中山市中环环保废液回收有限公司
摘要：随着社会经济的快速发展，工业污水和生活污水的排放量日益增多，污泥产量急剧增加。污泥处置已成为我国目前亟待解决的环保问题。
关键词：污泥资源化利用 焚烧 填埋
一、前言
在城市污水处理中，通常要截留相当数量的悬浮物质，这些物质统称为污泥固体，与水的混合体叫污泥。污泥通常是指主要含有各种微生物以及有机、无机颗粒组成的絮状物，含有大量的有毒有害物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子；植物营养素（氮、磷、钾）、有机物及水分等。另外，污泥易于腐化发臭、颗粒较细，相对密度较小，含水率高且不易脱水，属于胶状结构的亲水性物质。因此，对污泥需要及时处理和处置。
二、国内外污泥资源化处理现状
2.1国外污泥处理现状
随着世界人口的不断增长和城市化进程的飞速发展，城市污泥的产量与日剧增，如何安全经济的处理污泥对环境造成的二次污染，已成为世界各国共同面临的环境问题。
对污水厂的污泥处理，发达国家从20世纪60年代已采用先进的成套技术与设备，如污泥浓缩脱水、污泥消化系统、污泥干燥焚烧、沼气利用、污泥高温堆肥以及污泥固化做燃料等技术与设备。20世纪80年代以来，发达国家的城市污泥处理已进入成熟阶段，此阶段特点有两个，一个是进一步完善污泥的处理技术；另一方面是重视污泥的处置与资源化利用。在污泥处理技术方面，进一步发展与完善的：如污泥消化工艺，20世纪80年代研究开发的好氧-厌氧两段消化，或酸性发酵-碱性发酵两相消化以及中温-高温双重消化等新工艺；在污泥无害化工艺方面，除沿用厌氧消化或好氧消化技术外，还开发了辐射处理（β射线、γ射线）技术，以及正在研究微波与超声波技术等。在污泥浓缩与脱水方面，除传统的重力浓缩外，又开发气浮浓缩，脱水技术由真空干燥自然脱水（污泥干化床）发展为机械脱水，以及板框压滤、离心脱水等。
2.2我国污泥处理现状
近年来，随着我国政府不断加强环境保护力度，城市污水处理率不断提高，但污泥的产量也迅速增加，随之而产生的污泥对环境造成二次污染的威胁也日益加剧。
在城市污水处理方面，通过引进、改进国外先进技术，已经建立了较为完善的污水处理系统。然而，在污泥处理方面，现有的国外污泥处理和处置方法并不完全适合我国，因此没有有效的污泥处理技术可借鉴，从而使我国在对城市污泥的最终处理方面进展缓慢，远滞后于污水处理技术的发展。
三、污泥处理与资源化基本方向
3.1资源化利用
污泥资源化利用包括了物质回收、转换，能量转换，具体包括了污泥的有用元素、能源和材料利用等方面。
3.1.1污泥的有用元素利用
污泥的有用元素利用主要指污泥的土地利用。污泥中含有丰富的腐殖质、有机物及植物所需的各种微量元素，它不仅能够为植物的生长提供大量的营养物质，提高土壤肥度，还能改良土壤结构，改善土壤的物理化学性质。污泥土地利用包括农业利用、绿地利用、土地恢复等。污泥土地利用风险在于污泥中存在许多有毒有害物质，因此在污泥土地利用时，应严格控制这些风险，避免对周围环境和人类食物链安全造成负面影响。
3.1.2污泥的能源利用
（1）污泥低温制油技术。污泥低温制油技术是指在300-500℃，常温或高压缺氧条件下，借助污泥中所含的重金属和硅酸铝，将污泥中的蛋白质和脂类转变成碳氢化合物。
（2）污泥沼气利用 污泥通过厌氧消化可产生以甲烷为主要成分的沼气。发酵产物主要是气态甲烷和二氧化碳，将其收集后用作清洁燃料。利用厌氧发酵制气的优点是资源化程度高，生产环境好，臭气产生量极小；大气污染小，无酸性物、二噁英，粉尘产生。
（3）污泥燃料化利用 污泥燃料化包括了污泥能量回收系统和污泥燃料。污泥燃料可用于发电，也可用于厂区水泥的生产，还适合纸浆造纸厂应用，有利于降低造纸厂的能耗。污泥燃料热值较高，性质比较稳定，可以方便控制。
3.1.3污泥制作建筑材料
（1）污泥制砖 污泥制砖可直接用干化污泥制转，也可用污泥焚烧灰制砖。用干化污泥直接制砖时，应对污泥成分进行适当调整，使其成分与制砖黏土的化学成分相当。
（2）污泥制陶粒和生态水泥 目前，污泥陶制的工艺主要有两种，一种是直接以脱水污泥为原料制陶粒，另一种是利用生污泥或厌氧发酵污泥焚烧灰造粒后烧结。此外，还可利用城市污水处理厂产生的脱水污泥为原料制造水泥。
（3）污泥制混凝土和吸附剂 细填料污泥焚烧灰可作为混凝土的细填料，代替部分水泥和细砂。利用污泥中含碳有机物对污泥进行热解制成含碳吸附剂，不同污泥所制取的吸附剂有不同的用途。
3.2焚烧
焚烧可达最大限度减量的目的。焚烧可破坏全部有机质，杀死一切病原体。如果城市卫生要求高或污泥有毒物质含量高是污泥无法再利用，但污泥自身的燃烧热值较大时，可采用焚烧方法进行处理。通过焚烧可利用污泥中丰富的生物能来发电并使污泥达到最大程度的减容。焚烧过程中所有的病菌、病原体均被彻底杀灭、又有害的有机残余物被氧化分解。
污泥以焚烧为核心的处理方法是彻底的处理方法，其优点在于其产物为无菌、无臭的无机残渣，迅速实现偶尔无菌化和减量的目的。
3.3填埋
填埋处理是指把污泥运到限定的区域内（山地、平地、峡谷和废矿坑内）铺开压实成薄层至一定厚度，在其上覆盖惰性土壤，已封闭的填埋场覆以由粘性土壤组成的最终覆盖层，上面可种绿色植物。污泥既可单独填埋，也可与工业废物和生活垃圾一起填埋，具有投资少、容量大、见效快等特点。然而，污泥填埋并未最终避免环境污染，有害成分的渗漏可能会对地下水造成污染，填埋场废气排放等，因此，土地填埋技术有待进一步探索研究。
四、污泥的资源化利用
4.1 污泥堆肥
在污泥中加入一定比例的膨松剂和调理剂（如秸秆、稻草、木屑或生活垃圾等），利用微生物群落在潮湿环境下对多种有机物进行氧化分解并转化为稳定性较高的类腐殖质。经过堆肥化处理后，植物可利用形态养分增加，而且消除了臭味，杀死病原菌和寄生虫卵，使污泥无害化。堆肥后的物料疏松、分散，呈细粒状，便于储藏、运输。
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4.2 污泥制活性炭
剩余活性污泥中含有较多的碳，从客观上具备了制备活性炭的条件。这方面的研究主要是选择污泥的最佳炭化、活化条件，以达到提高污泥活性炭质量、降低成本的目的。目前，污泥炭化方式除了传统的高温炭化处理，也有用工业废弃的硫酸来催化炭化。污泥活化方式以高温水蒸气物理活化和ZnC12化学活化主。
受污泥含炭量的限制，污泥活性炭的质量低于传统商品活性炭，其碘值为177~700 mg/g，但用其处理有机废水时，COD吸附容量和吸附平衡时间优于商品活性炭。尽管受污泥活性炭中重金属的影响，其应用场合有限，但在一些消耗碳的气体净化场合，其应用比传统的活性炭更经济。而且，污泥活性炭如果不再生，可以考虑烧掉，同时可固化其中的重金属，因此有一定的应用前景[1]。
4.3 污泥的建材利用
污泥的建材利用主要是指以污泥为原料制造各种建筑材料，例如污泥砖、污泥水泥和生物陶粒，无需依赖土地作为污泥最终消纳的归宿，同时还有可能替代一部分用于建筑的原材料，但由于成本和商品流通上的问题，还没有得到广泛的应用。
（1）制砖
污泥焚烧灰成分中，除二氧化硅含量比制砖粘土偏低外，其余均满足制砖要求，因此，当利用干污泥或污泥焚烧灰制砖时，应添加适量的粘土或硅砂，以提高二氧化硅含量，并且这种污泥用来制砖或制作釉陶管，性能较好[2]。
（2）制水泥
污泥除了有机物外，还含有20% ～ 30%的无机物，主要包含Si、Al、Fe和Ca等成分。一般情况下，污泥中的灰分和化学特性与粘土接近，因此从理论上污泥可替代30%的粘土原料参与水泥的生产。污泥焚烧灰所含成分与波特兰水泥成分类似，经加入少量石灰后，可煅烧成灰渣水泥，其强度符合美国材料与试验协会（American Society for Testing and Materials，ASTM）建工水泥规范[3]。另外，日本秩父小野田水泥公司和中国上海新型建材研究开发中心，分别研制成了利用污泥生产生态水泥的技术。
（3）制轻质陶粒
陶粒，特别是轻质陶粒优点多、需求量大，因此，开辟新的陶粒原料，开发新的轻质陶粒有重要意义。同济大学王中平、徐基斑开展了以苏州河底泥替代普通黏土烧制陶粒的研究，已取得初步成功；广州华穗轻质陶粒制品厂采用城市污水处理厂污泥替代河道淤泥或部分黏土烧制轻质陶粒获得成功，处理量已达300 t/d，年产陶粒18.8×104 m3，年产轻质陶粒砌块18×104 m3。污泥制陶技术的主要问题是当污泥中有大量重金属时，要注意炉窑的烟气处理与控制，以及对产品重金属浸出的监控[4]。
4.4 污泥制油
（1）污泥低温热解制油
低温热解制油是指在微正压、250~500 ℃条件下，污泥中有机物通过蒸馏、热分解过程转化为油、油品（热值约33 MJ/kg）的过程，收率与污泥中有机物含量直接相关，一般为1000 kg 干污泥可回收油品200~300 L[5]。由于剩余活性污泥的蛋白质含量较高，制得的油中氮、氧含量高，粘度大，难以用作高品质的燃油。
（2）污泥直接油化技术
直接油化技术是污泥不经过干燥处理，在250~350 ℃、5.0~15 MPa和催化剂的作用下，使污泥中的大部分有机物转化成低分子油状物。该工艺是在高压下操作，对设备要求较高，产品在分离、加工过程中产生的异味也较难解决。
（3）微波高压油化
微波高压油化是在压力为5.0 MPa或更高的条件下对污泥进行微波加热处理使其脱水，可获得较高的油品回收率。但由于此法现处于试验阶段，其操作参数对油品回收率的影响以及环境评价、经济性评价等工作都有待进一步研究[6]。
4.5 污泥产沼气
污泥厌氧消化产沼气的基础是由于污泥厌氧消化体系中3 类典型的微生物类群：水解发酵细菌、产氢产乙酸细菌以及产甲烷细菌相互协作，将有机大分子逐步降解并最终生产甲烷的过程。和以升流式厌氧污泥床（Up-flow Anaerobic Sludge Bed，UASB）工艺为代表的废水厌氧发酵产沼气技术一样，污泥厌氧消化技术也越来越多地应用于城市污水处理厂剩余污泥以及市政固体废弃物的处置。据估算，城市污水处理厂采用好氧二级处理工艺，其污泥厌氧处理所产生的甲烷足够满足污水厂运行30％能源需求。
4.6 污泥厌氧发酵产酸
挥发性脂肪酸，包括乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸和戊酸等，是在污泥厌氧消化过程中产生的十分重要的中间产物，具有较高的附加值，它们不但可用于农药、油漆、涂料等化工原料的制备，在污水处理厂可作为内源碳被脱氮除磷菌利用以去除富营养化污水中的氮和磷，使污水达到排放标准[8]。污泥的厌氧发酵产酸有效利用了污泥中的有机成分，不仅能使能源再生，还能达到废物利用的目的。同时，这种处理方法不仅能降低污泥处理的费用，减轻污水处理厂的经济负担，还能产生高附加值的产物，具有广阔应用前景。
4.7 污泥合成聚羟基烷酸酯
大部分的剩余污泥资源化方法利用了剩余污泥中的丰富的含碳量和植物营养元素，污泥中丰富的微生物菌群却往往被忽略，事实上在废水生物处理过程中，不但降解了废水中的有机物质，同时也培养驯化了一大批生物活性很高的混合菌群，与发酵罐中培养的纯菌种相比，它们无需严苛的生长条件和生长环境。若能利用这批混合菌群来生物合成高附加值产物，那么必定能很大程度的降低生产成本。基于活性污泥的这个特点，利用活性污泥中丰富的微生物菌群来累积生物可降解塑料聚羟基烷酸酯（PHA）越来越受到各国学者的关注。在富含可以积累PHA的菌种的剩余污泥中添加一些碳源物质，在一定条件下生产高附加值产物PHA，不但节省了菌种培养的费用，而且混合菌种对发酵条件的要求不高也能使发酵生产的成本降低，另一方面还能为剩余污泥的处置提供新途径，具有良好的应用前景。
结束语
在目前污泥处理处置技术受限制的情况下，如何使污泥减小危害甚至使原本看似无用的污泥创造出经济效益，越来越成为人们关注的焦点。在污泥的资源化利用上，取得了一些成果；但到目前为止，这些资源化利用途径还存在经济效益和大规模工业化生产等方面问题。因此，污泥的资源化利用还有很长的一段路要走。
参考文献：
[1]吕荣湖.剩余活性污泥的热化学处理技术化工环保.2015.27
[2]李磊.剩余污泥处理与资源化研究进展污染防治技术.2014.3
[3]金儒霖.排水工程.北京：中国建筑工业出版社2018.3
[4]白慧玲.城市污泥处置与利用综述山西建筑.2015.17
论文作者:谢喜佳,欧富初
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第27期
论文发表时间:2019/7/30
标签：污泥论文; 陶粒论文; 技术论文; 污水处理论文; 有机物论文; 活性炭论文; 水泥论文; 《建筑细部》2018年第27期论文;