污泥處理現(xiàn)狀及資源化利用研究綜述★

張 權(quán) 張有為 蒲 港 范秋萍 唐 頌*

(西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，四川 綿陽 621010)

0 引言

污泥是污水廠污水處理產(chǎn)物之一，成分復(fù)雜，含有較多污染物，包括致病的病原體、重金屬元素等[1]。此外，污泥中有機質(zhì)和氮磷鉀含量也較高[2]。若對污泥簡單進行拋置、填埋，不僅會造成資源浪費，還會對環(huán)境造成污染,甚至危害周圍居民安全。隨著我國城市化進程加快，污泥的產(chǎn)量也在不斷增加。本文為了合理利用污泥并減輕其帶來的環(huán)境影響，對目前國內(nèi)外污泥的處理方式及資源化利用現(xiàn)狀進行了綜述。

1 國內(nèi)外污泥的常規(guī)處理方式

1.1 國外污泥處理方式

歐美等發(fā)達國家因工業(yè)革命起步早，其污泥處理技術(shù)較為領(lǐng)先。土地利用是美、英、德等國對污泥處理的主要方式。其他國家如日本，由于土地面積限制，則以焚燒作為主要處理方式[3-6]。土地利用包括堆肥和土壤改良劑，其利用了污泥含大量氮、磷、鉀及有機質(zhì)可充當(dāng)植物肥料的特性[7]，將污泥施于農(nóng)田，可增大土壤肥力，改善土壤結(jié)構(gòu)[8]。試驗證明：以污泥為主原料的肥料營養(yǎng)成分豐富，氮、磷、鉀含量明顯高于傳統(tǒng)基質(zhì)，能滿足作物生長需求[9]。歐根能等人通過小白菜室內(nèi)盆栽實驗，發(fā)現(xiàn)當(dāng)污泥添加5%～10%時能明顯促進小白菜生長[10]。除了作為肥料外，還可以用干化污泥、堆肥污泥和脫水污泥做土壤改良劑，改良因干旱導(dǎo)致土壤鹽堿化問題[11]。但由于污泥中含有較多病原體及重金屬元素，為避免造成土地二次污染，實際進行利用前需對污泥進行處理，為此美國還制定過專項法規(guī)[12]。

各國污泥產(chǎn)生情況及成分存在差異，因此各國對污泥處理的方式也有所區(qū)別[13]。除土地利用外，焚燒、厭氧處理回收生物質(zhì)能等技術(shù)也是污泥處理的主要方式。總體來看，由于西方國家經(jīng)濟發(fā)達、工業(yè)化程度較高，資源化處理是其解決污泥問題的主要方向，一定程度上解決了污泥大量堆積所產(chǎn)生的環(huán)境問題。

1.2 國內(nèi)傳統(tǒng)污泥處理方式

我國大部分污水處理廠能實現(xiàn)對污泥的濃縮脫水，降低污泥含水率，減小污泥排放體積，但對于污泥的處置缺乏明確目標(biāo)和方法，限于資金和技術(shù)手段沒有在污水處理過程中對污泥完成無害化處理[14]?，F(xiàn)階段而言，我國對污泥常用處理方法主要是：焚燒、填埋、農(nóng)用等，其中以填埋、農(nóng)用為主[15]。與發(fā)達國家相比，我國污泥資源化程度較低，在污泥資源化處理方面還有很大的發(fā)展提升空間。

2 資源化處理技術(shù)

2.1 固化處理

城市污泥作為城市污水處理廠處理工業(yè)及人類生活污水處理過程中所產(chǎn)生的沉積物[16]，成分復(fù)雜，一般含有機質(zhì)、重金屬和微生物等物質(zhì)，并散發(fā)臭味[17]，隨意放置或填埋焚燒會對環(huán)境造成極大危害。固化處理是處理污泥的手段之一，經(jīng)過物理化學(xué)等手段將污泥進行固化處理，一般固化后可用于工程建設(shè)。

2.1.1制磚

磚作為常見的建筑材料大量應(yīng)用于房屋等建筑中，趙偉通過實驗論證了污泥制磚的可能性[18]，污泥制磚一般有兩種方法：一是將污泥干化直接制磚，二是用污泥焚燒灰燼制磚。從強度上而言，Sai Jun Zhou[19]和Chih-Huang Weng[20]分別以污泥為主要原料進行了免燒磚和燒制磚的實驗，結(jié)果表明兩種實驗方法所得到的污泥磚均能達到建筑用磚強度要求，磚樣的吸水性會隨污泥的含量增加而增加。Joo-Hwa Tay經(jīng)實驗證明了含污泥煙灰的磚耐久性比含干污泥磚的耐久性好[21]，但耐久性隨污泥含量增高而降低。通過配比改進工藝，采用干化污泥混摻河泥、粉煤灰和粘土制磚可以解決這一問題，所燒制的磚符合國家二級建材標(biāo)準(zhǔn)[22]。隨著我國城鎮(zhèn)化進程不斷推進，建筑用磚需求量也不斷增加，若將污泥固化后制成建筑用磚可有效利用污泥，并在一定程度上降低建筑成本。

2.1.2污泥制輕質(zhì)陶粒

陶粒作為建筑骨料，具有輕質(zhì)、環(huán)保、保溫等特性，一般由黏土制備。目前用污泥燒制陶粒已有研究，金宜英等人研究指出：污泥自身有助熔作用，燒結(jié)溫度對污泥陶粒性能影響最大,燒結(jié)溫度和淤泥摻量成反比，污泥摻量高時，宜采用低溫?zé)Y(jié)方式[23]。賀軍等人對天津凌莊自來水廠污泥進行了分析并設(shè)計以給水廠污泥為原料焙燒陶粒的工藝流程，指出了給水廠污泥燒制陶粒的可行性，當(dāng)其燒脹溫度控制在1 130 ℃～1 170 ℃時,可以燒制出膨脹多孔的陶粒。條件適宜時燒制出的陶粒筒壓強度可達8 MPa,其容重比石子小，可用于制作混凝土，能夠廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)[24]。

2.1.3制水泥

韓莉莉等人將污泥焚燒灰與硅酸鹽水泥礦物成分進行比較，發(fā)現(xiàn)除CaO含量有較大差異以外，污泥焚燒灰的其他成分與硅酸鹽水泥成分相當(dāng)，能穩(wěn)定燃燒，可以將一定量的污泥用于水泥生產(chǎn)[25]。史駿通過對北京水泥廠污泥干化和水泥窯焚燒項目進行分析，發(fā)現(xiàn)可利用水泥窯的高位煙氣作為熱源干化污泥，干化后的污泥進入窯中作為水泥骨料使用[26]，在很大程度上利用了熱量，節(jié)約了生產(chǎn)成本。寶志強等人在進行污泥配料燒制水泥熟料的試生產(chǎn)后，發(fā)現(xiàn)適量的污泥代替水泥原料作為配料，可在一定程度上改善生料的易燒性[27]，其強度和重金屬固化效果都較好。

2.2 污泥厭氧消化技術(shù)

污泥厭氧消化技術(shù)又稱為污泥厭氧穩(wěn)定技術(shù)，是指利用堿性菌和厭氧菌進行厭氧生化反應(yīng)，分解污泥中的有機質(zhì)[28]。在該技術(shù)作用下，污泥中高能有機物(動植物殘骸、致病菌等)被降解為低分子有機物，在減少病原體、實現(xiàn)污泥減量的同時產(chǎn)生大量沼氣，實現(xiàn)資源的再利用。根據(jù)污泥厭氧消化產(chǎn)物的不同處理方式衍生了不同的能源利用方式，其主要包括生物電池、沼氣、熱解制油等方式。

3 結(jié)語

隨著城市的發(fā)展和城鎮(zhèn)人口的增長，污水處理廠排泥量逐年上升。污泥成分組成復(fù)雜，含菌群、泥沙顆粒、纖維、有機物、重金屬等多種成分[29]，性質(zhì)不穩(wěn)定，久置便伴有惡臭，簡單處理會造成資源浪費和環(huán)境污染。對其進行資源化處理是解決污泥問題的有效途徑，對比國外資源化處理方式，我國目前處理手段較為單一。污泥資源化利用重點在資源利用和環(huán)境保護等方面。目前許多處理手段可避免淤泥的二次污染和保護生態(tài)環(huán)境，可一定程度實現(xiàn)污泥的無害化、減量化、穩(wěn)定化，但要實現(xiàn)資源循環(huán)發(fā)展與新處理技術(shù)的推廣，許多存在問題有待深度解決，更多的處理方向值得思考。

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