李圭白   许国仁
哈尔滨工业大学市政环境工程学院邮编：150090

摘 要：污泥处理，由于其高成本对环境和人体健康造成的威胁，已经成为一个严重的问题。着眼未来，研究和发展一种对环境 具有可持续发展潜力 的污泥处理系统已经迫在眉睫。基于对目前欧洲污泥处理系统及其研究成果的评估，可以看出，对环境最具有可持续发展潜力的污泥处理技术越来越引人注目。目前一些可对污泥中能源进行回收的处理技术已经较为广泛的应用。对德国的污泥处理及污泥性质调查研究的统计数据可以给今后污泥处理技术的发展提供很好的借鉴。
关键词：污水处理：  污泥：  管理：  处置

一、 前言
出水水质的不断改善和处理效率的持续提高无疑是过去30年来欧洲生活污水处理的发展的鲜明特点。但是，伴随着这些发展，污水污泥所引起的问题也引起了人们的关注。这些问题主要是污泥处理的高成本以及污泥中有毒的污染物和病原体对环境和人体健康造成的威胁。由于公众关注度的提高，最初的把污泥作为作物肥料的处理方法已经承受了很大的压力。考虑到可持续发展的问题，欧洲各国政府已经对污泥堆肥的政策法规做出了明显的修改。目前对于污泥利用和管理的政策欧洲的立法大体上是根据地区或国家的环境和实际情况来进行的。
污泥问题的严重性和复杂性已经被数目和各类众多的研究项目反复阐明。在欧洲研究人员的研究中，环境的可持续性被到新的高度。基于此，欧洲的研究人员不仅仅关心病原体、有毒的有机物和有机污染物，如重金属、PCBs、二恶英、杀虫剂、内分泌干扰物、随离子表面活性剂、壬基酚等，还注意了各种类型有价值的物质如含有机碳类化合物（约占干重60%），含 氮化合物，磷酸盐和无机化合物，如硅酸盐、铝酸盐以及钙镁化合物等。
目前，一些污泥处理方法已经投入使用，而一些新型的技术尚处在研发阶段，还需要深入地研究以使其能够应用。既重视环境可持续性污泥处理，还要考虑到污泥处理的高成本，就必须考虑将来可持续污泥处理方法的选择问题。
本篇文章的目的的旨在阐述目前在欧洲各国应用的各种持续污泥处理技术特点及其存在的问题，对一些重要的实际应用和有改进潜力的污泥处理系统进行简要的评估和讨论，以对我们今后污泥处理的研究方向做出指引。
二、 欧洲常见污泥处置与资源化方法及其发展趋势
目前污泥处理方法按其特征可分为五大类：
 直接土地利用
 污泥中有机组分作为能源回收利用
 污泥中有机组分作为能源之外的可用产物来源回收利用
 污泥中无机姐分回收制造水泥或其它建材
 污泥填埋
除了这几大类方法外，还有以改进污泥质量和减少污泥体积为目的的处理工艺。另外需要指出的是，通常硅酸盐和铝酸盐的回收利用是和有机物的能源回收相结合的。值得注意的是，完整的污泥处理系统通常是脱水等预处理工艺开始，继以主要处理工艺或者处理系统，最后通常伴以后处理工艺。
2.1污泥的土地利用
污泥的土地利用通常是指在耕地上投布污泥，以利用污泥中有机物和营养物改善土壤质量为目的处理方法。正如前面所指出的，从生活污水处理一开始，污泥的土地利用就被认为益处多且成本低的方法。目前这种方法的约束性在于公众对其潜在威胁的注意力日益提高。在欧盟和美国，尤其考虑到有毒有机物和无机物的存在，和污泥土地利用相关的指导方针和规则都十分严格。在欧洲，对于污泥投布耕地的法规十分严格，以至于此类污泥处理已经变得很难进行。对于这个问题目前仍存在着争论。争论的焦点主要是集中在污泥中稳定存在的内分泌干扰物和我溴化灭火剂的分解产物上。
内分泌干扰物和多溴化灭火剂，在当今社会 中被广泛使用，因此普遍分布在生物圈中。不可否认，目前各种有毒有机痕量化合物，如表面活性（LAS，NPE）烃类（PAH）和塑料制品残余物等（PAE－临笨二甲酸酯）都存在于污水污泥（SS）中。如果污泥要被投话在耕地中进行处置，就有必要知道这些物质进入到生物循环后对环境构成的潜在危险以及如何降低这种危险。欧洲的BIOWASTE项目中包括了一个污泥循环对耕地影响的完整的研究，以评价和量化这种危险，其中一项就是为期30年的对污泥投放后异型生物演变规律的田间规模实验。
实验中的玉米田位于法国的波尔多，从1974年到1992年施以100吨每公顷每年的高负荷污水污泥，土地经平整并种植玉米。沙质土壤从1974年到2004年每年被取样，干燥筛分（2mm）并储存在20℃的环境中。以下样品被选来做分析：1）1976，1978，1979，1981，1986，1989，1993，1997，2004年，0-20cm厚施以污泥的土壤；2）1989，1999，2004年，0-20cm厚未施以污泥的土壤；3）1976，1981，1989，1991年的四种污水污泥。样品经干燥（20℃）并筛分（2mm）。分析四种物质PAH，LAS，NPE和PAE的含量。
此项实验的结果表明，施以污泥的土壤中各种物质的变化和其在污泥中的浓度具有相关性，这说明污泥浓度对这些物质在土壤中的浓度确实存在着影响，尤其是难降解的物质如PAH、PAE和NPE。在投布污泥期间，如果不对浓度作出限制，其在土壤中的浓度会高于初始尝试如PNEC：在实验中，LAS，NPIEO和PAH在污泥中的浓度很低，但停止投布污泥后，难降解的物质（PAH，尤其是B（a）P）在土壤中的浓度维持在PNEC的100倍。这说明虽然PAH在污泥中的浓度很低，但是在人类时期内将在土壤中长期存在。其他三种物质NPE，PAE和LAS的浓度随时间降低。然而，当停止投布污泥12年后，虽然其残余浓度低于PNEC，但是仍维持在控制土壤中浓度的2-10倍。这些结论说明无论目标物质的可降解性如何，如果污泥投布量过高，都会对土壤产生长期或短期的影响。因此，规定污泥投放浓度非常必要。
研究已表明，一些有害物质无论可降解性如何，如果污泥投放量过高，都会在土壤中产生积累，因此要立法限制其在污泥中的浓度。然而，即使投放的污泥满足政府规定的标准，且其对人体健康的危害被认为相当低，但是这种危害仍然成为公众关心和讨论的焦点。这些对健康的负面影响仍需要研究工作来进行评估。但是在短期内还无法取得对这个问题明显的研究结论以消除公众的疑虑，使其能广泛的接受这项技术。今后一段时间内，是否能在源头阻止有毒污染物扩散，从而取得对污泥性质处理的实质性进展，尚不得而知。此外，污泥处理中对有毒污染物的去除工艺成本过高，目前还看不到有低成本工艺出现的可能。
2.2有机组分的能源回收利用
除厌氧处理（消化）的和高温焚烧处，高温裂解、气化和超临办氧化目前是很重要的研究领域。
污泥的高温裂解工艺已经可以实际应用。泥的气化和超临界氧化是较新的技术，其成本过高，需要进一步发展，另外，还要考虑其产品的市场问题。以现在的情况看来，这些技术能否超过已经应用的高温处理工艺还值得怀疑。
2.3污泥中有机组分作为能源之外的可用产物来回收利用
污泥中有机组分作为作为能源之外可用产物来源回收利用主要包括发下几个方面：
 可通过热处理、化学或微生物方法或联合这些方法来从污泥中回收磷。
 从污泥焚烧处理厂的灰分中回收磷。
 生产肥料。共有三种可行的堆肥过程：好氧堆肥，厌氧堆服和蚯蚓堆肥法。堆肥同时可以改善土壤条件。
 养殖有益的水生蠕虫，并可同时减少污泥量。
 生产挥发性酸，如蚁酸、乙酸和丙酸。可以通过诸如酸化的微生物过程或诸如实施空气氧化及高温处理的热过程来实现。挥发性酸可用于反硝化过程。
2.4污泥填埋
城市固体垃圾的填埋是众所周知的公认处理工艺，在有足够空间就地处理并且处置费用合理的情况下，这是一种便利的解决方法。相比之下，污水污泥的填埋则有些困难，这主要是由于污水污泥缺乏足够的物理稠度。填埋在物质不符合再生利用要求以及维护和（或）紧急事件停工时期，对其它的垃圾处理系统起辅助作用。有机的垃圾的填埋现在在一些欧洲标准委员会成员国受更多严格的标准化的法规所约束，最终无法实施。虽然在污水污泥和城市垃圾的联合处置中，污水污泥也可以通过一个只针对城市固体垃圾的填埋工艺进行处理，但是这种联合处理对其含水率有很高的要求。在后面一个大规模的调研中，可以通过统计数据看出污泥填埋工艺近些年来所占比重的大规模下降。
目前欧洲各国普遍认为，填埋工艺并不一项满足可持续性发展的污泥处理技术。
2.5污泥的质量改善
污泥的质量改善是指以改进污泥质量（有害物质的去除）、减少污泥体积、提高污泥处理效率和增加副产品产率等为目的的处理工艺。通常包括：
阻止污染物进入下水道，例如重金属，以及来自家庭、工业及农业行为的杀虫剂，内分泌干扰物等。过来二十年在欧洲这些污染物排放量已经大幅度的下降，且在将来也可能继续。但是由于污染物来源分散和变化，尤其是污水作为污染物输介质这一事实，这些预防行为能否取得预期的效果值得怀疑。
使用有机和无机酸、复合药剂对污泥中的重金属进行化学浸析或者使用硫杆菌进行生物浸析。使用这些方法可以对重金属高效的去除。但是由于使用了化学药剂，且在浸析液中含有重金属，因此此方法只适用于高污染污泥。
污泥中有毒有机物的去除可以使用萃取或者选择性氧化工艺。但是这些工艺比重金属的去除工艺还要复杂和昂贵。
污泥脱水、化学调理与减理化。污泥处理处置的成本主要包括场内传输费用、场外运输费用和填埋费用，而影响成本的最主要因素是污泥量，如果污泥含水率减少一半，至少可以减少一半填埋用地和运输费用，大降低管理成本，所以污泥脱水技术有着重大应用价值。
2.6污泥处理工艺的评估与选择
污泥中包含有毒有机及无机污染物，可利用有机物及少量可利用无机物。除此外，污泥中还含有大理水分。从这个角度上说，污泥可以和许多其他固态或者半固态废弃物如生活垃圾或者某种工业废弃物相比较。对污泥的可持续处理要求对有机污染物进行破坏，要么去除或者浓缩成小体积，要么像处理重金属一样固定在基体上，这样污泥中的可利用有机和无机成分才能进行回收利用。从经济角度还且一个要求就是其处理成本必须在可以接受范围内。
当然，对所有的处理工艺都作出技术、经济和环境多方面的评价是不可能的。主要在于要做出这种评估，必须对生活废水水质、污水处理工艺、气候条件和污泥利用地区耕地或者市内对污泥的处理能力等条件进行综合考虑。而且水处理本身也需要能源，因此是否临近某类型的污水处理厂、电厂或者工业产品来源等因素都影响建设污泥处理厂的可行性。同时，政府相关的政策和立法也是关键的因素。
目前欧洲开发了一种协助选择污泥处理工艺的软件。该软件可以综合考虑工艺的环境可行性和当地的条件，选择一种最佳的 污泥处理方法。这咱软件工具还能找出污泥处理方法改进的着眼点，使污泥的处理对环境的影响最小。它既考虑到了污泥处理运行阶段和后续种阶段对环境产生的直接影响，又考虑到了处理污泥所使用的试剂、所消耗的能量的来源以及污泥的输送对环境产生的间接影响，软件里包含二十多种预告设定好的污泥管理处置的实践方法。这种所谓“模块储存库”也可以选择以下各种工艺，简单而形像地建立一些其它可供选择的污泥管理和处置的实践方法，包括：
 污泥浓缩，脱水；
 污泥消化；
 投加石灰，酸，干化或者堆肥；
 土地应用；
 传统的填埋或者生物法
 利用城市污泥焚烧炉或者湿式氧化法使污泥完全焚烧或者共同焚烧。
当确定种影响因素后，结果可以计算出来。环境可行性评估一方面是关于总能源的效率问题（即能量平衡），另一方面是关于污泥的处理所导致对环境的影响，这些结果为选择可持续发展的污泥处理方法提供参考。
2.7德国的污泥处理及污泥性质调查研究的统计数据
2004年，德国的污水、给水和废弃物协会（DWA）做了一个善于003年德国污水污泥处理状况的全国范围的调查。除污水污泥的产量、性质的处置方式外，研究的重点还包括污水的污泥处理工艺的各种技术。
结果表明，在德国，污水污泥的处理工艺决定于各个污水厂的规模。统计数字显示，污呢脱水过程中所采用的装置多为离心机，其次是压滤，这些装置多为大污水所采用。所调查的污水厂有56%（多数为小污水厂）都没有脱水装置。大污水厂采用一种或两种消化技术，而小污水厂多是同时采用好氧稳定或是完全不采用稳定处理技术（57%的污水厂）。17%的污水没有稳定处理污泥。
由于法规的的限制，在2003德国全国产生的污泥中只有3%用于土地填埋。用土地填埋处理污泥的方式自1991年以来，一直在减少，直到今天几乎已经不采用了。近些年来，焚烧处理污泥的方式的使用很明显的增长了，污泥农用和土地回用轻微减少，人1998年的68%降至2003年的57%。
除此之外，调研结果所涉及到的污泥营养物质和污染物浓度表明了污泥的性质，可以给德国今后污泥循环的讨论提供很好的依据。
三、 小结
欧洲国家的污泥处理处置的方法和实践为中国的污泥处置提供了有益的借鉴，研究可持续的污泥处理及其资源化的方法是目前从事污泥研究人员的主要任务之一。

参考文献

从略