城市污泥處理處置技術(shù)

隨著(zhù)我國社會(huì )經(jīng)濟和城市化的發(fā)展，城市污水的產(chǎn)生及數量在不斷增長(cháng)。根據有關(guān)預測[1]，我國城市污水量在未來(lái)20年還會(huì )有較大增長(cháng)，2010年污水排放量將達到4.4×1010m3•d-1。目前，我國年產(chǎn)干污泥近3×106t[2]，隨著(zhù)國內污水處理事業(yè)的發(fā)展，污水處理廠(chǎng)的總處理水量和處理程度的不斷擴大和提高，所產(chǎn)生的污泥量也將日益增加。大量的污泥未能得到及時(shí)、合理的處理而成為污水處理廠(chǎng)沉重的負擔。

污泥中還含有大量的N、P、K、Ca及有機質(zhì)，且N、P以有機態(tài)為主，可以緩慢釋放，具有長(cháng)效性。污泥是有用的生物資源，如能合理利用則不僅能變廢為寶，還能增加經(jīng)濟效益，所以，探討適合我國國情的有效處理處置和利用污泥的技術(shù)具有重要的現實(shí)意義[3]。

1、污泥的成分、特性和分類(lèi)

污泥是污水處理的產(chǎn)物，成分很復雜，它包括混入生活污水或工業(yè)廢水中的泥砂、纖維、動(dòng)植物殘體等固體顆粒及其凝結的絮狀物、由多種微生物形成的菌膠團及其吸附的有機物、重金屬元素和鹽類(lèi)、少量的病原微生物、寄生蟲(chóng)卵等綜合固體物質(zhì)[4]。污泥的主要特性是含水率高（可高達99%以上），有機物含量高，容易腐化發(fā)臭，并且顆粒較細，比重較小，呈膠體液狀。

污泥的分類(lèi)方法有很多。按污泥的性質(zhì)，可將其分為有機污泥和沉渣；按污水的處理方法可分為：①初沉污泥②活性污泥③腐殖污泥④化學(xué)污泥；依據污泥的不同產(chǎn)生階段可分為：①生污泥②消化污泥③濃縮污泥④脫水干化污泥⑤干燥污泥。

2、污泥的處理新技術(shù)

當前國內外各污水處理廠(chǎng)的污泥處理方法主要有調理、濃縮、脫水、干燥、消化、堆肥等[5]。這些方法在工程實(shí)踐中不斷的暴露出一些缺點(diǎn)和不足，于是又有一些新的污泥處理方法被應用到實(shí)踐中。

2.1 污泥濕式氧化法

濕式空氣氧化技術(shù)(WO法)是將污泥置于密閉反應器中，在高溫高壓條件下通入空氣或氧氣作氧化劑，按浸沒(méi)燃燒原理使污泥中有機物氧化分解，將有機物轉化為無(wú)機物的過(guò)程。該法主要適用于處理各種難降解的有機污泥[6]，缺點(diǎn)是設備復雜，運行和維護費用高。

2.2 蚯蚓處理污泥

波蘭的BnrskO和Zambrow利用蚯蚓有效地處理廢水篩余物和污泥，得到一種無(wú)氣味、類(lèi)似腐殖質(zhì)且含有高營(yíng)養的蚯蚓肥料。余德等利用蚯蚓凈化處理長(cháng)沙污水廠(chǎng)的消化污泥，效果良好。經(jīng)過(guò)蚯蚓凈化處理，污泥中的Cu、Zn、Ni含量均有明顯降低；污泥經(jīng)處理后轉變?yōu)闊o(wú)臭、疏松、高效的有機顆粒肥料，但處理污泥后的蚯蚓體內有重金屬富集，因此不宜作為飼料以免進(jìn)入人體食物鏈[7]。

2.3 膜生物反應器

膜生物反應器是指將膜分離技術(shù)中的膜系統與污水生物處理工程中的生物反應器相互結合而成的新工藝。膜生物反應器中污泥的停留時(shí)間很長(cháng)，甚至可避免排泥，但是膜的堵塞和膜材料價(jià)格問(wèn)題限制了該方法的推廣應用。

2.4 污泥酸化

污泥酸化是基于剩余污泥有機物含量高的特點(diǎn)而開(kāi)發(fā)的處理方法[3]。其基本原理是將剩余污泥水解酸化后返回到廢水處理系統中一同代謝，從而達到減少或基本無(wú)污泥排放的目的[8]，該方法正處于探索階段。

2.5 污泥人工濕地處理技術(shù)

污泥人工濕地處理技術(shù)是一種新型污泥處理技術(shù)，它是集污泥濃縮、脫水、降解于一體，可以大量節減基建投資和運行費用。據報道，丹麥采用人工濕地蘆葦床系統進(jìn)行污泥脫水與礦化處理，污泥由于脫水及礦化在床中減少率年平均為90%及96%。StevenT.等曾分別采用垂直流濕地和水平流濕地對水產(chǎn)業(yè)污泥進(jìn)行穩定研究，結果表明兩種濕地對污泥均具有較好的穩定作用[9]。

該處理技術(shù)對污泥處理起主要作用的成分是人工基質(zhì)、微生物和植物[10,11]。人工基質(zhì)為微生物的生長(cháng)提供穩定的依附表面，為耐水耐污植物提供載體和營(yíng)養物質(zhì)，并通過(guò)一些物理和化學(xué)途徑降解污泥；耐水耐污植物除直接吸收利用污泥中的營(yíng)養物質(zhì)及吸附、富集一些有毒有害物質(zhì)外，還有輸送氧氣到根區和維持水力傳輸的作用；微生物的代謝作用是污泥中有機污染物降解的主要機制[12,13]。同時(shí)它們相互聯(lián)系，互為因果，形成一個(gè)系統，示意圖如圖1所示。

3、污泥的處置

不論用何種方式處理污泥，處理后的污泥處置都是必須要面對的問(wèn)題。當前國內外污泥的處置方法主要有3種：衛生填埋；污泥焚燒；污泥投海。

3.1 衛生填埋

衛生填埋操作簡(jiǎn)單，投資費用較小，處理費用較低，適應性強，但是其侵占土地嚴重，如果防滲技術(shù)不夠，將導致潛在的土壤污染和地下水污染[14]。在我國，衛生填埋也是主要的處置方法。由于滲濾液對地下水的潛在污染和城市用地的減少等原因，衛生填埋的處理技術(shù)標準要求越來(lái)越高，許多國家和地區甚至堅決反對新建填埋場(chǎng)。1992年歐盟大約40%的污泥采用填埋處置[14,15]，近年來(lái)污泥填埋處置所占比例越來(lái)越小，例如英國污泥填埋比例由1980年的27%下降到1995年的10%。

3.2 污泥焚燒

污泥中含有一定量的有機成分，經(jīng)脫水干燥的污泥可用焚燒加以處理，從而使有機物全部碳化，殺死病原體，最大限度地減少污泥體積。但是其缺點(diǎn)在于處理設施投資大，處理費用高，同時(shí)有機物焚燒會(huì )產(chǎn)生有毒物質(zhì)[16]。在國外，特別是西歐和日本已得到了廣泛的應用，在日本，污泥焚燒處理已經(jīng)占污泥處理總量的60%以上，歐盟也在10%以上。在我國由于其一次性投資和處理成本大、焚燒煙氣需進(jìn)一步處理等問(wèn)題而一直未得到廣泛應用。

3.3 污泥投海

這是一種操作簡(jiǎn)單而經(jīng)濟的處理方法，但是，隨著(zhù)生態(tài)環(huán)境意識的加強，人們越來(lái)越多地關(guān)注污泥投海對海洋生態(tài)環(huán)境可能存在的影響。美國于1988年已禁止污泥海洋傾倒，并于1991年全面加以禁止；日本對污泥的海洋投棄做了嚴格的規定；中國政府于1994年2月20日起不在海上處置工業(yè)廢物和污水污泥[1]。

4、污泥的資源化利用

從經(jīng)濟的發(fā)展、資源的開(kāi)發(fā)利用、城市生態(tài)環(huán)境的保護等方面來(lái)看，城市污泥處置的理想出路應該是資源化利用，加強城市污泥資源化利用的研究與實(shí)踐，解決污泥處置中的難題，避免城市生態(tài)環(huán)境污染，節約處置費用，變廢為寶，使之具有良好的生態(tài)效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，是城市可持續發(fā)展的必然要求和發(fā)展趨勢[17]。

4.1 污泥農用資源化

據1996年資料報道，世界上12個(gè)發(fā)達國家對污泥的處置：45.3%為土地利用（包括農業(yè)、林業(yè)、牧草、花卉等），38%為填埋，10.5%為焚燒，6.0%為排海[14]。從發(fā)展趨勢看，歐美、日本等國家將越來(lái)越重視污泥土地處理，包括農用、林用等。

污泥農用投資少、能耗低、運行費用低，其中有機部分可轉化成土壤改良劑成分，因此被認為是最有發(fā)展潛力的一種處置方式[18]。污泥應用于農田、菜地、果園、林地、草地、市政綠化、育苗基質(zhì)及嚴重擾動(dòng)的土地修復與重建等,研究表明[19,20]，施用污泥或污泥堆肥栽種水稻、玉米、小麥、棉花、蔬菜等作物，植株的生長(cháng)狀況、產(chǎn)量和品質(zhì)明顯比不施肥好，與施用化肥或優(yōu)質(zhì)農家肥相當，甚至更好。施用污泥或污泥堆肥能明顯改善土壤的物理性質(zhì)，如有利于團粒的形成和提高團粒的水穩定性和保水能力等。施用污泥或污泥堆肥，還能明顯改善土壤的化學(xué)性質(zhì)，如能顯著(zhù)地提高土壤磷、鉀（全量和有效態(tài)）和有機質(zhì)的含量等[21]。在城市園林綠化中，施用污泥或污泥堆肥，綠化效果相當顯著(zhù)，與施化肥或其它商品有機肥相比，效果相當甚至更好。樹(shù)高、灌木的花期、開(kāi)花量(數量及大小)等都明顯增大[22,23]。

我國是一個(gè)農業(yè)大國，若污泥采用先進(jìn)技術(shù)處理后作為肥料或土壤改良劑，不但可以節省大量的污泥終端處置費用，更可以為肥力低下的農田增添有機質(zhì)、提高肥力促進(jìn)農業(yè)生產(chǎn)發(fā)展、實(shí)現農業(yè)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。因此，污泥的土地利用是一種符合我國國情的處置方法。但由于城市污水廠(chǎng)污泥中含有某些有毒有害物質(zhì)和病原體、寄生蟲(chóng)卵等，因此污泥土地利用時(shí)應注意以下三個(gè)主要問(wèn)題：①污泥中重金屬（Pb、Zn、Cr、Hg、Ni等）能否造成土壤及作物的二次污染，通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體[24]；②污泥中的病毒病原體、寄生蟲(chóng)卵能否對環(huán)境和公共衛生造成影響；③氮、磷等物質(zhì)濃度過(guò)高是否會(huì )造成地下水污染。

4.2 污泥的建材利用

4.2.1污泥制取水泥質(zhì)材料

污泥含有大量的灰分，尤其是混凝法處理廢水的污泥中含有大量的Al、Fe等成分，是建筑材料可用的添加劑。不過(guò)在作為建筑材料之前，有關(guān)強度的提高、凝結特性和長(cháng)期穩定性還需進(jìn)一步研究。另外，成本高，而且人們對產(chǎn)品的安全產(chǎn)生憂(yōu)慮，僅在日本等國有少量投產(chǎn)[1]。

4.2.2污泥制陶粒

輕質(zhì)陶粒一般可做路基、混凝土骨料或花卉覆蓋材料使用。污泥制輕質(zhì)陶粒的方法按原料不同可以分為兩種，一是用生活污泥或厭氧發(fā)酵污泥的焚燒灰造粒后燒結，這種方法20世紀80年代已趨成熟，并投入應用。利用焚燒灰制輕質(zhì)陶粒需要單獨建設焚燒爐，污泥中的有機成分沒(méi)有得到有效利用。近年來(lái)開(kāi)發(fā)了直接從脫水污泥制陶粒的新技術(shù)[4]。

4.2.3污泥制微晶玻璃

微晶玻璃類(lèi)似人造大理石，可以作為建筑內外裝飾材料應用。生產(chǎn)微晶玻璃的原料目前常用污泥焚燒灰，沉砂池的沉砂和廢混凝土[25]。原料調整后，熔融溫度控制在1400～1500℃。熔融物放置一定時(shí)間，然后注入模具中成型，隨溫度的降低生成晶核（FeS），再加熱處理，促使晶體成長(cháng)。熱處理后自然冷卻，得到各種形狀的微晶玻璃[8]。

4.2.4污泥制磚

臺灣的一個(gè)研究小組發(fā)現，下水道污泥可壓制成普通的建筑用“生態(tài)磚”。這種污泥生態(tài)磚是在黏土磚中混入10%污泥，并在900℃條件下燒制，可達到最佳效果。這種方法不僅處理了污泥，還在燒制過(guò)程將有毒重金屬都封存在污泥中，也殺死了所有有害細菌和有機物，而且這種磚完全沒(méi)有異味[26]。

4.3 污泥制動(dòng)物飼料污泥中含有大量有價(jià)值的物質(zhì)，粗蛋白占28.7%～40.9%、灰分占26.4～46.0%、纖維素占26.6%～44.0%、脂肪酸占0～3.7%[22]。污泥蛋白中含有幾乎所有家畜飼料所需的氨基酸，且各種氨基酸之間相對平衡，因此可以作為飼料蛋白加以利用[4]。

4.4 污泥制油

把含水率為65%的干污泥在隔絕空氣下，加熱升溫450℃左右，在催化劑作用下把污泥中的有機物轉化為碳氫化合物，其性質(zhì)與柴油相似。目前加拿大正在進(jìn)行中試實(shí)驗，澳大利亞Perth也正在建造利用熱化學(xué)方法將污泥制油的工廠(chǎng)[4]。

4.5 污泥作粘結劑

活性污泥作粘結劑將無(wú)煙粉煤加工成型煤，而污泥在高溫氣化爐內被處理，防止了污染；污泥作為型煤粘結劑，替代白泥可改善在高溫下型煤的內部孔結構，提高了型煤的氣化反應性，降低灰渣中的殘炭，提高碳轉化率，污泥既可作為一種粘結劑，同時(shí)也是一種疏松劑[25]。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

5、展望

城市污泥如果處理不當進(jìn)入環(huán)境，會(huì )對周?chē)�環(huán)境造成一定的危害。污泥經(jīng)過(guò)減容、穩定和無(wú)害化處理后，可以作為資源加以綜合利用。盡管城市污泥的處理方法多種多樣，我們應根據污泥量，污泥性質(zhì)，重金屬含量等具體情況作具體分析；同時(shí)，要考慮環(huán)境生態(tài)，經(jīng)濟效益，處理成本，技術(shù)發(fā)展趨勢等因素，還要積極探索污泥處理的新方法，新技術(shù)，新工藝。從長(cháng)遠觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，搞好污泥的處理處置及其無(wú)害化，作為再生資源有效綜合利用是世界各國共同重視的問(wèn)題。我國是一個(gè)農業(yè)大國，經(jīng)濟基礎較為薄弱，污泥的資源化利用尤其是農業(yè)利用不但可以節省大量的污泥終端處置費用，更可以為肥力低下的農田增添有機質(zhì)、提高肥力，促進(jìn)農業(yè)生產(chǎn)發(fā)展、實(shí)現農業(yè)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。因此，污泥的資源化利用將成為符合我國國情的污泥處置的發(fā)展方向。

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