試論污泥處理處置及資源化方法

劉麗

摘 要：在污水處理技術創新、處理效率提升的背景下，污水處理廠排放的污泥如何進行科學處理，成為關注的焦點。由于污泥中含有較多的重金屬、有機污染物、病原微生物，如果直接填埋必然會造成環境的污染和生態的破壞。該文首先介紹了幾種實用性、無害化的污泥處置方法，包括污泥焚燒法、土地利用法、厭氧消化法等;隨后介紹了污泥在農業、工業、環保等各個領域的資源化利用方法，并對污泥資源化利用的發展前景進行了展望。

關鍵詞：污泥處理? 厭氧消化法? 濕式氧化法? 資源化利用

中圖分類號： X703? ? ? ? ?文獻標識碼：A

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 landfilled， 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”期間，中央及地方政府對環保工作的重視程度和支持力度大幅度提升，并且提出了“地級及以上城市污泥無害化處理處置率達到90%”的目標。在政策導向下，近年來涌現了許多污泥處理處置的新技術、新方法。在污泥無害化排放的基礎上，實現了污泥的資源化利用，在創造社會經濟效益和促進生態文明建設等方面發揮了積極作用。在熟悉各類常用污泥處理處置方法和資源化利用方法的前提下，將這些方法盡快應用于實踐，成為現階段的一項重要工作。

1.污泥處理處置方法

1.1衛生填埋法

衛生填埋是早期污泥處理處置的主要方法，根據填埋物成分的不同，又可以分成混合填埋和單獨填埋兩種形式。前者是將需要處理的污泥，與生活垃圾、建筑垃圾等進行充分混合后，在專門的填埋場分層填埋、層層壓實;后者則是將污泥進行滅菌處理后，填入土坑，上面覆蓋一定厚度的素土，栽種生命力較強的植物，通過生態修復減弱填埋污泥對土壤、地下水的污染。在城市化早期，需要填埋的污泥總量較少，衛生填埋法因為操作簡單、成本較低，因此較為常用。但是其弊端也十分明顯，例如：近年來污泥量呈幾何倍數增加，會占用大量的土地資源;還有就是污泥的滲濾液會對土壤、地下水造成污染。隨著其他新技術的推廣，衛生填埋已經很少使用。

1.2 污泥焚燒法

從組成成分上來看，污泥中含有較多的有機物和木質素。污泥焚燒主要分為兩個步驟，預處理環節將污泥進行加熱烘干、完全脫水;焚燒環節利用高溫熱處理，將污泥中的有機物、木質素等完全碳化，同時可以將殘留的病菌、微生物等殺滅，從而實現了污泥的無害化處理。污泥焚燒法的優點在于處理速度快，處理更徹底;經過烘干脫水和焚燒碳化處理后，污泥的質量變輕、體積縮小，填埋時占用的土地面積更少[1]。近年來，隨著工藝的升級和設備的換代，污泥焚燒時產生的余熱，還可以用于供暖或發電，實現了熱能的回收利用。以青島市污泥焚燒發電項目為例，自2005投入使用后，每日污泥量的處理量可以達到30 t，每天發電可以達到1.8萬度，完全可以滿足污泥處理廠自身的用電需求。

1.3土地利用法

污泥中各類成分復雜，除了重金屬和病原微生物外，像氮、磷、鉀之類的有機物，所占比例也較高，如果能夠將這些有機物富集并利用，可以提高土壤肥力。另外，污泥本身具有較強的粘性和吸水性，將其與某些松散的土質進行混合，對提高土壤蓄水能力，加強土壤固結效果，避免水土流失也有積極的幫助。基于污泥的這些特點，土地利用也成為污泥處理處置的一種常用方法。例如：在鹽堿地、沙地中使用污泥進行土壤改良，并栽種耐鹽堿的沙棗、梭梭樹、紫花槐等，可以逐漸修復受損土壤，對解決土地荒漠化問題有積極作用。需要注意的是，由于污泥中含有較多的寄生蟲卵、有害微生物，以及高濃度的鉛、銅等重金屬，在土地利用前也需要對污泥進行必要的無害化處理，避免對土壤生態造成二次破壞。

1.4厭氧消化法

該方法是利用厭氧菌在特定環境下發生厭氧生化反應，實現對污泥中各類有機物質的有效分解，從而達到污泥減量化、穩定化、資源化和無害化的一種技術。根據反應處理過程中溫度的不同，又可以分成中溫厭氧消化（30 ℃～40 ℃）、高溫厭氧消化（50 ℃～60 ℃）兩種形式。其應用優勢主要體現在：第一，降解徹底，經過處理后污泥性質穩定，臭味消失，對環境造成的負面影響較小;第二，厭氧生化反應中會產生大量沼氣，經過回收后可以作為能源進行使用;第三，改善了污泥的脫水性能，后期進行脫水處理時，可以減少脫水劑的用量，降低了成本。目前常見的厭氧消化反應系統主要包括濃縮系統、預處理系統、消化系統、沼氣回收與利用系統、污泥脫水系統、余熱利用系統等組成[2]。

1.5濕式氧化法

將污泥倒入密閉反應器內，提供反應所需的必要條件（高溫、高壓、有氧），經過水解、裂解、氧化等一系列反應后，可以將污泥中的各類有機物轉化為無機物，最高轉化率可以達到90%以上。在溫度較高，壓力一定、氧氣充足、持續反應的條件下，可以取得較為理想的處理效果。有實驗表明，對于城市污泥使用濕式氧化法，在200 ℃、1.2 MPa的條件下，持續反應45～50 min，COD去除率可以達到67%，污泥消化率可以達到72%。結合應用實踐，該方法在處理化工污泥、煉油污泥等方面，也能夠取得較為理想的效果[3]。濕式氧化法的優點突出，例如：反應時間短，通常在1 h內可以較為徹底地完成污泥處理;適用范圍廣，可以對各類污泥進行處理;反應后剩余殘渣不足原污泥的5%，減量化效果明顯。但是其缺點也不容易忽視，例如：對反應器的損害較大，需要經常清洗，否則產生的酸性物質會造成嚴重腐蝕，增加處理成本。另外為了提供合適的反應條件，會有較高的電能消耗。

2.污泥的資源化利用

2.1污泥在農業方面的應用

在農業領域，經過處理后的污泥，在提升土壤肥力等方面發揮了顯著作用。目前農業領域的污泥資源化利用方式主要分為兩種：（1）污泥堆肥化。向污泥中加入特定的調理劑、膨脹劑等，進行一次發酵、二次發酵后，微生物能夠將污泥中的有機物轉化為腐殖質，同時污泥中的多數病原菌、寄生蟲卵等被殺死，最終得到含有較多腐殖質的堆肥產品，用于改良土壤或提高土壤肥力。目前，這種污泥資源化工藝已經在歐洲等國家得到廣泛利用。（2）污泥農用。污泥經過簡單的滅菌、脫水處理后，可以直接施用于農田。在2009年，南京農業大學選擇一處地塊，分成兩片區域進行對比實驗。實驗結果表明，相比于未做處理的地塊，施用污泥的地塊，水稻籽粒增產達到了35%[4]。另外，還可以將污泥用于牧場，對提高牧草的長勢和質量也有顯著效果。

2.2污泥在工業方面的應用

將污泥進行特殊處理后，可以作為一種重要的工業材料，在工業生產、制造中帶來一定的效益。現階段，污泥制磚、污泥制沼、污泥制陶等，已經發展成為成熟的技術，創造了可觀的經濟價值。

2.2.1污泥制磚

污泥經過過濾、脫水等一系列處理后，與其他材料（如黏土、粉煤灰等）進行混合，加壓成型，并放置于高溫環境下焙燒，最終可以得到污泥磚。由于焙燒時的溫度在500 ℃以上，可以將污泥中的病原微生物等全部殺死。下水道污泥可壓制成普通的建筑用磚，在黏土磚中混入10%的污泥，并在900 ℃條件下燒制成污泥磚，強度與普通紅磚相當[5]。在污泥制磚過程中，通過調節污泥和摻料的比例，可以改善污泥磚的性能。通常污泥比例不得超過30%，否則會影響磚的強度和硬度。

2.2.2污泥制水泥

在綠色發展理念下，通過污泥資源化利用，制作生態水泥，成為一種新興技術。主要流程為：將污泥倒入密閉儲罐中，在特定條件下完成污泥的干燥、除塵，得到中間產物干污泥。將干污泥倒入水泥窯分解爐，向爐內加入特定的輔料或催化劑，對混合料進行焚燒。所得熟料進行研磨，形成水泥磨粉。在制作混凝土時，可以代替部分水泥，并且不影響混凝土的整體性能。這種方法的優點在于流程相對簡單、使用成本較低、環保效益較好。日本早在2001年就建成了第一座生態水泥廠，利用污泥作為原料，年產水泥量達到10萬多噸。近年來，我國的河南、河北、安徽等省份，也相繼建成了生態水泥廠，利用污泥生產的水泥達到了國家相關標準。

2.3污泥在環保方面的應用

2.3.1污泥制吸附劑

在凈化水質、吸收粉塵等方面，以活性炭為主的吸附劑有著廣泛應用。但是由于吸附劑是一類消耗品，活性炭的使用成本較高。將污泥作為原料，制作成為吸附劑，在吸附效果上與活性炭相差無幾，但是成本幾乎為0，因此綜合效益更加顯著。將剩余活性污泥與催化劑FeSO4、CuCl，3.0～5.0 mol/L的活化劑ZnCl2充分混合，在550 ℃條件下炭化2 h，冷卻烘干后研磨制成吸附劑，該吸附劑應用于農藥廢水，對COD的去除率最高可達63%，同時對亞甲基藍的吸附量為130.8 mg/g，已接近優質活性炭，有很好的市場應用價值[6]。

2.3.2污泥制粘結劑

型煤在工業和民用等領域有著廣泛運用，但是傳統型煤的粘結劑以白泥為主，不僅成本較高，而且導致型煤燃燒不充分，灰渣中仍然含有較高的殘碳，造成了資源的浪費。污泥具有很強的粘結性，代替白泥作為型煤粘結劑，可以提高其燃燒率，灰渣中殘留碳的含量不足1%。并且污泥的使用成本低，對降低型煤生產和使用成本也有一定的幫助。

2.4污泥在其他領域的應用

現階段，污泥在農業、工業等領域的資源化利用技術已經比較成熟。除此之外，在其他個別領域，在新技術的推動下，污泥的資源化利用前景也十分廣闊。例如：污泥中含有較多的營養物質（新維素、粗蛋白、脂肪酸等），經過特殊處理后，可以作為飼料。以水產養殖為例，將污泥飼料和普通飼料按照7∶3的比例混合，在降低飼喂成本的同時，也提高了養殖產量。需要注意的是，污泥制飼料，必須對污泥進行無害化處理，避免有毒物質危及養殖動物。

3結語

在環保力度加大和治污水平提升的背景下，污泥產量越來越多。如果能夠將污泥進行資源化利用，將會創造可觀的經濟效益，也有助于解決污泥隨意排放導致的生態污染問題。焚燒、厭氧消化、濕式氧化等，都是目前常見的污泥處理處置方法。在處理過程中，運用特定的方法，將污泥轉化為可利用的資源，真正實現變廢為寶。從現有的技術來看，利用污泥堆肥，污泥制磚塊、制水泥、制吸附劑等，已經在各行各業得到了推廣。下一步還要繼續做好相關技術的研究和創新，從而讓污泥的綜合價值得到開發，促進循環經濟的發展。

參考文獻

[1] 韋娟，姚瑞宏，劉琪璇，等.市政污泥資源化集中處置（水泥窯協同）工程案例分析[J].水泥工程，2020（3）：69-72.

[2] 吳東海，何玨璞. 工業廢水處理廠污泥重金屬測定前處理方法研究[C]//中國環境科學學會2019年科學技術年會——環境工程技術創新與應用分論壇論文集（二）.中國環境科學學會環境工程分會：《環境工程》編輯部，2019：5.

[3] 鐘曉輝，胡松，楊柳岸.造紙污水深度處理循環利用及污泥資源化利用[J].華東科技（綜合），2020（3）：1-3.

[4] 曹立業，侯曉爽.城鎮污水處理廠剩余污泥資源化處置途徑分析[J].中國資源綜合利用，2020，38（9）：126-128.

[5] 李銘書.污泥處理用熱等離子體基本特性及污泥處理產物特性研究[D].武漢：華中科技大學，2018.

[6] 陳堯.城鎮污水處理廠污泥土地利用重金屬風險分析及處置[D].保定：河北農業大學，2019.