城市污水处理厂污泥最终处置方法研究-城市规划论文发表

城市污水处理厂污泥最终处置方法研究
邹琳
摘要：随着日益增加的人口和全球社会的日益城镇化，城市污水的产生量越来越大，生态环境面临日益严重破坏的压力。本文叙述了污泥的传统处置方式（直接土地利用、填埋、焚烧）及其弊端，并提出了污泥的资源化利用方式（污泥堆肥、燃料化、剩余污泥制可降解塑料、建材利用、热解制油）。
关键词：污泥处置；传统处置方式；资源化利用

1 引言
污泥通常经浓缩、消化稳定、脱水等工艺后，就进入最终处置阶段。污泥的最终处置技术大致可以归结为两大类[1]：一是抛弃型技术，污泥作为废物不再利用；二是资源化技术，充分利用污泥中的有用成分，实现变废为宝，符合可持续发展的战略方针，有利于建立循环型经济。
2 污泥的传统处置方式
2.1 直接土地利用
污泥中含有丰富的有机营养成分如N、P、K等和植物所需的各种微量元素如Ca、Mg、Cu和Fe等，其中有机物的浓度一般为40%~70%，其含量高于普通农家肥，因此能够增加土壤肥力，促进作物的生长，将剩余污泥回用于土地作为植物的肥料，可以对剩余污泥进行充分利用。但其所面临的问题有：采用污泥肥料会恶化施用地的环境卫生状况；污泥的成分复杂，若未经稳定化处理会改变土地的微生态条件，从而影响作物的生长；污泥中的有毒物质可能通过食物链的转移，最终危及人类的身体健康[2]。因此，对于剩余污泥的土地回用，大多发达国家都制定了严格的标准。此外，目前国内常用的污泥浓缩技术因其含水率高，造成运输困难，给直接土地利用的具体操作带来较大麻烦。
2.2 填埋
污泥的填埋处理具有容量大、见效快的特点，是目前最为常见的最终处置途径。在北美约有68%、欧洲约有47%的污泥处理采用专用污泥填埋场处置，在中国已建成的污泥填埋场有十余个。污泥填埋处置采用污泥汽运、分层填埋、分层压实、分层用土或塑料薄膜覆盖的方法。污泥填埋至极限高度后，在表层铺设多层山地土，总厚度约1m，再铺上0.3m种植土，再种树绿化，美化生态环境[3]。但是污泥填埋必须预先脱水至含水率小于65%，为此需要消耗大量的药剂，既增加了成本也增加了污泥量[4]，而且要占用大量的土地和花费较高的运输费用和运行成本，且填埋场周围环境也会恶化。因此，在许多国家和地区人们坚决反对新建填埋场，现有的部分填埋场也要逐渐关闭。
2.3 焚烧
污泥焚烧是将干化后的污泥与空气中的氧在高温下发生燃烧反应，使其氧化分解，达到减容、去除毒性并回收能源的目的。焚烧后的最终产物为化学性质比较稳定的无害化灰渣。焚烧可使剩余污泥的体积减少至最小化，是相对比较安全的一种污泥处置方法，并可以解决其它方法中污泥要占用大量空间的缺陷[5]。但其所需的费用很高，能耗大，并存在烟气污染问题。
由此可见，在目前污泥资源化利用技术尚不成熟的情况下，传统的污泥处置方式发挥了一定的作用，但都存在一定的缺陷。随着环境标准的更加严格化，其弊端就更明显地暴露出来。因此，为彻底消除污染物质，净化我们的生活环境，有必要对污泥的最终处置途径提出一些新的思路和方法。
3 污泥的资源化利用
3.1 污泥堆肥
污泥中含有大量的植物所需的养分，其含量高于农家肥，但是污泥中也含有有害成分，重金属离子易在土壤和植物体内积累，因此在土地利用之前，必须对污泥进行稳定化。堆肥化处理是采用较多的一种方法[6]。
堆肥化是利用微生物的作用，将不稳定的有机质降解和转化成稳定的有机质，并使挥发性有机质含量降低，减少臭气；通过堆肥化，污泥的物理性状明显改善（如含水率降低，呈疏松、分散、粒状），便于贮存、运输和使用；高温堆肥还可以杀灭病原菌、虫卵和草籽，使产物更适合作为土壤改良剂和植物营养源。
3.2 污泥燃料化
污泥燃料化方法目前有两种，一种是污泥能量回收系统（HERS法，Hyperion Energy Recovery System），另一种是污泥燃料化法（SF法，Sludge Fue1）。HERS法即利用污泥消化制沼气[7]，将污泥进行厌氧消化，其中的有机物经厌氧细菌分解产生以甲烷为主的可燃性气体，经脱硫后即可用作发电燃料。SF法即污泥低温热解制燃料油，是将未消化的混合污泥经机械脱水后，加入重油，调制成流动性浆液进行多效蒸发，污泥有机质在加热条件下部分热裂解，产生衍生燃料。污泥燃料燃烧产生蒸汽还可作污泥干燥的热源和发电，回收能量[8]。
污泥燃料化技术是一种适合处理所有污泥，又能利用污泥中有效成分，实现污泥减量化、无害化、稳定化和资源化的污泥处理技术，是当前污泥处理技术研究开发的方向。
3.3 剩余污泥制可降解塑料
1974年有人从活性污泥中提取到一类可完成生物降解、具有良好加工性能和广阔应用前景的新型热塑材料PHA，为利用活性污泥生产PHA奠定了基础。研究表明：活性污泥经过相关的培养后，可大幅度增加其中含有的可降解塑料。因此，利用剩余污泥制备可降解塑料可有效地解决化学合成塑料所造成的“白色污染”，既让废物得到了利用又避免了对环境的二次污染，对环境保护及可持续发展作出了一定的贡献，创造了良好的环境效益和经济效益[9]。
3.4 污泥的建材利用
污泥中的无机物主要由硅、铁、铝和钙等构成，含量约为20%-30%。因此即使采用传统的污泥焚烧工艺大幅度地实现污泥减量，但仍有较多以焚烧灰形式存在的无机物需做填埋处置。而污泥的建材利用可充分利用污泥中的有机物和无机物，实现污泥资源化。
污泥的建材利用主要有：制轻质陶粒、生产水泥、制熔融材料及熔融微晶玻璃等。污泥制轻质陶粒，是直接以脱水污泥为原料，将粉末状物料加热到熔点以上，使一部分物料变成液相，冷却后成为有相当强度的固体，烧结后物料相互之间往往产生化学结合，但大多是形成新的玻璃体或晶体。污泥中含有较多的灰分，其中的铝、铁成份是混凝法处理废水时形成的，可作为建筑材料添加剂。将污泥烘干研磨后，按照一定的质量比添加石灰并混合均匀，控制好温度条件和焚烧时间可制得水泥[9]。
污泥制轻质陶粒可用作混凝土的骨料、路基材料或花卉覆盖材料，也可作为污水厂生物滤池的滤料，微生物挂膜在陶粒上可有效降低污水中的BOD、COD及氨氮含量，效果良好；污泥制熔融材料也可用于路基路面、混凝土的骨料或地下管道的衬垫材料；污泥制微晶玻璃的外观、强度、耐热性优良，可应用于建筑内外的装饰材料；污泥生产水泥可用于素混凝土，地基的增强固化材料，以及用作道路铺装混凝土，大坝混凝土，重力式挡土墙，水泥竹纤维板等。
3.5 污泥热解制油技术
低温热解是一种发展中的能量回收型污泥热化学处理技术，它通过无氧加热干燥污泥至500℃，通过干馏和热分解作用使污泥转化为油、反应水、不凝性气体和碳四种产物[10]。国外不少研究者提出该技术，评价了其经济性，并研究了低温热解污泥过程的二次污染控制和热解油的市场应用前景[11-12]。国内学者何晶晶和欧国荣等人[13-14]也就该方面研究进行了实验，探讨了转化过程的机理。对于污泥低温热解机理的认识意见不统一，但较为普遍的观点认为：在200℃~450℃脂肪族化合物蒸发，蛋白质在300℃以上开始转化，而当温度达到390℃以上时糖类化合物开始转化，主要反应为肽键断裂、基团的转移变性及支链断裂等。由此可见，污泥中的脂肪族化合物和蛋白质是污泥低温热解所得衍生油的主要来源。
污泥低温热解是一种新型的污泥处置方式，由于生产技术尚不成熟，因此应用过程中存在较多需要完善的地方。由于热解是一高温、高压过程，升温、升压和降温、降压的环节很多，如何在流程上予以合理布置以充分利用能量，这样的问题解决起来依然存在很多困难[15]。

参考文献：
[1] 班福忱，刘明秀，李亚峰等. 城市污水处理厂污泥资源化研究探讨. 环境科学与管理，2006，7(13)：48-52
[2] Campbell H W. Sludge management future issues and trends. Wat.Sci.Tech.，2000，41(8)：1-8
[3] 范锦中. 利用污泥生产节能型人造轻集料－陶粒. 粉煤灰，2006，18(5)：36-38
[4] 管晓涛. 剩余污泥资源化研究现状. 江西化工，2004，9：34-37
[5] 裘伯钢. 污泥资源化处置与综合利用. 环境保护科学，2006，10：25-28
[6] 赵庆祥. 污泥资源化技术. 北京：化学工业出版社，2002，45-57
[7] 赵鸣，吴广芬，李刚. 污泥资源化利用的途径与分析. 环境科学与技术，2005，3：73-76