試論污泥處理處置及資源化方法

劉麗

摘 要：在污水處理技術(shù)創(chuàng)新、處理效率提升的背景下，污水處理廠排放的污泥如何進(jìn)行科學(xué)處理，成為關(guān)注的焦點(diǎn)。由于污泥中含有較多的重金屬、有機(jī)污染物、病原微生物，如果直接填埋必然會(huì)造成環(huán)境的污染和生態(tài)的破壞。該文首先介紹了幾種實(shí)用性、無害化的污泥處置方法，包括污泥焚燒法、土地利用法、厭氧消化法等;隨后介紹了污泥在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域的資源化利用方法，并對(duì)污泥資源化利用的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：污泥處理? 厭氧消化法? 濕式氧化法? 資源化利用

中圖分類號(hào)： X703? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Under the background of innovation of sewage treatment technology and improvement of treatment efficiency， how to carry out scientific treatment of sludge discharged from sewage treatment plant has become the focus of attention. Because the sludge contains more heavy metals， organic pollutants and pathogenic microorganisms， if it is directly landfilled， it will inevitably cause environmental pollution and ecological damage. This paper first introduces several practical and harmless sludge disposal methods， including sludge incineration， land utilization， anaerobic digestion and so on. Then it introduces the utilization methods of sludge in agriculture， industry， environmental protection and other fields， and prospects the development prospect of sludge resource utilization.

Key Words： Sludge treatment; Anaerobic digestion; Wet oxidation; Resource utilization

在“十三五”期間，中央及地方政府對(duì)環(huán)保工作的重視程度和支持力度大幅度提升，并且提出了“地級(jí)及以上城市污泥無害化處理處置率達(dá)到90%”的目標(biāo)。在政策導(dǎo)向下，近年來涌現(xiàn)了許多污泥處理處置的新技術(shù)、新方法。在污泥無害化排放的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了污泥的資源化利用，在創(chuàng)造社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)等方面發(fā)揮了積極作用。在熟悉各類常用污泥處理處置方法和資源化利用方法的前提下，將這些方法盡快應(yīng)用于實(shí)踐，成為現(xiàn)階段的一項(xiàng)重要工作。

1.污泥處理處置方法

1.1衛(wèi)生填埋法

衛(wèi)生填埋是早期污泥處理處置的主要方法，根據(jù)填埋物成分的不同，又可以分成混合填埋和單獨(dú)填埋兩種形式。前者是將需要處理的污泥，與生活垃圾、建筑垃圾等進(jìn)行充分混合后，在專門的填埋場(chǎng)分層填埋、層層壓實(shí);后者則是將污泥進(jìn)行滅菌處理后，填入土坑，上面覆蓋一定厚度的素土，栽種生命力較強(qiáng)的植物，通過生態(tài)修復(fù)減弱填埋污泥對(duì)土壤、地下水的污染。在城市化早期，需要填埋的污泥總量較少，衛(wèi)生填埋法因?yàn)椴僮骱唵巍⒊杀据^低，因此較為常用。但是其弊端也十分明顯，例如：近年來污泥量呈幾何倍數(shù)增加，會(huì)占用大量的土地資源;還有就是污泥的滲濾液會(huì)對(duì)土壤、地下水造成污染。隨著其他新技術(shù)的推廣，衛(wèi)生填埋已經(jīng)很少使用。

1.2 污泥焚燒法

從組成成分上來看，污泥中含有較多的有機(jī)物和木質(zhì)素。污泥焚燒主要分為兩個(gè)步驟，預(yù)處理環(huán)節(jié)將污泥進(jìn)行加熱烘干、完全脫水;焚燒環(huán)節(jié)利用高溫?zé)崽幚?，將污泥中的有機(jī)物、木質(zhì)素等完全碳化，同時(shí)可以將殘留的病菌、微生物等殺滅，從而實(shí)現(xiàn)了污泥的無害化處理。污泥焚燒法的優(yōu)點(diǎn)在于處理速度快，處理更徹底;經(jīng)過烘干脫水和焚燒碳化處理后，污泥的質(zhì)量變輕、體積縮小，填埋時(shí)占用的土地面積更少[1]。近年來，隨著工藝的升級(jí)和設(shè)備的換代，污泥焚燒時(shí)產(chǎn)生的余熱，還可以用于供暖或發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了熱能的回收利用。以青島市污泥焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例，自2005投入使用后，每日污泥量的處理量可以達(dá)到30 t，每天發(fā)電可以達(dá)到1.8萬度，完全可以滿足污泥處理廠自身的用電需求。

1.3土地利用法

污泥中各類成分復(fù)雜，除了重金屬和病原微生物外，像氮、磷、鉀之類的有機(jī)物，所占比例也較高，如果能夠?qū)⑦@些有機(jī)物富集并利用，可以提高土壤肥力。另外，污泥本身具有較強(qiáng)的粘性和吸水性，將其與某些松散的土質(zhì)進(jìn)行混合，對(duì)提高土壤蓄水能力，加強(qiáng)土壤固結(jié)效果，避免水土流失也有積極的幫助。基于污泥的這些特點(diǎn)，土地利用也成為污泥處理處置的一種常用方法。例如：在鹽堿地、沙地中使用污泥進(jìn)行土壤改良，并栽種耐鹽堿的沙棗、梭梭樹、紫花槐等，可以逐漸修復(fù)受損土壤，對(duì)解決土地荒漠化問題有積極作用。需要注意的是，由于污泥中含有較多的寄生蟲卵、有害微生物，以及高濃度的鉛、銅等重金屬，在土地利用前也需要對(duì)污泥進(jìn)行必要的無害化處理，避免對(duì)土壤生態(tài)造成二次破壞。

1.4厭氧消化法

該方法是利用厭氧菌在特定環(huán)境下發(fā)生厭氧生化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥中各類有機(jī)物質(zhì)的有效分解，從而達(dá)到污泥減量化、穩(wěn)定化、資源化和無害化的一種技術(shù)。根據(jù)反應(yīng)處理過程中溫度的不同，又可以分成中溫厭氧消化（30 ℃～40 ℃）、高溫厭氧消化（50 ℃～60 ℃）兩種形式。其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：第一，降解徹底，經(jīng)過處理后污泥性質(zhì)穩(wěn)定，臭味消失，對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響較小;第二，厭氧生化反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生大量沼氣，經(jīng)過回收后可以作為能源進(jìn)行使用;第三，改善了污泥的脫水性能，后期進(jìn)行脫水處理時(shí)，可以減少脫水劑的用量，降低了成本。目前常見的厭氧消化反應(yīng)系統(tǒng)主要包括濃縮系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、沼氣回收與利用系統(tǒng)、污泥脫水系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)等組成[2]。

1.5濕式氧化法

將污泥倒入密閉反應(yīng)器內(nèi)，提供反應(yīng)所需的必要條件（高溫、高壓、有氧），經(jīng)過水解、裂解、氧化等一系列反應(yīng)后，可以將污泥中的各類有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物，最高轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到90%以上。在溫度較高，壓力一定、氧氣充足、持續(xù)反應(yīng)的條件下，可以取得較為理想的處理效果。有實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于城市污泥使用濕式氧化法，在200 ℃、1.2 MPa的條件下，持續(xù)反應(yīng)45～50 min，COD去除率可以達(dá)到67%，污泥消化率可以達(dá)到72%。結(jié)合應(yīng)用實(shí)踐，該方法在處理化工污泥、煉油污泥等方面，也能夠取得較為理想的效果[3]。濕式氧化法的優(yōu)點(diǎn)突出，例如：反應(yīng)時(shí)間短，通常在1 h內(nèi)可以較為徹底地完成污泥處理;適用范圍廣，可以對(duì)各類污泥進(jìn)行處理;反應(yīng)后剩余殘?jiān)蛔阍勰嗟?%，減量化效果明顯。但是其缺點(diǎn)也不容易忽視，例如：對(duì)反應(yīng)器的損害較大，需要經(jīng)常清洗，否則產(chǎn)生的酸性物質(zhì)會(huì)造成嚴(yán)重腐蝕，增加處理成本。另外為了提供合適的反應(yīng)條件，會(huì)有較高的電能消耗。

2.污泥的資源化利用

2.1污泥在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，經(jīng)過處理后的污泥，在提升土壤肥力等方面發(fā)揮了顯著作用。目前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的污泥資源化利用方式主要分為兩種：（1）污泥堆肥化。向污泥中加入特定的調(diào)理劑、膨脹劑等，進(jìn)行一次發(fā)酵、二次發(fā)酵后，微生物能夠?qū)⑽勰嘀械挠袡C(jī)物轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，同時(shí)污泥中的多數(shù)病原菌、寄生蟲卵等被殺死，最終得到含有較多腐殖質(zhì)的堆肥產(chǎn)品，用于改良土壤或提高土壤肥力。目前，這種污泥資源化工藝已經(jīng)在歐洲等國家得到廣泛利用。（2）污泥農(nóng)用。污泥經(jīng)過簡單的滅菌、脫水處理后，可以直接施用于農(nóng)田。在2009年，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)選擇一處地塊，分成兩片區(qū)域進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比于未做處理的地塊，施用污泥的地塊，水稻籽粒增產(chǎn)達(dá)到了35%[4]。另外，還可以將污泥用于牧場(chǎng)，對(duì)提高牧草的長勢(shì)和質(zhì)量也有顯著效果。

2.2污泥在工業(yè)方面的應(yīng)用

將污泥進(jìn)行特殊處理后，可以作為一種重要的工業(yè)材料，在工業(yè)生產(chǎn)、制造中帶來一定的效益?，F(xiàn)階段，污泥制磚、污泥制沼、污泥制陶等，已經(jīng)發(fā)展成為成熟的技術(shù)，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2.2.1污泥制磚

污泥經(jīng)過過濾、脫水等一系列處理后，與其他材料（如黏土、粉煤灰等）進(jìn)行混合，加壓成型，并放置于高溫環(huán)境下焙燒，最終可以得到污泥磚。由于焙燒時(shí)的溫度在500 ℃以上，可以將污泥中的病原微生物等全部殺死。下水道污泥可壓制成普通的建筑用磚，在黏土磚中混入10%的污泥，并在900 ℃條件下燒制成污泥磚，強(qiáng)度與普通紅磚相當(dāng)[5]。在污泥制磚過程中，通過調(diào)節(jié)污泥和摻料的比例，可以改善污泥磚的性能。通常污泥比例不得超過30%，否則會(huì)影響磚的強(qiáng)度和硬度。

2.2.2污泥制水泥

在綠色發(fā)展理念下，通過污泥資源化利用，制作生態(tài)水泥，成為一種新興技術(shù)。主要流程為：將污泥倒入密閉儲(chǔ)罐中，在特定條件下完成污泥的干燥、除塵，得到中間產(chǎn)物干污泥。將干污泥倒入水泥窯分解爐，向爐內(nèi)加入特定的輔料或催化劑，對(duì)混合料進(jìn)行焚燒。所得熟料進(jìn)行研磨，形成水泥磨粉。在制作混凝土?xí)r，可以代替部分水泥，并且不影響混凝土的整體性能。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于流程相對(duì)簡單、使用成本較低、環(huán)保效益較好。日本早在2001年就建成了第一座生態(tài)水泥廠，利用污泥作為原料，年產(chǎn)水泥量達(dá)到10萬多噸。近年來，我國的河南、河北、安徽等省份，也相繼建成了生態(tài)水泥廠，利用污泥生產(chǎn)的水泥達(dá)到了國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3污泥在環(huán)保方面的應(yīng)用

2.3.1污泥制吸附劑

在凈化水質(zhì)、吸收粉塵等方面，以活性炭為主的吸附劑有著廣泛應(yīng)用。但是由于吸附劑是一類消耗品，活性炭的使用成本較高。將污泥作為原料，制作成為吸附劑，在吸附效果上與活性炭相差無幾，但是成本幾乎為0，因此綜合效益更加顯著。將剩余活性污泥與催化劑FeSO4、CuCl，3.0～5.0 mol/L的活化劑ZnCl2充分混合，在550 ℃條件下炭化2 h，冷卻烘干后研磨制成吸附劑，該吸附劑應(yīng)用于農(nóng)藥廢水，對(duì)COD的去除率最高可達(dá)63%，同時(shí)對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量為130.8 mg/g，已接近優(yōu)質(zhì)活性炭，有很好的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值[6]。

2.3.2污泥制粘結(jié)劑

型煤在工業(yè)和民用等領(lǐng)域有著廣泛運(yùn)用，但是傳統(tǒng)型煤的粘結(jié)劑以白泥為主，不僅成本較高，而且導(dǎo)致型煤燃燒不充分，灰渣中仍然含有較高的殘?zhí)?，造成了資源的浪費(fèi)。污泥具有很強(qiáng)的粘結(jié)性，代替白泥作為型煤粘結(jié)劑，可以提高其燃燒率，灰渣中殘留碳的含量不足1%。并且污泥的使用成本低，對(duì)降低型煤生產(chǎn)和使用成本也有一定的幫助。

2.4污泥在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

現(xiàn)階段，污泥在農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域的資源化利用技術(shù)已經(jīng)比較成熟。除此之外，在其他個(gè)別領(lǐng)域，在新技術(shù)的推動(dòng)下，污泥的資源化利用前景也十分廣闊。例如：污泥中含有較多的營養(yǎng)物質(zhì)（新維素、粗蛋白、脂肪酸等），經(jīng)過特殊處理后，可以作為飼料。以水產(chǎn)養(yǎng)殖為例，將污泥飼料和普通飼料按照7∶3的比例混合，在降低飼喂成本的同時(shí)，也提高了養(yǎng)殖產(chǎn)量。需要注意的是，污泥制飼料，必須對(duì)污泥進(jìn)行無害化處理，避免有毒物質(zhì)危及養(yǎng)殖動(dòng)物。

3結(jié)語

在環(huán)保力度加大和治污水平提升的背景下，污泥產(chǎn)量越來越多。如果能夠?qū)⑽勰噙M(jìn)行資源化利用，將會(huì)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也有助于解決污泥隨意排放導(dǎo)致的生態(tài)污染問題。焚燒、厭氧消化、濕式氧化等，都是目前常見的污泥處理處置方法。在處理過程中，運(yùn)用特定的方法，將污泥轉(zhuǎn)化為可利用的資源，真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶。從現(xiàn)有的技術(shù)來看，利用污泥堆肥，污泥制磚塊、制水泥、制吸附劑等，已經(jīng)在各行各業(yè)得到了推廣。下一步還要繼續(xù)做好相關(guān)技術(shù)的研究和創(chuàng)新，從而讓污泥的綜合價(jià)值得到開發(fā)，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

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