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摘要：本文对我国城镇污泥泥质现状及厌氧消化处理技术前景进行了总结分析，结果表明我国污泥中含有丰富的有机质氮、磷等营养元素，但同时也含有种类较多含量不等的重金属、有机污染物，为防止污泥导致二次环境污染，必须对其妥善处理与处置。不同区域的经济技术水平、污泥泥质特点均存在很大差异。污泥厌氧消化技术有多种限制性因素和未来应用前景明朗。
1前言
污泥是污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体[1]。污泥产量大约占处理水的0.3%~0.5%（以污泥含水率97%计）[2]。
随着环境质量要求的升高，我国城镇污水处理厂的数量年均增长8%，截至2017年底，已建设并运行污水处理厂3500余座，城镇污水厂污水处理量已达到600多亿m3，在污水处理能力污水提标的同时，污泥的产量急剧增加，产生的湿泥饼污泥量（按含水率80%计）达3000万t左右，干泥量达到1200万吨。目前仍以每年10%的速度增长。预计到2020年至2025年间，我国湿泥饼年产量将突破6000万吨，干泥量达到1200万吨。大量成分复杂鉴于其高含水率、有机物多病原的污泥未得到妥善处理的污泥随意丢弃会造成严重的环境二次污染。势必阻碍我国提高环境质量目标的实现进程[3, 4]。
2 污泥泥质现状
2.1 污泥基本理化性质
污泥含水率是指单位质量污泥中水分含量的百分数。城市污泥的含水率是由污水处理工艺、污水的性质和工艺运行条件等因素决定。我国污泥含水量率较高，污泥经机械脱水后含水率仍多达70%以上，这给污泥的贮存、运输、处理处置以及利用带来极大的困难[5]。
有机质的含量是污泥最重要的性质，污泥有机质决定了污泥的热值和可消化性。有机质含量越高，污泥的热值也好，可消化性就越好。李艳霞等人[6]研究了国内16个城市和29个污水处理厂污泥的有机质情况，结果显示干污泥中有机质含量为38.4%±12.7%，比猪厩肥中有机质高27.2%。我国经济发达地区城市污泥中有机质、含量普遍偏高。近年来我国城市污泥的有机质含量呈逐年增加的趋势。我国污泥中有机质含量比美国(534mg/g)低。
城市污泥中含有丰富的N、P和K等营养元素[6]。研究表明我国污泥中的总氮、总磷、总钾的平均含量分别为为3.03%、1.52%、0.69%，均超过国家堆肥要求的养分标准，污泥中含有改良土壤结构的有机质及腐殖质,能提高土壤的保水性能和保肥能力，污泥是一种很好的有机肥料。
2.2 城市污泥中重金属
在污水的处理过程中，污水中超过一半的重金属会转移到污泥中，污泥重金属对污泥的资源化利用形成了阻碍。重金属是污泥的主要污染物之一。重金属具有剂量小、危害大、易富集等的特点，一直是限制污泥农业利用的最主要的因素[7]。
我国城市污泥中主要含有Cu、Zn、Cd、Ni、Cr、Pb、和As等有害有毒重金属。70%统计样本表明As含量在20mg/kg以内，Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 含量分别在218、250、417、5、75、130、1701mg/kg以内，我国城市污泥中的重金属含量普遍低于英美发达国家，而且污泥重金属含量呈现逐年降低的趋势[8]。
2.3 城市污泥中有机污染物研究
城市污泥含有丰富的N、P、K和有机质，但它通常也含有氯酚(CPs)、氯苯(CBs)、多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)和有机农药等种类复杂的有机污染物而威胁着环境。不同城市污泥中有机污染物的种类及其含量不同，与污水的来源、污泥类型及其处理方式等因素有关。
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莫测辉研究表明城市污泥中ΣPAHs的含量在2.271~143.804mg/kg之间,其中内地市污泥的ΣPAHs 含量普遍高于香港的城市污泥,而且与国外的城市污泥相比也不同程度地偏高[9]。
申荣艳[10]等人对长江三角洲地区46个城市污水厂污泥PCBs进行了分析测定，结果表明，大部分污泥中PCBs低于0.1mg/kg，同样印证了说明我国的污泥中PCBs较低。
3.污泥厌氧消化处理技术分析
3.1 城市污泥厌氧消化过程的研究进展
污泥的厌氧消化+土地利用是目前比较主流的污泥处理处置方法，污泥厌氧消化可以实现污泥的稳定化、减量化、无害化和资源化。污泥厌氧消化是污泥在无氧条件下利用兼性菌和厌氧菌进行厌氧生化反应，降解污泥中有机物质产生沼气和二氧化碳的一种污泥处理工艺。厌氧菌在合适的条件下使有机物经厌氧分解而产生CH4、CO2、H2S等气体。
近年来厌氧消化技术在我国取得了很大进展，厌氧消化技术吸引了环保企业和政府的眼球，厌氧消化技术将在全中国得到广泛的推广和运用。该技术可能是未来我国污泥稳定化最主要的处理方式。
3.2污泥厌氧消化主要影响因素
（1）温度
温度是影响消化的重要因素。当温度适宜时，微生物有较高活性，有机物分解完全，产气量相应也大。根据厌氧菌最适宜的温度，主要可分为中温消化(温度范围为30℃~37℃)，高温消化(温度范围为50℃~57℃，超高温（温度>65℃）[11]。高温能耗较高，对设备也有很高的要求。
（2）pH值
厌氧细菌对pH值的反应非常敏感。甲烷发酵合适的pH值在6.50~7.5。产酸菌和水解菌的合适pH值范围较广，对pH的变化的反应不太敏感，最适pH范围在4.00~8.50。产酸菌的增殖在低pH值范围比较活跃。甲烷茵在弱碱性的环境中增殖。当系统的pH值超出6.0~8.5这一范围时，甲烷菌形成将受到抑制。
（3）有机质含量VS
在污泥厌氧消化过程中，常用VS降解率作为厌氧消化性能和气体产生量评价指标。污泥有机质降解率受污泥中有机质含量的影响。污泥中有机质含量的增加，VS降解率也会增加。通过添加有机质含量较高的污泥，可以提高污泥消化时的气体产量。刘蕾[12]等人对不同有机质含量的污泥进行中温厌氧消化实验，结果表明污泥有机质含量对产甲烷菌活性有一定程度的影响。有机质含量的提高，系统的产甲烷菌活性也增强，消化系统产甲烷性能也相应提高。
（4）C/N
碳素是污泥厌氧消化过程的能源，又是合成新细胞需要的碳源。研究表明厌氧消化最佳的C/N范围为（16~20）：1。C/N不宜过高，也不宜太低。如果C/N太高，微生物合成细胞所需的氮源不足，造成消化液的缓冲能力低，pH值不稳定；C/N太低，氮量过多，pH值可能升高，造成铵盐容易积累，对产甲烷菌增殖产生不利作用。
4 结论
4.1 我国污水厂污泥中含有大量的营养成分，具有较高含量的氮、磷，但C/N不高，低于污泥生物稳定化的要求；污泥中重金属含量较低，与我国污泥农用标准相比，重金属将不是该地区农用、园林用的主要限制性因素。
4.2 污泥厌氧消化技术为我国污泥处理处置提供一种新的方向，可能是未来我国污泥稳定化最主要的处理方式。
参考文献
[1]戴晓虎. 我国城市污泥处理处置现状及机遇[J]. 建设科技, 2011(19):55-59.
[2]张勇. 我国污泥处理处置现状及发展前景[J]. 中国资源综合利用, 2014(10):23-26.
[3]孙宏斌. 关于城市污水处理厂污泥处置的思考[J]. 工业设计, 2012(02):19.
[4]李艳霞, 陈同斌, 罗维, 等. 中国城市污泥有机质及养分含量与土地利用[J]. 生态学报, 2003(11):2464-2474.
论文作者:荆亚超
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/27
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