城市污泥的资源化利用

城市污泥的资源化利用摘要：城市污泥的产量巨大并且成分复杂，是城市污水处理不可避免的产物，如何使污泥的处置与环境保护之间达到一个良好的平衡是当前面临的重大课题。本文系统地综述了我国城市污泥处置与利用的现状和趋势，并重点讨论了污泥土地利用的可行性以及我国近年来的研究进展。认为将污泥进行稳定化、无害化、资源化处理并作为有机肥料或土壤改良剂等进行资源化利用是符合我国国情的，并将成为我国污泥处置与利用的一种有效途径。前沿：近年来，人们逐渐认识到生活污水处理的重要性，因此污水处理厂的数量和规模在不断增大。2010年住房和城乡建设部的统计资料显示，我国累计建成城镇污水处理厂2832座，污水处理能力达1．25×10m／d，平均运行负荷率为78．95％。按污泥(含水率80％)占污水质量比0．6‰计算[1]，2010年污泥的产生量为1．25×10m／d，。专家预测，2020年全国的污水排放量将达到5．36×10m。／d[2]，说明污泥的产生量将进一步扩大。通常，污泥的处理与处置费用约占污水处理总费用的30％～40％，因此，如何妥善处置这些数量日益庞大、高度集中的有机固体废弃物，是污水处理厂最头痛的问题之一。污泥中还含有大量的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。污泥是有用的生物资源，如能合理利用则不仅能变废为宝，还能增加经济效益，所以，探讨适合我国国情的有效处理处置和利用污泥的技术具有重要的现实意义[3]一：污泥的分类及特性污泥来源于废水处理过程，按污水的处理方法．生物固体可分为四类：(1)初沉污泥。指污水一级处理中产生的沉淀物；(2)活性污泥，来自生化处理系统二次沉淀池的污泥，扣除回流到曝气池的那部分后．剩余的部分称为剩余活性污泥；(3)消化污泥，生物污泥经厌氧消化处理后产生的污泥称为消化污泥；(4)化学污泥，指化学强化一级处理(或三级处理)后产生的污泥[4]。污泥的重要特性是：(1)含有机物多，性质不稳定，易腐化发臭；(2)有毒有害污染物的含量高，废水处理过程中许多有害物质富集到污泥中；(3)含水率高，呈胶状结构，不易脱水；(4)可用管道输送；(5)含较多植物营养素，有肥效；(6)含病原菌及寄生虫卵[5]。二：污泥的处理污泥处理的标准主要包括污泥中各项有毒有害物质、pH值、污泥无害化、减量化、稳定化处理后各项指标值、处理后污泥的土地使用范围等。2．1污泥浓缩沉淀池排出的污泥含水率比较高．因此要首先进行浓缩脱水，降低其含水率及体积，减少后续构筑物或处理单元的压力。主要对象是去除污泥中的自由水和问隙水．污泥浓缩工艺的选择主要取决于产生污泥的污水处理工艺．污泥的性质．污泥量和达到的含水率要求。浓缩的方法主要包括重力浓缩法、气浮浓缩法、离心浓缩法等。重力浓缩池一般采用固体表面负荷进行设计．在污水处理厂一般将初沉池和二沉池混合后采用重力浓缩．这样可以提高重力浓缩池的浓缩效率．重力浓缩池表面负荷取决于两种污泥的比例。在工程实际应用中．构造污泥浓缩池进行重力浓缩。重力浓缩可分为问隙式和连续式两种．前者主要用于小型污水处理厂或工业企业的污水处理厂．后者用于大、中型污水处理厂。全浮浓缩与重力浓缩相反．该法是利用大量微小气泡附着悬浮污泥颗粒上．减小污泥颗粒的密度而强制上浮．使污水颗粒与水分离的方法。气浮浓缩适用于粒子易于上浮的疏水性污泥或悬浮液很难沉降且易于凝聚的场合．在水处理过程中．可用于代替二次沉淀池．分离和浓缩剩余污泥．特别适用于易于产生污泥膨胀的生化处理工艺中。离心浓缩工艺的动力是离心力．离心力是重力的500～3000倍。离心浓缩法的原理是利用生物固体中固液的差异，造成不同的离心力进行浓缩。离心浓缩占地小．不会产生恶臭．对于富磷污泥可以避免磷的二次释放．提高污泥处理系统总的除磷率，但运行费用的机械维修费用高．经济性差．一般很少用于污泥浓缩。但对于难以浓缩的剩余污泥可以考虑使用。2．2污泥消化污泥消化的主要目的是改善污泥的卫生条件和使污泥易于脱水。生物固体的消化是指在人工控制条件下。通过微生物的代谢作用，使生物固体中的有机质稳定化的过程。生物固体消化分为厌氧消化和好氧消化两种．一般说的生物固体的消化是指厌氧消化。目前．比较适用又能同时评价好氧污泥和厌氧污泥稳定程度的指标主要是污泥的挥发性固体含量。该指标越高，污泥进一步降解的能力越大；指标越低。表明污泥中的有机物含量和进一步降解的能力也越低，污泥的稳定程度也越大。一般挥发性固体含量在(45±5)％，可认为污泥已得到较好的稳定。如果当污水采用延时曝气工艺处理时。它所产生污泥的挥发性固体含量已降至50％左右。与厌氧消化稳定的结果很接近。因此再进行厌氧消化处理意义不大[6]。有机污泥经过消化后，不仅有机污染物得到进一步的降解、稳定和利用，而且污泥数量减少。污泥经过生物处理然后进行高温好氧消化．污泥量减少75％同。污泥的生物稳定性和脱水性大为改善．有利于污泥再作进一步的处理．污泥消化在废水生物处理厂中是必不可少的．它同废水处理目前比较广泛采用的厌氧消化工艺主要分为三类：标准消化法．快速厌氧消化法和两级厌氧消化法。污泥消化不仅现在是．而且将来仍将是应用最为广泛的污泥稳定化[7]。2．3污泥预处理生物固体调节是为了提高污泥浓缩和脱水效率的一种小．表面电荷水合的程度以及颗粒间的相互作用．污泥颗粒大小是影响污泥脱水性能的最重要的因素。污泥颗粒越小，颗粒的比表面积越大．这意味着更高的水合程度和对过滤f脱水1更大的阻力及改变污泥脱水性能更多化学药剂。污泥中颗粒大多是相互排斥的。首先是由于水合作用．有一层或几层水附于颗粒表面而阻碍了颗粒相互结合。其次，污泥颗粒一般都带负电荷．相互之间表现为排斥．造成了稳定的分散状态[8]。污泥调理的目的就是要克服水合作用和静电排斥作用，增大污泥颗粒。使其易于浓缩和过滤。其途径有：(1)加入混凝剂，改变颗粒表面性质，使其脱稳并凝聚起来；(2)改善污泥颗粒间的结构。减小过滤阻力，使其不堵塞过滤介质。常用的污泥调理方法有加药调理、淘洗、加热、冷冻等[9]2．4污泥脱水在污泥的处理与处置过程中．常要求对污泥进行脱水处理。污泥经浓缩之后，其含水率仍在95％左右，呈流动状态．体积很大，对后续处理带来很大的麻烦。污泥脱水的目的是进一步减少污泥的体积．便于后续处理、处置和利用。污泥中的自由水基本上可以在污泥浓缩过程中被除去．而内部水一般难以分离．所以污水脱水去除的主要是污泥颗粒间的毛细水和颗粒表面的吸附水2．4污泥脱水在污泥的处理与处置过程中．常要求对污泥进行脱水处理。污泥经浓缩之后，其含水率仍在95％左右，呈流动状态．体积很大，对后续处理带来很大的麻烦。污泥脱水的目的是进一步减少污泥的体积．便于后续处理、处置和利用。污泥中的自由水基本上可以在污泥浓缩过程中被除去．而内部水一般难以分离．所以污水脱水去除的主要是污泥颗粒间的毛细水和颗粒表面的吸附水[10]。三：污泥的资源化利用主要有以下几个方面：3．1农林利用城市污泥含有大量的有机质和N、P、K以及Mn、Zn、Cu、S、Fe等植物生长元素，是一种良好的肥料和土壤改良剂。田间实验表明污泥用于农田后能改良土壤的物理化学性质，增加土壤营养成分，提高土壤可耕作性将污泥施用于花卉、草坪等，既可远离食物链．又可就近消化污泥，还能减少化学肥料的用量。但污泥也含有大量有害物质，污泥中的重金属是决定污泥能否农林利用的主要因素。3．2建材利用有些工业废水和生活污水混排处理后的污泥含有机废物、重金属和一些有害微生物，可用于制造砖块、生态水泥、陶粒、填料等[11]。比如有的城市污水厂与水泥制品厂或制砧厂合作，把污泥作为建材产品的掺合料一起焚烧，最终生产出质量完全符合标准的建材产品，同时还降低了生产成本。这种处置过程．充分利用了污泥中的无机物(粘土)，补充了当前水泥生产与制砧生产紧缺的泥源；同时充分利用了污泥中有机物(具有热值)作为辅助燃料，减低了建材产品生产的煤耗量；由于焚烧温度高达12000C，污泥中病原体被彻底毁灭，燃烧过程中产生的有害废气(如二垩英)被彻底分解，又无残留灰渣，彻底避免了对环境的污染；同时为建材生产厂提供了再生资源，降低建材产品的单位成本；根据市场经济运作，污水厂还从中得到了应有的实惠，但是污泥建材利用应考虑重金属浸出率及放射性污染物、有机污染物的影响。3．3环保材料从污泥中提取出微生物絮凝剂，不仅可用于油水分离，还可用于去除污水中的悬浮物、有机物等。矿化污泥可制备用于回收水表面溢油的吸附剂，且效果相当显著。活性污泥能作为粘结剂将无烟粉煤加工成型煤。在加工过程中，污泥可改善高温下型煤内部7L结构，降低灰渣中的残碳，污泥热值廿王得到充分利用。未驯化污泥可制成降解五氯酚的颗粒污泥，而经氯苯驯化的污泥对氯苯、邻二氯苯、间二氯苯等共存的体系具有良好的降解作用[12]。3．4污泥堆肥污泥堆肥技术是20世纪60年代发展起来的一项新兴生物处理技术。主要是利用微生物的作用，将不稳定的有机质降解和转化成较为稳定的有机物，并使挥发性物质含量降低，物理性状明显改善(如含水量低、呈疏松、分散、粒状)。处理后便于贮存、运输和使用。高温堆肥还可以杀死病原菌、虫卵等，使堆肥产品更适合作为土壤改良剂和植物营养源污泥堆肥主要有两种方式，一是污泥消化或污泥和垃圾与其他物质混合堆肥后农用；二是污泥经过堆肥发酵制成复合肥农用。另外，还有人研究开发了污泥——化肥复合肥系列产品进行农用，更具有优越性。3．5用于聚合物复合材料利用脱水污泥和废塑料为主要原料，张召述等[13]o采用热塑复合法制备出聚合物复合材料及对应的微孔材料，最终材料表现出混凝土的刚度和聚合物的韧性，具有木材的性质，可锯、可钉、可切割、可装饰，而原料污泥中的有害物质重金属经聚合物固化和表面处理不会渗出，污泥的恶臭也被消除，因而这种材料能在工业及民用建筑领域得到应用。污泥制聚合物复合材料这一工艺的出现，无疑缓解了木材市场的压力。特别是以污泥与废塑料为主要原料这一特点，不仅解决了污问题，还解决了由废塑料带来的白色污染，为环保事业的发展拓展了新的方向。三：结论我国城市污泥中营养物质和重金属含量的变幅较大，因此对污泥的监控是土地利用的前提；另一方面，污泥中含有丰富的硅和铝，可在陶瓷和类陶瓷建材制备中起凝胶作用。所以城市污泥的土地利用和建材利用是实现污泥资源化N,N的主要途径，符合可持续发展。四：展望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。尽管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；同时，要考虑环境生态，经济效益，处理成本，技术发展趋势等因素，还要积极探索污泥处理的新方法，新技术，新工艺。从长远观点来看，搞好污泥的处理处置及其无害化，作为再生资源有效综合利用是世界各国共同重视的问题。我国是一个农业大国，经济基础较为薄弱，污泥的资源化利用尤其是农业利用不但可以节省大量的污泥终端处置费用，更可以为肥力低下的农田增添有机质、提高肥力，促进农业生产发展、实现农业生态环境的良性循环。因此，污泥的资源化利用将成为符合我国国情的污泥处置的发展方向。五：参考文献[1]张韵．我国污泥处理处置的规划研究[J1]．给水排水动态，2010，(8)：13一I5．[2]李淑更．脱水污泥的土地资源化利用及其环境效应的试验研究[D]．广州：华南理工大学，2010[3]朱小山.2002.城市污泥的处理技术及资源化展望[J].四川环境，1(4):8-12.[4]周少奇．城市污泥处理处置与资源化【M】．广州：华南理工大学出版社．2002．11—12．[5]杨岳平，徐新华，刘传富．废水处理工程及实例分析【M】．北京：环境科学与工程出版中心．2003．116—119．[6]许劲．关于城市污水处理厂若干问题的讨论叨．给水排水，2001．7：27．[7]ShiotaN．，AkashjA．，HasegawaS．Astrategyinwastewatertreatmentforsignifivantreductionofexc