摘要：日本生活污水处理分为下水道(城镇污水处理厂)、农村污水处理设施以及净化槽3种模式，其对应的污泥处理处置方式也不尽相同。对2011年度(2011年4月~2012年3月)日本生活污水处理以及污泥处理处置的现状和特点进行深入分析，日本污泥的循环利用仍以焚烧灰的有效利用为主，其主流仍是建材化利用。
0前言
生活污水处理一般采用生物处理法，处理过程中因有机物的转化会生成大量的有机污泥。生物处理法中最常用的是活性污泥法，虽因处理条件不同效果有所差异，但污水中有机物的50%左右被转化为污泥。原因在于活性污泥法工艺稳定，通过微生物的代谢，以及代谢生成的活性污泥的絮凝沉淀作用，可以持续生成并排出大量的污泥。因此，要实现生活污水处理的彻底和可持续性，必须对生成污泥进行及时、合理的处理处置。另一方面，从营养盐循环的角度来看，污泥中含有高浓度的氮、磷，其循环利用也成为我们面临的重要课题。城市污水处理厂的污水处理量大，污水中有可能混入工业废水，导致处理污水中含有一定量的有害物质，从而对污泥的循环利用造成影响。但对于农村地区等小规模、分散型污水处理设施，污水中混入有害物质的风险较小，污泥处理可优先考虑资源化利用。
日本生活污水的处理主要分为下水道(相当于中国的城镇污水处理)、农村污水处理设施和净化槽3种模式。本文以2011年度(2011年4月~2012年3月)信息和统计数据为依据，立足于日本污水处理的整体状况，对3种模式下污泥处理处置的现状和特点分别进行深入分析。
1日本生活污水处理的现状
如上所述，日本的生活污水处理分为下水道、农村污水处理设施和净化槽3种模式，其行政主管部门分别对应国土交通省、农林水产省和环境省。其中，下水道的建设主要集中在城市地区，另外，在一些自然保护区内或水环境保护要求较高的农村或山区，也建设有小规模的下水道系统，现在运行中的污水处理厂约有2200座;农村污水处理设施面向不宜建设下水道系统、但有生活卫生条件和水环境改善需求的小规模区域，服务人口定为1000人以下,当前运行中的处理设施约有5100座;净化槽的服务对象主要是单户独栋住宅、服务人口为10人以下，在发展初期，由于居民对水冲厕所的需求变得迫切，而建设下水道又耗时太长，推动了净化槽的出现及在部分地区的应用。早期净化槽只处理居民家庭厕所排放的污水(粪尿)，因此被称为“单独处理净化槽”。2001年起，为强化水污染防治，日本开始禁止安装这种“单独处理净化槽”，同时规定安装家用净化槽时，必须采用可对所有家庭生活污水(包括厕所污水、厨房污水、洗浴污水等)进行合并处理的净化槽。目前，日本已设置的净化槽约为780万套，其中早期的单独处理净化槽约有450万套。
图1所示为截至2012年3月底(2011年度末)日本不同污水处理模式的污水处理现状。从图1可知，2011年度日本的生活污水处理率为87.6%，其中下水道、农村污水处理设施及合并处理净化槽3种模式的污水处理率分别占75.8%、2.8%和9.0%，对应的服务人口分别达到9335万、350万和1105万。单独处理净化槽因为只处理粪尿(厕所污水)，因此其处理率未包含在生活污水处理率之内。另外，同期水冲厕所的普及率为92.6%，由该普及率与生活污水处理率之差，可以得出单独处理净化槽的粪便处理量占到生活污水排放总量的5%，其服务人口约为620万。需要注意的是，现在日本还存在使用传统旱厕的情况，这种旱厕一般带有粪尿储存池，待粪尿存储到一定量后，用抽粪车清运到专业的粪便处理厂进行合理处置。由于单独处理净化槽和旱厕的存在，导致部分生活污水(除粪尿之外的厨房污水、洗浴污水等)未经处理而直接排放，成为一些地区水质污染的主要原因，从人口比例来看，这部分人群约占到总人口的12%。
图1 生活污水的处理现状(截至2012年3月底)
2日本生活污水污泥的处理处置现状
2.1下水道污泥(污水处理厂污泥)
表1所示为2011年度日本污水处理厂产生污泥的处理，以及包括循环利用在内的处置状况(以浓缩污泥含固量计)，表中的数值出自日本下水道统计数据，统计时满足了下述各项条件。
(1)浓缩污泥含固量由浓缩污泥产生量和浓缩污泥含固率算出。
(2)无浓缩阶段的情况下，污泥含固量由最初工序的污泥投入量和含固率算出。
(3)在好氧消化后设有浓缩池时，污泥含固量由好氧消化池的进泥量和含固率算出。
(4)投加粪便、净化槽污泥、村落污水处理设施污泥等时，其含固量不计。
(5)填埋处置量为陆地填埋量和海上填埋量的合计。
(6)将绿化农田回用、建材化、固体燃料化以外的有效利用称为“其他有效利用”。
需要说明的是，表中的脱水污泥和焚烧灰是指污泥被填埋或有效利用等最终处置前的形态，焚烧灰量是指在污水处理厂内或其他处理设施中被焚烧的污泥量(转化为焚烧灰的污泥量)。此外，从表1中可知，污泥的最终处置包括填埋以及绿化农田回用等。从脱水污泥数据来看，污水处理厂产生的污泥总量中，约有18万t(以干重计)转化为脱水污泥，而脱水污泥中有超过4万t被填埋处置，约3万t被用于绿化农田回用。
2011年度日本全国的污水处理厂污泥产生量为222万t(以干固体计)，图2所示为该年度污水处理厂污泥的不同处理方式(污泥形态)所占比例。图3所示为2011年度污水处理厂污泥的处置方式及所占比例。
图2 2011年度污水处理厂污泥的处理方式现状
从图2可知，2011年度日本污水处理厂污泥的处理方式中，大部分采用了焚烧。
从图3可知，厂内储存量占比增加明显，占到污泥处置总量的13.9%。原因是受到2011年3月东日本大地震的影响。该地震造成福岛第一核电站核泄露事故，事故中产生的放射性污染物进入污水处理厂，产生的污泥焚烧后放射性污染物被浓缩到焚烧灰中。原则上这些含有放射性污染物的焚烧灰应保管在专门的中间储藏设施中，但由于相关设施建设进度等原因，生成的焚烧灰不得不在污水处理厂内进行临时存储、保管。
图3 2011年度污水处理厂污泥的最终处置现状
从图2可知日本的污水处理厂污泥大部分采用了焚烧处理，由此产生大量的焚烧灰。图4所示为焚烧灰的处置及有效利用状况。
图4 2011年度污水处理厂焚烧灰的最终处置状况
相关数据表明，2010年度日本污水处理厂污泥的有效利用率为78%，而2011年度的有效利用率则降到54.9%，主要是受到2011年3月东日本大地震核电站泄漏事故的影响。特别是用于生产水泥的污泥量显著减少，从2010年度的88.5万t骤减到2011年度的50.5万t，这也导致了受污染污泥的厂内存储量显著增加。
2.2农村污水处理设施污泥
根据日本农林水产省的统计数据，2011年度农村污水处理设施产生的污泥量(以体积计)为130万m3。在与污水处理厂污泥进行比较时需要注意的是，日本的公开数据中，污水处理厂污泥是以干重计，而农村污水处理设施污泥则以体积计。图5所示为2011年度农村污水处理设施污泥的最终处置状况及不同农田回用污泥所占比例。
图5 2011年度农村污水处理设施污泥的最终处置状况及不同农田回用污泥的比例
2.3净化槽污泥
2011年度日本净化槽产生的污泥总量为1474万m3，其中有92%经粪便处理厂处理，生成残渣112万t。由于粪便处理大多采用生物处理法，可将该残渣量当做生物处理过程中产生的污泥(即粪便处理污泥)量。在日本已公开的统计资料中，看不出此类污泥的产生量是以干固体计，还是以浓缩污泥含固量或脱水污泥含固量计。
日本的粪便处理厂建设于水冲厕所普及前的时期，目的在于对旱厕收集的粪便进行集中处理。随着城镇污水处理厂、农村污水处理设施的建设以及净化槽的逐渐普及，旱厕粪便收集量骤减，而净化槽产生的污泥量却不断增加，于是粪便处理厂开始收纳净化槽污泥。2011年度日本全国旱厕的粪便收集量为789万m3，其中736万m3通过粪便处理厂进行处理。同时在粪便处理厂处理的净化槽污泥为1365万m3，约为旱厕收集粪便处理量的2倍。现在日本粪便处理的主流工艺是活性污泥法。图6所示为粪便处理污泥的不同处理方式所占比例。
图6 2011年度粪便处理污泥的不同处理方式所占比例
3结语
日本生活污水处理分为下水道(城镇污水处理厂)、农村污水处理设施以及净化槽3大系统。根据公开数据可知，截至2012年3月末，日本的生活污水处理率为87.6%。另外，从污水处理总量占比来看，城镇污水处理厂占到86.5%、农村污水处理设施占3.2%、净化槽占10.2%。本文对上述3大系统所产生的污泥处理处置状况进行了归纳。但由于规模较大的城镇污水处理厂的公开数据非常详实，而规模较小的农村污水处理设施和净化槽相关的数据公开并不充分，因此未能对3者在同质数据情况下进行比较分析。然而，因为城镇污水处理厂的污水处理量在污水处理总量中占比较大，所以可根据其公开的详细数据，对日本污泥的处理处置状况进行详细解析。
以下对日本生活污水污泥处理处置的特征进行简单分析。从2012年3月末数据来看，城镇污水处理厂和净化槽的污水处理量之和占到日本污水处理总量的96.7%，其中污水处理厂占86.5%、净化槽占10.2%。产生的污泥中约有65%被焚烧处理。还有一个特征就是污泥的绿化和农田回用占比并不高，只有15%左右。与之相反，农村污水处理设施产生的污泥，有52%用于绿化和农田回用，但因农村污水处理设施的污水处理量在生活污水处理总量中占比较小，其污泥处置量对污泥处置的整体趋势影响很小。因此日本污泥的循环利用仍以焚烧灰的有效利用为主，其主流仍是建材化利用，例如将焚烧灰制成水泥原料和轻质骨料。
然而，受2011年3月东日本大地震福岛核电站核泄漏事故的影响，日本国内污泥的循环利用量占比大幅减少。与大地震前的2009年度数据比较，当时的污泥循环利用量占到污泥总量的77%，而到了2011年度，该比例骤减到55%。此外，由于下水道系统的污水收集面广，沉降到地面的放射性污染物汇集到污水处理厂，污染物经焚烧处理后被浓缩到焚烧灰中，导致出现单位重量焚烧灰中放射性物质含量超标的现象。同时，这种现象也出现在部分堆肥和污泥肥料干化的工艺阶段中，成为日本国内今后面临的重大课题。
