中国城市污泥处理处置技术发展现状及建议
文／北京市环境保护科学研究院  俞金海

1. 中国城市污水处理及工艺应用概况
1.1 污水处理厂及处理能力统计
        近年来，中国城镇污水处理事业获得了极大发展。据住建部统计，至2009年3月，我国已建和在建污水处理厂总数已达3475座，设计污水处理能力达14721万吨/天（如图1），据国家发展和改革委员会《关于2008年国民经济和社会发展计划执行情况与2009年国民经济和社会发展计划草案的报告》，2008年，我国城市污水处理率已经达到65%，已经超过“十一五”污水防治规划设定的60%目标。据住建部预测至2015年，全国污水处理厂设计处理能力将达到17500万吨/天。
 
1.2 污水处理厂规模及污水处理工艺统计
        据国家环境保护部第30号《关于公布全国城镇污水处理设施和燃煤电厂脱硫设施的公告》，在我国城镇污水处理厂以中小型为主（占90.4％），如表1，处理工艺以好氧生物法为主（约92%），其中氧化沟、传统活性污泥法和A/A/O等工艺各占29.19%、26.89%和14.99%，如表2。
表1  我国城镇污水处理厂设计规模
设计处理规模（万吨/天） <5 5~10 10~20 >20
数量（座） 1094 281 95 51
百分比（%） 71.93 18.47 6.25 3.35

表2 我国城镇污水处理厂污水处理工艺
应用情况调查（2004）
工艺 A/A/O 氧化沟 SBR A/O MBR CASS 活性
污泥 BIOLAK 其它
比例(%) 14.99 29.19 8.94 5.98 0.13 3.48 26.89 2.70 8.15

注：其中有部分污水处理厂一期和二期工程所采用的工艺不同.
采用好氧生物污水处理工艺不可避免的结果是会产生大量各种类型的污泥，主要是剩余活性污泥。

2. 中国污泥产生及处理处置概况
        据环境部预测，至2010年底，全国污泥产生量将达到3000万吨（含水率80%），从而成为我国城镇新的环境污染威胁源。
        据调查，目前我国大部分污泥多为无序堆存或简单填埋（胡华龙，2003），主要处置方式是脱水后直接与生活垃圾混合填埋（31%）或农业利用（44.8%）。有污泥稳定处理设施的不到1/4，能稳定运行的不足10%（甘一萍，2005）。即便是在中国经济最为发达的长三角地区（张辰，2006），基本只进行了脱水处理，且其中60％的污水处理厂脱水污泥达不到含水率80％以下的要求。由于污泥处理处置的不当和根本未进行合理处置而导致各地与污泥污染相关的报道频频见诸公众（图2）。譬如：2003年，三峡库区发生17座污水处理厂大量污泥无处填埋而导致水环境严重“二次污染”事件，2005年，王小郢污水处理厂大量污泥因当地群众抵制无法外运而向合肥市污水管理处发出要求允许其停止运行污水处理的紧急报告，2006年12月发生上海石洞口污水处理厂将干化污泥运至青浦区河塘倾倒偷排事件，2007年，广州铭德污泥处理厂因污泥处理不当造成了严重臭气污染而影响周边群众正常生活事件等。

3. 中国污水污泥处理处置技术发展现状及存在问题
3.1 污泥处理处置技术管理体系建设
         从2003年开始，随着中国各级政府开始重视污泥污染问题，各部门采取多管齐下、齐头并进的方式来推动中国污泥处理处置事业的发展。首先，环境保护部将污泥作为环境技术管理体系建设的首批6大试点行业之一，并于2009年先后发布了《城市污水处理厂污泥处理处置最佳可行技术导则》、《城镇污水处理厂污泥处理处置工程技术规范》和《城市污水处理厂污泥处理处置技术政策》三个文件，分别从技术指南、技术规范和技术政策方面提出指导和规范；其次，住建部通过制定并先后发布《农用污泥中污染物控制标准》、《分类标准》、《泥质标准》、《园林绿化用泥质标准》和《混合填埋泥质标准》等一系列标准，来规范污泥处理处置市场的运营；第三，科技部和财政部通过“863”计划和国家重大水污染控制专项经费的支持，不断加大对污泥处理处置技术研究和设备开发方面的投入，积极推动污泥处理处置技术和设备国产化和产业化。
3.2 发展现状
         中国污泥处理处置技术的发展已经从最初的单纯由企业推动，发展到目前国家和地方政府层面的积极推进，通过近几年来的积极引进、消化吸收和自主开发，我国在污泥处理处置技术研究和设备开发方面有了长足进步，不断有关于污泥处理处置新技术、工艺和设备投入示范工程研究和实际工程建设运营的报道。
        在污泥过程减量化技术方面，北京工业大学开发的依靠降低微生物产率和增强微生物内源呼吸、促进微生物自身的分解的浸没式膜生物反应器工艺，中科院水生所利用水蚯蚓喜食污泥，且性喜抱团生长和附着填料及寿命长的特点，在浙江诸暨污水处理厂进行的水蚯蚓生物消化污泥技术开发；北京紫石千年环保设备有限公司利用低频超声波（20kHz~100kHz）试验装置对广州大坦沙城市污水处理厂的污水污泥进行了中试试验，东莞某污水处理厂采用清华大学开发的水热干化+厌氧消化+脱水工艺处理污泥。
        在污泥脱水技术和设备的开发方面，西安市污水处理厂采用了日本石垣株式会社的螺旋压榨脱水机，苏州市污水处理厂采用了安德里兹生产的全自动隔膜板框压滤机，浙江绍兴某污水处理厂采用北京格林兰德公司开发的新型污泥板框压滤脱水技术试验系统等，均取得不错的脱水效果。
         在污泥稳定化处理技术开发方面，上海嘉定大众污水处理厂和北京方庄污泥处置厂采用污泥石灰稳定技术将污泥稳定处理后进行填埋，北京大兴庞各庄堆肥厂、山西太原杨家堡污水处理厂、深圳浜河污水处理厂、山东寿光和河北秦皇岛等均采用高温好氧发酵技术将脱水污泥进行堆肥处理后，生产有机复合肥用作农田肥料，其它城市如石家庄、太原、西安等均做过污泥制有机肥的试生长试验。
         在污泥干化技术的应用方面，北京清河污水处理厂和重庆唐家沱污水处理厂采用进口流化床干燥工艺将脱水污泥干化后用作肥料，北京水泥厂引进涡轮薄膜干化工艺处理污泥后用作水泥生产原料。
         在焚烧技术应用和研究方面，上海石洞口污水处理厂和杭州七格污水处理厂采用引进的流化床干化焚烧工艺、浙江萧山污水处理厂采用自主开发的喷雾干燥+回转式焚烧炉集成干化焚烧工艺，江苏常州、南京和扬州等地的一些热电厂采用了将脱水污泥与燃煤混合直接混烧的方式处理处置污泥，等等。
3.3 存在问题
        纵观我国污泥处理处置技术和工艺设备的应用和发展现状，主要存在以下一些问题和矛盾。
        首先是污泥处理处置技术和工艺设备发展依然落后。当前我国有些污水处理厂所采用的污泥处理技术虽然与先进国家没有太大的差别，但在工艺设备设计和制造水平、工艺系统完善水平、自动控制水平、污染物控制水平等方面还与先进国家存在很大差距，盲目引进的国外技术，又由于与我国污泥性质难以匹配，而导致设备性能降低，处理效果下降，进而要么使得设备投资成本和设备维护与运营成本大幅攀升，要么就闲置不用，造成国家资金的浪费。譬如，已建干化焚烧厂的污泥干燥器和焚烧炉及自动控制系统均需依赖进口，但投资成本高昂，且由于操作控制和运行维护要求高，难以适应我国污泥含水率高、含砂量大和热值低等特点，致使实际运行效果不佳，而国产化装备大多是对国外单元机械设备的简单模仿，虽然投资成本低，但因缺乏有效技术支撑，因此在单元设备设计制造、系统集成和优化设计、过程控制、能量利用效率、自动控制、安全保障、污染控制和运行管理等方面均难以达到令人满意的结果。
         其次是研发经费不足，完全依靠市场推动策略失败。据统计，用现阶段常规污泥处理系统(不包括终端处置)建造大中型污水厂中的污泥处理工程所需资金约占二级处理厂全部费用的40%，但国内现有水平仅在24%~45%，而欧、美发达国家达到50%~70%。投入资金的不足和国家采取完全依靠市场推动技术进步的方式来推动环保产业发展的策略，导致目前出现了污水处理厂迫切需要解决污泥污染问题但因无资金而不建设或简化污泥处理处置设施，企业想进入市场但因难以确保稳定的产品市场而不积极推动污泥处理处置技术和工艺设备发展的局面，最终使得我国在污泥处理处置技术和工艺设备的升级和进步方面进展缓慢，不得不依靠进口解决燃眉之急。
         第三是我国城市污泥处理处置领域产业集中度相对较低、技术装备整体配套性差、关键设备和重大装备的国产化率低、环保设备制造业规模偏小、产业整体技术创新能力低、产业化和市场化运营机制建立进程较为滞后。

4. 结论与建议 
        目前，我国在污泥处理技术，如脱水技术、高温好氧堆肥技术和厌氧消化等技术及相应的工艺设备研究和开发方面已取得很大进步，并在我国很多中小型污水处理厂中获得成功应用，但在污泥处置技术方面，尤其是干化焚烧技术及其关键技术和核心装备的研究和开发方面发展缓慢，主要是由于干化焚烧技术是多学科、多领域知识的综合应用，需要更高的技术支撑和研发经费投入。因此，应基于我国城市污泥的自身特性，综合利用引进、消化吸收和自主开发等手段，结合现有污泥干化焚烧技术和设备及产品的研究成果和实际运行情况，重点对我国城市污泥干化焚烧关键设备与重大装备的产业化开展研究，构建成熟、高效的技术创新和产业化平台。具体而言，建议国家在十二五期间应开展以下三方面的工作：
        （1）基于我国污泥具有含水率和含砂率高、热值低、组成和性质波动范围大的特点，遵循节能减排、低碳环保、经济高效和安全稳定的理念，综合运用原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新等手段，集成热力学、传热学、流体力学、机械加工、自动化控制和系统工程等不同学科的研究理论，突破污泥干燥、焚烧和热解过程中传热传质、燃烧过程自动控制、热能回收利用、烟气/尾气一体化净化控制等关键技术，研究并开发出先进高效、安全稳定、节能环保的干化焚烧一体化核心技术和大型装备，实现大型污泥干化焚烧集成系统中各单元装备工艺设计和加工制造方面的自主化突破，并通过示范工程验证，优化干化焚烧集成系统工艺流程和各单元装备的设计和控制参数，提高集成系统自动化控制、安全保障和污染控制水平及热能利用效率，为干化焚烧大型装备的自主化规模生产奠定基础，以结束我国在干化焚烧领域核心装备主要依赖进口的局面。
        （2）针对当前我国大量中小型污水处理厂污水污泥具有产量中等、有毒有害成分少，但含水率和挥发性有机物含量高，且均质等特点，为及时跟进世界污泥处理处置技术的发展潮流，研究并开发出兼具能量传导、物料传输、产物收集与高值再利用于一体的干化热解技术和成套装备，并通过工程示范，改进和优化集成装备的设计和制造，为产业化奠定基础。
        （3）通过开展城市污泥干化焚烧通用和专用设备的全流程集成研发，形成一系列具有自主知识产权或专有技术的设备产品，并通过建立示范工程，促进城市污泥干化焚烧设备的产业化和成套化发展，实现关键设备和重大装备的标准化和产业化，培育国有大型污泥干化焚烧装备制造及系统集成企业的国际竞争力，实现我国从一个污泥处理处置设施建设和设备需求大国，向污泥处理处置设备生产和制造大国转变，带动我国环保装备产业发展。