试论污泥处理处置及资源化方法
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作者:刘丽
摘 要：在污水处理技术创新、处理效率提升的背景下，污水处理厂排放的污泥如何进行科学处理，成为关注的焦点。由于污泥中含有较多的重金属、有机污染物、病原微生物，如果直接填埋必然会造成环境的污染和生态的破坏。本文首先介绍了几种实用性、无害化的污泥处置方法，包括污泥焚烧法、土地利用法、厌氧消化法等;随后介绍了污泥在农业、工业、环保等各个领域的资源化利用方法，并对污泥资源化利用的发展前景进行了展望。
关键词：污泥处理 厌氧消化法 湿式氧化法 资源化利用
中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）12（b）-0113-03
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 land filled， 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”期间，中央及地方政府对环保工作的重视程度和支持力度大幅度提升，并且提出了“地级及以上城市污泥无害化处理处置率达到90%”的目标。在政策导向下，近年来涌现了许多污泥处理处置的新技术、新方法。在污泥无害化排放的基础上，实现了污泥的资源化利用，在创造社会经济效益和促进生态文明建设等方面发挥了积极作用。在熟悉各类常用污泥处理处置方法和资源化利用方法的前提下，将这些方法尽快应用于实践，成为现阶段的一项重要工作。
1 污泥处理处置方法
1.1 卫生填埋法
卫生填埋是早期污泥处理处置的主要方法，根据填埋物成分的不同，又可以分成混合填埋和单独填埋2种形式。前者是将需要处理的污泥，与生活垃圾、建筑垃圾等进行充分混合后，在专门的填埋场分层填埋、层层压实;后者则是将污泥进行灭菌处理后，填入土坑，上面覆盖一定厚度的素土，栽种生命力较强的植物，通过生态修复减弱填埋污泥对土壤、地下水的污染。在城市化早期，需要填埋的污泥总量较少，卫生填埋法因为操作简单、成本较低，因此较为常用。但是其弊端也十分明显，例如近年来污泥量呈几何倍数增加，会占用大量的土地资源;还有就是污泥的渗滤液会对土壤、地下水造成污染。随着其他新技术的推广，卫生填埋已经很少使用。
1.2 污泥焚烧法
从组成成分上来看，污泥中含有較多的有机物和木质素。污泥焚烧主要分为两个步骤，预处理环节将污泥进行加热烘干、完全脱水;焚烧环节利用高温热处理，将污泥中的有机物、木质素等完全碳化，同时可以将残留的病菌、微生物等杀灭，从而实现了污泥的无害化处理。污泥焚烧法的优点在于处理速度快，处理更彻底;经过烘干脱水和焚烧碳化处理后，污泥的质量变轻、体积缩小，填埋时占用的土地面积更少。近年来，随着工艺的升级和设备的换代，污泥焚烧时产生的余热，还可以用于供暖或发电，实现了热能的回收利用。以青岛市污泥焚烧发电项目为例，自2005投入使用后，每日污泥量的处理量可以达到30t，每天发电可以达到1.8万度，完全可以满足污泥处理厂自身的用电需求。
1.3 土地利用法
污泥中各类成分复杂，除了重金属和病原微生物外，像氮、磷、钾之类的有机物，所占比例也较高，如果能够将这些有机物富集并利用，可以提高土壤肥力。另外，污泥本身具有较强的粘性和吸水性，将其与某些松散的土质进行混合，对提高土壤蓄水能力，加强土壤固结效果，避免水土流失也有积极的帮助。基于污泥的这些特点，土地利用也成为污泥处理处置的一种常用方法。例如，在盐碱地、沙地中使用污泥进行土壤改良，并栽种耐盐碱的沙枣、梭梭树、紫花槐等，可以逐渐修复受损土壤，对解决土地荒漠化问题有积极作用。需要注意的是，由于污泥中含有较多的寄生虫卵、有害微生物，以及高浓度的铅、铜等重金属，在土地利用前也需要对污泥进行必要的无害化处理，避免对土壤生态造成二次破坏。 1.4 厌氧消化法
该方法是利用厌氧菌在特定环境下发生厌氧生化反应，实现对污泥中各类有机物质的有效分解，从而达到污泥减量化、稳定化、资源化和无害化的一种技术。根据反应处理过程中温度的不同，又可以分成中温厌氧消化（30～40℃）、高温厌氧消化（50～60℃）两种形式。其应用优势主要体现在：其一，降解彻底，经过处理后污泥性质稳定，臭味消失，对环境造成的负面影响较小;其二，厌氧生化反应中会产生大量沼气，经过回收后可以作为能源进行使用;其三，改善了污泥的脱水性能，后期进行脱水处理时，可以减少脱水剂的用量，降低了成本。目前常见的厌氧消化反应系统主要包括浓缩系统、预处理系统、消化系统、沼气回收与利用系统、污泥脱水系统、余热利用系统等。
1.5 湿式氧化法
将污泥倒入密闭反应器内，提供反应所需的必要条件（高温、高压、有氧），经过水解、裂解、氧化等一系列反应后，可以将污泥中的各类有机物转化为无机物，最高转化率可以达到90%以上。在温度较高，压力一定、氧气充足、持续反应的条件下，可以取得较为理想的处理效果。有实验表明，对于城市污泥使用湿式氧化法，在200℃、1.2MPa的条件下，持续反应大约45～50min，COD去除率可以达到67%，污泥消化率可以达到72%。结合应用实践，该方法在处理化工污泥、炼油污泥等方面，也能够取得较为理想的效果。湿式氧化法的优点突出，例如反应时间短，通常在1h内可以较为彻底地完成污泥处理;适用范围广，可以对各类污泥进行处理;反应后剩余残渣不足原污泥的5%，减量化效果明显。但是其缺点也不容忽视，例如对反应器的损害较大，需要经常清洗，否则产生的酸性物质会造成严重腐蚀，增加处理成本。另外为了提供合适的反应条件，会有较高的电能消耗。
2 污泥的资源化利用
2.1 污泥在农业方面的应用
在农业领域，经过处理后的污泥，在提升土壤肥力等方面发挥了显著作用。目前农业领域的污泥资源化利用方式主要分为两种：（1）污泥堆肥化。向污泥中加入特定的调理剂、膨胀剂等，进行一次发酵、二次发酵后，微生物能够将污泥中的有机物转化为腐殖质，同时污泥中的多数病原菌、寄生虫卵等被杀死，最终得到含有较多腐殖质的堆肥产品，用于改良土壤或提高土壤肥力。目前，这种污泥资源化工艺已经在欧洲等国家得到广泛利用。（2）污泥农用。污泥经过简单的灭菌、脱水处理后，可以直接施用于农田。在2009年，南京农业大学选择一处地块，分成两片区域进行对比实验。实验结果表明，相比于未做处理的地块，施用污泥的地块，水稻籽粒增产达到了35%。另外，还可以将污泥用于牧场，对提高牧草的长势和质量也有显著效果。
2.2 污泥在工业方面的应用
将污泥进行特殊处理后，可以作为一种重要的工业材料，在工业生产、制造中带来一定的效益。现阶段，污泥制砖、污泥制沼、污泥制陶等，已经发展成为成熟的技术，创造了可观的经济价值。
（1）污泥制砖。污泥经过过滤、脱水等一系列处理后，与其他材料（如黏土、粉煤灰等）进行混合，加压成型，并放置于高温环境下焙烧，最终可以得到污泥砖。由于焙烧时的温度在500℃以上，可以将污泥中的病原微生物等全部杀死。下水道污泥可压制成普通的建筑用砖，在黏土砖中混入10%的污泥，并在900℃条件下烧制成污泥砖，强度与普通红砖相当。在污泥制砖过程中，通过调节污泥和掺料的比例，可以改善污泥砖的性能。通常污泥比例不得超过30%，否则会影响砖的强度和硬度。
（2）污泥制水泥。在绿色发展理念下，通过污泥资源化利用，制作生态水泥，成为一种新兴技术。主要流程为：将污泥倒入密闭储罐中，在特定条件下完成污泥的干燥、除尘，得到中间产物干污泥。将干污泥倒入水泥窑分解炉，向炉内加入特定的辅料或催化剂，对混合料进行焚烧。所得熟料进行研磨，形成水泥磨粉。在制作混凝土时，可以代替部分水泥，并且不影响混凝土的整体性能。这种方法的优点在于流程相对简单、使用成本较低、环保效益较好。日本早在2001年就建成了第一座生态水泥厂，利用污泥作为原料，年产水泥量达到10万多吨。近年来，我国的河南、河北、安徽等省份，也相继建成了生态水泥厂，利用污泥生产的水泥达到了国家相关标准。
2.3 污泥在环保方面的应用
（1）污泥制吸附剂。在净化水质、吸收粉尘等方面，以活性炭为主的吸附剂有着广泛应用。但是由于吸附剂是一类消耗品，活性炭的使用成本较高。将污泥作为原料，制作成为吸附剂，在吸附效果上与活性炭相差无几，但是成本几乎为0，因此综合效益更加显著。将剩余活性污泥与催化剂FeSO4、CuCl，3.0～5.0mol/L的活化剂ZnCl2充分混合，在550℃条件下炭化2h，冷却烘干后研磨制成吸附剂，该吸附剂应用于农药废水，对COD的去除率最高可达63%，同时对亚甲基蓝的吸附量为130.8mg/g，已接近优质活性炭，有很好的市场应用价值。
（2）污泥制粘结剂。型煤在工业和民用等领域有着广泛运用，但是传统型煤的粘结剂以白泥为主，不仅成本较高，而且导致型煤燃烧不充分，灰渣中仍然含有较高的残碳，造成了资源的浪费。污泥具有很强的粘结性，代替白泥作为型煤粘结剂，可以提高其燃烧率，灰渣中残留碳的含量不足1%。并且污泥的使用成本低，对降低型煤生产和使用成本也有一定的帮助。
2.4 污泥在其他领域的应用
现阶段，污泥在农业、工业等领域的资源化利用技术已经比较成熟。除此之外，在其他个别领域，在新技术的推动下，污泥的资源化利用前景也十分广阔。例如，污泥中含有较多的营养物质（新维素、粗蛋白、脂肪酸等），经过特殊处理后，可以作为饲料。以水产养殖为例，将污泥饲料和普通饲料按照7：3的比例混合，在降低饲喂成本的同时，也提高了养殖产量。需要注意的是，污泥制饲料，必须对污泥进行无害化处理，避免有毒物质危及养殖动物。
3 结语
在环保力度加大和治污水平提升的背景下，污泥产量越来越多。如果能夠将污泥进行资源化利用，将会创造可观的经济效益，也有助于解决污泥随意排放导致的生态污染问题。焚烧、厌氧消化、湿式氧化等，都是目前常见的污泥处理处置方法。在处理过程中，运用特定的方法，将污泥转化为可利用的资源，真正实现变废为宝。从现有的技术来看，利用污泥堆肥，污泥制砖块、制水泥、制吸附剂等，已经在各行各业得到了推广。下一步还要继续做好相关技术的研究和创新，从而让污泥的综合价值得到开发，促进循环经济的发展。
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