1、河道底泥的處理處置途徑分析 景長勇 霍保全 （中國環境管理干部學院，河北秦皇島 066004）摘要：主要介紹了河道底泥的主要成分和特征，闡明了河道底對水體水質的危害，并對河道底泥的處理處置途徑進行了闡述和研究，指出了河道底泥資源化處置的方向和存在的問題。關鍵詞：河道底泥，處理處置，資源化河道底泥是城市市政排水系統的副產品，主要來源于城市排水系統，包括排水管道、泵站和污水處理廠。一般地，以無機物為主要成分的稱為“沉渣”，呈大顆粒，易脫水，不腐化且流動性差。以有機物為主要成分的稱為“污泥”， 如污水處理廠的剩余污泥等。根據不同的處理方法和穩定化程度，污泥還可分為生物泥、熟污泥、化學污泥等。不同種類

2、的污泥，其性狀特點有著較大的差異，采取的最終處理處置措施也應具有針對性。1河道底泥的組成和性狀特點污泥成分對處理方案的選擇具有重要意義，一般以下指標是確定污泥性質的主要依據：含水率、有機物和無機物在干物質中的含量、無機物與惰性成分、揮發性成分（如氯等）的百分比、金屬等重污染物的濃度。1.1含水率污泥顆粒中水有不同的相性，包括可經重力沉淀和機械作用去除的自由水、必須通過較復雜或需要較高的能量（如加熱、焚燒等）才能去除的物理性結合水、間隙水、膠態表面吸附水、化學性結合水、生物細胞內的水和分子水等。水分在污泥中的存在形式與含量，直接影響具有重要減量化處理效果的污泥工藝的選擇。市政污泥的親水性較污水處

3、理廠污泥低，相當部分的水分以自由間隙水的形式存在于污泥中，易于在機械脫水過程中去除，但由于無機砂含量較高，對脫水機械的磨損也較為嚴重。1.2有機物和無機物在干物質中的含量污水經生物處理產生的污水污泥中很大一部分是微生物團，因污泥成分不同，未消化的市政污水污泥的有機物含量約占干物質的60%75%，高效厭氧消化處理后可降至38%左右，其中有機硝酸鹽構成污泥中的有機物有效成分，當施用到土壤，硝酸鹽經生物降解可改善土壤。在污水處理過程中，細菌及大部分寄生生物在初級和二級沉淀中沉積下來，并與污泥混合，病毒則吸附在污水中的顆粒上，再隨顆粒的沉淀沉積在污泥中。大腸菌、大腸糞菌、糞鏈球菌由哺乳動物直腸正常排出

4、，它們的數量在污水和污泥中均保持恒定。相對應的，各種病原菌如沙門氏菌、痢疾菌、腸道病毒（例如脊髓灰質炎病毒、柯薩奇病毒、肝炎病毒、輪狀病毒等）和寄生生物（例如蛔蟲、鞭蟲、阿米巴蟲等）在污水污泥中的比率同當地傳染病的流行有關。市政污泥雖然有機物含量僅接近消化污泥的水平，但仍具有污染環境的能力，必須進一步處理并安全利用或消納。1.3無機物與惰性成分污泥中的無機物或礦物質主要由下列物質組成：礦物鹽（硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨鹽等）、石灰（干CaO或含水的Ca(OH)2等）、砂(SiO2)和灰分。在污水處理廠中，生物處理的細菌種類并不影響污水和污泥中的礦物質成分。惰性成分來源于污水中的沙粒、灰分和鹽分等。1

5、.4揮發性成分污泥中的揮發性成分如高濃度氯可導致污泥處理設備的腐蝕，而且腐蝕也會妨礙污泥作為燃料的應用。1.5金屬等重污染物的濃度重金屬的存在妨礙污水污泥在農業方面的應用，1984年5月18日國家建設部發布并于1985年3月1日實施了農用污泥中污染物控制標準，該標準主要為貫徹中華人民共和國環境保護法（試行）、防治農用污泥對土壤、農作物、地面水、地下水的污染而制訂，對污泥中金屬的含量提出了嚴格的要求。一般城市污水由生活污水和工業污水兩部分組成，且工業污水所占比例較高（大于40），歷年監測結果表明，個別重金屬含量指標超標的現象經常發生。2.河道底泥的處理處置技術分析2.1河道底泥處理處置的目的針對

6、河道底泥的處理與管理而言，其主要目的在于：（1）減量化所謂減量化是指減少最終處理（處置）污泥的容積。污泥一般由比較松散的小塊組成，含水率較高，故污水污泥的容積可達其所含固體容積的許多倍，減量化處理可為污泥最終處理（處置）減少技術上的困難和經濟上的壓力。（2）無害化如前所述，由于污水污泥含有的大量污染物，必須通過無害化處理避免其造成二次污染并使最終產品的衛生學指標達到要求。（3）資源化污水污泥富含營養物質，有的還具有較高的熱值，具備一定的資源化利用的條件，但在制定污水污泥管理策略時，必須充分注意到污泥的資源化和再利用價值只能作為確定處理工藝時附加考慮的因素，即必須首先滿足無害化、減量化的目的，才

7、能在安全規范的前提下制定再利用的方案。2.2河道底泥處理處置常見技術介紹2.2.1傳統處理技術由于城市污水處理廠的普及率快速提高，針對污水處理廠污水污泥的傳統處理技術發展較為完整、成熟，主要工藝包括：濃縮、消化、自然干化、機械脫水、消毒等，主要依據污水處理工藝技術特點和預測的污水污泥泥質特性加以選擇確定。污泥濃縮的主要方式有重力濃縮、氣浮濃縮、離心濃縮。通過濃縮一般可使污泥體積減少50%70%，使后續處理的規模、能耗大幅度降低并為之創造條件。污水污泥的消化處理是污泥穩定化的過程，可分為好氧消化和厭氧消化，工程上一般采用厭氧中溫消化，厭氧消化過程中產生的沼氣可通過集中收集后加以利用，通過消化過程

8、，污泥中的有機物含量可降低至40%左右，達到初步穩定化效果。值得指出的是，經污水處理廠消化（穩定化）處理后的污泥，仍未失去其較強的污染環境的能力，而脫水污泥的排放問題一直困擾著污水處理廠的管理者們，因此污泥的后處置技術的發展和應用不僅是必要的也是必須的。污泥自然干化的目的在于進一步降低污水污泥的含水率，從而減小其體積。污泥自然干化過程的完成一般在污泥干化場內，根據泥質的不同，干化機理可分為滲濾作用、蒸發或撇除。污泥干化場占地面積較大，受環境氣候條件影響嚴重，而且操作衛生條件惡劣，目前已基本被淘汰。污泥機械脫水前一般需要進行預處理，主要目的在于提高其脫水性能，降低運行成本。預處理主要方法有化學調

9、理法、熱處理法、冷凍法及淘洗法等。一般采用投加絮凝劑的化學調理法。脫水機械設備依據不同的脫水原理一般有帶式壓濾機、真空過濾機、離心脫水機、螺壓脫水機等。目前工程上應用較多的為帶式脫水機和離心脫水機。2.2.2衛生填埋處置技術污泥衛生填埋處置場中污泥的處置工藝采用衛生填埋技術，即在利用自然界代謝功能的同時，通過工程手段和環保措施，使污泥得到安全的消納并逐步達到充分穩定無害的污泥處置效果，主要借鑒城市生活垃圾衛生填埋場的工程經驗進行建設。污泥衛生填埋方式基本屬于厭氧性填埋，僅在初期填埋污泥表層及填埋區內排水排氣管路附近由于空氣的接觸擴散形成局部的準好氧填埋方式。雖然污泥在污水處理廠中經過了厭氧中溫

10、消化處理，但由于這一過程沒有達到完全的降解（進入填埋區的污泥有機物含量仍在40%左右），因此，污泥在填埋過程中依然存在著一個穩定化降解過程。填埋污泥降解的主要方式為厭氧分解，一般要經歷由專性厭氧菌和兼性厭氧菌共同發揮作用的水解酸化階段和由產甲烷菌起主導作用的產甲烷階段，最終污泥中的可降解的有機質被分解為穩定的礦化物或簡單的無機物，并釋放出包括CO2和CH4在內的填埋氣體，從而完成污泥的穩定化過程。填埋污泥徹底的穩定化是一個漫長的過程，一般需十幾年，甚至幾十年，但厭氧降解的主體過程一般發生在填埋最初的幾年中。填埋體中有機物的厭氧降解受多方面因素的影響。對于污水處理廠消化污泥在填埋過程中的情況而言

11、，具有如下特點：污泥富含大量微生物和各種微生物菌種，有機物的降解比較完全；污泥中含有的N、P等物質為有機物的降解提供營養；污泥較高的含水率為微生物的生命活動創造了有利的條件；由于污泥堆體穩定性的需要覆蓋土層較厚，特別是由于污泥自身高粘度性狀的影響，對厭氧降解過程起到了一定的抑制作用；由于經歷過污水處理廠的中溫厭氧消化過程，填埋污泥中易降解物質量較少，一般不會出現明顯的快速降解過程，可不考慮由于甲烷氣體的過量集聚造成的危害，因此可對填埋氣體采取自然排逸的方式；污泥中重金屬離子的存在對降解過程也會產生一定的抑制影響。2.2.3海洋投棄投海，由于深海投棄管道設備需一定投資，且世界各國對海洋環境日益關

12、注而紛紛立法禁止，因而近年來基本不再采用。2.2.4堆肥處理技術堆肥化，即土地利用法，是利用自然界廣泛存在的微生物，有控制地促進固體廢物中可降解有機物轉化為穩定的腐殖質的生物化學過程。污泥中含有豐富的有機物和N、P、K等營養元素以及植物生長必需的各種微量元素Ca、Mg、Zn、Cu、Fe等，施用于農田能夠改良土壤結構、增加土壤肥力、促進作物的生長。1933年在丹麥出現的丹諾（DANO）發酵器標志著污泥連續性機械化發酵工藝的開端，利用迴轉倉完成中溫、高溫發酵過程，高效、防臭，成品質量高，在美國、日本、歐洲廣為采用。目前世界各國采用的方法有：自然堆肥法，圓柱形分格封閉堆肥法，滾筒堆肥法，豎立式多層反

13、應堆肥法以及條形靜態通風等堆肥工藝，這些方法都在不斷發展和完善。污泥的土地利用能耗低，是一種符合我國國情的安全積極的污泥處置方式，土地利用將是一個主要的發展方向。但是，污泥中也含大量病原菌、寄生蟲（卵），以及銅、鋁、鋅、鉻、汞等重金屬和多氯聯苯、二惡英、放射性元素等難降解的有毒有害物。一般來說，污泥要作土地處置必須經無毒無害化處理后（一般采用高溫堆肥），才能作土地利用，否則，污泥中的有毒有害物會導致土壤或水體污染。2.2.5熱干化與焚燒處理技術污泥的干式熱處理，包括污泥干化、焚燒、熔融三種方式。污泥的干化處理，是指通過直接或間接加熱方式，進行低溫熱處理，使污泥脫水、減容，同時泥性趨于穩定化。早

14、在20世紀40年代，日本和歐美就已經用直接加熱鼓式干燥器來干燥污泥。經過幾十年的發展，污染干化技術的優點正逐漸顯現出來：污泥顯著減容，體積可減少45倍；形成顆粒或粉狀穩定產品，污泥性狀大大改善；產品無臭且無病原體，減輕了污泥有關的負面效應，使處理后的污泥更易被接受；產品具有多種用途，如作肥料、土壤改良劑、替代能源等。無論填埋、焚燒、農業利用還是熱能利用，污泥干化都往往是重要的第一步，這使污泥干化在整個污泥管理體系中扮演越來越重要的角色。20世紀90年代以來，運用污泥干化技術處理城市污泥得到迅速發展。 焚燒是將污泥作為固體燃料投入焚化爐中，使其與氧發生劇烈的化學反應，釋放出能量并轉化為高溫的燃燒

15、氣和少量性質穩定的固定殘渣。最早的固體廢物焚燒裝置是1974年建于英國的間歇式固定床垃圾焚燒爐。目前應用最廣的焚燒設備是流化床焚燒爐，已成為集各種高新技術于一身的現代工業化裝置。通過焚燒可使污泥達到最大程度的減容，從而減輕后續處置過程對環境的影響。焚燒過程中所有的病菌、病原體均被徹底殺滅、有毒有害的有機殘余物被氧化分解。焚燒處理效率高，占地面積小，適于土地資源緊張的大中城市采用。燃燒氣可作為熱能回收利用，焚燒灰可用作生產水泥、磚、陶粒等的原料，使重金屬被固定在建筑材料中而避免其重新進入環境。不足之處在于一次性投資大，資金占用時間長，能耗和運行維護費用高，且其焚燒過程中會產生二惡英等空氣污染物，

16、因而在一定程度上制約其在國內的發展。熔融，亦稱玻璃化處理，與焚燒最大的不同點是所燃燒溫度與產生底灰不一樣。熔融的燃燒溫度高達攝氏1800至2400度，焚化爐的溫度即便在二次燃燒室也僅有攝氏16001800度；而熔融燃燒后的灰渣可回收制造路基，焚化爐底灰利用則相對較為困難。因此在日本的都市污泥許多采用熔融方式處置，已經有取代焚化爐趨勢。 2.2.6其他處理技術近年來，污泥的工業化利用，尤其是建筑材料的資源化利用，具有顯著的優勢：河道底泥經過采用低溫煅燒就可成為使用價值非常高的建筑材料；其中含有一定可燃物質，用于燒結建筑材料有顯著的節能效果；固體廢料的建材資源化往往不需進行大的固定資產投

17、資，而經濟效益非常顯著；選取適當的利用途徑，可能實現清淤底泥不脫水直接利用，解決脫水、運輸中的難題，并成功地把污泥處理處置費用轉移到有用的產品生產上來，消除了因無資金保障而使污泥處置停頓的風險。3.底泥資源化途徑目前污泥回用在世界各國均處于試驗性發展階段。國內外學者進行的污泥資源性回用研究大多局限于凈水廠、污水廠污泥，且大多局限于農用和堆肥，建材回用方面研究較多的是污泥焚燒灰的利用。河道底泥即使在科技相當發達的美國，也沒有得到充分利用。其連年對五大湖區進行疏浚，產生了大量的底泥，最終處置也僅僅是土地回用（未污染部分），或衛生填埋（受污染部分）。以下是一些國內外研究的相關成果。3.1國外研究概況

18、及水平a.日本利用下水道污泥制瀝青-中國建材報2003.01.21b.日本橫濱利用下水道污泥焚燒灰制生態水泥c.Sewage sludge ash characteristics and its potential applications下水污泥焚燒灰特性及其潛在應用途徑d.Reuse of water treatment plant sludge and dam sediment in brick-making 凈水廠污泥及大壩沉積物制磚e.Reuse of industrial sludge as construction aggregate 工業污泥回用于建材集料f.日本采用熔融方法處

19、理污泥，污泥經脫水成污泥餅，與百分之五十五焚化爐灰渣磨碎混合后，再以水泥加水固化，即可造成高附加值之骨料，作為填海造地的資源。 3.2國內研究概況及水平a.含重金屬電鍍污泥的利用與處置-清華大學b.污泥制磚-臺灣c.制革污泥制砌塊探索-南京d.滇池污水處理廠污泥生產輕型建材-中國建材商務網e.利用水泥窯處置污水處理廠污泥-上海新型建材研究發展中心。上海新型建材研究開發中心于1999.12完成“利用水泥窯處置污水處理廠污泥的技術研究”課題，該課題利用濕法水泥廠或濕磨干燒水泥廠的生產線處理污水處理廠污泥，首先在污泥廠污泥中摻入生石灰，去除有毒氣味，然后，從污泥駁入淘泥機開始，采用用水或焦化廠黑液拌和稀釋、用泵輸送，使污泥基本處于封閉狀態，直至送入水泥窯。既不污染廠內環境，也不直接對人體產生不良影響。項目通過小試、研究、測試、中試，已完成了研究計劃目標。其中中試利用污水處理廠污泥510噸（含水率7