城市污泥的特性及資源化利用技術研究進展

摘要：城市污泥是城市生活污水處理過程中產生的剩余物，內含無機顆粒、有機物的殘片、微生物菌體、膠粒及重金屬和有機污染物等有毒有害物質。根據城市污泥的特性，實現城市污泥的無害化處置和資源化利用，是具有國際意義的挑戰課題。本文分析了城市污泥的特性及資源化利用技術研究進展，為污泥的處理和處置提供技術參考。

關鍵詞：城市污泥;污泥特性;資源化利用

Abstract：Municipal sludge is the residue produced during the treatment of? domestic sewage. It contains inorganic particles， fragments of organic matter， microbial cells， colloidal particles， heavy metals， and organic pollutants. According to the characteristics of municipal sludge， the harmless treatment and resource utilization of municipal sludge is a challenge of international significance. This study analyzes the characteristics and the research progress of resource utilization technology of the municipal sludge. to provide technical reference for sludge treatment and disposal. The results from this study are expected to provide a scientific basis for the effective disposal of municipal sludge.

Key words：Municipal sludge;Sludge characteristics;Resource utilization

截至2020年1月底，全國城鎮建成運行污水處理廠超過1萬座，日污水處理量達2.2×108m3/d，日產生含水80%的污泥約6.1×107t，污泥大多未得到妥善處置。城市污泥富含有機質、氮、磷、鉀等作物生長的物質，同時含有重金屬及有機污染物等有毒有害物質，對其不合理的處置會導致環境污染，因此亟須開發污泥的無害化、減量化和資源化處理的新工藝。國內外學者均在不斷開發和挖掘新的污泥處理技術，推動污泥的處理、處置與資源化利用。據《中國污泥處理處置市場調研與未來預測報告（（2019版）》顯示：目前我國污泥處理方式主要有填埋（65%）、堆肥（15%）、自然干化（6%）、焚燒（3%）等方式，可見填埋仍然是我國污泥處置的主要方式。

1 城市污泥的主要成分及特性

1.1 城市污泥的主要的物質組成

城市污泥是城市生活污水處理過程中產生的剩余固體廢物，城市污泥主要含有大量有機物，其次是泥沙沉積物、細絲纖維、動植物殘體以及各種微生物、病原菌、寄生蟲（或蟲卵）和絮凝體等。例如，含有氮、磷、鉀等植物性營養元素，同時含有銅、鋅、鉻等重金屬元素，還有多氯聯苯、多環芳烴、抗生素等有機污染物。

1.2 城市污泥的主要的特性

城市污泥的重要特性有以下幾個方面：（1）含碳化合物及其衍生物的持久性有機物多，有些成分的化學性質不穩定，易揮發、易變質、易腐化，伴有刺激性惡臭;（2）有毒有害污染物的含量高，例如毒害性有機物PCBs、PAHs等;（3）含水率高，呈膠狀結構，或發生污泥膨脹，大顆粒物質難以降解、絮凝體及膠體物質不易脫水;（4）含較多氮、磷、鉀等植物營養元素，有促進植物生長的顯著肥效;（5）含病原菌及寄生蟲卵，例如絲狀菌、菌膠團細菌、蛔蟲卵，還含有麥地那絲蟲、血吸蟲、肝吸蟲病原體等。城市污泥的組成和性質對污泥資源化利用有著重要影響。

2 城市污泥資源化利用原則

2.1 城市污泥資源化利用的原則

結合城市污泥中所含成分的特性，實現污泥的資源化是城市污泥處理的目標。城市污泥資源化利用原則在業界已經達成共識。其一，要求穩定化，主要任務是處理后的城市污泥穩定的消除惡臭，不再有臭味。其二，是要達到城市污泥的無害化，通過技術處理，殺滅城市污泥中的各類蟲卵及致病微生物，使其失去再生毒害作用。其三，處理后的城市污泥減量化，要求通過技術處理后的城市污泥含水率大大降低，失去流體性質，便于運輸處理。

2.2 國內外城市污泥處置的主要方法

國外的城市污泥處置大多采用高溫焚燒、堆肥農用、外運填埋等實用性方法。美國最初采用簡單的外運填埋污泥處置方式，但目前轉變為側重污泥的土地利用;歐洲大多數國家，如英國、瑞典等，城市污泥處置主要用于農業施肥;主要采用外運填埋的國家有德國和意大利等;主要采用焚燒方式處置城市污泥的國家有日本、奧地利等。我國屬于發展中國家，污泥處理起步較晚，由于經濟和技術上的原因，早期的污泥最終處置目標和技術路線方向不明確，城市污泥處置主要以農肥的形式用于農業。大多數污水處理沒有達到穩定化、無害化的要求。因此不合理使用城市污泥導致食品污染和危害人體健康時有發生。2018年國務院發布《關于全面加強生態環境保護 堅決打好污染防治攻堅戰的意見》起到了污泥處理“提質增效”的作用。目前，我國的城市污泥處理技術也在不斷進步，城市污泥資源化利用技術日新月異，出現了各種污泥處理處置示范工程。

3 城市污泥資源化利用技術進展

3.1 高溫熱解

高溫熱解技術是將脫水干燥后的污泥經破碎后送入1300-1400℃高熱熔融爐中，將污泥燃燒熔化后再冷卻固化[1]。熱解氣中的可燃氣體用于發電和加熱，生成的爐渣性質穩定，重金屬和有毒物質無溶出，可用作建材，也可以用作路面填充，無須填埋。日本大污泥處理中心是此項技術的成功案例。

3.2 厭氧消化

污泥厭氧消化是污泥減量化、穩定化、無害化和資源化利用的常用技術手段，厭氧消化一般分為水解、酸化、產乙酸和產甲烷等步驟。黃宇釗[2]等通過研究發現，污泥經熱堿處理后可溶性有機物大量溶出，厭氧消化液中溶解性蛋白質及多糖濃度明顯提高。厭氧消化產生的沼氣可用于污泥厭氧消化池的保溫，多余的部分用于給附近用戶供熱、發電或提純制備生物天然氣。

3.3 污泥堆肥

堆肥技術以通過微生物的代謝和繁殖，對污泥進行可控的生物降解。主要有好氧堆肥和厭氧堆肥兩種方式。好氧堆肥的溫度一般為50-70℃，張詩華[3]研究了城市污泥與菌渣混合堆肥的肥效和好氧堆肥可行性，發現好氧堆肥中的細菌、真菌、放線菌等微生物直接影響堆肥溫度、pH、腐殖酸含量等理化指標，不同組合條件下苯并（a）芘、多環芳烴的降解率可達40%-80%。

3.4 生物處理

生物處理技術是利用土壤動物及昆蟲等方法處理污泥，典型的有蚯蚓處理污泥法。蚯蚓體內有數百個體節，分泌不同的消化酶，吞噬污泥產生有機肥。蚯蚓處理城市污泥，每100t污泥可變成30t有機肥，宋海亮[4]研究了蚯蚓糞對城市污泥降解的影響，效果顯著，蚯蚓適合處理有機質質量分數較低的重力濃縮污泥，蚯蚓糞是一種優質的有機肥料。

3.5 微生物煉制高附加值產品

污泥中富含有機物，利用污泥中的有機物生產高附加值的化學品是解決當前全球面臨的資源、能源及環境問題的途徑之一。楊高祥等[5]利用污泥生物發酵合成微生物油脂，章欽等[6]研究利用剩余污泥發酵產出揮發性脂肪酸，以上研究有效地利用了污泥中的碳源。目前利用污泥生產高附加值化學品方面仍然有較多的地方值得研究，比如高產菌株的選育、抗逆菌株的誘變及篩選、碳素轉化原子經濟性及能量效率的分析等，結合合成生物學的理念，構建利用污泥的人工多細胞體系是未來的發展方向。

4 總結

隨著技術進步，更高水平的污泥無害化和資源化處置的技術必然出現，無論城市污泥采用何種資源化利用方法，減量化、穩定化和無害化是污泥處理必須面對的原則。本文從城市污泥資源化利用視角分析了污泥資源化利用技術的研究進展，在實際應用中，應根據城市污泥的性質，考慮環境、經濟、技術等綜合因素，選擇合理的處理工藝和處置方法。

參考文獻

[1]韓天雪.國內外污泥處理處置技術回顧與展望[J].環境與發展，2018，30（02）：92-93.

[2]黃宇釗，冼萍，李桃，等.熱-堿聯合處理改善污泥厭氧消化性能的研究[J].廣西大學學報（自然科學版），2019，44（5）：1392-1398.

[3]張詩華.青霉素菌渣混合市政污泥好氧堆肥工藝效能研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2016.

[4]宋海亮.蚯蚓堆肥處理污泥的試驗研究[J].科技創新與生產力，2019（03）：23-25.

[5]楊高翔，陳銳，沈子恒，等.剩余污泥微生物發酵合成微生物油脂制備生物柴油技術研究[J].環境科學學報，2017，37（08）：2918-2924.

[6]章欽，羅景陽，操家順，等.生物炭對剩余污泥厭氧發酵產酸的影響[J].環境科技，2019，32（01）：1-6.

收稿日期：2020-06-28

作者簡介：曹斌（1986-），男，漢族，本科學歷，工程師，研究方向為水處理及相關管理工作。