为切实加大水污染防治力度, 保障国家水安全, 2015年4月国务院发布的《水污染防治行动计划》 (即“水十条”) 指出“推进污泥处理处置。污水处理设施产生的污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置, 禁止处理处置不达标的污泥进入耕地。非法污泥堆放点一律予以取缔。现有污泥处理处置设施应于2017年底前基本完成达标改造, 地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上”。

“水十条”发布后, 全国各地污水处理的提标与扩建工程如火如荼地开展, 出水水质标准从《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB 18918-2002) 二级标准、一级B标准、一级A标准提高到多地先后推出的地表水准Ⅳ类标准、甚至部分指标准Ⅲ类标准。

随着污水处理的提标与扩建, 污水处理厂产生的不同种类的污泥量随之增加, 但与污水处理形成明显反差的是, 污泥处理处置的实际情况不容乐观。仅以2018年为例, 媒体公开报道了华南某环保公司非法大量倾倒污泥并严重污染环境的事件、华东某污水处理有限公司长江岸边违法倾倒数万吨污泥给周边环境和长江水质安全带来巨大威胁的事件、东北某污水处理厂将10余万吨污泥堆存嫩江行洪区严重威胁嫩江水环境安全的事件等。“治污企业反致污”的现象值得整个污泥处理处置行业的深思与有效行动。上述事件反映出该行业存在的问题:重污水处理轻污泥处理处置, 污泥污染事件频发, 污水处理成效严重打折, 不可能从根本上实现整体环境的改善;部分企业违法排污, 相关部门日常监管不严;众多污水处理厂“名负其实”, 由于厂内污泥仅作简单的减量处理, 污水处理厂几乎成了高耗能的“污水”的处理厂, 全国很少有类似于国外先进污水处理厂中污泥进行有效处理并实现资源、能源化的绿色、低碳、能量合理循环的污水处理厂, 全行业泥水同治的环保理念急需加强, 方可维持整个污水处理行业的可持续发展。

厂外管网硬件低质、废水与污水同网、源头废水污染物浓度超标纳网、厂网管理分离等问题客观存在, 污水处理厂进水水质及污水处理产生的污泥的泥质存在诸多不确定性, 这可从某些城镇污水处理厂水质的重金属浓度超标中得以印证。据公开资料统计, 目前水中污染物已达2 000多种, 主要为有机化合物、金属物等, 其中自来水中有765种 (190种对人体有害、20种致癌、23种疑癌、18种促癌、56种致突变) 。污泥作为污水处理的产物, 源头上具有“污染物”的特性, 为此, 其从负资产转变为正资产的资源与能源客观上需要针对其不同性质进行有效处理。未经有效的处理, 污染物不可能摇身一变就轻易成为资源化与能源化的“燃料”。

欧盟发达国家的污泥治理都是在20世纪80年代初首先从工业污泥开始的, 到了90年代才进入市政领域。而我国则正好相反, 首先面临的是大量的市政污泥。这一事实说明, 我国的市政污水处理事实上还承担着工业废水的治理任务, 从而造成市政污泥具有较为明显的工业污染特征。

污泥的污染物特性至少体现出如下危害性。有机物污染:污泥中有机污染物主要有苯、氯酚、多氯联苯、多氯二苯并呋喃 (PCDFs) 和多氯二苯并二恶英 (PCDDs) 等, 且有机污染物不易降解、毒性残留时间长, 这些有毒有害物质进入环境中将造成环境污染。病原性微生物污染:污水中的病原性微生物和寄生虫卵经过处理进入污泥, 污泥中的病原体对人类或动物的污染途径包括直接与污泥接触、通过空气与污泥接触、通过食物链与污泥接触、病原体污染水体、病原体先污染土壤而后污染水体等。重金属污染:重金属元素主要来源于工业废水 (如汞、砷、镉、铬等) , 在污水处理过程中, 大部分重金属元素会通过吸附或沉淀转移到污泥中。其他危害:污泥对环境的二次污染还包括污泥盐分的污染和氮、磷等组分的污染, 污泥含盐量较高会明显提高土壤电导率, 抑制植物对养分的吸收, 破坏植物养分平衡, 甚至对植物根系造成直接伤害;在降雨量较大地区且土质疏松土地上大量施用富含氮、磷等的污泥之后, 当有机物的分解速度大于植物对氮、磷的吸收速度时, 氮、磷等组分则有可能随水流进入地表水体造成水体富营养化或进入地下而污染地下水。

污水处理快速发展而污泥处理原地踏步, 主要是由于行业参与多方对污泥处理处置的重视程度不足, 从而使得污水处理厂项目投资出现偏颇。尤其是从20世纪90年代开始, 国内污水处理设施建设迅猛, 但污泥处理处置设施的投资明显未能与污水处理相匹配。我国城市污水处理厂建设过程中存在严重的“重水轻泥”现象, 污泥处理的投资严重不足。发达国家污水处理厂的污泥处理投资占污水处理厂总投资的30%～50%, 而我国污泥处理的投资占比仅为10%～20%, 甚至更少。

如按《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》, “十二五”期间我国新增污水处理及相关投资额约4 300亿元, 其中污泥处理处置设施投资347亿元, 占比仅为8%^[1]。

又如按《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》, “十三五”期间我国新增污水处理及相关投资额约5 644亿元, 其中新增或改造污泥无害化处理处置设施投资294亿元, 占比仅为5%且呈下降趋势^[1]。

污水处理厂污泥的处理处置需要各相关管理部门之间的相关政策协调、配合和相互监督, 涉及部门广、环节多, 因此需要明确污泥处理处置的责任主体, 但多地目前污泥处理处置的责任主体尚不明确。

国内绝大多数污水处理厂仅采取污泥浓缩、脱水工序, 无视污泥稳定化、无害化处理的问题, 根本没有实现国家标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》 ( GB 18918-2002) 中污泥稳定化要求的约束性指标 (4.3.1条) 。即便是极少部分污水处理厂建设了污泥稳定化处理设施, 也由于污水处理厂重水轻泥意识根深蒂固、工程建设存在缺陷、运行考核目标偏离等因素, 大部分稳定化处理设施处于闲置状态。总体而言, 我国绝大部分的污水处理厂仅完成了污泥的初步减容处理, 并未完成标准要求的污泥稳定化处理。

在国外发达国家, 污泥在实现安全处置的基础上已经开始向低碳与资源化的方向发展。而我国污泥的处置长期被视作污水处理的包袱, 最终往往采用最简易、最廉价的手段处置污泥, 不严谨的跨界处置、不妥善的跨区域处置现象普遍, 同时存在处置环节对环境造成二次污染的很大风险。

我国这些年陆续出台了污泥处理处置相关的技术标准, 为我国污泥处理处置技术的发展和提高、促进我国污泥处理处置行业的健康发展发挥了积极的作用, 但不容回避的是其中个别技术标准的内容不尽科学合理。

其中, 有些规划根本忽略污泥的性质, 却盲目提出资源化利用路径, 把原则上应该日产日清的污泥处置责任寄托于不确定的企业、不确定的产业。这些规划不仅没有很好地指导污水处理、污泥处理处置系统的科学建设, 反而使其误入歧途。

污泥处理处置全流程思维的缺失, 使得污泥处理处置的工艺路线极具冒险性。某些污泥处理工艺的选择, 对于其处置目标而言是不合适或者不合理的。如投加大量无机药剂的处理工艺对于后接焚烧处理的工艺而言显然是不合理的。

系统科学的污泥处理处置标准是引导污泥妥善处理处置、选取合理技术路线的重要前提。如前所述, 近些年, 我国制定了一些污泥处理处置相关标准, 但众多标准内容尚值得探讨和研究。

如《城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质》 (GB/T 24602-2009) 规定了城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质要求, 其中包括泥饼状的外观、理化指标及其限值、污染物指标及其限值等方面的具体要求, 那么是否意味着不满足这些要求的污泥不能采用单独焚烧工艺?在该情况下, 这类污泥又该如何处理处置呢?

如同样在《城镇污水处理厂污泥处置单独焚烧用泥质》中, 规定了污泥焚烧炉大气污染物排放标准, 而涵盖污水处理厂污泥的《生活垃圾焚烧污染控制标准》 (GB 18485-2014) 却规定了完全不相一致的排放烟气的污染物限值标准。

再如在《城镇污水处理厂污泥焚烧处理工程技术规范》 (JB/T 11826-2014) 中规定除尘设备收集的飞灰应按危险废物处理, 为何除尘设备收集的飞灰就肯定是危险废物呢?不投加活性炭吸附的预除尘飞灰从理论及实践两方面验证, 通常均属一般固废。如遵循该规范, 则势必不必要地提高了污泥处理处置的运行成本。

又如在《关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知》中要求“污水处理厂以贮存 (即不处理处置) 为目的将污泥运出厂界的必须将污泥脱水至含水率50%以下”与《城镇污水处理厂污染物排放标准》中要求的“城镇污水处理厂的污泥应进行污泥脱水处理, 脱水后污泥含水率应小于80%”有何区别?前者要求脱水至50%这个处于污泥粘滞区的含水率指标的技术合理性如何?

综上, 现行污泥处理处置标准一定程度上割裂了污泥处理与污泥处置环节, “一刀切”规定了污水处理厂的污泥应进行污泥脱水处理, 而没有基于污泥处理、输送与处理处置的全流程思维, 没有贯彻污泥处置决定污泥处理的思想。如果污泥处置是安全、可靠、可持续的, 在这个条件下, 污泥处理及其输送与储存环节只要是绿色、低碳、能量合理循环和可持续的, 根本没有必要对污水处理厂污泥的处理环节进行“一刀切”的约束。

目前的现状是污泥处理处置技术标准不但割裂了污泥处理与污泥处置环节, 而且标准的重点还偏于污泥处理, 而非污泥处置。在轻处置、相对重处理的模式下, 某些地方出台文件规定要求污水处理厂出厂污泥的含水率小于60%、40%等。但从污泥处理处置的全流程而言, 鉴于污泥处置的不确定性, 这些未经系统性研究而确定的对中间处理环节指标的约束很有可能是不科学、不合理的。无论是含水率小于60%、40%, 还是极易处于粘滞相的50%, 污水处理厂污泥要达到这些含水率指标, 均要采用化学法或热法处理, 从整个污泥处理处置的全流程来看, 这些处理可能是非常不环保、不节能或者不低碳的。如采用投加大量化学药剂的方法, 显然是不值得倡导的;又如采用热干化工艺将污泥脱水率降到如此含水率, 但仅在厂内进行污泥热干化, 若后接异地的焚烧处理或协同焚烧处理, 则割裂了污泥的干化处理系统与焚烧处理系统, 破坏了干化需能与焚烧产能之间的能量循环与能量平衡, 从而势必引起能耗的显著增加。此外, 如此污泥含水率的规定要求同时还很有可能给后续污泥的输送及储存带来焖烧、板结、粉尘等诸多问题。

在城市高速发展的今天, 某些城市污泥围城, 众多污水处理厂污泥需长途跋涉方可运至最终处置点。从这些城市目前遇到的污泥围城现象来看, 不但污泥处置出路风险巨大, 而且出厂污泥长距离输送环节还存在异臭外溢的二次污染风险或高干度污泥焖烧的安全风险。在缺乏前瞻性规划的情况下, 城市道路下很少有污水污泥的管道系统, 在很多城市的道路中, 人流、车流、物流等势必将与污泥装载车久伴而行^[9]。

但凡存在污泥围城现象的城市, 该城市要么无污泥处理处置规划, 抑或虽有污泥处理处置规划, 但规划中没有明确具体的污泥处理处置方案、或者是方案无法落地。一个没有落地的污泥处理处置方案, 意味着对应污水处理厂的污泥处理必然是盲目且不确定的, 同时意味着该污水处理厂的污水处理不管达到了多高的出水水质标准, 但相对于污泥处理与处置而言, 污水处理全流程中工艺设计环节的合理性由于污泥性质的问题而存疑, 因为不同的污泥处理处置方式对污泥的性质有不同的要求, 包括物理要求、化学要求及工业分析要求等。而现状却是, 在污泥处置尚未确定可持续的情况下, 在污泥处理环节中投加了大量的PAC、三氯化铁等无机药剂, 在污水处理环节中为了片面追求诸如节地目标而投加了金属磁粉等不利于后续污泥处理处置的药剂。

一个好的污泥处理处置规划应坚持泥水同治的理念。污泥处理处置应与污水处理同步规划, 并同步实施。

一个可以付诸于实践的污泥处理处置规划肯定是有系统性的。只有坚持污水处理与污泥处理处置的系统思维, 并统筹规划, 城市的污水处理及其污泥处理处置才能体现出其先进性。以日本横滨为例^[2], 该城市均采用通过输送管道输送未经浓缩脱水的稀污泥并予以集中处理处置的方法。横滨市共有11座污水处理厂, 其中北部5座污水处理厂的污泥集中至北部污泥处理中心, 中、南部6座污水处理厂的污泥集中至南部污泥处理中心, 污泥运输皆采用密闭管道, 管径为Ø200～700 mm, 污泥管道总长约为88 km。这样不但避免了车辆运输污泥或水陆运输污泥对沿途环境可能造成的二次污染, 而且也杜绝了污泥在装卸过程中存在的污染隐患, 此外还考虑到了不同的污泥泥质对后续污泥处理处置的影响, 从而提前均质不同泥质的污泥, 以利于后续污泥干化焚烧系统的稳定运行。遗憾的是, 此类方案在国内可能根本不能成为一个推荐方案, 因为其未能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB 18918-2002) 提出的污泥应进行脱水处理的标准要求。

此外, 一个好的污泥处理处置规划应具有前瞻性。坚持全流程环保达标以及泥、水、气、声、渣全面达标原则, 且坚持绿色、低碳、能量合理循环、可持续发展理念的污泥处理处置规划才是可能落地的污泥处理处置规划。规划节能降耗、能量合理循环、污染物安全防治的污泥处理处置工艺, 以及规划充足并可有机拓展以免“上天入地”的污泥处理处置用地是编制污泥处理处置规划中必不可少的关键技术内容。

前述污水处理厂污泥的“污染物”特性注定了污泥处理处置必须充分注重污泥的具体性质。污水处理强调“源头控制”, 雨水防治强调“源头控制”, 同样地, 污泥的处理处置更需强调“源头控制”, 因为, 污水是否受控纳入、污水是否协同处理均对后续的污泥处理及末端的污泥处置产生决定性影响。

简单照搬国外某些国家的处置方式 (如土地利用) 来处理处置污泥, 如不充分注重污泥性质, 并相应采用合适的污泥处理处置工艺技术, 可能产生长期、严重的环境污染风险。

我国的污水处理厂应同步建设污泥处理处置设施, 并应进行减量化、稳定化和无害化处理, 在保证安全、环保和经济的前提下, 实现污泥的能源和资源利用。污泥处理处置应从节能减排的角度出发, 综合考虑处置效率、能源消耗、碳足迹等因素, 工艺选择应以减量化处理为基础, 以稳定化处理为核心, 以资源化利用为目标, 以对环境总体影响最小为宗旨。

每一个污泥处理环节, 只有适合于整个污泥处理处置流程才是合理的。反之, 片面追求某个污泥处理环节的某一性能要求而忽略其他性能要求, 对整个污泥处理处置流程可能是非常不合理的。

例如, 通过大量无机药剂投加实现污泥的高干度脱水, 虽然脱水污泥的含水率得以下降, 但对后接焚烧处理的工艺环节而言, 药剂投加的负面影响必须认真加以分析。况且, 大量药剂的投加相当于增加污泥的干基量, 也显然与污泥的减量化要求相违背^[3]。

又如, 有实例利用污泥焚烧产生的烟气来对前端污泥进行干化处理, 区别于常规独立干化+焚烧工艺将焚烧热量用于干化系统而焚烧烟气进行处理排放的流程路线, 势必要考虑污泥干化运行工况对后续污泥焚烧运行稳定性的影响及对烟气排放量、烟气中污染物排放浓度的不利影响。

污泥的处理处置是为了解决污泥的污染物特性, 作为“功在当代、利在千秋”的环保项目, 切忌出现“环保项目不环保”的现象。

污泥在处理过程中, 可能同时存在水、气、声、渣的处理, 只有泥、水、气、声、渣等全面达标处理、全流程达标处理才是一个环保的污泥处理处置项目。

公正的环保规则理应是“污染物的排放标准既须严格执行浓度限值标准, 同时也须严格执行排放总量控制标准”。同时, 每一个环保项目均要求项目的每一位参与者怀有朴实的环保之心和自律之心。只有这样, 方能防止曾现、再现某些不达标或者某些通过稀释排放方能达标的项目, 避免再现“环保项目不环保”的陋象。

完善的污泥处理处置技术虽然在国内起步较晚, 但无论是消化、干化、焚烧、熔融、碳化等各类污泥处理技术在国外均已有长期的工程应用。国外污泥热工处理技术至少已有百年以上的历史, 环保技术和实绩在很多方面领先我国, 认真消化吸收国外先进技术、先进理念较盲目另辟蹊径更有意义。

在污水处理厂污泥处理处置整体水平尚处低下的情况下, 国内曾涌现出各类在工程投资、处理成本等方面神乎其神的污泥处理技术, 但基于同一基准的处理泥量、泥质、功效、环保标准及使用年限的污泥处理工程, 不可能存在超乎寻常、神乎其神的污泥处理工艺技术。

污泥可在一定的条件下, 实现与垃圾焚烧、水泥窑、热电等的协同处理。但协同处理并非是简单的协同, 而是在满足相应的条件下方可实施。基于前述的现况污泥性质的复杂性, 对污泥的协同处理方案, 除了考虑相关产业的长期稳定性以外, 仅从其对人身健康 (Health) 、全系统安全可靠运行 (Safety) 、全过程环保受控 (Environment) 的层面出发, 理应持审慎原则^[4]。

如至今仍流行“污泥发电”、“污泥代替燃煤”之类的协同焚烧处理项目, 但如污泥中含有较高的重金属浓度, 为治理气态重金属或污泥焚烧可能产生的二恶英, 一般采用活性炭吸附, 但如热电协同焚烧后富集了重金属或二恶英的飞灰将成为处置成本很高的危险废物, 自然不能如非协同处理前一样仍作一般固废并加以利用。

任何一种污泥协同处理均应以健康、环境、安全为首要原则进行设计和建设。污泥焚烧首先是污染物的一种减量、无害化, 而不应简单将污泥视作“生物质”而将污泥发电渲染为一种纯经济行为, 更何况所谓的“污泥发电”仅基于常识性的污泥工业分析数据已足可证明其在理论上不具普遍适用性。按德国城镇污水处理厂污泥电厂协同焚烧技术相关指南的要求, 除考虑污染物限值之外, 还需注意污泥的其他性质要求, 包括足够稳定的污泥厌氧消化或好氧消化处理, 以及经聚合物调理而未添加无机盐的污泥脱水^[3]。

又如某些工业污泥, 诸如造纸污泥, 进行热电协同焚烧的技术风险更应引起注意, 这从《制浆造纸工业水污染物排放标准》 (GB 3544-2008) 中对可吸附有机卤化物AOX、二恶英排放限值的规定中可得到一定的启发。

加上我国目前高污染能源 (煤炭) 仍占主要地位的特点, 如简单盲目掺烧处置污泥, 且不充分注重污泥性质并相应采用合适的工艺技术及污染物控制, 可能产生长期且严重的环境污染风险。

采用低能耗的污泥厌氧消化处理工艺 (见图1) , 可实现对污泥的干基减量, 同时获得生物质能源, 应是非常低碳、高性价比的处理工艺。即使最终污泥不采用土地利用的处置途径, 污泥的厌氧消化处理仍能在大比例减少污泥干基量、减少后端污泥处理处置设施规模、减少全流程成本、改善后续处理环节的操作环境、提高处理安全性等方面发挥积极的作用, 这从国外众多污泥消化实例的长期运行中可以看出。尽管污泥的低有机质含量及高含砂量曾长时间内作为拒绝应用消化工艺的理由, 但随着管网系统的整治, 这一本不十分充分的理由日后不宜再次成为回避消化工艺的主要依据。

“干化+焚烧+建材化”和“焚烧+建材化”的污泥处理处置模式都是以焚烧为核心工艺的技术路线 (见图2) , 如同上述的污泥消化技术, 在发达国家同样是一项比较成熟的工艺技术。污泥焚烧处理最明显的优势在于可以迅速且最大程度地使污泥实现减量化, 同时即使污泥性质易变、甚至如某些工业污泥归为危废, 也可通过相应的焚烧工艺及其合理的工艺运行参数控制, 彻底有效控制各类污染物。对于经济许可、土地资源显著缺乏的城市, 面对污泥围城的现状, 该项工艺技术路线值得推荐。在此基础上, 因地制宜、因城施策, 再辅以其他的污泥处理处置方法。当然, 焚烧工程的建设及运行需实现泥、水、气、声、渣等全面有效、安全、环保的焚烧处理和妥善的灰渣处置。

《关于全面加强生态环境保护 坚决打好污染防治攻坚战的意见》 (以下简称“意见”) 提出“促进经济绿色低碳循环发展, 大力提高节能、环保、资源循环利用等绿色产业技术装备水平”^[6,7,8]。对于我国污泥污泥处理处置行业而言, 同样急需提高污泥处理处置工艺装备技术的整体水平, 促进我国污泥处理处置行业的长期健康发展。

“意见”中提出要促进经济绿色低碳循环发展, 提高污染排放标准。生态环境部贯彻落实《全国人民代表大会常务委员会关于全面加强生态环境保护 依法推动打好污染防治攻坚战的决议》实施方案指出要加快固体废物污染防治^[9]。

具体到污泥处理处置行业, 我们每一位该行业的参与者务必充分认识到我国污水处理厂污泥处理处置的重要性, 面对现实, 正视污泥的“污染物”特性, 认清并思索污泥处理处置现状存在的种种问题, 加强正确标准及有效规划的制订, 发挥其行业引领作用, 寻求并坚持“健康、安全、环境为上”的污泥处理处置工艺技术路线, 真正干好“功在当代、利在千秋”的污泥处理处置项目, 为我国水环境乃至整个自然环境的彻底、持续改善践行我们应尽的职责。