淺論城市污水處理廠污泥沼氣資源化利用

張懿

摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的加快，生產(chǎn)和生活過程中產(chǎn)生了越來越多的垃圾和污水，為此越來越多的污水需要進行處理，而污泥則成為了城市污水處理過程中不可避免的副產(chǎn)物。經(jīng)過城市污水處理廠產(chǎn)生的大量污泥一方面含有各種各樣的細菌和病毒，一旦處理不好很可能對環(huán)境產(chǎn)生二次污染；另一方面污泥中也含有大量的有機物質(zhì)，對于一個人口眾多但是資源相對匱乏的國家來說無疑是能量巨大的。在這種境況下只有實現(xiàn)污泥的資源化利用才能實現(xiàn)“雙贏”。

關鍵詞：污泥；沼氣；利用；厭氧消化；余熱能回收利用

根據(jù)相關的數(shù)據(jù)我國的能源需求的快速增長導致供需矛盾越演越烈，能源的匱乏將會成為制約我國經(jīng)濟發(fā)展的關鍵性“瓶頸”。而且如果想不出好的處理辦法，這種趨勢將會愈演愈烈。在經(jīng)濟快速發(fā)展背景下產(chǎn)生的大量的城市污水是一種重要的資源，經(jīng)過城市污水處理廠產(chǎn)生的沼氣余熱不僅能夠作為燃料進行發(fā)電，而且剩余的污泥還可以根據(jù)其成分作為化肥或者進行填埋，從而實現(xiàn)了資源化利用，污泥沼氣資源化利用將會對我國的經(jīng)濟發(fā)展做出巨大的貢獻。

1、城市污水處理廠沼氣資源化利用

1.1污泥厭氧消化處理技術(shù)

污泥固體的生物具有可降解性，但是所需的時間較長，費用較高，最終產(chǎn)生的沼氣效率也比較低，為此提高污泥的厭氧消化效率是提高污泥降解效率的一種重要途徑。主要是通過促進污泥細胞的分解和胞內(nèi)的有機物的釋放，進而加快其生物的可降解性。國內(nèi)外的相關處理技術(shù)主要包括利用超聲波和臭氧對污泥進行處理兩種技術(shù)。

（1）超聲波預處理。利用超聲波技術(shù)處理污泥的原理就是通過超聲波在液體中產(chǎn)生的一系列的作用力，形成其所為的一個個的“熱點”，同時將微生物細胞壁擊破，釋放出酶。酶的主要作用是對未被擊破的微生物細胞失去對發(fā)酵環(huán)境的適應能力，從而加快微生物的營養(yǎng)物質(zhì)的消化速度，加快發(fā)酵的過程。利用超聲波預處理技術(shù)使污泥總產(chǎn)氣量提高了53%，這無疑是一次巨大的成功。

（2）臭氧預處理。臭氧預處理技術(shù)的原理主要是通過利用臭氧的強氧化性破壞污泥的細胞壁，從而使細胞壁中的易降解物質(zhì)釋放出來，或者是將難降解的物質(zhì)分解成易降解的物質(zhì)成分，從而促進污泥的厭氧消化的過程。經(jīng)過臭氧技術(shù)處理后產(chǎn)生的總氣量是未經(jīng)處理過的污泥總產(chǎn)氣量的1.8倍。

1.2沼氣發(fā)電

沼氣發(fā)電的原理主要是通過將發(fā)動機中的氣缸中的沼氣點燃，燃燒會釋放熱量，這個過程中化學能轉(zhuǎn)化為氣體的熱能和壓能，然后產(chǎn)生的壓能能夠推動活塞帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動，進而轉(zhuǎn)化為動能，最后動能帶動發(fā)電機發(fā)電轉(zhuǎn)化為電能。

沼氣發(fā)電這種資源化利用在發(fā)達國家已經(jīng)得到 了普遍的應用，而且大多數(shù)的工廠已經(jīng)能夠通過利用沼氣發(fā)電實現(xiàn)一部分自用電量。而我國北京市、天津市等也有相關的試點實現(xiàn)了污泥資源化和發(fā)電的利用，達到了良好的效果。為此這種能源利用方式應該得到大力的推廣，但是有的專家也指出由于泥量少和產(chǎn)氣不穩(wěn)定已經(jīng)運行成本較高等原因，處理規(guī)模較小的污水處理廠的厭氧消化沼氣利用設備不具備適宜性。總之無論是哪一種觀點應該具體情況具體分析，然后及時的制定城市污水處理廠污泥沼氣資源化利用的相關技術(shù)政策以及評估體系等，最終根據(jù)效益決定該試點是否具備適應性實現(xiàn)污泥沼氣資源化利用。

1.3沼氣機熱泵處理

城市污水處理廠產(chǎn)生的余熱量較大，只要在50℃以下溫區(qū)內(nèi)即可回收利用，而利用城市污水廠沼氣機熱泵技術(shù)的原理就是能夠?qū)⑽鬯械牡臀挥酂崮苓M行回收處理提高其能級從而實現(xiàn)為廣大用戶供熱的過程。這種沼氣機熱泵的應用原理既不需要抽取地下水，也不需要將循壞水回灌地下，大大的節(jié)約了投資和運營成本。

沼氣機屬于氣體發(fā)動機的一種，在新能源行業(yè)中應用較廣。沼氣與天然氣相比成分相似，但是燃燒特性具有一定的差異性。沼氣通過進氣管進入氣缸會導致進入氣缸的空氣量減少，可能會出現(xiàn)燃燒所需的空氣不足現(xiàn)象；沼氣燃燒的速度較慢，容易產(chǎn)生不完全或者不正常燃燒的現(xiàn)象等等；所以經(jīng)過對沼氣機的燃燒系統(tǒng)的改裝，目前的沼氣機基本上實現(xiàn)了全燒式，產(chǎn)生熱能的效率大大提高。

2、城市污水處理廠污泥資源化利用

2.1堆肥處理

我國傳統(tǒng)的污泥處理是直接土地利用化，但是這種方式中病菌幾乎沒有減少，土地利用的效率不高。但是污泥堆肥處理就不同了。下面介紹兩種主要方式：

（1）污泥消化或者是將污泥和垃圾等其他的物質(zhì)進行混合處理后再應用于農(nóng)業(yè)種植過程中。這種方式主要是利用中溫厭氧消化處理，雖然產(chǎn)氣率較高，但是經(jīng)過處理后的病菌幾乎沒有減少，為此在使用過程中受到了一定的限制。

（2）污泥堆肥發(fā)酵制成復合肥處理。這種處理方式需要經(jīng)過兩次發(fā)酵周期，最終使堆肥的溫度高達65攝氏度，經(jīng)過處理后產(chǎn)生的肥料基本穩(wěn)定和無害化，基本無臭味，而且外觀呈現(xiàn)松散性，能夠有效的改善土壤的結(jié)構(gòu)，提高土地的利用率。而在非食物鏈植物上施用這種污泥堆肥對環(huán)境產(chǎn)生的不良影響也比較小，具有較好的推廣潛力。

2.2建材利用

（1）制水泥。通過外國經(jīng)驗得出利用污泥生產(chǎn)水泥的制作技術(shù)有著極高的環(huán)保效率，為此被稱為“環(huán)保水泥”。經(jīng)過城市污水處理廠產(chǎn)生的脫水污泥將其作為制作水泥的原料，最終使用的燃料用量較低，而且二氧化碳的排放量也比較少，所以這種技術(shù)制成的水泥具有環(huán)保型，實現(xiàn)了污泥的資源化利用，具有推廣的巨大潛力。

（2）制成化纖維板。經(jīng)過城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥中含有大量的細菌蛋白，而這種細菌蛋白能夠快速溶解于水或者烯酸、稀堿和中性鹽中，將污泥通過在堿性條件下加熱和干燥以及加壓等，然后經(jīng)過漂白和脫脂等處理技術(shù)最終支撐化纖維板，這周給化纖維板的質(zhì)量標準屬于國家三級標準。

（3）替代瀝青細骨粒。經(jīng)過研究瀝青中只有加入細骨粒才能具有較強的粘性和穩(wěn)定性以及耐久性，而污泥灰則具有這種性能。并且經(jīng)過相關國家的試驗將污泥灰加入到瀝青混合物中與采用傳統(tǒng)的材料制成的瀝青混合物的性能是相同的，所以污泥灰可以作為增強瀝青粘性、穩(wěn)定性和耐久性的替代物質(zhì)。

2.3土壤修復

受損嚴重的土壤主要包括采礦之后殘留的礦場、垃圾填埋場和地表嚴重破壞地區(qū)類型，這類土壤經(jīng)過破壞之后一般就不再具備土壤的正常特性了。但是經(jīng)過城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥中含有大量的氮、磷、鉀以及其他有機物，為此可以有效的修復和改良受損土壤。經(jīng)過加入污泥的土壤養(yǎng)分提高，不僅有助于促進地表植物的生長，而且也有助于減少水土流失和保護環(huán)境，為此具有較高的社會和經(jīng)濟效益。

3、總結(jié)

城市污水處理廠產(chǎn)生的副產(chǎn)物——污泥，雖然依然是一種污染物，但是從資源再利用的角度考慮，其無疑又是一種可以用的寶貴資源。通過污泥厭氧消化沼氣利用能夠?qū)崿F(xiàn)污泥的無害化和資源化處理，在全世界面臨嚴重的環(huán)境污染和能源危機的形式下，這種技術(shù)不僅能夠符合可持續(xù)發(fā)展的理念，有助于建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會，而且有助于產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，具有較大的推廣潛力。

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