市政污泥的處置及資源化利用綜述

摘要：市政污泥為污水處理過(guò)程中的副產(chǎn)物，主要性質(zhì)包括：高含水率、含有有機(jī)毒性物質(zhì)、比表面積和孔隙率較大、易產(chǎn)生刺激性氣體等。利用市政污泥的復(fù)雜特性對(duì)其進(jìn)行合理處理處置以及資源化利用具有重要現(xiàn)實(shí)意義，本文針對(duì)市政污泥的發(fā)展及應(yīng)用相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞：市政污泥;工業(yè)污泥;資源化

隨著城市發(fā)展不斷加快和人民生活水平不斷提高，人類(lèi)產(chǎn)出的廢棄物也越來(lái)越多，其中，對(duì)人類(lèi)影響最直接和最難處置廢棄物—市政污泥，已經(jīng)成為環(huán)境學(xué)者關(guān)注重點(diǎn)。市政污泥為城市污水處理廠污水處理過(guò)程中的副產(chǎn)物，其中包含浮渣和經(jīng)不同方式凝結(jié)而成的絮狀物、沉淀物，污泥組成成分與城市污水處理廠處理工藝和污水性質(zhì)有關(guān)，屬于較頑固廢物。

1 我國(guó)污泥處理處置現(xiàn)狀

隨著環(huán)境問(wèn)題的日益加劇，人們都紛紛對(duì)自己賴(lài)以生存的自然環(huán)境條件堪憂，都自發(fā)地提升了環(huán)保意識(shí)，在此基礎(chǔ)上，城市污水處理設(shè)施建設(shè)便得到了空前發(fā)展。隨著近年來(lái)我國(guó)城市污水排放量和處理量的逐年增長(zhǎng)，大量處理污泥便給城市環(huán)境保護(hù)帶來(lái)了不小的壓力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年全國(guó)全年濕污泥產(chǎn)生量就高達(dá)595萬(wàn)噸，如果將城市污水全部處理完，所產(chǎn)生的污泥量將突破840萬(wàn)噸，約占全國(guó)總固體廢棄物的3%。污泥中除包含大量水分外，還包含有大量難降解的有毒成分，如有機(jī)物、重金屬、鹽類(lèi)、病原微生物及寄生蟲(chóng)卵等，因此，將其進(jìn)行資源化處理亦是困難重重。

從當(dāng)前我國(guó)城市污泥資源化處理現(xiàn)狀來(lái)看，主要無(wú)害化處理技術(shù)有農(nóng)用、堆肥燃燒、制備建筑材料以及填埋等，其中農(nóng)用處理約占4成左右、填埋約占3成，其他處置方式約占1成、其余都是還沒(méi)有經(jīng)過(guò)任理的。為妥善處理掉這些污泥，污水處理廠需多耗費(fèi)掉20%～50%資金，這對(duì)于污水處理廠來(lái)說(shuō)，是極其大的一筆開(kāi)支，但相對(duì)于耗費(fèi)更高的西方國(guó)家來(lái)說(shuō)（50%～70%），我國(guó)對(duì)于污泥處理明顯處于滯后狀態(tài)。

2 市政污泥主要特點(diǎn)及處置問(wèn)題

2.1 市政污泥特點(diǎn)和組成成分

不同城市污水處理廠雖然產(chǎn)出的污泥不同，但其主要特性包括：（1）具有高度不均勻、外觀形狀不規(guī)則特點(diǎn)，比表面積與孔隙率較高，類(lèi)似泡沫狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)膠體性質(zhì);（2）高含水率，且水在污泥中存在的形式不同，可以分為：表面吸附水、間隙水、毛細(xì)結(jié)合水和內(nèi)部結(jié)合水，研究學(xué)者表明各組分水在去除階段的蒸發(fā)速率不同，不宜脫水;（3）存在不穩(wěn)定有機(jī)化合物苯并芘、多氯聯(lián)苯類(lèi)、有機(jī)農(nóng)藥等和有機(jī)衍生物，這些物質(zhì)在不同狀態(tài)下易分解、易變質(zhì)并產(chǎn)生其他有害物質(zhì);（4）污泥在堆放時(shí)，易產(chǎn)出氨氣、硫化氫、硫醇等刺激性氣體;（5）含有病原微生物、病毒、細(xì)菌、寄生蟲(chóng)卵[1]。市政污泥的特性對(duì)其資源化利用有著重要影響。

2.2 市政污泥的處理處置問(wèn)題

國(guó)內(nèi)污泥處理工藝起步較晚，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）污泥處理效率低下。早期城市污水處理廠忽視處理階段產(chǎn)出的污泥，只對(duì)污水進(jìn)行有效處理，造成市政污泥隨意堆放，污染環(huán)境;（2）“重水輕泥”現(xiàn)象嚴(yán)重，污泥處理措施落后。近幾年污水處理技術(shù)迅速發(fā)展，而污泥處理技術(shù)卻停滯不前，相對(duì)于十幾年前的技術(shù)沒(méi)有太大進(jìn)步;（3）技術(shù)方案陳舊老套。個(gè)別企業(yè)以營(yíng)利為目的，對(duì)于較高成本新技術(shù)和新工藝難以實(shí)施下去，污泥處理措施停滯不前;（4）監(jiān)督管理部門(mén)制度問(wèn)題。對(duì)于長(zhǎng)期污泥處理忽視，政府有關(guān)部門(mén)制度不完善，對(duì)污泥監(jiān)管困難;（5）收費(fèi)機(jī)制不合理。污泥為污水處理過(guò)程中的副產(chǎn)物，在污水處理費(fèi)用中附加污泥處理費(fèi)是必然，但從實(shí)際情況來(lái)看，征需污泥處置費(fèi)用困難，政府對(duì)于污泥處理補(bǔ)貼也存在不合理現(xiàn)象，造成企業(yè)更多以實(shí)際效益為目標(biāo)。

3 國(guó)內(nèi)污泥傳統(tǒng)處置方法

3.1 衛(wèi)生填埋技術(shù)

衛(wèi)生填埋技術(shù)是早期國(guó)內(nèi)外處理污泥常用方法，優(yōu)點(diǎn)包括：處理效率高，速度快，處理量大和填埋成本低等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是：運(yùn)輸和建設(shè)成本高、占地面積大，填埋環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)要充分考慮填埋技術(shù)措施。

在填埋之前對(duì)市政污泥進(jìn)行減容和降低含水率預(yù)處理，將預(yù)處理的污泥運(yùn)輸?shù)教盥駡?chǎng)填埋。同時(shí)污泥填埋場(chǎng)的建設(shè)要充分考慮其環(huán)境、水文地質(zhì)、土壤等問(wèn)題，在建設(shè)過(guò)程中涉及污水污泥防滲和衛(wèi)生措施也是影響填埋場(chǎng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵條件。隨著污泥產(chǎn)量不斷增加、國(guó)內(nèi)可用土地資源逐漸減少，衛(wèi)生填埋技術(shù)將逐漸被其他技術(shù)替代。

3.2 農(nóng)業(yè)利用技術(shù)

利用污泥中鐵、鈣、銅、鉀等元素和有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)是實(shí)現(xiàn)資源化利用的方法之一。污泥中微量元素可以保證農(nóng)作物正常生長(zhǎng)以及水分吸收，同時(shí)有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)為農(nóng)作物提供保水保肥作用。但市政污泥常與工業(yè)廢水混合，摻雜的重金屬離子直接與土壤接觸，污染種植物以及地下水，并產(chǎn)生危害。污泥制肥料不僅可以代替耕種肥料還可以對(duì)污泥資源化利用，但也要考慮生產(chǎn)工藝以及費(fèi)用。因此，農(nóng)業(yè)利用技術(shù)是一項(xiàng)有待評(píng)估的技術(shù)措施[2]。

3.3 污泥焚燒技術(shù)

污泥焚燒是最直接、有效減量污泥方式之一。高溫促使污泥中有機(jī)物燃燒釋放高熱量，可用于發(fā)電與供暖，同時(shí)高溫可以殺死并分解病原微生物和毒性化學(xué)物質(zhì)。目前在水泥廠、發(fā)電廠應(yīng)用污泥焚燒技術(shù)較多[3]。雖然污泥焚燒技術(shù)在減量化、穩(wěn)定化方面存在較大優(yōu)勢(shì)，但在處理過(guò)程中產(chǎn)生飛灰、煙塵顆粒如果處理不當(dāng)會(huì)污染大氣環(huán)境，需處理達(dá)標(biāo)后進(jìn)行排放。另外，焚燒技術(shù)對(duì)設(shè)備、施工工藝要求較高，投入成本較大。

4 市政污泥資源化利用技術(shù)發(fā)展

4.1 制燃?xì)馊加?/p>

市政污泥通過(guò)熱解后在無(wú)氧、厭氧菌環(huán)境下，產(chǎn)出甲烷、二氧化碳等氣體，且有學(xué)者研究表明產(chǎn)出甲烷含量達(dá)到60%[4]，利用產(chǎn)出的氣體進(jìn)行工業(yè)發(fā)電、供暖等途徑;污泥制油作為一種新型技術(shù)，在工藝中對(duì)生產(chǎn)條件要求較高，在常壓或高壓下，惰性氣體為保護(hù)對(duì)象，500℃以上的溫度環(huán)境中污泥熱解生產(chǎn)出生物油。

在污泥處理過(guò)程中，應(yīng)用最廣泛的方式就是生物制氫法。而生物制氫法的應(yīng)用實(shí)踐中，就包括厭氧發(fā)酵制氫和厭氧光合制氫。其中厭氧發(fā)酵制氫工藝簡(jiǎn)單，便于操作，同時(shí)還能無(wú)害化處理掉更多種類(lèi)的有機(jī)物。著名學(xué)者湯桂蘭等通過(guò)試驗(yàn)對(duì)酸堿處理、熱處理等對(duì)厭氧污泥發(fā)酵產(chǎn)氫量的影響進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)處理?xiàng)l件不同時(shí)，產(chǎn)氫量也大不相同，其中，產(chǎn)氫量最大的要數(shù)熱處理方式。另外，致使污泥發(fā)酵主要存在三方面因素，即pH值、底物濃度和溫度。作為一種低成本、低能耗低的新能源生產(chǎn)技術(shù)，污泥制氫具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，因此，該技術(shù)的發(fā)展前景非常廣闊。

運(yùn)用厭氧消化法處理污泥時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量沼氣，但當(dāng)前國(guó)內(nèi)技術(shù)不是很成熟，將污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化成沼氣的效率較低，還不足50%，仍需開(kāi)發(fā)出更高效的處理技術(shù)。環(huán)境學(xué)家潘志勇等曾在某套30m3的污泥厭氧消化裝置中開(kāi)展試驗(yàn)研究試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)影響污泥厭氧發(fā)酵的核心因素就是投配率。在城市污泥處理過(guò)程中，所采用的方式不同，沼氣產(chǎn)量也略有差異，但經(jīng)超聲波預(yù)處理，就可以大大提高污泥轉(zhuǎn)化成沼氣的產(chǎn)量。經(jīng)特殊處理后，污水污泥中的某些微生物是可被轉(zhuǎn)化為生物柴油的油脂，王怡等通過(guò)污泥脫水干化處理后，制取了一定量的生物柴油，說(shuō)明該技術(shù)應(yīng)用前景還是非常廣闊的。

4.2 資源回收

學(xué)者洪剛等為進(jìn)一步探索污泥資源化處理，先后進(jìn)行多次微生物水解破壁和固液分離試驗(yàn)，表明運(yùn)用水解技術(shù)，可提取部分微生物蛋白液，這些蛋白液作蛋白質(zhì)發(fā)泡劑和有機(jī)肥之用，大大提升其附加值。當(dāng)前，我國(guó)絕大多數(shù)中小型水廠的凈水污泥都是直接排入市政下水道，而大型水廠的處理方式都是經(jīng)脫水處理后進(jìn)行填埋。研究表明，凈水污泥中的金屬鹽絮凝劑可達(dá)到給水污泥干基的36%，對(duì)此，可有效運(yùn)用酸化法進(jìn)行回收，實(shí)現(xiàn)變廢為寶，所以說(shuō)這一處理方式極具發(fā)展?jié)摿?。學(xué)者王東田等采用超聲輔助回收絮凝劑，回收的絮凝劑對(duì)去除污水中的污染物使是很有幫助的。

4.3 制陶粒、磚、水泥等建筑材料

污泥中含有大量無(wú)機(jī)物和金屬離子，與部分建筑材料性質(zhì)相近，通過(guò)將污泥與其他材料混合加工生產(chǎn)陶粒，代替?zhèn)鹘y(tǒng)黏土材料，不僅增大污泥的資源化利用同時(shí)又可以避免黏土污染環(huán)境，是一種以廢治廢的新途徑;將污泥進(jìn)行不同程度處理與篩選，與其他制磚輔料混合，在高溫環(huán)境下燒制成型，采用合適生產(chǎn)工藝可以將磚塊達(dá)到普通燒結(jié)磚塊國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[5];由于污泥復(fù)雜組成成分，在經(jīng)過(guò)高溫灼燒后廢渣的礦物成分與水泥相似，可以用作水泥熟料代替黏土生產(chǎn)硅酸鹽水泥，成品的水泥和凝結(jié)時(shí)間滿足工藝要求，但此項(xiàng)技術(shù)生產(chǎn)成本較高，不利于推廣使用。

4.4 制備吸附材料

利用污泥制作活性吸附材料對(duì)生產(chǎn)條件以及污泥的成分與種類(lèi)有嚴(yán)格要求，以氯化鋅為催化劑的生產(chǎn)工藝可以有效降低工程成本，在另一種以溫度180℃～220℃，30MPa壓強(qiáng)條件下污泥水解后干化，再經(jīng)300℃～700℃、無(wú)氧環(huán)境下制備的活性炭，當(dāng)溫度越高生產(chǎn)的活性炭品質(zhì)越高。

5 結(jié)語(yǔ)

市政污泥作為城市廢棄物處理過(guò)程中的重要部分，越來(lái)越多環(huán)保從業(yè)者將污泥進(jìn)行資源化利用，應(yīng)當(dāng)以“減量化、無(wú)害化、資源化”作為處理處置原則。雖然處置污泥的新工藝受環(huán)境、成本、運(yùn)行條件限制，但管理者更應(yīng)該最大程度地發(fā)揮污泥的剩余價(jià)值，為人類(lèi)生活提供更多幫助，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境雙贏目的。

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