入地下，对地
下水和周围土壤造成二次污染；卫生填埋需要较大的
场地但随着城市化的快速发展，合理场址的选择受到
限制：污泥填埋对污泥土力学性质要求很高；渗滤液的
产生 污染环境，处理难度大；未对污泥填埋气进行合理
收集也会引起爆炸危险。因此，在进行污泥的卫生填埋
时必须注意：①要对填埋场所处的地质、气象和水文
情况作详细地调查，以防止渗沥液对地下水及周围土
壤的污染；②填埋场的卫生，以防鼠、蝇孳生和臭味扩
散；③对于规模较大的污泥填埋场要设置合理有效的
填埋气导排装置肪止填埋气的不规则迁移对周边环
境造成的危害，杜绝爆炸等危险情况的发生：④填埋场
压实机械工作难度加大；⑤遵守有关的填埋标准和法
律法规的要求。
2_2 污泥焚烧
污泥焚烧是指将污泥置于焚烧炉中。在过量空气
的条件下，进行完全焚烧，使有机物完全碳化。可以最大
限度的较少污泥的体积。使污泥中病原微生物、寄生虫
卵、病毒等彻底被杀死，高温也能使污泥中的部分重金
属固化阎。但是，在焚烧过程中污泥中的一部分重金属
能随燃烧产生的烟尘扩散到空气中：况且，不完全的焚
烧过程中也会有二嗯英等剧毒空气污染物的产生。为
防止焚烧过程中产生二嗯英等有毒气体，焚烧温度应
高于850℃。同时。污泥焚烧的烟气还必须进行处理．处
理后的烟气应满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》
fGB18485)等的有关规定。另外，污泥焚烧的处理对象
主要是含水率很高的脱水泥饼f约在45％～86％之间1，
需要大量的热能，其高能耗、高成本促其他工艺的24
倍1弛使之无法得到广泛应用。因此。污泥焚烧处理技
术这种投资大、技术水平要求高的特点，严重制约着其
在污泥处理处置技术发展初期的中国进行推广应用。
2．3 污泥堆肥
由于污泥中含有丰富的有机物和氮、磷、钾等植
物生长所必需的营养元素闺此。污泥堆肥农用一直为
人们所研究和关注。污泥堆肥是指在污泥中加入一定
比例的秸杆、稻草、木屑或生活垃圾等膨松剂和调理
剂，利用污泥的微生物进行发酵并转化为类腐植类的
过程。类腐植质是一种品质优良的有机复合肥或可生
产有机菌肥。但任何堆肥都需要有升温发酵的过程，而
污泥较高的含水率致使堆肥过程无法正常升温，进而
制约着污泥堆肥的JJ质利进行。况且，堆肥产品的高~'-Tk
率f30％～40％1也可能使病原体复活凹产品安全I生差。另
外。堆肥产品中常含有定量的重金属 巴效差，加上国家
相关立法不健全，缺乏污泥肥施用方法技术引导和对
有机肥改良土壤长远意义的宣传等，导致堆肥产品使
用效果不佳，限制了污泥肥的推广应用。
2．4 污泥制建材
污泥建材利用方面的研究也处于不断的发展阶
段。例如污泥制陶粒、污泥制砖、制纤维板、污泥制生态
水泥等．都取得了可喜的成果。例如，在日本、德国等国
第5期 城市污泥处理处置技术研究术 ·43·
家开始利用建筑砖块、轻质材料以及水泥材料等技术
进行规模化的生产再利用。污泥制建材由于符合污泥
资源化的需要闼此具有很好的发展空间。其缺点是当
污泥中有大量重金属时要注意炉窑的烟气处理与控
制以及对产品重金属浸出的监控。另外．污泥制建材需
要消耗热能．且技术要求较高。这对污泥制建材的推广
和应用也提出了挑战。
2．5 污泥干化和热处理网
这种处置方法主要是指利用热和压力破坏污泥
的胶凝结构_并对污泥进行消毒灭菌。污泥干化能使污
泥显著减容 积可缩减75％---80％)，产品稳定，无臭且
无病原生物：干化处理后的污泥产品用途多，可以用作
肥料、土壤改良剂、替代能源等。目前。美国、英国、奥地
利、西班牙和比利时拥有此项先进技术。污泥干化可
分为直接干化和间接干化直接干化其缺点为：耗能大，
一般生产1吨干污泥(含水率10％)，需要耗煤1吨多，
增加处理成本,~xCN围环境影响大。该处理方法较难
处理加热温度．容易破坏污泥中的有机成分。
2．6 污泥的水体消纳
污泥的水体消纳是利用水体的自净能力对未经
脱水和无害化处理而直接排入水体的污泥进行消纳、
净化的过程，其优点是处理量大。节省费用。但随着污
泥投弃量的不断增加，超过水体的自净能力时．致使水
体正常的生态系统受到破坏 影响水生生物的正常生
活。乃至对人体也会构成危害，因此．水体消纳受到越来
越强烈的反对。例如，美国在1988年已禁止向海洋倾
倒污泥，欧共体也规定从1 999年开始禁止在海洋中处
置污泥，我国政府于1994年初接受3项国际协议．承
诺于1994年2月20 H起不在海上处置工业废物和
污水污泥。可见。污泥水体消纳因不符合环境保护和
可持续发展的理念而正逐渐被淘汰。
2_7 污泥的其它处理方法
另外，污泥改j生制潘f生碳、制吸附剂、用作粘结剂、
低温热解、污泥油化、污泥制煤、污泥中添Ca3(PO4)z制
复合有机肥料，膜生物反应器、超声促进污泥消化、辐
照促进污泥消化、臭氧消除剩余污泥、蚯蚓处理污泥
技术、脱水污泥／固化酶／高岭土制作垃圾填埋场防渗
材料【 q等也处于研究探索阶段，但由于技术条件限制．
目前还不能得到大规模应用。
以上对污泥目前常用的几种处理方法进行了简
要介绍。无论采用何种的污泥处置方法减小体积、降
低含水率、提高干度都是其难以回避的重要环节。同时
也应均衡地兼顾生态环境与经济效益．结合本国、本地
区的实际情况寻找经济、合理、高效、环境相容的处理
技术。我国是一个发展中的农业大国，污泥的处理和处
置技术刚刚起步，在技术及经济发展水平上和发达国
家尚有一定的差距。目前。还不可能投入大量的资金采
用污泥焚烧以及其它高消耗的污泥处理技术洇此，污
泥填埋以其投资较少、容量大、见效快等优点ll1】应作为
我国污泥处理技术的首选。从污泥减量化和资源化的
角度来看。污泥填埋也许不是一种最佳的处理处置方
法。但这却是一种较为折中的选择。符合我国当前经济
发展的实情。
3 污泥卫生填埋技术
3．1 污泥卫生填埋方式
污泥填埋有单独填埋和混合填埋两种方式。美国
以污泥的单独填埋为主，而欧洲各国主要是进行污泥
的混合填埋。单独填埋对污泥的土工性质以及填埋场
的设计技术要求较高，例如张华研究发现，污泥在单独
填埋时考虑表面覆土的情况下，污泥的填埋厚度最大
不宜超过9 rn．堆体过高会使底部污泥发生软化现象．
堆体的安全将受到威胁。可见，污泥在单独填埋时的填
埋量十分有限：而混合填埋在这方面的要求相对较为
宽松更符合我国当前的经济发展状况。因此．污泥的混
合填埋在今后一段时间里应做为我国污泥处理处置
的首选方法。
污泥填埋一般可分为沟填法、平面填埋法和筑堤
法3种填埋方法。
(1)沟填法。沟填法是指将污泥挖沟填埋 沟填要求
填埋场地具有较厚的土层和较深的地下水位，以保证
填埋开挖的深度并同时保留有足够多的缓冲区。沟填
法又可分为窄沟法和宽沟法两种填埋方式。窄沟填埋
时其沟宽≤3 m，单层填埋厚度为0．6～0．9 1TI，适用于含
水率≤85％的污泥；而宽沟填埋的宽度—般为3~l2 m。宽
沟填埋时。填埋设备一般只有在污泥上行走才能对污
泥进行压实，为防止填埋设备陷入污泥中，该填埋方法
对污泥的含水率有较为严格的要求，一般要求污泥的
含水率≤80％的污泥。沟填法不需要任何添加剂，亦
不需要外运土，挖沟得到的土就可以作为最终覆盖层
用土，但窄沟填埋土地利用率低且沟槽太小，不可能像
宽沟填埋一样铺设防渗和排水衬层。
(2)平面填埋法。平面填埋法是将污泥堆放在地表
面上，再覆盖一层泥土，因不需要挖掘操作’此方法适合
于地下水位较浅或土层较薄的场地。平面填埋法又分
·44· 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第31卷
为平面土墩填埋和平面分层填埋两种。平面土墩填埋
适用于含水率≤80％的污泥。以土作为添加剂时．土和
污泥 昆合比为05．1脚 的单层填埋高度约2 rrL中
间覆土层厚度0．9 m，表面覆土层厚度为1．5 m。平面分
层填埋适用于含水率≤85％的污泥，以土作为添加剂
时，土和污泥的混合比为0,25：1．0，混合堆料分层填埋
时，单层填埋厚度约为0．15～0．9 m，中间覆土层厚度
0．1 5-0．3 1／1，表面覆土层厚度为0,6～1．2 m。土墩填埋较
分层填埋有较高的土地利用效率，但两种填埋方法都
需要大量的外运土周此，操作费用也相对较高。
(3)筑堤法。筑堤法填埋是指在填埋场地四周建有
堤坝，或是利用天然地形f如山谷1对污泥进行填埋，污泥
通常由堤坝或山顶向下卸人 因此堤坝上需具备一定
的运输通道。土与污泥的混合比例依据污泥含水率和
操作条件而定。地面上操作时，泥含水率要求≤80％．土
与污泥的混合比例为0．25～0．5 中间覆土层厚度0．3～
0．6 m，表面覆土层厚度为0．9～1．2 m；堤坝内操作时．泥
含水率要≤72％，土与污泥的混合比例为0．25～1．1．中间
覆土层厚度0．6～0．9 m 表面覆土层厚度为1．2～1．5 m。
其最大的优点是填埋容量大，单位面积填埋量可达
9 072～28 350 m 泥·fhm 。但由于筑堤法填埋的污泥
层厚度大，填埋面汇水面积也大，会有大量的渗滤液产
生。因此，污泥筑堤法填埋时必须铺设衬层，设置渗滤液
收集和处理系统。
另外，污泥在与垃圾混合填埋时对污泥含水率的
要求不高佾 水率≤97％1。污泥与垃圾的混合比为1：4～
l：7．中间覆土层厚度0．1 54)．3 HL表面覆土层厚度为0．6 m．
单位面积填埋量为945-7938 In3泥·mm 。研究表明．
污泥的加入 使填埋场产气量增加。垃圾稳定化过程明
显加快。
32 污泥的土工性质
污泥是否能够填埋主要取决于：①污泥本身的性
质，主要是其土力学性质；②污泥填埋后会不会对周围
环境产生影响。如把污泥单独填埋时。一般要求污泥的
抗剪强度>1 80 100 kN／m2。根据德国的资料。当脱水后
的污泥和垃圾混合填埋时，要求污泥的含固率f>35％、
抗剪强度／>25 kN／m2,渗透系数在10—6～10—5 cm／s[6, 。
为了达到这一指标 必须投加石灰等添加剂进行后续
处理。根据我国在cJ厂r 249-2oo7((城市污水处理厂污
泥处置混合填埋泥质》中的规定，城镇污水处理厂污泥
进人生活垃圾卫生填埋场与生活垃圾进行共同处置
时、其基本指标应满足污泥6"-7~率≤60％,pH在5～l0
之间、混合比例≤8％、横向剪切强度i>25 kN／m2等。
脱水污泥有着较高的含水率f80％)。有研究发现，
新鲜脱水污泥抗压强度<10 kPa和抗剪强度<5 kP乱难
以满足填埋对土工性质的要求。因此，寻找合适的改性
剂以增强污泥的土力学性质成为了目前的研究焦点。
马建立、赵由才等旧在对以矿化垃圾为改性剂与
生化污泥的混合填埋和化学污泥固化填埋的研究中
发现，生化污泥与矿化垃圾按1 0：7的比例进行混合填
埋可以达到污泥填埋的土力学要求，并可加速污泥厌
氧产气反应和有机质的降解．缩短污泥稳定化的时间：
污泥固化填埋采用一种新型的M1镁系胶凝固化剂．
在加入量为5％时，可以达到污泥的填埋要求。同时对
污泥中重金属也起到固化作用．减少了重金属的浸出
带来的二次污染。
曹永华 以石灰、粉质粘土、粉煤灰和硅酸钠等作
为改性剂的研究中发现，在m 灰)：m(粉质粘土)：mf污
泥1配比为1：4：5时对污泥的固化效率最好。另外，张华
用粉煤灰、矿化垃圾、建筑垃圾和泥土四种材料作为改
性剂，以不同配比与污泥混合试验。在改性污泥满足填
埋要求的最低混合配比下 综合比较改性剂对污泥的
抗压和抗剪强度、渗透l生能、压缩}生和臭度等工程I生质
的改善情况发现，以粉煤灰对污泥改『生效果最好，其次
建筑垃圾和矿化垃圾。泥土效果最差。污泥改隆剂的研
究无疑对污泥填埋作业带来了很大的便利，为污泥卫生
填埋技术的使用和推广提供了技术条件和理论指导。
3．3 渗滤液和填埋气的收集处理
污泥卫生填埋后会有大量的渗滤液和填埋气产
生。《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质》fCJ／T
249)~规定。污泥卫生填埋场应有沼气利用系统，渗滤
液能达标排放。目前，随着人类环保意识的增强，大多数
污泥填埋场均设有渗滤液导排、收集和处理装置；但很
少设有填埋气的收集处理装置。填埋气中CH 的密度
较空气小彳艮容易在填埋场内部某些封闭区聚集，有引
起火灾甚至爆炸的危险。另外，CH 气体作为填埋气的
主要成分有很高的热值，集中收集净化后可作为再生
能源加以利用，如作为工业燃料或民用；将‘p(CH4)提高
到80％以上还可以作清洁燃料 。因此，设置集气井对
填埋气有规则的导排。不仅可以降低填埋作业的危险
度。避免安全事故的发生同时还有效地对能源进行回
收利用。达到了环境保护与经济效益的和谐统一。
然而．由于污泥渗透系数很小，导致填埋气体的有
效收集半径十分有限。不合理的设置集气井不仅不利
于污泥填埋气的经济、合理、高效收集，还会影响污泥
填埋作业的正常进行。目前，有关垃圾填埋场集气井的
第5期 城市污泥处理处置技术研究术 ·45·
优化布局研究已经较为成熟，而对污泥填埋场填埋气
集气井布局设计的研究相对较少。可见对污泥填埋气
收集系统进行优化设计是很有必要的。
4 结论
(1)我国污泥处理处置技术才刚刚起步，还存在许
多缺点与不足：而国外在污泥处理处置方面的研究较
为成熟。因此．国外污泥处理处置的研究和实践对我国
污泥处置的发展具有积极的借鉴意义。
(2)通过对几种污泥处理处置技术的经济效益等
作比较，并结合我国国情指出：污泥卫生填埋技术以其
投资较少、容量大、见效快等优点应作为当前我国污
泥处理处置的首选方法。
(3)污泥是否能够填埋主要取决于：①污泥本身的
性质，主要是其土力学性质；②污泥填埋后会不会对周
围环境产生影响：因此，经济、高效的污泥改』生剂的研发
为污泥卫生填埋技术的使用和推广奠定了基础、提供
了条件。
(4)污泥卫生填埋场常有大量填埋气产生。有关垃
圾填埋场集气井的优化布局研究已经较为成熟，而对
污泥填埋场填埋气集气井布局设计的研究相对较少。
因此，对污泥填埋气收集系统进行优化设计应作为今
后污泥卫生填埋研究的—个重要课题。
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(上接第40页)
(3)适用于人流量过多的社会公共场所 如机场、展
厅、电梯厅等。在社会公共场所，不锈钢材料充分体现
出其坚固耐用且不过时的特点。如在电梯厅，利用不锈
钢的亮光与亚光的两种特性在电梯门上形成雕花装
饰，既时尚现代，又经济耐用；机场吊顶采用不锈钢形成
阵列式的造型，配合现代的金属灯具．使空间更加扩展
的同时体现一种现代、时尚、简约的风格。
5 不锈钢材料的市场前景
不锈钢是人类在2 1世纪初发明的重要材料之一．
通常以铬和镍作为主要合金化学添加剂。力学性能良
好，耐腐蚀性能优异，容易加工成型。且产品美观卫生、
好擦洗，深受消费者喜欢。因其坚固耐用、美观新颖，且
具有强烈的时代感等特性。在室内装饰中常用于外墙、
柱面，具有强烈的金属质感，是目前发展迅速的一种高
档建筑装饰材料。它既可以用于室内旭可以用于室外：
既可作为非承重的纯粹装饰、装修用品 也可制作成承
重的构件。随着我国国民经济的发展，市场对不锈钢的
需求日益上升，用不锈钢制成的各种装饰材料具有广
泛的应用前景，不锈钢将会在装饰材料市场占有越来
越重要的地位网。
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