作者：徐喆于晓曼曾祥峰
天津农业科学 2010年10期
中图分类号：S141.8 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2010.03.004
近年来，随着社会经济的快速发展，环境污染日益严重。作为水环境治理的重要组成部分——城市污水处理得到社会高度重视，新的污水处理厂不断建设，污水处理率大幅提高。然而，在污水处理率不断提高，有效地控制了水污染问题的同时，污水处理厂污泥的产生量也急剧增加，产生的越来越多的城市污泥给城市环境带来了新的问题，如污染周围环境和地下水资源等；同时，浪费了大量的资源，不能实现循环经济。
1 中国传统污泥处理方法及其存在问题
1.1 传统污泥处理方式
目前，国内外针对污泥的处置与处理技术种类较多，但常用污泥的处置方式主要有：填埋、焚烧、倒海和农业利用等[1-4]。
1.1.1 卫生填埋 城市污泥经过简单的灭菌处理直接倾倒于低地或谷地制造人工平原是污泥填埋处置的基本方式。由于填埋占地多，导致资源的损失；同时，渗滤液污染地下水以及存在后处理费用等问题。
1.1.2 投海 投海是利用水体消纳污泥。此法并不能从根本上解决环境问题，反而也造成了海洋污染，对海洋生态系统和人类食物链已造成威胁。
1.1.3 焚烧处理 焚烧是利用污泥中有机成分较高、具有一定热值等特点来处置污泥的。它存在以下弊端：投资和操作费用较高，计划实施较困难，焚烧产生的气体若控制不当可能会产生二次污染，污泥中的有用成分未得到充分的利用。
1.1.4 土地利用[5] 由于污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等植物生长所需要的营养元素，因此，城市污泥土地利用是可行的。但城市污泥中含有大量病原体、寄生虫卵以及Cu、As、Pb、Hg等重金属和难降解的有机污染物等有害成分，因此土地利用有一定的风险。
1.2 存在的问题[6]
1.2.1 注重单纯搞污染治理，强调达标，忽视经济效益和社会效益 中国大部分城市污泥中重金属等污染物含量并不高，而颁布的《农用污泥污染物控制标准》却过于严格，这不利于实现污泥的资源化，从而制约了经济和环境的可持续发展。
1.2.2 注重污染的末端治理，忽视从源头削减和预防污染 笔者总结了传统污泥处理途径后发现，以往的先污染后治理体制存在一定的问题，最根本有效的解决办法还是源头控制，这样才能最大限度地实现城市污泥的资源化利用，实现经济和环境的共同可持续发展。
1.2.3 注重对污泥污染的治理，忽视对污泥的合理利用 目前的相关研究过分强调了污染作用及其治理，而弱化了污泥的合理利用，这显然偏离了资源循环利用的核心，违背了可持续发展原则。
2 绿色化学和循环经济要求污泥绿色资源化利用
绿色化学(Creen Chemistry)又称为环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry)，是设计没有或者只有尽可能小的环境负作用，并且在技术上和经济上可行的化学品和化学过程。它包括：反应的绿色化学、原料的绿色化学、催化剂的环境化学、绿色溶剂、利用可再生资源合成化学品和产品的绿色化[7]。利用绿色化学原理来实现物质的资源化称绿色资源化。
循环经济是实现国民经济长期可持续发展的良性循环需要[6]。推行循环经济模式，实现污泥绿色资源化是中国经济、社会、环境可持续发展的必由之路。绿色资源化最根本的解决办法是控制污染源；同时注意合理利用，并加强施用管理，控制用量和年限，以保证污泥资源的可持续利用和经济、环境的可持续发展。
3 目前污泥绿色资源化利用发展现状
3.1 污泥堆肥土地利用
污泥成分复杂，含有一些对环境和生物有害的物质，主要含Cd、Pb、As、Cu和Zn等重金属元素。长期大量使用污泥可显著增加土壤和植物可食部分重金属含量，严重时甚至会造成植物的死亡，并对地下水和动植物造成二次污染[8]；同时污泥中含有较多病原微生物、寄生虫卵和毒性有机物，通过各种途径传播，污染土壤、空气和水源，影响人畜健康[9]。
堆肥是一种降低污泥中重金属活性的简单有效的方法。堆肥是一个腐殖化的过程，有机质在微生物的作用下进行矿化分解，同时合成新的更稳定的有机物。此过程中废弃物中重金属活性被钝化，有效降低其生物有效性[10]。通过园林绿地施用堆肥污泥对环境的影响以及污泥农田、绿化、园林利用等研究，结果表明：污泥堆肥土地综合利用具有合理性、科学性[11]。
3.2 建材利用
以污泥作为配料建材利用，可将其中的有毒有害物质分解或固化，使“二次污染”的风险降至最小，又可实现资源、能源的充分利用，对于重金属含量偏高、不宜农用的污泥是一种有效的处理方式，是变废物为再生资源的另一有效途径，具有很广阔的前景。
3.2.1 制砖 利用污泥制成的砖被称为“生态砖”，在粘土中加入10%的污泥，并在900℃条件下烧制。此法不仅处理了污泥，还在烧制过程中将有毒重金属都封存在砖中，杀死了有害细菌和有机物，而且这种砖没有异味且抗压强度达到国家特等砖标准(GB5101-98)[12]。
3.2.2 制轻质陶粒 轻质陶粒可作路基材料、混凝土骨料或花卉覆盖材料使用。日本将制成的陶粒作为污水处理厂快速滤池的滤料，由于其空隙率大，不易堵塞，反冲次数少且冲洗流失量少，滤料补充量和更换次数比普通滤料要少[13]。
3.2.3 制水泥 近年来，日本利用污泥焚烧灰为原料生产“生态水泥”。这种类型水泥的原材料中约60%为废料，水泥烧到温度为1000～1200℃，因而燃料用量和的排放量也较低。这种水泥不需预处理，有机物能全部清除，不产生水泥、烟尘、等的二次污染[14]。
3.2.4 制生化纤维板 利用污泥中蛋白质的变形作用，在碱性条件下将其加热、干燥、加压后，可制成活性污泥树脂，再与漂白、脱脂后的废纤维胶合起来，压制成板材，即生化纤维板，可以达到国家三级硬质纤维板的标准[15]。
3.3 能源利用
3.3.1 生产沼气污泥发酵产生的污泥气既可作为燃料，又可做化工原料 消化池所产生的污泥气能完全燃烧，保存运输方便，是一种清洁燃料。污泥沼气发热量为20850～25020kJ/，1 气体约相当于1kg煤[16]，污水厂用污泥气发电可降低电耗和运行费用。
3.3.2 低温热解制衍生燃料 近年来，国内外发展了污泥的热处理技术，这一方法是将污泥在热环境下进行分解，从而制得一些有用物质，如可燃气体、油等。此技术是一个能量自给有余的过程，并可有效的控制重金属的排放，有可观的应用前景[17]。
3.3.3 污泥燃烧发电 美国Hyder环保公司提出了一种将污泥（已经机械脱水过）首先进行热干燥，然后再在沸腾炉中燃烧产生高压蒸汽，推动蒸汽机发电的综合系统。和焚烧系统相比，全年处理9.5万t干污泥，可节省资金60%[18]。
3.4 其他利用
近年来，随着人们对污泥处理的重视，一些新的污泥处理方法不断问世，如：污泥改性制吸附剂、可降解塑料、污泥构筑湿地、制备蛋白质泡沫灭火剂等[19,20]，但这些方法还不成熟，需要进一步实践和验证。
4 展望
污泥绿色资源化利用既能实现污泥的资源价值，又不会对环境产生危害，实现了资源的循环利用，符合绿色化学和循环经济的要求，有很高的环境价值、生态价值、经济价值和社会价值。因此，污泥绿色资源化利用将成为污泥处理的发展趋势，被进一步重视和推广。
收稿日期：2009-12-02；修订日期：2010-03-12
作者介绍：徐喆(1986-)，男，天津人，在读硕士生，主要从事环境科学研究。天津师范大学 城市与环境科学学院，天津市水资源与水环境重点实验室，天津 300384 于晓曼 曾祥峰 天津师范大学 城市与环境科学学院，天津市水资源与水环境重点实验室，天津 300384
作者：徐喆于晓曼曾祥峰
天津农业科学 2010年10期
中图分类号：S141.8 文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2010.03.004
近年来，随着社会经济的快速发展，环境污染日益严重。作为水环境治理的重要组成部分——城市污水处理得到社会高度重视，新的污水处理厂不断建设，污水处理率大幅提高。然而，在污水处理率不断提高，有效地控制了水污染问题的同时，污水处理厂污泥的产生量也急剧增加，产生的越来越多的城市污泥给城市环境带来了新的问题，如污染周围环境和地下水资源等；同时，浪费了大量的资源，不能实现循环经济。
1 中国传统污泥处理方法及其存在问题
1.1 传统污泥处理方式
目前，国内外针对污泥的处置与处理技术种类较多，但常用污泥的处置方式主要有：填埋、焚烧、倒海和农业利用等[1-4]。
1.1.1 卫生填埋 城市污泥经过简单的灭菌处理直接倾倒于低地或谷地制造人工平原是污泥填埋处置的基本方式。由于填埋占地多，导致资源的损失；同时，渗滤液污染地下水以及存在后处理费用等问题。
1.1.2 投海 投海是利用水体消纳污泥。此法并不能从根本上解决环境问题，反而也造成了海洋污染，对海洋生态系统和人类食物链已造成威胁。
1.1.3 焚烧处理 焚烧是利用污泥中有机成分较高、具有一定热值等特点来处置污泥的。它存在以下弊端：投资和操作费用较高，计划实施较困难，焚烧产生的气体若控制不当可能会产生二次污染，污泥中的有用成分未得到充分的利用。
1.1.4 土地利用[5] 由于污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等植物生长所需要的营养元素，因此，城市污泥土地利用是可行的。但城市污泥中含有大量病原体、寄生虫卵以及Cu、As、Pb、Hg等重金属和难降解的有机污染物等有害成分，因此土地利用有一定的风险。
1.2 存在的问题[6]
1.2.1 注重单纯搞污染治理，强调达标，忽视经济效益和社会效益 中国大部分城市污泥中重金属等污染物含量并不高，而颁布的《农用污泥污染物控制标准》却过于严格，这不利于实现污泥的资源化，从而制约了经济和环境的可持续发展。
1.2.2 注重污染的末端治理，忽视从源头削减和预防污染 笔者总结了传统污泥处理途径后发现，以往的先污染后治理体制存在一定的问题，最根本有效的解决办法还是源头控制，这样才能最大限度地实现城市污泥的资源化利用，实现经济和环境的共同可持续发展。
1.2.3 注重对污泥污染的治理，忽视对污泥的合理利用 目前的相关研究过分强调了污染作用及其治理，而弱化了污泥的合理利用，这显然偏离了资源循环利用的核心，违背了可持续发展原则。
2 绿色化学和循环经济要求污泥绿色资源化利用
绿色化学(Creen Chemistry)又称为环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry)，是设计没有或者只有尽可能小的环境负作用，并且在技术上和经济上可行的化学品和化学过程。它包括：反应的绿色化学、原料的绿色化学、催化剂的环境化学、绿色溶剂、利用可再生资源合成化学品和产品的绿色化[7]。利用绿色化学原理来实现物质的资源化称绿色资源化。
循环经济是实现国民经济长期可持续发展的良性循环需要[6]。推行循环经济模式，实现污泥绿色资源化是中国经济、社会、环境可持续发展的必由之路。绿色资源化最根本的解决办法是控制污染源；同时注意合理利用，并加强施用管理，控制用量和年限，以保证污泥资源的可持续利用和经济、环境的可持续发展。
3 目前污泥绿色资源化利用发展现状
3.1 污泥堆肥土地利用
污泥成分复杂，含有一些对环境和生物有害的物质，主要含Cd、Pb、As、Cu和Zn等重金属元素。长期大量使用污泥可显著增加土壤和植物可食部分重金属含量，严重时甚至会造成植物的死亡，并对地下水和动植物造成二次污染[8]；同时污泥中含有较多病原微生物、寄生虫卵和毒性有机物，通过各种途径传播，污染土壤、空气和水源，影响人畜健康[9]。
堆肥是一种降低污泥中重金属活性的简单有效的方法。堆肥是一个腐殖化的过程，有机质在微生物的作用下进行矿化分解，同时合成新的更稳定的有机物。此过程中废弃物中重金属活性被钝化，有效降低其生物有效性[10]。通过园林绿地施用堆肥污泥对环境的影响以及污泥农田、绿化、园林利用等研究，结果表明：污泥堆肥土地综合利用具有合理性、科学性[11]。
3.2 建材利用
以污泥作为配料建材利用，可将其中的有毒有害物质分解或固化，使“二次污染”的风险降至最小，又可实现资源、能源的充分利用，对于重金属含量偏高、不宜农用的污泥是一种有效的处理方式，是变废物为再生资源的另一有效途径，具有很广阔的前景。
3.2.1 制砖 利用污泥制成的砖被称为“生态砖”，在粘土中加入10%的污泥，并在900℃条件下烧制。此法不仅处理了污泥，还在烧制过程中将有毒重金属都封存在砖中，杀死了有害细菌和有机物，而且这种砖没有异味且抗压强度达到国家特等砖标准(GB5101-98)[12]。
3.2.2 制轻质陶粒 轻质陶粒可作路基材料、混凝土骨料或花卉覆盖材料使用。日本将制成的陶粒作为污水处理厂快速滤池的滤料，由于其空隙率大，不易堵塞，反冲次数少且冲洗流失量少，滤料补充量和更换次数比普通滤料要少[13]。
3.2.3 制水泥 近年来，日本利用污泥焚烧灰为原料生产“生态水泥”。这种类型水泥的原材料中约60%为废料，水泥烧到温度为1000～1200℃，因而燃料用量和的排放量也较低。这种水泥不需预处理，有机物能全部清除，不产生水泥、烟尘、等的二次污染[14]。
3.2.4 制生化纤维板 利用污泥中蛋白质的变形作用，在碱性条件下将其加热、干燥、加压后，可制成活性污泥树脂，再与漂白、脱脂后的废纤维胶合起来，压制成板材，即生化纤维板，可以达到国家三级硬质纤维板的标准[15]。
3.3 能源利用
3.3.1 生产沼气污泥发酵产生的污泥气既可作为燃料，又可做化工原料 消化池所产生的污泥气能完全燃烧，保存运输方便，是一种清洁燃料。污泥沼气发热量为20850～25020kJ/，1 气体约相当于1kg煤[16]，污水厂用污泥气发电可降低电耗和运行费用。
3.3.2 低温热解制衍生燃料 近年来，国内外发展了污泥的热处理技术，这一方法是将污泥在热环境下进行分解，从而制得一些有用物质，如可燃气体、油等。此技术是一个能量自给有余的过程，并可有效的控制重金属的排放，有可观的应用前景[17]。
3.3.3 污泥燃烧发电 美国Hyder环保公司提出了一种将污泥（已经机械脱水过）首先进行热干燥，然后再在沸腾炉中燃烧产生高压蒸汽，推动蒸汽机发电的综合系统。和焚烧系统相比，全年处理9.5万t干污泥，可节省资金60%[18]。
3.4 其他利用
近年来，随着人们对污泥处理的重视，一些新的污泥处理方法不断问世，如：污泥改性制吸附剂、可降解塑料、污泥构筑湿地、制备蛋白质泡沫灭火剂等[19,20]，但这些方法还不成熟，需要进一步实践和验证。
4 展望
污泥绿色资源化利用既能实现污泥的资源价值，又不会对环境产生危害，实现了资源的循环利用，符合绿色化学和循环经济的要求，有很高的环境价值、生态价值、经济价值和社会价值。因此，污泥绿色资源化利用将成为污泥处理的发展趋势，被进一步重视和推广。
收稿日期：2009-12-02；修订日期：2010-03-12
作者介绍：徐喆(1986-)，男，天津人，在读硕士生，主要从事环境科学研究。天津师范大学 城市与环境科学学院，天津市水资源与水环境重点实验室，天津 300384 于晓曼 曾祥峰 天津师范大学 城市与环境科学学院，天津市水资源与水环境重点实验室，天津 300384