污水污泥处理处置与资源化利用

A. 污泥的哪些特性，导致污泥处理及其后续处置与资源化利用较困难

城市污泥不同处理处置方式的成本和效益分析
——以北京市为例
张义安，高 定，陈同斌*，郑国砥，李艳霞
中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心，北京 100101

摘要：以北京市为例，估算不同电价及运输距离下填埋、焚烧及堆肥等方式的城市污泥处理处置成本，在此基础上讨论各种处理处置方案的前景，展望北京市污泥处理处置出路。污泥填埋在一定时期内还将是主要处理处置方式，但所占比例将逐渐下降；堆肥是经济上较为可行的处理处置方式，适合大力推广；随着经济实力与技术水平提高，焚烧法可以适用于个别特殊地点。同时，分析了政府补贴对污泥处理处置效益的影响。
关键词：城市污泥；处理处置成本；填埋；焚烧；堆肥
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2006）02-0234-05
城市污泥是污水处理的副产物，以含水率97%计算，体积占处理污水的0.3%~0.5%[1]，深度处理产泥量还将增加50%~100%。目前我国每年排放的干污泥大约1.3×106 t，并以大约10%的速率在增加。
北京市全区域规划污水排放量为330×104 m3/d，其中2003年市区污水排放量约为230×104 m3/d[2]。规划建设14座污水处理厂，2015年污水处理能力预计将超过320×104 m3/d，处理率将超过90%。到2008年，北京市将新增9座中水处理厂，深度处理能力将由目前的1×104 m3/d提高到47.6×104 m3/d，届时每年产生含水率 80% 城市污泥超过80×104 m3。北京市最大的污水处理厂——高碑店污水处理厂污泥外运运输费用占到全厂运行费用的1/3[3]。
城市污泥的大量产生，已引起日益严峻的二次污染，并成为城市污水处理行业瓶颈。污泥处理处置率低，其中非常重要的一个原因就是投资和运行成本方面的限制。但到目前为止，还未见关于不同污泥处理处置方案的经济分析，导致不同单位和设计人员在方案的选择上存在较大的盲目性。本文以北京为例，对几种典型的城市污泥处理处置方式进行经济分析，以便为城市污泥处理处置技术的选择提供参考依据。
1 城市污泥处理处置成本估算
1.1 估算方法
以1 t干污泥（DS）为计算基准，综合成本＝运行成本+设备折价成本。运行成本以目前较为成熟的处理处置方式进行估算。
北京市污泥机械脱水效果通常在80%左右。各方案中的成本估算涉及或包括焚烧、运输、填埋等3个流程；设备折价成本取15 a使用年限，年折旧7%，社会利率10%，即年折价17%，设备年工作时数以8000 h计。因此，设备折价＝设备价格×指数×0.17/8000。
1.2 估算细则
（1）单位成本
填埋：生活垃圾卫生填埋的成本约60~70 ￥/t，污泥填埋时按照压实生活垃圾∶土∶污泥容重比为0.8∶1∶1，污泥填埋成本为48~56 ￥/t，取52￥/t。
干化：干燥能耗与脱水量成正比。燃气加热效率85%、锅炉热效率70%、过程热损失5%时，水的蒸发能耗为150 (kW?h)/t，每小时去除1 t水的设备投资为180×104￥[4]。
焚烧：目前多采用流化床技术，每h焚烧1 t干化污泥的设备成本为528×104￥，污泥按干质量减量60%。焚烧的运行费用24￥/t，烟气处理消耗NaOH量约为37 kg/t，折价约128￥/t [5]。
电价：北京市工业电价高峰期、平段区、低谷期分别为0.278、0.488、0.725￥/(kW?h)。按不同补贴方案，将电价设定为0.30、0.60￥/(kW?h)。
运费：北京市运输价格在0.45~0.65￥/(t?km)之间，污泥为特殊固体废物，需特殊箱式货车运送，价格处于高端。另外，近年运输价格有上涨趋势。因此，运费取0.65 ￥/(t?km)。
此外，干化及焚烧均按设备成本添加30%物耗人工管理费及土建配套费。
（2）污泥含水率
污泥的有机质和水分含量较高，填埋存在一系列问题，当前主要关心的是土力学性能，当含水率高于68% 时需按m(土)∶m(污泥)＝0.4~0.6的比例混入土 [6-8]。含水率降低时污泥性状存在突变，因此填埋脱水目标设定为80%、30%。
含水率是污泥焚烧处理中的一个关键因素。有机质含量高、含水率低利于维持自燃，降低污泥含水率对降低污泥焚烧设备及处理费用至关重要。一般将污泥含水率降至与挥发物含量之比小于3.5时，可形成自燃[9]。北京市污泥有机物含量在45% 以下，因此使污泥维持自燃焚烧的水分含量应小于61.2%。朱南文总结了几种国外污泥热干燥技术，可以将污泥干燥至10%含水率[10]。污泥焚烧综合成本随干燥程度动态变化，干化程度越高，干化能耗升高，焚烧设备及运行费用随之下降。简化起见，本文以污泥保持热量平衡燃烧为估算前提，不再进行高水分下加入重油的成本估算。因此污泥焚烧的干化目标定为：60%和10%。
表1 北京市填埋场概况[11]及离污水处理厂的最近距离
Table 1 Description of landfill sites and wastewater treatment plants
填埋场 填埋场位置 处理规模/(t?d-1) 预计关闭时间 最近的污水处理厂 最近直线距离/km 1)
北神树 通县次渠乡 980 2006 高碑店 20
安定 大兴区安定乡 700 2006 小红门 36
六里屯 海淀区永丰屯乡 1500 2017 清河 15
高安屯 朝阳区楼梓庄乡 1000 2018 高碑店 15
阿苏卫 昌平区小汤山乡 2000 2012 清河、北小河 40
焦家坡 门头沟区永定镇 600 2011 卢沟桥 15
1) 最近距离数据为作者实测

综上所述，污泥的处理处置方式计有：堆肥，分别干燥至含水80%、30% 时填埋，干燥至含水

60%、10%时焚烧。
1.3 填埋成本
填埋成本＝能耗成本+运输成本+填埋场成本+设备折价成本
能耗成本＝[1/(1－η0)－1/(1－ηe)]×150×α×Pele
运输成本＝0.65×L /(1-ηe)
填埋场成本＝βPf /(1-ηe)
设备折价＝[1/(1－η0)－1/(1－ηe)]×180×α× 0.17×104/8000
其中，η0、ηe分别为处理处置始、末的含水率；Pele为电价，￥/(kW?h)；L为运输距离，km；α为土建及人工配套费指数，1.3；β为体积系数，含水率≥68%时在1.4~1.6之间，取1.5，含水率＜68%时取1；Pf为填埋场填埋价格，40~60￥/t，取52￥/t。
污泥填埋运输距离：北京市现有填埋场容量不足以满足生活垃圾处置需求，即使规划中的填埋场建成之后，富余填埋能力也很有限，污泥填埋需另外觅地新建填埋场。随着城市发展及填埋场地质条件要求，运输距离也将越来越远，参照表1，污泥
填埋的运输距离将在40 km以上，因此在估算今后的填埋成本时，分别取50、100 km作为近期及远期填埋场运输距离。
1.4 堆肥成本及收益
城市污泥经过堆肥无害化处理之后进行土地利用，是国际上普遍采用的处理处置方式。强制通风静态垛堆肥处理是泥堆肥主流技术，其处理成本与污泥初始含水率、处理规模、堆肥厂与污水处理厂之间距离以及设备原产地等因素相关。堆肥厂宜建在污水处理厂周围，运输成本计为0，堆肥成本主要由鼓风、烘干、筛分能耗，调理剂及设备折价成本组成。目前，堆肥产品的市场销售价格为350~500￥/t，扣除15％含水率后取500￥/t DS。
利用CTB堆肥自动控制系统[12,13]进行强制通风静态垛堆肥在河南省漯河市城市污泥堆肥厂的应用结果表明，当污泥含水率不高于80%时，鼓风能耗在40~60 (kW?h)/t DS之间，取60 (kW?h)/t DS。CTB调理剂价格为300 ￥/t，损耗率一般为5% [14]。经过10~14 d堆肥，污泥干物质减量30%，含水45%。采用热干燥技术烘干至含水15%，脱水负荷0.45 t/t DS；调理剂在烘干前筛分后自然晾干，需筛分能耗；筛分负荷共9.3 t/t DS，筛分能力1 t/h，功率3 kW。全程能耗95 (kW?h)/t DS，考虑到未知能耗，取100 (kW?h)/t DS。
设备折价：处理干污泥能力为 0.3×104 t/a的污泥堆肥厂设备投资约700万￥，设备折价182 ￥/t DS（含占地成本），取200￥/t DS。
1.5 焚烧成本
考虑到焚烧废气排放等问题，外运30 km以上焚烧为佳，取30 km；焚烧按干物质减量60%，烧余物需运至填埋场填埋，运输距离取50 km。参考表3可知，干燥至10%焚烧成本较干燥至60%低。干燥程度越高，焚烧厂占地面积也越小，因此焚烧前以干化至10%为宜。
1.6 干化农用成本
未经稳定化处理污泥存在施用安全危险，考虑到干化的稳定效果较差，安全性有限，不再估算。
2 讨论与分析
2.1 处理成本和经济效益
表2 处理处置1 t城市污泥(干质量)所需的成本及其效益
Table 2 Comparison of the estimated cost and benefit of sewage sludge treated and/or disposed by different ways
填 埋
干化 运输 填埋 综合成本/￥
目标 能耗/￥ 设备折价/￥ 距离/km 运费/￥ 填土比例 费用/￥
80% 0 0 50 163 50% 390 5531)，5532)
30% 2091)，4182) 178 50 46 0 74 5071)，7162)
80% 0 0 100 325 50% 390 7151)，7152)
30% 2091)，4182) 178 100 93 0 74 5541)，7632)
焚烧
干化 焚 烧 烧余物 综合成本/￥
目标 能耗/￥ 设备折价/￥ 运行/￥ 设备折价/￥ NaOH/￥ 运费/￥ 填埋/￥
60% 1461)，2932) 124 60 365 128 13 20 8561)，10022)
10% 2281)，4552) 193 27 162 128 13 20 7711)，9982)
堆 肥
能耗/￥ 设备折价/￥ 调理剂损耗/￥ 总成本/￥ 销售/￥ 总效益/￥
391)，782) 200 75 3141)，3532) 410 961)，572)
1) 电价取0.30 ￥/(kW?h)；2) 电价取0.60 ￥/(kW?h)

各种处理方式处理成本估算过程及结果如表2所示。由表2可知，污泥处理处置以堆肥方式成本

最低，约300~350￥/t DS；填埋方式约500~760￥/t DS。焚烧方式成本最高，约800~1000￥/t DS。堆肥成本低于填埋方式，显著低于焚烧方式，随运输距离增加填埋成本显著高于堆肥成本。此外，污泥焚烧处理一次性投资大，运行维护费用最高。

各种处理方式中，污泥填埋没有资源回收，效益为零；考虑到污泥热值水平，回收焚烧热能可能性较低，对净效益影响不大；污泥干化可以起到脱水的效果，但稳定化的效果有限，加之干化过程中容易产生爆炸和肥效缓慢等问题，不宜提倡；在产品销售良好情况下，按电价不同，堆肥处理可以盈利50~100￥/t DS。
2.2 各种处理处置技术的优缺点
现有的大部分填埋场设计建造标准低、缺乏污染控制措施，存在稳定性差等问题，导致散发气体和臭味，污染地下水，不能保证填埋垃圾的安全，只是延缓污染但没有最终消除污染。一些国家为了把上述问题降低到最小程度，制定了待处理污泥物理特性的最低标准，使污泥填埋的处理成本大大增加。例如德国要求填埋污泥干基含量不低于35%。为避免污泥中有机物分解造成的地下水污染，1992年德国发布了《城市废弃物控制和处置技术纲要》，要求从2005年起，任何被填埋处理的物质其有机物含量不超过5% [15]，这意味着污泥即便是经过干燥也不满足填埋的要求。污泥填埋面临填埋场地、公众及法规等多重压力，填埋成本将逐步升高，近年来国外污泥填埋处理方式比例越来越小[6]。
是否推广堆肥处理城市污泥，首先应切实评估施用污泥堆肥的潜在环境风险。杜兵等[16]研究表明，同国外相比北京市某典型污水处理厂酚类、酞酸酯类、多环芳烃类均处于污染程度较低的水平。堆肥处理的持续高温可以确保杀灭病菌，保证污泥的农用安全。陈同斌等[17]对中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势的研究结果表明，我国城市污泥中平均含量普遍较低，金属含量基本未超过农用标准[18]，且呈现逐渐下降的趋势。近年相关研究也证明：科学合理地进行城市污泥农用不会造成土壤和农产品的重金属污染问题[19]。我国城市污泥的土地利用重金属环境风险并不像人们想象的那样严重。
焚烧减量最为显著，含水80%的污泥焚烧后减容率超过90%。然而，污泥含有多种有机物，焚烧时会产生大量有害物质，如二恶英、二氧化硫、盐酸等，受国内焚烧技术的限制，二恶英污染问题尚未很好解决，重金属烟雾与燃烧灰烬也可能造成二次污染。此外，焚烧浪费了污泥中的营养物质。对比三种处理处置方式，污泥焚烧占地面积最小，但综合成本最高，设备维护要求高，环保风险较大，这些不利之处都限制了污泥焚烧技术的广泛应用。
综上所述，堆肥处理实现污泥的资源化利用，科学合理施用下可以保证卫生安全及重金属安全，同时较为经济可行，是污泥处理处置技术的主要发展方向。但是，从市场销售的角度来看，污泥堆肥产品的销售渠道有待改善。各种处理方式优缺点概括于表3（下页）。
2.3 电价影响及政府补贴
电价影响到污泥处理处置成本。电价从0.60￥/(kW?h)降低到0.30 ￥/(kW?h)，各种处理方式的综合成本分别降低40~230 ￥/t DS。如电价取至用电低谷期电价或者更低，成本可以进一步降低。
表3 各种处理处置技术优缺点对比
Table 3 Comparison of landfill, composting and incineration for sewage sludge
处理处置方式 收支平衡/(￥?t-1) 1) 技术难度 场地要求 能否资源化 无害化程度
填埋 -507~ -763 简单 大 不能 延缓污染, 没有最终消除污染风险
堆肥 57~96 较简单 较小 能 重金属低于农用标准时可以达到无害化要求
焚烧 -771~ -1000 技术设备要求高 小 不能 尾气可能带来二次污染
1) 运输距离100 km、电价0.60 ￥/(kw?h)时, 以80%含水率填埋成本略低于30%含水率填埋, 但其占地为后者5.25倍, 综合考虑采取30%填埋

污泥含水80%及60%下填埋占地分别为30%下填埋的5.25倍、1.75倍。政府通过补贴如降低电价等调控手段，将污水处理投入合理分配到其中的污泥处理单元，可以降低污泥处理单元的焚烧成本、填埋占地，降低堆肥成本。政府补贴可以发挥经济杠杆作用，调控污泥处理行业投入产出状况，有利于污泥处理处置行业的健康发展。总之，污泥处理处置应该有适宜的政府补贴。
3 结论
（1）污泥堆肥成本随电价变化约300~350 ￥/t DS，堆肥销售可以补偿部分处理成本，使污泥堆肥达到微利水平。合理施用堆肥可以提供养分和有机质，是污泥处理处置技术的重要方向。
（2）污泥填埋操作简单，但其成本约500~760 ￥/t DS，高于堆肥处理。考虑到土地资源日益稀缺及二次污染问题，且从发达国家的经验来看污泥填埋将逐步受到限制，因此其应用比例应逐渐减少。
（3）污泥焚烧减量效果最明显，但其初始投资及运行费用最高，综合成本约771~1000 ￥/t DS。其设备维护复杂，如果对尾气处理不当会造成二次污染。

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B. 污水处理厂的污泥处置费用问题

城市污泥不同处理处置方式的成本和效益分析
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关键词：城市污泥；处理处置成本；填埋；焚烧；堆肥
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城市污泥是污水处理的副产物，以含水率97%计算，体积占处理污水的0.3%~0.5%[1]，深度处理产泥量还将增加50%~100%。目前我国每年排放的干污泥大约1.3×106 t，并以大约10%的速率在增加。
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城市污泥的大量产生，已引起日益严峻的二次污染，并成为城市污水处理行业瓶颈。污泥处理处置率低，其中非常重要的一个原因就是投资和运行成本方面的限制。但到目前为止，还未见关于不同污泥处理处置方案的经济分析，导致不同单位和设计人员在方案的选择上存在较大的盲目性。本文以北京为例，对几种典型的城市污泥处理处置方式进行经济分析，以便为城市污泥处理处置技术的选择提供参考依据。
1 城市污泥处理处置成本估算
1.1 估算方法
以1 t干污泥（DS）为计算基准，综合成本＝运行成本+设备折价成本。运行成本以目前较为成熟的处理处置方式进行估算。
北京市污泥机械脱水效果通常在80%左右。各方案中的成本估算涉及或包括焚烧、运输、填埋等3个流程；设备折价成本取15 a使用年限，年折旧7%，社会利率10%，即年折价17%，设备年工作时数以8000 h计。因此，设备折价＝设备价格×指数×0.17/8000。
1.2 估算细则
（1）单位成本
填埋：生活垃圾卫生填埋的成本约60~70 ￥/t，污泥填埋时按照压实生活垃圾∶土∶污泥容重比为0.8∶1∶1，污泥填埋成本为48~56 ￥/t，取52￥/t。
干化：干燥能耗与脱水量成正比。燃气加热效率85%、锅炉热效率70%、过程热损失5%时，水的蒸发能耗为150 (kW•h)/t，每小时去除1 t水的设备投资为180×104￥[4]。
焚烧：目前多采用流化床技术，每h焚烧1 t干化污泥的设备成本为528×104￥，污泥按干质量减量60%。焚烧的运行费用24￥/t，烟气处理消耗NaOH量约为37 kg/t，折价约128￥/t [5]。
电价：北京市工业电价高峰期、平段区、低谷期分别为0.278、0.488、0.725￥/(kW•h)。按不同补贴方案，将电价设定为0.30、0.60￥/(kW•h)。
运费：北京市运输价格在0.45~0.65￥/(t•km)之间，污泥为特殊固体废物，需特殊箱式货车运送，价格处于高端。另外，近年运输价格有上涨趋势。因此，运费取0.65 ￥/(t•km)。
此外，干化及焚烧均按设备成本添加30%物耗人工管理费及土建配套费。
（2）污泥含水率
污泥的有机质和水分含量较高，填埋存在一系列问题，当前主要关心的是土力学性能，当含水率高于68% 时需按m(土)∶m(污泥)＝0.4~0.6的比例混入土 [6-8]。含水率降低时污泥性状存在突变，因此填埋脱水目标设定为80%、30%。
含水率是污泥焚烧处理中的一个关键因素。有机质含量高、含水率低利于维持自燃，降低污泥含水率对降低污泥焚烧设备及处理费用至关重要。一般将污泥含水率降至与挥发物含量之比小于3.5时，可形成自燃[9]。北京市污泥有机物含量在45% 以下，因此使污泥维持自燃焚烧的水分含量应小于61.2%。朱南文总结了几种国外污泥热干燥技术，可以将污泥干燥至10%含水率[10]。污泥焚烧综合成本随干燥程度动态变化，干化程度越高，干化能耗升高，焚烧设备及运行费用随之下降。简化起见，本文以污泥保持热量平衡燃烧为估算前提，不再进行高水分下加入重油的成本估算。因此污泥焚烧的干化目标定为：60%和10%。
表1 北京市填埋场概况[11]及离污水处理厂的最近距离
Table 1 Description of landfill sites and wastewater treatment plants
填埋场 填埋场位置 处理规模/(t•d-1) 预计关闭时间 最近的污水处理厂 最近直线距离/km 1)
北神树 通县次渠乡 980 2006 高碑店 20
安定 大兴区安定乡 700 2006 小红门 36
六里屯 海淀区永丰屯乡 1500 2017 清河 15
高安屯 朝阳区楼梓庄乡 1000 2018 高碑店 15
阿苏卫 昌平区小汤山乡 2000 2012 清河、北小河 40
焦家坡 门头沟区永定镇 600 2011 卢沟桥 15
1) 最近距离数据为作者实测

综上所述，污泥的处理处置方式计有：堆肥，分别干燥至含水80%、30% 时填埋，干燥至含水

60%、10%时焚烧。
1.3 填埋成本
填埋成本＝能耗成本+运输成本+填埋场成本+设备折价成本
能耗成本＝[1/(1－η0)－1/(1－ηe)]×150×α×Pele
运输成本＝0.65×L /(1-ηe)
填埋场成本＝βPf /(1-ηe)
设备折价＝[1/(1－η0)－1/(1－ηe)]×180×α× 0.17×104/8000
其中，η0、ηe分别为处理处置始、末的含水率；Pele为电价，￥/(kW•h)；L为运输距离，km；α为土建及人工配套费指数，1.3；β为体积系数，含水率≥68%时在1.4~1.6之间，取1.5，含水率＜68%时取1；Pf为填埋场填埋价格，40~60￥/t，取52￥/t。
污泥填埋运输距离：北京市现有填埋场容量不足以满足生活垃圾处置需求，即使规划中的填埋场建成之后，富余填埋能力也很有限，污泥填埋需另外觅地新建填埋场。随着城市发展及填埋场地质条件要求，运输距离也将越来越远，参照表1，污泥
填埋的运输距离将在40 km以上，因此在估算今后的填埋成本时，分别取50、100 km作为近期及远期填埋场运输距离。
1.4 堆肥成本及收益
城市污泥经过堆肥无害化处理之后进行土地利用，是国际上普遍采用的处理处置方式。强制通风静态垛堆肥处理是泥堆肥主流技术，其处理成本与污泥初始含水率、处理规模、堆肥厂与污水处理厂之间距离以及设备原产地等因素相关。堆肥厂宜建在污水处理厂周围，运输成本计为0，堆肥成本主要由鼓风、烘干、筛分能耗，调理剂及设备折价成本组成。目前，堆肥产品的市场销售价格为350~500￥/t，扣除15％含水率后取500￥/t DS。
利用CTB堆肥自动控制系统[12,13]进行强制通风静态垛堆肥在河南省漯河市城市污泥堆肥厂的应用结果表明，当污泥含水率不高于80%时，鼓风能耗在40~60 (kW•h)/t DS之间，取60 (kW•h)/t DS。CTB调理剂价格为300 ￥/t，损耗率一般为5% [14]。经过10~14 d堆肥，污泥干物质减量30%，含水45%。采用热干燥技术烘干至含水15%，脱水负荷0.45 t/t DS；调理剂在烘干前筛分后自然晾干，需筛分能耗；筛分负荷共9.3 t/t DS，筛分能力1 t/h，功率3 kW。全程能耗95 (kW•h)/t DS，考虑到未知能耗，取100 (kW•h)/t DS。
设备折价：处理干污泥能力为 0.3×104 t/a的污泥堆肥厂设备投资约700万￥，设备折价182 ￥/t DS（含占地成本），取200￥/t DS。
1.5 焚烧成本
考虑到焚烧废气排放等问题，外运30 km以上焚烧为佳，取30 km；焚烧按干物质减量60%，烧余物需运至填埋场填埋，运输距离取50 km。参考表3可知，干燥至10%焚烧成本较干燥至60%低。干燥程度越高，焚烧厂占地面积也越小，因此焚烧前以干化至10%为宜。
1.6 干化农用成本
未经稳定化处理污泥存在施用安全危险，考虑到干化的稳定效果较差，安全性有限，不再估算。
2 讨论与分析
2.1 处理成本和经济效益
表2 处理处置1 t城市污泥(干质量)所需的成本及其效益
Table 2 Comparison of the estimated cost and benefit of sewage sludge treated and/or disposed by different ways
填 埋
干化 运输 填埋 综合成本/￥
目标 能耗/￥ 设备折价/￥ 距离/km 运费/￥ 填土比例 费用/￥
80% 0 0 50 163 50% 390 5531)，5532)
30% 2091)，4182) 178 50 46 0 74 5071)，7162)
80% 0 0 100 325 50% 390 7151)，7152)
30% 2091)，4182) 178 100 93 0 74 5541)，7632)
焚烧
干化 焚 烧 烧余物 综合成本/￥
目标 能耗/￥ 设备折价/￥ 运行/￥ 设备折价/￥ NaOH/￥ 运费/￥ 填埋/￥
60% 1461)，2932) 124 60 365 128 13 20 8561)，10022)
10% 2281)，4552) 193 27 162 128 13 20 7711)，9982)
堆 肥
能耗/￥ 设备折价/￥ 调理剂损耗/￥ 总成本/￥ 销售/￥ 总效益/￥
391)，782) 200 75 3141)，3532) 410 961)，572)
1) 电价取0.30 ￥/(kW·h)；2) 电价取0.60 ￥/(kW·h)

各种处理方式处理成本估算过程及结果如表2所示。由表2可知，污泥处理处置以堆肥方式成本

最低，约300~350￥/t DS；填埋方式约500~760￥/t DS。焚烧方式成本最高，约800~1000￥/t DS。堆肥成本低于填埋方式，显著低于焚烧方式，随运输距离增加填埋成本显著高于堆肥成本。此外，污泥焚烧处理一次性投资大，运行维护费用最高。

各种处理方式中，污泥填埋没有资源回收，效益为零；考虑到污泥热值水平，回收焚烧热能可能性较低，对净效益影响不大；污泥干化可以起到脱水的效果，但稳定化的效果有限，加之干化过程中容易产生爆炸和肥效缓慢等问题，不宜提倡；在产品销售良好情况下，按电价不同，堆肥处理可以盈利50~100￥/t DS。
2.2 各种处理处置技术的优缺点
现有的大部分填埋场设计建造标准低、缺乏污染控制措施，存在稳定性差等问题，导致散发气体和臭味，污染地下水，不能保证填埋垃圾的安全，只是延缓污染但没有最终消除污染。一些国家为了把上述问题降低到最小程度，制定了待处理污泥物理特性的最低标准，使污泥填埋的处理成本大大增加。例如德国要求填埋污泥干基含量不低于35%。为避免污泥中有机物分解造成的地下水污染，1992年德国发布了《城市废弃物控制和处置技术纲要》，要求从2005年起，任何被填埋处理的物质其有机物含量不超过5% [15]，这意味着污泥即便是经过干燥也不满足填埋的要求。污泥填埋面临填埋场地、公众及法规等多重压力，填埋成本将逐步升高，近年来国外污泥填埋处理方式比例越来越小[6]。
是否推广堆肥处理城市污泥，首先应切实评估施用污泥堆肥的潜在环境风险。杜兵等[16]研究表明，同国外相比北京市某典型污水处理厂酚类、酞酸酯类、多环芳烃类均处于污染程度较低的水平。堆肥处理的持续高温可以确保杀灭病菌，保证污泥的农用安全。陈同斌等[17]对中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势的研究结果表明，我国城市污泥中平均含量普遍较低，金属含量基本未超过农用标准[18]，且呈现逐渐下降的趋势。近年相关研究也证明：科学合理地进行城市污泥农用不会造成土壤和农产品的重金属污染问题[19]。我国城市污泥的土地利用重金属环境风险并不像人们想象的那样严重。
焚烧减量最为显著，含水80%的污泥焚烧后减容率超过90%。然而，污泥含有多种有机物，焚烧时会产生大量有害物质，如二恶英、二氧化硫、盐酸等，受国内焚烧技术的限制，二恶英污染问题尚未很好解决，重金属烟雾与燃烧灰烬也可能造成二次污染。此外，焚烧浪费了污泥中的营养物质。对比三种处理处置方式，污泥焚烧占地面积最小，但综合成本最高，设备维护要求高，环保风险较大，这些不利之处都限制了污泥焚烧技术的广泛应用。
综上所述，堆肥处理实现污泥的资源化利用，科学合理施用下可以保证卫生安全及重金属安全，同时较为经济可行，是污泥处理处置技术的主要发展方向。但是，从市场销售的角度来看，污泥堆肥产品的销售渠道有待改善。各种处理方式优缺点概括于表3（下页）。
2.3 电价影响及政府补贴
电价影响到污泥处理处置成本。电价从0.60￥/(kW•h)降低到0.30 ￥/(kW•h)，各种处理方式的综合成本分别降低40~230 ￥/t DS。如电价取至用电低谷期电价或者更低，成本可以进一步降低。
表3 各种处理处置技术优缺点对比
Table 3 Comparison of landfill, composting and incineration for sewage sludge
处理处置方式 收支平衡/(￥•t-1) 1) 技术难度 场地要求 能否资源化 无害化程度
填埋 -507~ -763 简单 大 不能 延缓污染, 没有最终消除污染风险
堆肥 57~96 较简单 较小 能 重金属低于农用标准时可以达到无害化要求
焚烧 -771~ -1000 技术设备要求高 小 不能 尾气可能带来二次污染
1) 运输距离100 km、电价0.60 ￥/(kw•h)时, 以80%含水率填埋成本略低于30%含水率填埋, 但其占地为后者5.25倍, 综合考虑采取30%填埋

污泥含水80%及60%下填埋占地分别为30%下填埋的5.25倍、1.75倍。政府通过补贴如降低电价等调控手段，将污水处理投入合理分配到其中的污泥处理单元，可以降低污泥处理单元的焚烧成本、填埋占地，降低堆肥成本。政府补贴可以发挥经济杠杆作用，调控污泥处理行业投入产出状况，有利于污泥处理处置行业的健康发展。总之，污泥处理处置应该有适宜的政府补贴。
3 结论
（1）污泥堆肥成本随电价变化约300~350 ￥/t DS，堆肥销售可以补偿部分处理成本，使污泥堆肥达到微利水平。合理施用堆肥可以提供养分和有机质，是污泥处理处置技术的重要方向。
（2）污泥填埋操作简单，但其成本约500~760 ￥/t DS，高于堆肥处理。考虑到土地资源日益稀缺及二次污染问题，且从发达国家的经验来看污泥填埋将逐步受到限制，因此其应用比例应逐渐减少。
（3）污泥焚烧减量效果最明显，但其初始投资及运行费用最高，综合成本约771~1000 ￥/t DS。其设备维护复杂，如果对尾气处理不当会造成二次污染。

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C. 什么是城市污水厂污泥资源化处理

解决污泥对环境的污染问题,使其化废为宝

D. 污水处理厂的污泥有什么用途

1现有污泥处理技术
自从1906年第一座双层沉淀池诞生以来，污泥处理和处置技术已有100a历史，污泥处理和处置是以“无害化、资源化、稳定化、减量化”为目的的。一般常见的污泥处理处置技术包括有水体消纳、卫生填埋、污泥的热处理、土地利用、建筑材料利用、环境保护利用等。由于人们对环境的日益重视，水体消纳目前已基本废止。
1.1卫生填埋
污泥的卫生填埋始于20世纪60年代，已沿用了约40a，是在传统填埋的基础上从保护环境角度出发，经过科学选址和必要的场地防护处理，具有严格管理制度的科学的工程操作方法。到目前为止，已发展成为一项比较成熟的污泥处置技术，其优点是投资较少、容量大、见效快[3]。但是由于污泥填埋对污泥的土力学性质（以剪切强度表示）要求较高，需要大面积的场地和大量的运输费用，地基需作防渗处理以免污染地下水等，近年来污泥填埋处置所占比例越来越小。随着污泥量的增加，大面积选址更加困难，特别是人口稠密的地区，且填埋最终并未避免环境污染，而只是延缓了污染产生的时间，这决定了土地填埋从多方面来看都不是处置污泥的长久之计，不会成为将来污泥处理处置的发展方向。
1.2污泥的热处理
污泥的热处理的优势在于可以迅速和较大程度地使污泥达到减量化。污泥焚烧是比较彻底的处理方法，主要分为2类，一类是脱水污泥直接送焚烧炉焚烧，另一类是将脱水污泥先干化再焚烧。与其他的污泥处理方法相比较，焚烧的优点在于其产物为无菌、无臭的无机残渣，迅速地实行了无菌化和减量化（减少60%）的目的。但是由于所需设备、能源及操作费用高昂，目前推广在经济上还有困难；而且由于污泥中含有大量的有机物，燃烧时会产生大量的有害物质，容易造成二次污染，同时形成的重金属的烟雾和污泥烧烬的污泥灰也有造成二次污染的可能性，灰烬也没有好的方法进行利用；另外，焚烧浪费了污泥中大量营养物质。这些不利之处都限制了该法的广泛应用。一般只有在其他方法由于环境或土地受到限制时才会采用。
1.3土地利用
目前生活污泥的土地利用类型多且广，如农林耕地、牧业草地、园林绿地等。其污泥中N、P、K等元素含量高于农家肥，是肥田、改良土壤、园林绿化的好材料。污泥与饼肥比较如表1所示[4]。污泥施用于农田能够改良土壤结构、增加土壤肥力、促进作物的生长，所以污泥的土地利用是一种积极的污泥处置方式。尽管污泥的土地利用有能耗低、可回收利用养分等优点，但影响污泥农用推广的主要因素是可能引起重金属污染、难降解有机物污染以及N、P的流失对地表水和地下水的污染。目前对重金属污染研究较多，研究内容包括施用污泥废料后土壤耕作层重金属的变化，施用田农作物各部位富集量、存在形态及影响因素等。众多研究表明近10余年来，城市污水处理厂污泥中重金属含量呈下降趋势，在合理施用情况下，一般不会造成重金属污染[5]。

E. 污泥处理处置方法与资源化探讨

循环经济之路——增钙干化污泥作为建筑材料的应用
1北京城市排水集团有限责任公司 张水英1，赵颖1，顾剑1，
2北京市市政工程设计研究总院 黄鸥3

1前言
党的十七大报告提出，要“建设生态文明，基本形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式、消费模式”。随着城市污水处理率的不断提高，各污水处理厂都面临着如何妥善安全处置大量剩余污泥的问题。污泥乱丢乱弃造成环境二次污染的问题已成为继水污染治理后的又一突出环境问题，关系到污水厂的安全稳定运行，必须认真对待妥善解决。
2国内外发展状况
当今国内外污泥处理与处置技术的发展依据是“四化”原则——减量化、稳定化、无害化和资源化。污泥处理的方法主要有6种：卫生填埋、污泥农用、污泥焚烧、污泥干化和热处理、污泥堆肥及海洋倾倒。国际上污泥处理处置参照的标准均为美国国家环保局制定的污泥处置与利用标准。
2.1国外现状
80年代末，在欧、美一些国家，由于污泥在农用、填埋、投海处置中的限制条件和不利因素逐渐突显，污泥热干化技术的成功应用，使污泥干化技术在西方工业发达国家很快推广开来。例如：欧盟在80年代初只有数家污水处理厂采用污泥热干化设备处理污泥，到1994年底已有110家污泥干化处理厂，并且仍在逐年增加。但事实上，欧洲的污泥处置路线也没有明确标准，污泥安全处置依赖于当地政策法规。过去几年，由于欧盟和各欧洲国家出台了更严格的法律和法规，欧洲污泥处置方式发生了变化。
污泥填埋2005年禁止；污泥肥农用，在瑞士被禁止；在德国南部、荷兰和比利时，超市连锁店不接受用污泥施肥的农产品；污泥焚烧，水泥厂中使用干化污泥用作燃料替代品和矿物添加剂；在流化床污泥焚烧厂中使用脱水污泥；煤发电厂中使用脱水或干化污泥；垃圾焚烧厂中使用脱水或干化污泥。具体见表1：

表1 欧洲各国的污泥产生量和处置方法
国家 污泥总量
(t千污泥/a) 处置方法所占比例%
土地利用 陆地填埋 焚烧 其它
奥地利 320 13 56 31 0
比利时 75 31 56 9 4
丹麦 130 37 33 28 2
法国 700 50 50 0 0
德国 2500 25 63 12 0
意大利 800 34 55 11 0
荷兰 282 44 53 3 0
西班牙 280 10 50 10 30
瑞典 180 45 55 0 0
瑞士 215 50 30 20 0
英国 1107 55 8 7 30
美国 6900 41 17 22 20
日本 171 9 35 55 1

从中可以看出，污泥干化技术是现今国外应用发展最为迅速的一项污泥处理置技术。脱水污泥的热处理，即干化后的污泥在发电厂和垃圾焚烧厂、水泥厂焚烧以及干化污泥的气化是比较理想和安全的污泥处置途径。通过污泥体积和质量的减少，将污泥变成一种有着良好特性、便于操作并能广泛用于不同领域的产品，如：作为燃料在(煤)发电厂和水泥厂或作为肥料用于农业。
2.2国内现状
我国的污泥处理与处置还刚刚起步，在全国现有污水处理设施中有污泥稳定处理设施的还不到1/4，处理工艺和配套设备较为完善的还不到1/10，能够正常运行的就更少，污泥直接排放造成的二次污染已经严重影响生态文明建设，必须予以充分重视。
我国现今应用最为广泛的污泥处理处置技术主要有：污泥填埋、污泥堆肥、污泥热处理（污泥干化）等方法。污泥干化技术因运行成本高，发展比较缓慢，仅局限在小范围内及生产性研究方面。
3干化技术在污水厂的应用
剩余污泥增钙干化工艺是在一种经济、有效的工艺，运行费为100～150元/吨，并且可在污水处理厂内污泥产生的源头有效地消毒、灭菌、除臭、减量，与其它污泥干化技术相比有运行费用低、安全可靠等用优点。
3.1污水处理厂基本情况
方庄污水处理厂位于北京市丰台区，成寿寺路东侧，距离南三环路约450m。该厂于90年代初期建设完成，负责南城方庄地区的污水处理，总流域面积180公顷，处理厂占地4.92公顷。污水处理厂日处理污水4万吨，每日运送污泥约20～30m3。
由于北京市市区的飞速发展，城市建设逐渐向外围扩张，原来南三环以外较为空旷、偏远的地区，现已建成高档住宅小区，楼盘林立。由于泥饼含水率较高，污泥运送过程中有遗洒现象，对周围的环境造成严重影响；同时污水处理厂污泥原运至垃圾填埋厂填埋，目前填埋场已不接纳直接脱水的污泥；再加上污泥含水率较高，相对体积大，致使运输成本增高，给污水处理厂的运行造成很大压力。
为寻求解决方庄污水处理厂的污泥出路，对其进行减量化、稳定化、无害化和资源化，方庄污水处理厂多次组织相关部门进行方案讨论，最终确定采用北京市奥利爱得科技发展有限公司的专利技术——增钙干化法对污水处理厂脱水污泥进行干燥。通过本工程的实施，一方面解决了污泥的出路，污泥经干燥处理后，可以有效地消除异味，改善处理厂周围的环境，同时减量化利于运输；另一方面污泥增钙处理后，就地加工成有用的无机建筑材料，就近用于城市建设、道路施工等，减少资源浪费，起到工程示范作用。
3.2增钙干化技术基本原理
增钙干化技术是现今国内新开发出的一种运用添加剂对污水处理厂污泥进行干燥、稳定化和资源化处理的方法。采用含生石灰（碱性）和硫酸铁铝（酸性）双组分发热剂，通过污泥高效干燥系统对有机酸腐污泥进行干燥、脱水、改性后，向稳定化无机材料转化。根据氢氧化钙脱水变成氧化钙这一原理，处理物经高温煅烧后，添加剂可回收反复使用。本课题的研究目的是用双组分发热剂替代国外现行的“石灰法”单组分污泥处理工艺，从而降低污泥无害化成本。
处理污泥采用的增钙剂是固态酸碱双组分发热剂，发热剂碱性组分是活性生石灰，主要反应为：
CaO+H2O=Ca(OH)2+水化放热
Ca(OH)2+ 含水污泥中有机物=有机钙酸盐+NH3↑
发热剂酸性组分为硫酸铁铝盐,除化工产品外也可以采用钢厂酸洗硫酸铁盐晒干的渣或其它化工除铁渣。主要反应可简化描述为：
Fe2(SO4)3+6H2O=2Fe(OH)3+3H2SO4+水化放热
AL2(SO4)3+6H2O=2AL(OH)3+3H2SO4+水化放热
发热剂酸碱两组分间还有反应：
Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O+酸碱中和放热
适量添加，可使污泥迅速升温至100℃以上，短时间内大量水蒸汽蒸发，达到干燥、脱水及杀菌目的。通过酸碱双组分配合比例可调整污泥处理物的酸碱度，而且所增加元素为钙、铁、铝之类及其化合物，都能被一般建材制品所接受。相比使用单一生石灰相同的掺加量，酸碱双组分发热剂使热量增加30%以上。
3.3工艺流程
方庄污水污水处理规模为4万m3/d，污泥产量约20～30 m3/d（含水率80%）。污泥组成包括三部分，即初沉池的初沉污泥、生物处理的剩余污泥和高效反应池的化学污泥。设计采用的污泥干化处理工艺流程如下。

污泥处理工艺流程简图

3.4处理效果
方庄污水处理厂采用增钙干化技术处理含水率约为80%的脱水污泥，对污泥进行增钙干化分析，脱水污泥中添加双组分发热剂后温度迅速升高，10分钟内最高温度均达到95℃，温度上升幅度约为70℃。测试数据如下：
表2 测试数据表
名称 含水率（%） 有机物（%） 粪大肠菌群
（个/g) 大肠菌群
（个/g) 细菌总量
（个/g)
处理前A 77.8 42.1 5.0E+05 1.2E+07 4.3E+08
处理前B 79.7 42.8 3.2E+05 8.4E+06 5.4E+07
处理后A 28.0 3.28 未检出 未检出 未检出
处理后B 27.9 7.89 未检出 未检出 未检出
干化后污泥含水率为50%左右，有机物组份大量减少，达到了降低含水率和有机质的目的，同时剧烈温升也能使污泥充分稳定。经堆放及充分放热后，污泥处理物最终水分为20～30%；粒经<Φ10mm。污泥处理物经分析检测，其化学成分及矿物组份均适宜用于制造建材产品如水泥、路面砖等。
4技术展望
增钙干化污泥技术为污水处理厂污泥的无害化、减量化处理及资源化应用提供了一个广阔市场。该技术无二次污染。干燥后的排放物中不含有二恶英等污染物质，同时重金属得到钝化，干燥产品中粪大肠杆菌、大肠菌群以及细菌总数减少。此外干燥后污泥在运输过程中不产生渗滤液；安全性高。由于使用生石灰（碱性）和硫酸铁铝（酸性）双组分发热剂，采用化学方法进行干燥，因此与污泥热干化技术相比，无粉尘爆炸的危险，干燥效果安全、可靠。同时由于减少安全方面投资，该方法的气体净化工艺比热干化干燥法的气体净化工艺简单，因此初期建设投资少。由于采用石灰干燥工艺，污泥中水分蒸发的能量来自于添加剂的放热反应，比热干化放热反应能量消耗少，干燥过程的电能消耗和水消耗均较低，因此运行成本低，节能降耗的新技术；干燥产品可再利用、经济性好。
利用增钙干化技术的推广即将替代国外现行的单组分污泥处理工艺，将污泥改造成为建筑材料；在投资规模和处置成本方面，比国外热干化技术相比有大幅下降，实现了污泥的无害化、减量化和资源化，避免了污泥二次污染，为国内污水处理厂污泥处理处置提供安全、经济的实施方案，是值得推广的节能减排新技术。

F. 污水处理厂污泥有哪些资源化处理方法

污水处理厂可以进行堆肥，厌氧消化产生沼气能源利用。污泥可以养蚯蚓。污泥脱水到一定程度可以制砖

G. 污水处理厂产生的污泥如何处理

污泥处理与处置的目的主要有四个:一是稳定化,通过处理使污泥停止降解;二是无害化,杀灭寄生虫卵和病原微生物;三是减量化,减少污泥最终处置的体积,降低污泥处理及最终处置费用;四是资源化和最终处置,在处理污泥的同时实现化害为利、循环利用、保护环境的目的。
1 污泥稳定化处理的方法
来自污水处理厂初次沉淀池和二次沉淀池(剩余活性污泥或者生物滤池污泥)的混合污泥通常含有60%～80%的有机物,如碳水化合物、脂肪、蛋白质,而且还含有大量的多种微生物,这种污泥在堆放时极易自发地进行厌氧生物反应,产生异味并导致污泥脱水性质恶化。稳定化处理的目的就是充分利用污泥中的微生物降解污泥中的有机物质,进一步减少污泥含水量,杀灭污泥中的细菌、病原体等,消除臭味,使污泥中的各种成分处于相对稳定的状态。稳定化的方法主要有堆肥化、干燥、厌氧消化等。
1.1 堆肥化
堆肥是利用污泥微生物进行发酵的过程。在污泥中加入一定比例的膨松剂和调理剂(如秸杆、稻草、木屑或生活垃圾等),使微生物群落在潮湿环境下对多种有机物进行氧化分解并转化为类腐殖质。研究表明,经过堆肥的污泥质地疏松、阳离子(CEC)交换量显著增加、容重减少、可被植物利用的营养成分增加、病原菌和寄生虫卵几乎全部被杀灭。目前世界各国采用的堆肥方法有静态和动态两种,如自然堆肥法、圆柱形分格封闭堆肥法、滚筒堆肥法、竖式多层反应堆肥法等。污泥经堆肥化处理后,物理性状改善,质地疏松,易分散,含水率小于40%,根据使用目的不同可以进一步经制粒、干燥后装袋贮存。
1.2 干燥
干燥就是将已经脱水的污泥饼(含水率在75%左右)进一步降低其含水率,以利于贮存和运输,避免因微生物的作用而发霉发臭,使污泥处于稳定状态。干燥工艺除了最简单的日晒外,常用的是热干燥技术,干燥热源以蒸汽或导热油作介质,间接给热。热干燥过程相当于对污泥作了1～2h的灭菌处理(干燥温度≥95℃),完全可以达到杀灭病原菌的卫生要求。干燥后的污泥含水率在10%左右,可以使污泥处于稳定化状态。干燥使污泥性能完全改善,干燥后的污泥量仅是最初污泥量的4.5%,干燥污泥量热值提高,相当于劣质煤,可提高污泥的有效利用价值。
1.3 厌氧消化
厌氧消化主要是通过兼性厌氧细菌和厌氧细菌的作用使有机物分解,最终生成以甲烷为主的沼气,沼气可作为燃料和动力资源,还可作为重要的化工原料。厌氧消化一般是在密闭的消化槽内,在30℃下贮存30天左右。目前的污泥厌氧消化处理中,大约只有一半的有机物转化为甲烷气体,如何提高污泥消化整体水平、提高产气率与能源回收率,并尽量减少污泥体积,成为该领域的研究重点。目前的研究主要有利用各种前处理(碱处理、超声波处理等)来改善污泥的厌氧消化性能、探索高效可靠的新型污泥厌氧消化处理工艺。此外,利用生物技术(如酶催化技术)来进一步提高污泥的产气量也引起了研究者的重视。
2 污泥无害化处理的方法
污泥无害化处理往往包括在稳定处理之中,无害化处理的目的是去除、分解或者“固定”污泥中的有毒、有害物质(重金属、有机有害物质)及消毒灭菌,使处理后的污泥在污泥最终处置中不会对环境造成危害。主要灭菌的方法有加热巴氏灭菌、加石灰、长期贮存(20℃,60天)、堆肥(55℃,大于30天)、加氯或者加其它药品等。
3 污泥减量化的方法
污泥减量化分为质量的减少和体积的减少,前者包括稳定和焚烧,后者主要是指通过浓缩、脱水、干化使污泥的含水率降低。
污泥焚烧的优点是可以迅速和最大限度地实现减量化,它既解决了污泥的出路又充分利用了污泥中能源,且不必考虑病原菌的灭活处理。污泥焚烧的热能可回收利用,有毒污染物被氧化,灰烬中的重金属活性大大降低,焚烧灰可以作为建筑材料。缺点是高成本和可能产生污染(废气、噪声、震动、热和辐射)。
4 污泥资源化利用及处置方式
4.1 污泥资源化利用
城市污泥既是污染物又是一种资源,污泥经过减容、稳定和无害化处理后,可以作为资源综合利用,如土地利用和热能利用,污泥资源利用方案的选择应根据环境卫生、资源回收、资源投入产出比和收益影响比四个方面进行。
4.2 污泥最终处置
污泥处置就是解决处理后污泥的最终出路,现在我国对污泥的处置已采用了填埋、农用和园林、花卉绿化等方式。
4.2.1 填埋
我国目前采取的污泥填埋一般是运至垃圾填埋场,与城市垃圾一起进行处置。这种填埋方式的问题是,污泥中的N、P和重金属在无防渗情况下污染地下水,同时污泥填埋需要投入运输和管理费用,并且填埋将占用大量土地,在目前我国城乡耕地越来越少的情况下,显然不符合社会持续发展的要求。
4.2.2 农用和园林、花卉绿化
污泥中含有丰富的各种微量元素,如Ca、Mg、Cu、Fe等,施用在土地上可以改善土壤的土质,促进农作物和苗木花卉的增长。另外,施用污泥可以减少化肥和农药的使用量,减少环境污染。