城市污泥處理處置技術(shù)

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)和城市化的發(fā)展，城市污水的產(chǎn)生及數(shù)量在不斷增長。根據(jù)有關(guān)預(yù)測[1]，我國城市污水量在未來20年還會有較大增長，2010年污水排放量將達(dá)到4.4×1010m3•d-1。目前，我國年產(chǎn)干污泥近3×106t[2]，隨著國內(nèi)污水處理事業(yè)的發(fā)展，污水處理廠的總處理水量和處理程度的不斷擴(kuò)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沉重的負(fù)擔(dān)。

污泥中還含有大量的N、P、K、Ca及有機(jī)質(zhì)，且N、P以有機(jī)態(tài)為主，可以緩慢釋放，具有長效性。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(jì)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(xiàn)實(shí)意義[3]。

1、污泥的成分、特性和分類

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

污泥的分類方法有很多。按污泥的性質(zhì)，可將其分為有機(jī)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(jù)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(dāng)前國內(nèi)外各污水處理廠的污泥處理方法主要有調(diào)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(yīng)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(yīng)器中，在高溫高壓條件下通入空氣或氧氣作氧化劑，按浸沒燃燒原理使污泥中有機(jī)物氧化分解，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物的過程。該法主要適用于處理各種難降解的有機(jī)污泥[6]，缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)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，得到一種無氣味、類似腐殖質(zhì)且含有高營養(yǎng)的蚯蚓肥料。余德等利用蚯蚓凈化處理長沙污水廠的消化污泥，效果良好。經(jīng)過蚯蚓凈化處理，污泥中的Cu、Zn、Ni含量均有明顯降低；污泥經(jīng)處理后轉(zhuǎn)變?yōu)闊o臭、疏松、高效的有機(jī)顆粒肥料，但處理污泥后的蚯蚓體內(nèi)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(yīng)器

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

2.4 污泥酸化

污泥酸化是基于剩余污泥有機(jī)物含量高的特點(diǎn)而開發(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(tǒng)中一同代謝，從而達(dá)到減少或基本無污泥排放的目的[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(jié)減基建投資和運(yùn)行費(fèi)用。據(jù)報(bào)道，丹麥采用人工濕地蘆葦床系統(tǒng)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(wěn)定研究，結(jié)果表明兩種濕地對污泥均具有較好的穩(wěn)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)為微生物的生長提供穩(wěn)定的依附表面，為耐水耐污植物提供載體和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過一些物理和化學(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養(yǎng)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(qū)和維持水力傳輸?shù)淖饔�；微生物的代謝作用是污泥中有機(jī)污染物降解的主要機(jī)制[12,13]。同時(shí)它們相互聯(lián)系，互為因果，形成一個(gè)系統(tǒng)，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題。當(dāng)前國內(nèi)外污泥的處置方法主要有3種：衛(wèi)生填埋；污泥焚燒；污泥投海。

3.1 衛(wèi)生填埋

衛(wèi)生填埋操作簡單，投資費(fèi)用較小，處理費(fèi)用較低，適應(yīng)性強(qiáng)，但是其侵占土地嚴(yán)重，如果防滲技術(shù)不夠，將導(dǎo)致潛在的土壤污染和地下水污染[14]。在我國，衛(wèi)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(wèi)生填埋的處理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求越來越高，許多國家和地區(qū)甚至堅(jiān)決反對新建填埋場。1992年歐盟大約40%的污泥采用填埋處置[14,15]，近年來污泥填埋處置所占比例越來越小，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(jī)成分，經(jīng)脫水干燥的污泥可用焚燒加以處理，從而使有機(jī)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(shè)施投資大，處理費(fèi)用高，同時(shí)有機(jī)物焚燒會產(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(yīng)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)一步處理等問題而一直未得到廣泛應(yīng)用。

3.3 污泥投海

這是一種操作簡單而經(jīng)濟(jì)的處理方法，但是，隨著生態(tài)環(huán)境意識的加強(qiáng)，人們越來越多地關(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(yán)格的規(guī)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(jì)的發(fā)展、資源的開發(fā)利用、城市生態(tài)環(huán)境的保護(hù)等方面來看，城市污泥處置的理想出路應(yīng)該是資源化利用，加強(qiáng)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(jié)約處置費(fèi)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(jì)效益和社會效益，是城市可持續(xù)發(fā)展的必然要求和發(fā)展趨勢[17]。

4.1 污泥農(nóng)用資源化

據(jù)1996年資料報(bào)道，世界上12個(gè)發(fā)達(dá)國家對污泥的處置：45.3%為土地利用（包括農(nóng)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、日本等國家將越來越重視污泥土地處理，包括農(nóng)用、林用等。

污泥農(nóng)用投資少、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低，其中有機(jī)部分可轉(zhuǎn)化成土壤改良劑成分，因此被認(rèn)為是最有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N處置方式[18]。污泥應(yīng)用于農(nóng)田、菜地、果園、林地、草地、市政綠化、育苗基質(zhì)及嚴(yán)重?cái)_動的土地修復(fù)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(nóng)家肥相當(dāng)，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(tuán)粒的形成和提高團(tuán)粒的水穩(wěn)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)，如能顯著地提高土壤磷、鉀（全量和有效態(tài)）和有機(jī)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(dāng)顯著，與施化肥或其它商品有機(jī)肥相比，效果相當(dāng)甚至更好。樹高、灌木的花期、開花量(數(shù)量及大小)等都明顯增大[22,23]。

我國是一個(gè)農(nóng)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(jié)省大量的污泥終端處置費(fèi)用，更可以為肥力低下的農(nóng)田增添有機(jī)質(zhì)、提高肥力促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)農(nóng)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。但由于城市污水廠污泥中含有某些有毒有害物質(zhì)和病原體、寄生蟲卵等，因此污泥土地利用時(shí)應(yīng)注意以下三個(gè)主要問題：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，通過食物鏈進(jìn)入人體[24]；②污泥中的病毒病原體、寄生蟲卵能否對環(huán)境和公共衛(wèi)生造成影響；③氮、磷等物質(zhì)濃度過高是否會造成地下水污染。

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。不過在作為建筑材料之前，有關(guān)強(qiáng)度的提高、凝結(jié)特性和長期穩(wěn)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(jié)，這種方法20世紀(jì)80年代已趨成熟，并投入應(yīng)用。利用焚燒灰制輕質(zhì)陶粒需要單獨(dú)建設(shè)焚燒爐，污泥中的有機(jī)成分沒有得到有效利用。近年來開發(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

微晶玻璃類似人造大理石，可以作為建筑內(nèi)外裝飾材料應(yīng)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(diào)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。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(xiàn)，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(dá)到最佳效果。這種方法不僅處理了污泥，還在燒制過程將有毒重金屬都封存在污泥中，也殺死了所有有害細(xì)菌和有機(jī)物，而且這種磚完全沒有異味[26]。

4.3 污泥制動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(jī)物轉(zhuǎn)化為碳?xì)浠�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(yàn)，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[4]。

4.5 污泥作粘結(jié)劑

活性污泥作粘結(jié)劑將無煙粉煤加工成型煤，而污泥在高溫氣化爐內(nèi)被處理，防止了污染；污泥作為型煤粘結(jié)劑，替代白泥可改善在高溫下型煤的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，提高了型煤的氣化反應(yīng)性，降低灰渣中的殘?zhí)浚�提高碳轉(zhuǎn)化率，污泥既可作為一種粘結(jié)劑，同時(shí)也是一種疏松劑[25]。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

5、展望

城市污泥如果處理不當(dāng)進(jìn)入環(huán)境，會對周圍環(huán)境造成一定的危害。污泥經(jīng)過減容、穩(wěn)定和無害化處理后，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(yīng)根據(jù)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(jì)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。從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)來看，搞好污泥的處理處置及其無害化，作為再生資源有效綜合利用是世界各國共同重視的問題。我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較為薄弱，污泥的資源化利用尤其是農(nóng)業(yè)利用不但可以節(jié)省大量的污泥終端處置費(fèi)用，更可以為肥力低下的農(nóng)田增添有機(jī)質(zhì)、提高肥力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)農(nóng)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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