固废

污泥的资源化处理江毅一、污泥的概况二、污泥的特征三、污泥的资源化利用一、污泥概况污水处理过程中产生的沉淀物质以及从污水表面漂出的浮沫中所得的残渣称为污泥，属于一种固体废弃物。目前我国每年排放干污泥约为5×106t，且在不断增加。污泥成分复杂，其中虽含有大量氮、磷、多种微量元素和有机质等可利用成分，也含有毒、有害、难降解的有机物、病原菌、寄生虫（卵）及重金属等，且常伴有恶臭，处置不当会对生态环境和人类造成很大的危害。因此探讨并寻求经济有效的适合我国国情的污泥处置技术，具有重要的现实意义。二、污泥的特征1、数量巨大，增长迅速2、含有多种污染物3、含有丰富的N、P、K和有机质城市污水集中生化处理是国内外的发展趋势。目前我国许多大、中城市都有污水处理厂，对防止日益严重的环境污染起了重要作用。但污水在净化处理过程中又产生大量的沉积物，即城市污泥（简称污泥）。据统计，截至2009年底，全国投运城镇污水处理厂1992座，处理污水量280亿㎥，产生含水率80％左右的污泥约2005万吨，随着在建的2000多座污水处理厂陆续投入运行，全国年污泥总产生量将很快突破3000万吨。1重金属城市污泥中的重金属种类繁多，主要有Cu、Pb、Zn、Ni、Cr、Hg、Cd等，是污泥资源化利用的最主要障碍。各地城市污泥所含重金属的种类大同小异，但其含量相差甚大。以处理生活污水为主所产生的污泥，重金属含量通常较低；而以处理工业污水为主所产生的污泥，重金属含量则往往较高。2病原体污水在净化处理过程中，其中的病原体大部分被颗粒物吸附而富集到污泥中。主要的病原体有细菌类、病毒和蠕虫卵。其中以沙门氏菌、蛔虫和肠道病毒等最为常见。3有机物污染物城市污泥中含有多种有机污染物，主要有多环芳烃(PAHs)、邻苯二甲酸酯(PAEs)、二恶英／呋喃类(PCDD／Fs)、多氯联苯类(PCBs)、氯苯(CBs)、氯酚(CPs)等，其中多氯联苯类(PCBs)和多环芳烃(PAHs)是常见的有机污染物。污泥中含有植物生长发育所需的N、P、K、维持植物正常生长发育的多种微量元素（钙、镁、铜等）和能改良土壤结构的有机质（一般质量分数为60%~70%），因此能够改良土壤结构，增加土壤肥力，促进农作物生长。我国16个城市里29个污水处理厂污泥中有机质及养分含量的统计数据表明，我国城市污泥的有机质含量高达696g/kg，平均值为384g/kg；总氮、总磷、总钾的平均含量分别为2711g/kg、1413g/kg和619g/kg。经过稳定化及消毒后的污泥不但可以农用，也可以用于复垦土地，为资源化提供一个新的思路。三污泥的资源化利用根据不同使用场合，通过各种物理，化学和生物工艺，提取污泥有价组分，将其重组或转化成其他能量形式，获得再利用价值，并消除二次污染污泥资源化的定义确切来说，污泥资源化的技术内涵应包括以下几个方面：1、有用组分或潜在能量的再利用2、消除二次污染3、所得的产品获得市场认可污泥资源化技术分类污泥建材化技术污泥建材化是污泥资源化技术的重要发展方向之一。污泥约含有机物70%～80%，无机物(Al、Si、Fe、Ca)20％～30％，类似于常用建筑材料的原料成分，这为污泥建材化提供了可能和条件。污泥建材化主要包括制造砖、水泥、陶粒、玻璃、生化纤维板等。1、污泥制砖污泥砖在焙烧过程中病原菌可全部被杀灭，重金属（As、Cd、Cr、Cu、Pb等）被固结，实现无害化。污泥制砖的前提是其成分与传统制砖原料粘土具有相似性，研究表明：生活污泥燃烧产物和粘土的化学成分基本接近，在适当调整以及混入适量添加剂后，完全可以制备建筑用砖。西方国家常采用污泥焚烧灰制砖，我国则倾向采用干化污泥制砖，充分利用污泥中有机质的发热量，降低烧砖能耗。当前，污泥制砖应在确保有害物质(重金属)不浸出、砖性能达标的前提下，提高制砖工艺中污泥掺加量，促进污泥制砖技术发展。2、污泥制陶粒陶粒及其制品由于轻质、高强、隔热、保温、耐久，正在成为替代型建材。国外利用污泥制造人工轻骨料成果较丰富，如：用研磨的污泥灰制人工轻质精细聚合体；用污泥灰作为混凝土中细聚合体。结果表明：污泥制陶粒可以作为建筑材料应用。3、泥制水泥污泥制水泥的理论是污泥灰分高，其化学特性与水泥生产所用的原料基本相似，干化和研磨后添加适量石灰即可制成水泥。此外，水泥窑具有燃烧炉温高和处理物料量大等特点，利用城市污泥烧制水泥同时兼具减容和减量作用。发达国家利用水泥窑处理废弃物生产生态水泥已有20余年的历史，而我国尚属起步阶段。日本将城市垃圾焚烧灰和下水道污泥一起作为原料，生产所谓“生态水泥”。但是，利用污泥制水泥上存在一些技术问题需要解决，如污泥中含活性阴离子氯，可造成钢筋发生小孔腐蚀，限制了污泥水泥的应用范围。污泥土地利用技术污泥土地利用也可以称为堆肥化。堆肥化是利用自然界广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物，有控制的促进固体废物中的可降解的有机物向稳定的类腐殖质生化转化的微生物学过程。堆肥化的产品称为堆肥。堆肥化的主要作用1、消除臭味，杀死病原菌和寄生虫卵2、降解大多数毒性有机物3、固化和钝化重金属4、改善物理性状，降低含水率（可低于40%）堆肥工艺的方式根据微生物的生长环境好氧堆肥厌氧堆肥污泥的好氧堆肥好氧堆肥具有使有机有害物分解彻底、堆肥周期短，臭味小，好控制等优点，他运用多学科技术，利用微生物群落在特定的环境中对多相有机物分解，将污泥改良成稳定的腐殖质，用于肥田或土壤改良污泥的好氧堆肥化利用好氧菌和氧气，使污泥高温发酵，实际上就是利用污泥的微生物发酵过程。一次发酵二次发酵污泥调理剂熟堆肥回流调理剂回流堆肥产品混合回用图1堆肥化工艺流程摘自：张光明，张信芳等.城市污泥资源化技术进展.北京：化学工业出版社，2005经过堆肥化的污泥就可以施用于土地了，污泥的土地利用十分广泛，包括农田、林地、园林绿化、土地改良。可是在这个过程中仍然有很多问题需要考虑：比如土壤中的重金属，病原体，盐分，有害有机物等等。材料化就是将污泥制成活性炭吸附材料。污泥处理过程中产生的污泥含有大量的有机物，经济发达国家污水处理厂污泥中的有机物含量为60%~80%，我国污水处理厂污泥的有机物含量为50%~70%，碳水化合物含量为25%，无机灰分约为5%，可被加工成活性炭吸附剂，应用于废水、废气处理领域。碳化活化污泥制活性炭吸附材料的机理1、碳化是在隔绝空气条件对原料加热，分解出挥发性气体。2、将碳化物变为所需要的多孔结构物，是整个过程的关键步骤。表1活性炭吸附材料制备技术名称ZnCl₂法H₂SO₄法KOH法热解法方法将污泥干燥、粉碎后，采用ZnCl₂浸渍，然后进行活化制得活性炭以市政污水厂经稳定处理后的干污泥为原料，以H₂SO₄为活化剂将污泥在氮气中直接热解效率最高，采用KOH作为活化剂污泥基吸附材料在污染治理中的应用废水处理中应用吸附重金属离子吸附染料吸附苯酚及苯酚类化合物吸附COD、磷酸盐等污染物大气污染防治中应用去除H₂S去除SO₂能源化的利用污泥可以看作是污水处理过程中剩余的微生物残体，含有大量的有机物和一定的纤维木质素，具有一定的热值，可视为生物质能源存在的一种形式。污泥能源化利用是污泥资源化技术的一种，指通过生物、物理或热化学的方法把污泥变成为较高品质的能源产品，同时可以杀灭细菌，去除臭气。目前，污泥焚烧发电，污泥制沼气及污泥制氢都是常见的污泥能源化利用技术。除了上述污泥利用技术外，现在最新的研究成果是污泥制油技术。在当今能源逐渐减少的情况下，这种技术已被广泛接受和利用。目前的污泥制油技术以低温热解和直接液化两种技术为主(低温热解的温度为450)℃污泥低温热解技术污泥热解主要用于原油的处理过程。它是利用污泥中有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下对其加热干馏，使有机物产生热裂解，经冷凝后产生利用价值较高的燃气、燃油和固体半焦，产品具有易储存、易运输及使用方便等优点。热解的产物主要为可燃性的低分子化合物，，其中包括气态的氢气、甲烷、和一氧化碳，液态的有甲醇、丙酮、乙醛等，固态有焦炭和炭黑，其发热量略高于现在使用的三大能源。可是，根据各国的应用情况表明：热解技术的投资成本和运行维护成本均比较高。污泥直接液化技术污泥直接液化制油技术能够处理高湿度生物污泥，且无需使用还原性气体保护。污泥中的有机物可在250~300℃、5.0~15MPa条件下，通过水解、缩合、脱氢、环化等一系列反应转化为低分子油类物质，降低了污泥只有的成本。污泥直接液化技术可实现污泥中40%以上的有机质转化为燃料油，热值达到33MJ/kg以上，有机碳转化率达到90%，并实现能量的净输出过程。这个技术已经在国外已经稳定成型，而我国应用较少。图2污泥直接液化的基本流程摘自：李鸿江，顾莹莹等.污泥资源化利用技术[M].北京：冶金工业出版社，2010.反应器气/液分离溶剂分离分离溶剂固体残渣废水成品油脱水污泥气体这里主要指利用污泥作为蛋白饲料。污泥中含有大量的有机质，主要成分包括28.7%~40.9%的粗蛋白、26.6%~44%的纤维素、0~3.7%的脂肪酸和26.4%~46%的灰分。其中。70%的粗蛋白以氨基酸的形式存在，而且各种氨基酸之间成分相对均衡，是一种潜在的可利用蛋白。表2污泥与酵母成分的比较从上表可以看出，污泥与酵母的组分非常相似，只是污泥的灰分较高。酵母成分污泥1污泥2ω（C）/%ω（H）/%ω（O）/%ω（N）/%C/N(碳氮摩尔比)ω（灰分）/%47.06.08.56.05.6/1327.111.227.9-4.5/156.043.66.114.024.19.64.5/1摘自：李鸿江，顾莹莹等.污泥资源化利用技术[M].北京：冶金工业出版社，2010.污泥中的蛋白质主要存在于污泥细菌的细胞壁及其内含物中。从污泥中提取蛋白质就是使污泥中的微生物蛋白释放出来，变成可溶性物质的过程。污泥蛋白质的提取首先需要破坏污泥的结构和细菌的细胞壁，使污泥絮体结构发生变化，细胞的内含蛋白物质溶出进入水相，从而达到分离蛋白质的目的。目前主要提取方法有酸水解法、碱水解法和超声波法。但是由于污泥成分复杂，在提取蛋白质的同时往往会提取出其他有害成分，所以必须要保证蛋白质作为饲料的安全性。随着国民经济的飞速发展，新的污水处理厂将不断建立，污泥排放量必然会大量增加。根据我国国情，污泥的处理应着眼于污泥的综合利用，化害为利，变废为宝，所以污泥资源化应是我国处置污泥的未来发展的主要方向。谢谢！