城市污泥的处理处置及资源化
摘要：城市污泥如果处理不当进入环境，会对周围环境造成一定的危害。污泥经过减容、稳定和无害化处理后，可以作为资源加以综合利用。当前国内外各污水处理厂传统的污泥处理方法主要有调理、浓缩、脱水、干燥、消化、堆肥等，这些方法在工程实践中不断的暴露出一些缺点和不足，于是又有一些新的污泥处理方法被应用到实践中，包括污泥湿式氧化法、蚯蚓处理污泥、膜生物反应器、污泥酸化、污泥人工湿地处理技术、污泥焚烧。污泥的处置方法主要有2种：卫生填埋、污泥投海。在污泥的资源化利用上，各种技术也得到大力的发展，有污泥发电、制作建材、污泥作吸附剂、土地利用与堆肥、低温热解、提取重金属、污泥制动物饲料、污泥制油、污泥作粘结剂等多种技术。防止了污泥的二次污染，也为污水处理厂解决污泥处理问题带来了可观的经济效益和社会效益。 关键词：城市污泥；处理处置；资源化 Sludge disposal and reutilization Abstract：If mishandled sewage sludge into the environment, can cause certain harm to the environment.Sludge after reducing capacity, stable and harmle handling, can be used as a comprehensive utilization of resources.The current domestic and foreign various sewage treatment plant sludge treatment methods mainly include traditional nursing, concentration, dehydration, drying, digestion, composting, etc., these methods in engineering practice constantly exposed some shortcomings and the insufficiency, and some new methods of sludge treatment is applied to the practice, including wet oxidation proce, the earthworm treatment sludge, sludge membrane bioreactor, sludge acidification, sludge artificial wetland treatment, sludge incineration technology.Sludge disposal method mainly has two kinds: sanitary landfill, sludge to the sea.On the resource utilization of sludge, the development of various technologies have been vigorously, power generation and production of building materials with sludge, sludge adsorbent, land use, extraction of heavy metals, sludge and compost, under low temperature pyrolysis animal feed, as binder in fabrication of sludge oil, sludge and other technology.To prevent the secondary pollution of the sludge, and also for the sewage treatment plant sludge treatment solution has brought considerable economic benefits and social benefits.Keywords: Urban sludge；treatment & disposal；Resource recovery 引言
随着我国经济的高速发展，城市化建设步伐的不断加快，环境污染日益严重。人们对环境质量的要求日益提高，环保意识不断增强，环境保护与治理已成为国家可持续发展中不可或缺的一个重要工作。城市中大量的污水处理厂建立起来，而污水处理过程中产生的大量污泥,其含水率高,还含有大量的N、P、K、Ca及有机质，且 N、P以有机态为主，可以缓慢释放，具有长效性。有机物部分充满着各种各样的细菌、病毒和寄生物,容易腐烂发臭;污泥中还浓缩了锌、铜、铅和镉等重金属化合物,有毒的有机化合物等,如不妥善处理,会形成严重的二次污染。我国目前的环保基础建设全由政府投资,建成后运行费用还要政府补贴,每年的投入预算都不小,因此必须对此予以足够的重视。进行资源化利用,使污泥中的有用成分变废为宝,这是符合可持续发展的战略方针,有利于建立循环型经济,近年来获得广泛的关注。本文旨在通过对当前污泥处理与处置技术及其发展趋势的分析，探讨我国城市污水处理厂污泥如何进一步综合利用并使其达到资源化，从而使我国城市污水处理厂污泥的达到最佳的无害化处理、资源化利用与产业化发展。 2 城市污泥的成分、特性和分类 2.1
城市污泥的成分、特性
城市污泥是城市污水处理的产物，成分很复杂，它包括混入生活污水或工业废水中的泥砂、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物、由多种微生物形成的菌胶团及其吸附的有机物、重金属元素和盐类、少量的病原微生物、寄生虫卵等综合固体物质[1]。污泥的主要特性是含水率高（可高达99%以上），有机物含量高，容易腐化发臭，并且颗粒较细，比重较小，呈胶体液状。 2.2
城市污泥的分类
污泥的分类方法有很多。按污泥的性质，可将其分为有机污泥和沉渣；按污水的处理方法可分为：①初沉污泥②活性污泥③腐殖污泥④化学污泥；依据污泥的不同产生阶段可分为：①生污泥②消化污泥③浓缩污泥④脱水干化污泥⑤干燥污泥。 3 城市污泥的处理与处置 3.1
城市污泥的处理
当前国内外各污水处理厂的污泥处理方法主要有调理、浓缩、脱水、干燥、消化、堆肥等。这些方法在工程实践中不断的暴露出一些缺点和不足，于是又有一些新的污泥处理方法被应用到实践中。
3.1.1 污泥湿式氧化法
湿式空气氧化技术(WO法)是将污泥置于密闭反应器中，在高温高压条件下通入空气或氧气作氧化剂，按浸没燃烧原理使污泥中有机物氧化分解，将有机物转化为无机物的过程。该法主要适用于处理各种难降解的有机污泥，缺点是设备复杂，运行和维护费用高。 3.1.2 蚯蚓处理污泥
蚯蚓能够有效地处理废水筛余物和污泥，得到一种无气味、类似腐殖质且含有高营养的蚯蚓肥料。经过蚯蚓净化处理，污泥中的 Cu、Zn、Ni 含量均有明显降低；污泥经处理后转变为无臭、疏松、高效的有机颗粒肥料，但处理污泥后的蚯蚓体内有重金属富集，因此不宜作为饲料以免进入人体食物链。 3.1.3 膜生物反应器
膜生物反应器是指将膜分离技术中的膜系统与污水生物处理工程中的生物反应器相互结合而成的新工艺。膜生物反应器中污泥的停留时间很长，甚至可避免排泥，但是膜的堵塞和膜材料价格问题限制了该方法的推广应用。 3.1.4 污泥酸化
污泥酸化是基于剩余污泥有机物含量高的特点而开发的处理方法[2]。其基本原理是将剩余污泥水解酸化后返回到废水处理系统中一同代谢，从而达到减少或基本无污泥排放的目的。 3.1.5 污泥人工湿地处理技术
污泥人工湿地处理技术是一种新型污泥处理技术，它是集污泥浓缩、脱水、降解于一体，可以大量节减基建投资和运行费用。据报道，丹麦采用人工湿地芦苇床系统进行污泥脱水与矿化处理，污泥由于脱水及矿化在床中减少率年平均为90%及96%。该处理技术对污泥处理起主要作用的成分是人工基质、微生物和植物。人工基质为微生物的生长提供稳定的依附表面，为耐水耐污植物提供载体和营养物质，并通过一些物理和化学途径降解污泥；耐水耐污植物除直接吸收利用污泥中的营养物质及吸附、富集一些有毒有害物质外，还有输送氧气到根区和维持水力传输的作用；微生物的代谢作用是污泥中有机污染物降解的主要机制。同时它们相互联系，互为因果，形成一个系统， 3.1.6 污泥焚烧
污泥中含有一定量的有机成分，经脱水干燥的污泥可用焚烧加以处理，从而使有机物全部碳化，杀死病原体，最大限度地减少污泥体积。但是其缺点在于处理设施投资大，处理费用高，同时有机物焚烧会产生有毒物质。在国外，特别是西欧和日本已得到了广泛的应用，在日本，污泥焚烧处理已经占污泥处理总量的60%以上，欧盟也在 10%以上。在我国由于其一次性投资和处理成本大、焚烧烟气需进一步处理等问题而一直未得到广泛应用。 3.2
污泥的处置
不论用何种方式处理污泥，处理后的污泥处置都是必须要面对的问题。当前国内外污泥的处置方法主要有2种：卫生填埋、污泥投海； 3.2.1 卫生填埋
卫生填埋操作简单，投资费用较小，处理费用较低，适应性强，但是其侵占土地严重，如果防渗技术不够，将导致潜在的土壤污染和地下水污染。在我国，卫生填埋也是主要的处置方法。由于渗滤液对地下水的潜在污染和城市用地的减少等原因，卫生填埋的处理技术标准要求越来越高，许多国家和地区甚至坚决反对新建填埋场。1992年欧盟大约40%的污泥采用填埋处置，近年来污泥填埋处置所占比例越来越小，例如英国污泥填埋比例由1980年的 27%下降到1995年的10%。 3.2.2 污泥投海
这是一种操作简单而经济的处理方法，但是，随着生态环境意识的加强，人们越来越多地关注污泥投海对海洋生态环境可能存在的影响。美国于1988 年已禁止污泥海洋倾倒，并于1991年全面加以禁止；日本对污泥的海洋投弃做了严格的规定；中国政府于1994年2 月20日起不在海上处置工业废物和污水污泥[3]。 4 城市污水处理厂污泥的综合利用 4.1
发电
目前城市污水处理厂污泥发电的方法主要有两种：一种是污泥燃烧发电，另一种是污泥厌氧发酵产沼气发电。而污泥燃烧发电又有两种：一种是利用污泥中含有的大量有机物，使污泥与煤、生活垃圾、农产品秸秆等混合燃烧来进行热力发电，还有一种是将污泥（已经机械脱水过）首先进行热干燥，然后再在沸腾炉中燃烧产生高压蒸汽，推动蒸汽机发电[2]。 4.1.1 污泥燃烧发电
污泥通常是由有机残体、菌体、无机颗粒、胶体等组成，其中活性污泥有机物含量高达 60%~70%[4]，将污泥干化处理后可与煤、生活垃圾、农产品秸秆等混合焚烧具有相当高的热值。绍兴市垃圾和污泥处理综合利用（焚烧发电）工程可日处理绍兴市污水处理厂产生的 1000~1500t 污泥和市区、绍兴县的1200t生活垃圾，年上网电量 2.66×108kW•h，每小时供蒸汽150t以上，实现了污泥与生活垃圾的联合利用。苏州市区娄江污水处理厂产生的污泥，被运往吴中区江远热电厂焚烧发电，6t污泥经能量置换后相当于1t原煤，实现了污泥的无害化和资源化。另外，美国Hyder环保公司提出了一种将污泥（已经机械脱水过）首先进行热干燥，然后再在沸腾炉中燃烧产生高压蒸汽，推动蒸汽机发电的综合系统。和焚烧系统相比，全年处理9.5×104t干污泥，可节省资金 60%。在脱水污泥中加入引燃剂、催化剂、疏松剂和固硫剂等添加剂制成合成燃料的污泥处置方法，目前也引起了人们的重视，该合成燃料可用于工业和生活锅炉，燃烧稳定，热工测试和环保测试良好，是污泥有效利用的一种理想途径[4]。
4.1.1 污泥厌氧发酵产沼气发电
主要是通过污泥厌氧发酵，产生沼气，然后沼气在燃气内燃机的气缸内燃烧做功，把化学能转换成机械能，最终产生电能和热能。这种方法无需对污泥进行脱水处理，经厌氧罐发酵后，能消化75%~80%的污泥，剩余20%~25%的沼渣经脱水无害化处理后，还可制成有机肥；产生的沼气回收到沼气罐内，随时可用于发电，供污水处理厂循环自用；发电产生的余热一部分用来加温发酵池，剩下部分用于区域供热，实现热电联产。麦岛污水处理厂就是利用污泥厌氧发酵，产生沼气，产生的沼气回收到沼气罐内，随时用于发电。污泥发电不仅可以得到电能，经厌氧罐发酵后，也能将污泥的臭味去除，同时减少污泥的体积，节约土地。经调查，到2008年6月，青岛市麦岛污水处理厂的四台500kW沼气发电机组分别顺利完成试车，运行2台机组可给厂内提供700kW•h 的电力输出，每天可节约市电 16800kW•h，节省费用可达1.2万元；运行3台机组可给厂内提供1100kW•h的电力输出，每天可节约市电 26400kW•h，节省费用可达到1.9万元。目前，青岛市麦岛污水处理厂日均耗电达35000kW•h，沼气发电机组的运行，日均节约电耗可达 48%~75.4%，将大大地减少污水处理厂市场电能消耗，降低运行成本，提高经济效益。 4.2
建材
由于城市污水处理厂污泥中含有一定的热能，且污泥无机部分含有较多的SiO2和 Al2O3，无机成分可以调整到与粘土相近，因此城市污水处理厂污泥经过处理后可用来生产一些建材而进行利用，如陶粒、水泥、砖瓦等等。 4.2.1 污泥制取水泥质材料
污泥含有大量的灰分，尤其是混凝法处理废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剂。不过在作为建筑材料之前，有关强度的提高、凝结特性和长期稳定性还需进一步研究。另外，成本高，而且人们对产品的安全产生忧虑，仅在日本等国有少量投产。 4.2.1 污泥制陶粒
轻质陶粒一般可做路基、混凝土骨料或花卉覆盖材料使用。污泥制轻质陶粒的方法按原料不同可以分为两种，一是用生活污泥或厌氧发酵污泥的焚烧灰造粒后烧结，这种方法20 世纪 80 年代已趋成熟，并投入应用。利用焚烧灰制轻质陶粒需要单独建设焚烧炉，污泥中的有机成分没有得到有效利用。近年来开发了直接从脱水污泥制陶粒的新技术[1]。 4.2.1 污泥制微晶玻璃 微晶玻璃类似人造大理石，可以作为建筑内外装饰材料应用。生产微晶玻璃的原料目前常用污泥焚烧灰，沉砂池的沉砂和废混凝土。原料调整后，熔融温度控制在 1 400～1 500 ℃。熔融物放置一定时间，然后注入模具中成型，随温度的降低生成晶核（FeS），再加热处理，促使晶体成长。热处理后自然冷却，得到各种形状的微晶玻璃。 4.2.1 污泥制砖
台湾的一个研究小组发现，下水道污泥可压制成普通的建筑用“生态砖”。这种污泥生态砖是在黏土砖中混入10%污泥，并在900℃条件下烧制，可达到最佳效果。这种方法不仅处理了污泥，还在烧制过程将有毒重金属都封存在污泥中，也杀死了所有有害细菌和有机物，而且这种砖完全没有异味。 4.3 吸附剂
活性污泥具有良好的吸附性，通过对剩余污泥经高温分解或添加化学活化剂等方法进行再活化，可以将城市污水处理厂的污泥制成具有良好吸附性的吸附剂。陈春云等[10]通过对污泥吸附剂的制备及其吸附性能的研究表明，按一定比例添加活化剂ZnCl2于处理过的干污泥中，在 550℃下恒温热解 60min后具有最大比表面积，污泥与活化剂质量比为5：3。利用量大面广的城市污水处理厂活性污泥制备吸附剂，达到以废治废的目的，符合国家的产业政策，是变废为利的综合利用途径。但因使用了较贵的氯化锌而使研制成本较高，且与商品活性炭相比，污泥改性吸附剂的吸附性能尚有一定差距，需进一步研究。 4.4
土地利用与堆肥
污泥的土地利用就是把污泥或污泥堆肥用于林地、育苗、观赏植物、草皮、公园、农田、牧草、果树、蔬菜、高尔夫球场、垦荒地、填埋矿坑、固定海滩、高速公路绿化带及建筑供游乐的海岛等。城市污水处理厂的污泥是一种十分有效的生物资源，它含有丰富的有益于植物生长的养分（N、P、K 等）和大量的有机物质，可以进行有效的利用来进行堆肥。但是由于污泥的含水率很高，易腐烂发臭，且含有病原菌、重金属及毒性有的降解相差不大。 污泥堆肥可采用自动控制系统大大的提高了污泥堆肥的效率与成功率，堆肥的产品稳定性更佳。高定等[11]通过对城市污泥堆肥过程自动测控系统进行的研究表明，与定时控制相比，利用堆肥自动测控系统进行自动监测和控制的堆肥时间缩短了28%，有机物降解更加充分，减量化明显，可以提高堆肥产品质量，后续脱水成本较低，具有明显的优越性。与传统堆肥相比，堆肥时间至少可缩短15~30d，堆肥的成功率和堆肥产品质量得以明显提高。采用堆肥过程控制系统可以更准确、更及时、更有效地监控堆肥过程，产品质量稳定，同时可以节约大量的人力、财力和物力。莱芜污水处理厂污泥堆肥经检测，处理污泥后水分含量≤30%，非毛秺孔隙度≥15% ，蠕虫卵死亡率>95%，未检出沙门氏菌等具有传染性的病原体。肥质比较疏松，无明显的恶臭，有机质含量在 250g/kg以上，pH值在6.5~8.0之间，基本符合园林绿化介质土的准入条件。莱芜市市区园林绿化面积1000hm2，以腐熟堆肥每亩施用1t计，则仅园林地种植笑纳腐熟堆肥量就为 1.5万t，而本工程年堆肥1.2万t，因此具有很大的市场空间，预计经济效益明显。 4.5
低温热解
污泥可通过干馏提取油、气等，不但可做燃料也可以用于制造四氯化碳等化工产品，具有工业利用前景，且能量回收率高，其经济性优于对污泥的焚烧。但现在对于污泥低温热解的热解机理和动力学研究还比较欠缺，在工艺和设备的改进方面有待新的突破，待这些理论与工艺问题解决后，低温热解将是一种极有前途的污泥资源化技术。 4.6 提取重金属
城市污水处理厂的污泥中还会含有部分重金属，如：Hg、Pb、Cu、Zn 等，可以通过对污泥的调理，向污泥中添加化学药剂等，改变污泥中重金属的形态，利用重金属或其化合物的特性从污泥中分离提取出来。向污泥中添加一些还原剂可以将Hg等挥发性重金属还原为金属单质，然后对污泥低温加热使Hg等挥发性重金属挥发进行提取，从而回收利用。也可使一些重金属生成沉淀物沉淀下来，或利用离子交换对重金属进行分离提纯。但由于污泥中重金属的含量较低，分离提纯的成本较高，现在很少在城市污水处理厂里有实际应用，大多数还停留在研究阶段。 4.7 污泥制动物饲料
污泥中含有大量有价值的物质，粗蛋白占 28.7%～40.9%、灰分占26.4～46.0%、纤维素占26.6%～44.0%、脂肪酸占0～3.7%。污泥蛋白中含有几乎所有家畜饲料所需的氨基酸，且各种氨基酸之间相对平衡，因此可以作为饲料蛋白加以利用[1]。 4.8 污泥制油
把含水率为65%的干污泥在隔绝空气下，加热升温450℃左右，在催化剂作用下把污泥中的有机物转化为碳氢化合物，其性质与柴油相似。目前加拿大正在进行中试实验，澳大利亚Perth也正在建造利用热化学方法将污泥制油的工厂[1]。 4.9 污泥作粘结剂
活性污泥作粘结剂将无烟粉煤加工成型煤，而污泥在高温气化炉内被处理，防止了污染；污泥作为型煤粘结剂，替代白泥可改善在高温下型煤的内部孔结构，提高了型煤的气化反应性，降低灰渣中的残炭，提高碳转化率，污泥既可作为一种粘结剂，同时也是一种疏松剂。 5 结语与展望 目前，国内污泥处理利用技术较国外一些发达国家还比较落后，人们对污泥资源化利用的必要性认识还不够，许多问题亟待解决。城市污泥的处理方法多种多样，我们应根据污泥量，污泥性质，重金属含量等具体情况作具体分析；一种有效的污泥处置方法,应当兼顾到环境生态效益、社会效益和经济效益。不同地区应当因地制宜采用不同的处理方法,尽量走资源化的道路,减少对环境的影响,避免形成二次污染。为了解决国内污泥处理处置中存在的问题，充分利用污泥资源，必须大力发展污泥资源化利用的各种技术，建立与完善污泥处理处置相关的技术、产业政策，制定污泥处理处置过程中相应的标准和法律法规；尤其要鼓励污泥资源化利用的科学技术进步，如污泥的等离子体气化，积极开发应用新工艺、新材料和新设备，降低现有工艺（如污泥发电、建材利用等）的成本，使污泥的资源化利用向低能耗、低成本、高效率的方向发展，为污水处理厂解决污泥处理问题并带来可观的经济效益和社会效益，这应是今后研究中的重点。 参考文献：
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