前言

市政污泥的成分復(fù)雜，含有大量的不穩(wěn)定有機(jī)物、病原微生物以及重金屬元素，如不進(jìn)行妥善地處置，將會(huì)對(duì)自然環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重的危害。然而目前在我國(guó)的污水污泥處理過(guò)程中，“重水輕泥”的情況十分嚴(yán)重，相較于已非常成熟的污水處理技術(shù)而言，作為城市污水處理系統(tǒng)中重要的組成部分的污泥處理處置技術(shù)仍然存在很大的欠缺，現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示我國(guó)的污泥處理率僅有 33%。因此，需要在充分了解市政污泥的特性后，采取合理有效的措施進(jìn)行污泥的無(wú)害化處理。本文簡(jiǎn)述了目前國(guó)內(nèi)外使用的市政污泥處理處置方法，并對(duì)市政污泥資源化利用的三種途徑進(jìn)行了介紹。

一、市政污泥的主要成分及特性

1．市政污泥的主要成分

市政污泥是污水處理廠(chǎng)污水處理過(guò)程中的主要副產(chǎn)物之一，是由砂子、殘存糞便、微生物殘?bào)w等無(wú)機(jī)物和有機(jī)物組成的復(fù)雜混合物，通常含有重金屬、寄生蟲(chóng)卵和病原體等有害物質(zhì)，同時(shí)含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪以及氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。受水體水質(zhì)及處理工藝的影響，不同地區(qū)市政污泥的組成成分存在差異，具體表現(xiàn)為：有機(jī)質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)成分呈現(xiàn)大城市高于小城市、北方城市高于南方城市的特點(diǎn)，重金屬成分呈現(xiàn)工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)高于工業(yè)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的特點(diǎn)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)全國(guó) 90 座污水處理廠(chǎng)的污泥泥質(zhì)數(shù)據(jù)，市政污泥營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及重金屬成分如表 1 所示。

2．市政污泥的特性 不同地區(qū)市政污泥的主要成分雖有不同，但都具備類(lèi)似的特性，主要包括：（1）含水率高，水的存在形式復(fù)雜，難以脫水；（2）形狀不規(guī)則、質(zhì)地不均勻，呈現(xiàn)膠體性質(zhì)；（3）含有大量持久性有機(jī)物，難以降解，對(duì)人體和環(huán)境有害；（4）存在苯并芘、多氯聯(lián)苯類(lèi)、有機(jī)農(nóng)藥等不穩(wěn)定有機(jī)化合物，其化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易揮發(fā)、易分解、易變質(zhì)并產(chǎn)生其他有毒有害物質(zhì)；（5）含有細(xì)菌、病毒、寄生蟲(chóng)卵等微生物病原體；（6）含有氮、磷、鉀等植物營(yíng)養(yǎng)元素，可提供植物生長(zhǎng)的肥料，且硅鋁含量較高，可以替代部分建筑材料。基于市政污泥的以上特性，需要對(duì)其進(jìn)行處理才能避免對(duì)人體健康和自然環(huán)境的危害。

二、市政污泥處理方法 1．污泥濃縮 污泥濃縮的目的是降低污泥體積和含水率，經(jīng)濃縮后污泥含水率可降至 80%左右，其體積可減少為原來(lái)的1/20。污泥濃縮主要去除污泥顆粒間的孔隙水，常用方法有重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮等。其中，重力濃縮法的原理是向污泥中投放一定量的絮凝劑使污泥絮凝，利用重力作用使污泥沉淀、分離和壓密在同一系統(tǒng)發(fā)生；氣浮濃縮法的原理是先將過(guò)量空氣溶于水中，之后迅速降低壓力使其中的氣體析出，利用產(chǎn)生的微小氣泡上浮使污泥浮于水面上；離心濃縮法則是在專(zhuān)用的離心機(jī)里對(duì)污泥進(jìn)行濃縮，離心濃縮法對(duì)污泥的濃縮程度高于重力濃縮法，但由于成本和技術(shù)條件的限制，目前重力濃縮法仍是大部分國(guó)家主要采用的方法。

2．污泥穩(wěn)定 污泥穩(wěn)定的目的是降解污泥中的有機(jī)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)污泥減量，同時(shí)消滅病菌并去除臭味。污泥穩(wěn)定方法主要包括好氧消化、厭氧消化、石灰穩(wěn)定、氯氧穩(wěn)定、熱處理技術(shù)等。污泥好氧消化和厭氧消化技術(shù)的原理是利用好氧或厭氧微生物對(duì)污泥中的有機(jī)物進(jìn)行降解，使污泥達(dá)到穩(wěn)定的同時(shí)縮小污泥的體積；污泥的石灰穩(wěn)定法的原理是利用加入石灰后產(chǎn)生的強(qiáng)堿性抑制和消滅病原菌，但在石灰穩(wěn)定法中沒(méi)有有機(jī)物被直接降解，加入石灰后，不僅原有的物質(zhì)不會(huì)減少，還會(huì)增加固體物的體積，因此其成本因此往往比別的方法更高；污泥的氯氧穩(wěn)定法就是向污泥內(nèi)通入氯氣，利用氯氣的強(qiáng)氧化性與污泥反應(yīng)，在脫水后能夠得到穩(wěn)定的污泥；污泥的熱處理方法的原理是將污泥在一定壓力下加熱一定的時(shí)間，能同時(shí)起到污泥穩(wěn)定和污泥調(diào)理的作用，這種方法能夠破壞污泥的凝膠膠體結(jié)構(gòu)，減弱污泥與水的結(jié)合力，使污泥中的固體物凝聚起來(lái)。

3．污泥調(diào)理與污泥脫水 污泥壓濾機(jī)脫水是指將流態(tài)的污泥轉(zhuǎn)化為固態(tài)或半固態(tài)塊體的過(guò)程，污泥脫水前需要進(jìn)行有效調(diào)理以降低污泥的水分結(jié)合容量。經(jīng)過(guò)脫水處理后污泥的含水率可降至 60%，體積縮小，運(yùn)輸成本和土地占用面積顯著減少。污泥脫水方法包括自然干化脫水和機(jī)械脫水等。機(jī)械脫水的原理是利用壓力差使污泥中的水分通過(guò)過(guò)濾層，泥水分離形成濾液和濾餅兩部分；自然干化脫水是利用濕地、石子襯砌干燥床等區(qū)域?qū)ξ勰噙M(jìn)行脫水的方法，在 20 世紀(jì) 80 年代初，自然干化脫水曾是主流的污泥脫水處理方式，但由于其占地面積大、脫水時(shí)間長(zhǎng)，現(xiàn)已很少使用，目前國(guó)內(nèi)外主要采用的對(duì)污泥進(jìn)行脫水處理的方式為機(jī)械脫水方法。

4．污泥干燥 傳統(tǒng)的污泥濃縮和污泥脫水工藝很難將污泥的含水率降至 60%以下，只有通過(guò)熱干燥才能繼續(xù)對(duì)污泥進(jìn)行脫水[7]。污泥熱干燥處理的優(yōu)點(diǎn)非常多，進(jìn)行熱干燥處理后的污泥，其穩(wěn)定性與安全性都大幅提高，一般不需要再進(jìn)行穩(wěn)定和消毒處理，同時(shí)，相較于污泥的穩(wěn)定處理和消毒處理環(huán)節(jié)而言，污泥干燥的過(guò)程同樣可以達(dá)到污泥除臭和污泥消毒殺菌的安全性要求，甚至更好。盡管污泥熱干燥處理的投資成本很高，但隨著世界各國(guó)對(duì)于環(huán)保要求的逐漸提高，污泥穩(wěn)定及消毒處理的運(yùn)行成本也隨之增加，污泥熱干燥技術(shù)已得到較為廣泛的推廣。

5．污泥熱解 污泥熱解是利用有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性使其在無(wú)氧或缺氧條件下受熱分解，形成氣體、液體和固體殘留物的過(guò)程。污泥能夠減少污泥的二次污染和土地填埋占用量，實(shí)現(xiàn)污泥無(wú)害化處理，同時(shí)還能回收污泥中燃料油氣以及碳黑等物質(zhì)。其原理是在一定的加熱條件下使污泥轉(zhuǎn)化為反應(yīng)水、油、碳以及不凝性氣體，是一種仍處于實(shí)驗(yàn)階段的新興技術(shù)。

三、市政污泥處置方式

1．污泥填埋 污泥填埋是處理市政污泥的一種有效方式，根據(jù)填埋場(chǎng)的不同類(lèi)型可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是在專(zhuān)門(mén)的污水污泥填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置；另一類(lèi)是與生活垃圾一起在城市固體廢物填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置，該方法是將污泥與生活垃圾混合后進(jìn)行平展、壓實(shí)、覆土[7]。污泥填埋是我國(guó)目前最主要的污泥處置方式，但隨著我國(guó)可供填埋場(chǎng)地的不斷減少，在未來(lái)勢(shì)必會(huì)被更加合理的資源化利用方式所取代。

2．污泥土地利用 按照污泥施用對(duì)象的不同，污泥的土地利用可分為與食物鏈相關(guān)土地利用和基本避開(kāi)食物鏈的土地利用兩種。與食物鏈相關(guān)的土地利用主要是指污泥的農(nóng)業(yè)利用，也就是將污泥或污泥堆肥用于糧食生產(chǎn)；基本避開(kāi)食物鏈的土地利用是指污泥的林地利用、市政綠化利用、改良嚴(yán)重?cái)_動(dòng)的土地等[7]。需要注意的是，在進(jìn)行土地利用前，需要對(duì)污泥進(jìn)行穩(wěn)定化、無(wú)害化處理，否則將不能達(dá)到污泥安全有效處置的目的。

3．污泥焚燒 污泥焚燒與污泥熱解一樣，都屬于污泥的熱化學(xué)處理方法。污泥熱化學(xué)處理指通過(guò)加熱使污泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到污泥穩(wěn)定和減容的目的。污泥焚燒是最為徹底的一種污泥處置方式，主要包括焚燒脫水污泥和焚燒干化污泥兩種形式，是較徹底的處置方式，一般有焚燒脫水污泥和干化污泥兩種形式，干化污泥焚燒是將脫水后的污泥先進(jìn)行干燥，之后再進(jìn)行焚燒。污泥焚燒可以使有機(jī)物碳化，使污泥成為灰燼，大幅減少污泥體積，同時(shí)能徹底消滅污泥中的有害病原體。污泥焚燒后的灰渣可直接填埋，也可用于制磚、鋪路及廢棄物處理等[7]。污泥直接焚燒的主要問(wèn)題在于運(yùn)行成本高，但其帶來(lái)的環(huán)境效益也十分顯著，在國(guó)內(nèi)外都有著良好的發(fā)展前景。

四、市政污泥資源化利用技術(shù)分析

1．污泥能源化利用 污泥能源化利用包括污泥制沼氣、污泥制氫、污泥熱解制油、污泥制合成燃料、污泥發(fā)電等。市政污泥在厭氧條件下，由厭氧菌將污泥中的有機(jī)物分解，能制得甲烷、二氧化碳、水等物質(zhì)；利用污泥和產(chǎn)氫菌在厭氧條件下能制得氫氣；將污泥與水混合，在高溫高壓下經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)能夠生成低分子油狀物；將脫水干燥后的污泥在小于 400°C的溫度中加熱，能夠得到主要成分為苯系物、脂肪酸、烴類(lèi)等的熱解油；將污泥與生活垃圾等可燃物混合，能夠制得合成燃料；將污泥與微生物制成燃料電池能將污泥中的部分有機(jī)物直接轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行利用。

2．污泥建材化利用 污泥的建材化利用主要包括污泥制磚、污泥制水泥、污泥制陶粒、污泥制微晶玻璃等[。污泥中含有大量無(wú)機(jī)物和金屬元素，與部分建筑原材料的組成成分接近，這為污泥建材化利用提供了方向。將污泥處理并篩分后與其他制磚原料混合，采取適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)加工工藝，能夠有效的消滅污泥中的有害病原微生物，制備出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的普通燒結(jié)磚，同時(shí)起到固結(jié)污泥中的重金屬元素的作用；污泥經(jīng)過(guò)高溫灼燒產(chǎn)生的廢渣能替代黏土生產(chǎn)硅酸鹽水泥，利用污泥作為配料燒制水泥熟料，能夠改善水泥熟料的易燒性和強(qiáng)度，同時(shí)能夠少量減少燒制熟料所需的煤耗；污泥能夠替代黏土與其他原料混合經(jīng)過(guò)脫碳、燒脹制備輕質(zhì)陶粒；以污泥焚燒后的焚燒灰為原料能制備微晶玻璃，但制備微晶玻璃成本高、污泥利用率低，如何提高污泥灰的利用率和降低制備成本將是未來(lái)利用污泥制微晶玻璃的研究重點(diǎn)。

3．污泥材料化處理 污泥的材料化處理主要包括污泥制備活性炭、污泥制備絮凝劑、污泥合成可降解塑料以及污泥做粘結(jié)劑等。以市政污泥為原料，使用化學(xué)活化法，能夠制備污泥基活性炭；脫水前污泥中微生物的細(xì)胞內(nèi)外含有大量多糖、蛋白質(zhì)等有機(jī)物，可作為黏結(jié)劑使用，胞內(nèi)物質(zhì)還具有一定的絮凝活性，可作為原料制備生物絮凝劑；污泥的厭氧消化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸，可用于生物可降解塑料的生產(chǎn)。 五、結(jié)語(yǔ) 市政污泥含有大量的難降解有機(jī)物、病原微生物及重金屬等有毒有害物質(zhì)，是城市廢棄物的重要組成部分，同時(shí)它又是一種可利用的資源，若處理得當(dāng)，不僅不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，還能帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。因此，在市政污泥的實(shí)際處理中，應(yīng)根據(jù)污泥的特性和城市發(fā)展階段因地制宜地建立一個(gè)完整的、多元化的污泥處理處置系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自然資源的最終循環(huán)利用。

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