城市污水廠生化污泥成分分析及脫水效果分析

趙　影，龔　繁，柯　龍，呂彬峰

(1.浙江海亮固廢處理科技有限公司，浙江 諸暨 311814；

2.南通貝斯特船舶與海洋工程設計有限公司，江蘇 南通 226002)

城市污水廠生化污泥成分分析及脫水效果分析

趙影1，龔繁2，柯龍1，呂彬峰1

(1.浙江海亮固廢處理科技有限公司，浙江 諸暨 311814；

2.南通貝斯特船舶與海洋工程設計有限公司，江蘇 南通 226002)

摘要：以諸暨市第一污水廠的生化污泥為研究對象，對污泥理化性質指標、營養成分及重金屬含量進行分析測定，并開展不同條件下的高溫處理對污泥壓濾脫水效果的研究。結果表明：該污水廠的生化污泥pH值為7～7.53，平均含水率為86.96%；總養分與重金屬含量均符合園林綠化用泥質要求；在有氧及190℃高溫加熱環境下對污泥進行壓濾脫水效果最好，含水率最低為24.1%。

關鍵詞：生化污泥；城市污水廠；污泥養分；污泥重金屬；污泥脫水；污泥處理試驗

隨著經濟、社會的發展，人民生活水平的迅速提高，及城市化進程的加快，中國城市污水污泥的產量也在加速增長。目前我國每年排放的干污泥約為5.5×106～6.0×106t，并且呈不斷增加的趨勢[1]。這些污泥含有大量的有機質和豐富的氮、磷、鉀等營養元素，同時還含有重金屬、病原菌等有害物，不加處理任意排放不僅會造成環境的嚴重污染，同時也是對資源的浪費。當前，城市生活垃圾和污泥是我國固廢處理中最為迫切和棘手的難題[2]。污泥的處理與利用研究已有不少報道，普遍認為將處理后的污泥作為肥料或土壤改良材料，用于園林綠化、土地改良或農業場合是較適宜的方式[3]，污泥中含重金屬和其它有害物質是其資源化利用的主要障礙因素[4]。鑒于污泥特征及其有害物質的含量與存在形態直接影響污泥的利用方式，本研究對諸暨市第一污泥廠的生化污泥進行采樣分析，同時開展污泥的脫水性能研究，為污泥的處理處置提供參考。

1實驗材料及方法

1.1樣品采集

于2013年10月—2014年1月采集諸暨市第一污水處理廠的生化污泥，各樣品測定pH值與含水率后，于105℃烘干、研磨過1.0mm篩后在4℃環境下保存備用。

1.2測定項目及方法

(1) 污泥pH值用pH計測定，污泥的含水率測定采用烘干法[5]。

(2) 污泥中有機質、氮、磷、鉀含量的測定參照《土壤農化分析手冊》[6]中的方法進行：污泥有機質的分析，采用重鉻酸鉀容量法——水合熱法測定；污泥全氮含量分析，采用半微量凱氏法；污泥全磷含量分析，采用硫酸-高氯酸消煮法；污泥全鉀含量分析，采用NaOH熔融——火焰光度法。

(3) 污泥中重金屬(Pb、Cr、Cd、Cu、Ni、Zn)含量的測定參照《環境監測分析方法》[7]中的方法進行，采用原子吸收分光光度法測定。

1.3脫水方法

選用的設備為本單位自行研發，其結構如圖1所示。

將樣品裝滿140mL的物料筒，施加不同壓力擠壓，至物料筒中無水濾出即停止。取出物料筒中的濾餅并進行含水率的測定。

2結果與分析

2.1污泥pH值與含水率

諸暨市第一污水廠的生化污泥為黑灰色，具有類似淤泥的腥臭味。污泥樣品的pH值為7.0～7.53，平均值約7.20，呈弱堿性。這與我國其他城市污泥的pH值范圍(6.30～6.91)[8]有一定差別，可能與本地大量存在的工業有關。諸暨市第一污水廠的生化污泥未添加絮凝劑處理，其含水率較高(表1)，平均含水率為86.96%，根據《CJ/T249-2007 城市污泥處置混合填埋泥質》對污泥含水率≤60%的要求，本生化污泥不符合直接填埋的規定。

表1　污泥pH值與含水率

2.2污泥中的營養成分

諸暨市第一污水廠的生化污泥各營養成分的含量情況如表2所示。其有機質含量較高，平均值為349.6g/kg，明顯高于2006年全國城市污泥均值的有機質含量[9]；磷與鉀的含量也比全國均值含量高，氮的含量則較全國均值低。污泥中營養成分含量的差異可能與不同地區、不同城市的經濟發達水平和工業化程度有關[10]。測定結果表明，此生化污泥的總養分與有機物含量也較高，分別為54.4g/kg、592.3g/kg。諸暨市生化污泥因其豐富的營養成分和有機物含量，適合資源化利用。同時根據《GB/T23486-2009 城鎮污水處理廠污泥處置：園林綠化用泥質》[11]對總養分≥3%和有機物含量≥25%的規定，該生化污泥滿足園林綠化要求。

2.3污泥中重金屬含量

由表3可以看出諸暨市店口鎮污水廠生化污泥中Zn的含量最高，為1028.80mg/kg，其次是Cr、Cu、Ni、Pb，含量分別為576.82mg/kg、165.13mg/kg、82.26mg/kg和30.46mg/kg，含量最低為Cd，約0.04mg/kg，其中有一個樣品還未檢出Cd。與2006年全國調查的多城市污泥重金屬平均含量相比，本研究測定的各重金屬含量除了Cr外，均低于全國均值水平[9]，表明污水廠接收的重金屬廢水比例較小，這可能與該污水廠的進水中生活污水所占比例較大有關，或者工業污水排放單位對污水進行了相關處理[12]。而高含量Cr可能是由諸暨市本地的工業性質決定。與國家標準《城鎮污水處理廠污泥處置：園林綠化用泥質》中重金屬含量相比，本生化污泥重金屬含量均低于酸性和堿性土壤施用要求。本實驗結果說明該生化污泥可用于園林綠化，不會引起重金屬的再次污染。

表2　污泥營養成分含量　(g/kg)

表3　諸暨市污水廠污泥重金屬含量 　(mg/kg)

2.4污泥脫水效果與分析

本研究對象污泥的含水率較高，均不符合填埋與園林綠化(<40%)的要求。本實驗設置3組對比——對污泥進行無氧環境下190℃高溫加熱；無氧環境并混合30%的秸稈于190℃高溫加熱；有氧環境下190℃高溫加熱處理：并對處理后的污泥或污泥秸稈混合物進行壓濾脫水。

試驗結果如圖2所示，3組處理后的污泥或污泥秸稈混合物在壓濾過程中其含水率都隨著壓力的增加呈下降趨勢，且在有氧環境下190℃加熱處理對污泥的脫水效果最好。在壓力為10 kg時，3組處理后的樣品含水率分別為61.5%、39.4%和35.2%。在壓力為60kg時，190℃高溫有氧環境下處理的污泥樣品含水率最低，為24.1%；190℃高溫無氧環境下處理的污泥樣品含水率最高,為44.7%。在高溫有氧和高溫無氧但加30%的秸稈處理后的污泥樣品經過10kg的壓力壓濾后其含水率均符合園林綠化用泥質的含水量要求，同時也完全符合填埋污泥含水率的要求。在10kg的壓濾后，高溫無氧處理的污泥含水率降為61.5%，尚不符合填埋污泥要求，當壓力增加至20kg時，其含水率降至50.5%，達到填埋污泥含水率要求；當壓力增至60kg時，其含水率還在40%以上，達不到園林綠化要求。實驗結果說明根據不同泥質用途要求及從經濟、能源角度考慮，可以采用不同的處理方式進行壓濾，且完全能達到含水率要求。

通過本實驗方法進行脫水，污泥樣品含水率達到24.1%的結果在目前已發表的文獻中還不曾有報道[13-16]，表明高溫好氧處理后脫水的技術具有一定的先進性。

3結論

(1)諸暨市第一污水廠的生化污泥中有機質、氮、磷、鉀含量豐富，重金屬含量低，符合《城鎮污水處理廠污泥處置：園林綠化用泥質》標準，并且污泥呈弱堿性，有利于抑制重金屬的生物活性，降低重金屬在植物體內的富集。

(2)采用高溫加熱法進行壓濾能有效降低污泥的含水率，且在有氧環境下進行加熱處理效果更明顯。在60kg壓力下高溫有氧環境處理過的污泥含水率最低，為24.1%。

(3)根據污泥特征和脫水效果，結合經濟性考慮，該生化污泥最適宜的利用方式是用作林地、花卉、苗圃、草地等園林肥料。

(4)若對該污泥進行深度開發，挖掘其資源化利用價值，可進行適當的處理制作新型高效有機肥料。

參考文獻：

[1]謝榮珍．國內城市污水廠污泥的資源化利用[J]．廣東化工，2008,35(8):110-112．

[2]李定龍，王凱全．固體廢物處理與環境二惡英污染[J]．江蘇石油化工學院學報，2001,13(2):61-64．

[3]GB/T23484-2009 城鎮污水處理廠污泥處置：分類[S]．

[4]田冬梅，武士威，吳雪冬，等．城市污泥中有害重金屬檢測與評估[J]．中國公共衛生，2005，21(12):148-149．

[5]趙慶祥．污泥資源化技術[M]．北京：化學工業出版社，2002．

[6]勞家檉．土壤農化分析手冊[M]．北京：農業出版社，1988．

[7]本書編委會．環境監測分析方法[M]．北京：中國環境科學出版社，1986．

[8]譚啟玲，胡承孝，趙斌，等．城市污泥的特性及其農業利用現狀[J]．華中農業大學學報，2002，21(6):587-592．

[9]郭廣慧，楊軍．中國城市污泥的有機質和養分含量及其變化趨勢[J]．中國給水排水，2009，25(13):120-121．

[10]李艷霞，陳同斌，羅維，等．中國城市污泥有機質及養分含量與土地利用[J]．生態學報，2003，23(11):2464-2474．

[11] GB/T23486-2009 城鎮污水處理廠污泥處置：園林綠化用泥質[S]．

[12]楊軍，郭廣慧．中國城市污泥的重金屬含量及其變化趨勢[J]．中國給水排水，2009，25(13):122-124．

[13]許四法，胡聚豪．污泥脫水效果試驗研究[J]．中國水運，2013，13(4):116-118．

[14]肖許，管堂珍，徐曉軍，等．生活污水污泥高壓壓濾深度脫水[J]．城市環境與城市生態，2013,26(4):43-46．

[15]何進鋒．淺析城市污水廠污泥脫水技術[J]．生態與環境工程，2012(10):215．

[16]程俊，胡小虎，姚寶軍．污泥機械深度脫水方法對比研究[J]．中國環境管理干部學院學報，2010,20(5):47-49．

Analysis on the Composition and Dewatering of Biochemical Sludge in

Urban Sewage Treatment Plants

ZHAO Ying1, GONG Fan2, KE Long1, LV Bin-feng1

(1.Zhejiang Hailiang Solid Waste Management Corporation, Zhuji Zhejiang 311814 ,China)

Abstract：Various physicochemical property indexes, nutritional materials and heavy metalswere measured by taking the biochemical sludge from the first sewage treatment plant in Zhuji city as the research object. The dehydration rate of biochemical sludge with heating treatment under different conditions was researched. The results indicated that all sludge samples were alkalescency with a pH value ranging from 7 to 7.53. The average moisture content was 86.96%. Besides, both the total nutrient and heavy metal could fit the quality of sludge used in gardens or parks. The best dewatering effect was the biochemical sludge treated in aerobic and 190 centigrade heating condition. It reduced the moisture content to 24.1%, which was the lowest examined in all tests.

Key words：biochemical sludge; nutrient; heavy metal; dewatering the sludge; sludge treatment test

中圖分類號：X703

文獻標志碼：A

文章編號：1673-9655(2015)04-0081-04

收稿日期：2014-12-03