市政污泥的處置及資源化利用綜述

摘要：市政污泥為污水處理過程中的副產物，主要性質包括：高含水率、含有有機毒性物質、比表面積和孔隙率較大、易產生刺激性氣體等。利用市政污泥的復雜特性對其進行合理處理處置以及資源化利用具有重要現實意義，本文針對市政污泥的發展及應用相關問題進行綜述。

關鍵詞：市政污泥;工業污泥;資源化

隨著城市發展不斷加快和人民生活水平不斷提高，人類產出的廢棄物也越來越多，其中，對人類影響最直接和最難處置廢棄物—市政污泥，已經成為環境學者關注重點。市政污泥為城市污水處理廠污水處理過程中的副產物，其中包含浮渣和經不同方式凝結而成的絮狀物、沉淀物，污泥組成成分與城市污水處理廠處理工藝和污水性質有關，屬于較頑固廢物。

1 我國污泥處理處置現狀

隨著環境問題的日益加劇，人們都紛紛對自己賴以生存的自然環境條件堪憂，都自發地提升了環保意識，在此基礎上，城市污水處理設施建設便得到了空前發展。隨著近年來我國城市污水排放量和處理量的逐年增長，大量處理污泥便給城市環境保護帶來了不小的壓力。據統計，2019年全國全年濕污泥產生量就高達595萬噸，如果將城市污水全部處理完，所產生的污泥量將突破840萬噸，約占全國總固體廢棄物的3%。污泥中除包含大量水分外，還包含有大量難降解的有毒成分，如有機物、重金屬、鹽類、病原微生物及寄生蟲卵等，因此，將其進行資源化處理亦是困難重重。

從當前我國城市污泥資源化處理現狀來看，主要無害化處理技術有農用、堆肥燃燒、制備建筑材料以及填埋等，其中農用處理約占4成左右、填埋約占3成，其他處置方式約占1成、其余都是還沒有經過任理的。為妥善處理掉這些污泥，污水處理廠需多耗費掉20%～50%資金，這對于污水處理廠來說，是極其大的一筆開支，但相對于耗費更高的西方國家來說（50%～70%），我國對于污泥處理明顯處于滯后狀態。

2 市政污泥主要特點及處置問題

2.1 市政污泥特點和組成成分

不同城市污水處理廠雖然產出的污泥不同，但其主要特性包括：（1）具有高度不均勻、外觀形狀不規則特點，比表面積與孔隙率較高，類似泡沫狀和網狀結構，呈現膠體性質;（2）高含水率，且水在污泥中存在的形式不同，可以分為：表面吸附水、間隙水、毛細結合水和內部結合水，研究學者表明各組分水在去除階段的蒸發速率不同，不宜脫水;（3）存在不穩定有機化合物苯并芘、多氯聯苯類、有機農藥等和有機衍生物，這些物質在不同狀態下易分解、易變質并產生其他有害物質;（4）污泥在堆放時，易產出氨氣、硫化氫、硫醇等刺激性氣體;（5）含有病原微生物、病毒、細菌、寄生蟲卵[1]。市政污泥的特性對其資源化利用有著重要影響。

2.2 市政污泥的處理處置問題

國內污泥處理工藝起步較晚，主要存在以下幾個問題：（1）污泥處理效率低下。早期城市污水處理廠忽視處理階段產出的污泥，只對污水進行有效處理，造成市政污泥隨意堆放，污染環境;（2）“重水輕泥”現象嚴重，污泥處理措施落后。近幾年污水處理技術迅速發展，而污泥處理技術卻停滯不前，相對于十幾年前的技術沒有太大進步;（3）技術方案陳舊老套。個別企業以營利為目的，對于較高成本新技術和新工藝難以實施下去，污泥處理措施停滯不前;（4）監督管理部門制度問題。對于長期污泥處理忽視，政府有關部門制度不完善，對污泥監管困難;（5）收費機制不合理。污泥為污水處理過程中的副產物，在污水處理費用中附加污泥處理費是必然，但從實際情況來看，征需污泥處置費用困難，政府對于污泥處理補貼也存在不合理現象，造成企業更多以實際效益為目標。

3 國內污泥傳統處置方法

3.1 衛生填埋技術

衛生填埋技術是早期國內外處理污泥常用方法，優點包括：處理效率高，速度快，處理量大和填埋成本低等優點，其缺點是：運輸和建設成本高、占地面積大，填埋環境復雜的地區要充分考慮填埋技術措施。

在填埋之前對市政污泥進行減容和降低含水率預處理，將預處理的污泥運輸到填埋場填埋。同時污泥填埋場的建設要充分考慮其環境、水文地質、土壤等問題，在建設過程中涉及污水污泥防滲和衛生措施也是影響填埋場正常運行的關鍵條件。隨著污泥產量不斷增加、國內可用土地資源逐漸減少，衛生填埋技術將逐漸被其他技術替代。

3.2 農業利用技術

利用污泥中鐵、鈣、銅、鉀等元素和有機質、腐殖質是實現資源化利用的方法之一。污泥中微量元素可以保證農作物正常生長以及水分吸收，同時有機質和腐殖質為農作物提供保水保肥作用。但市政污泥常與工業廢水混合，摻雜的重金屬離子直接與土壤接觸，污染種植物以及地下水，并產生危害。污泥制肥料不僅可以代替耕種肥料還可以對污泥資源化利用，但也要考慮生產工藝以及費用。因此，農業利用技術是一項有待評估的技術措施[2]。

3.3 污泥焚燒技術

污泥焚燒是最直接、有效減量污泥方式之一。高溫促使污泥中有機物燃燒釋放高熱量，可用于發電與供暖，同時高溫可以殺死并分解病原微生物和毒性化學物質。目前在水泥廠、發電廠應用污泥焚燒技術較多[3]。雖然污泥焚燒技術在減量化、穩定化方面存在較大優勢，但在處理過程中產生飛灰、煙塵顆粒如果處理不當會污染大氣環境，需處理達標后進行排放。另外，焚燒技術對設備、施工工藝要求較高，投入成本較大。

4 市政污泥資源化利用技術發展

4.1 制燃氣燃油

市政污泥通過熱解后在無氧、厭氧菌環境下，產出甲烷、二氧化碳等氣體，且有學者研究表明產出甲烷含量達到60%[4]，利用產出的氣體進行工業發電、供暖等途徑;污泥制油作為一種新型技術，在工藝中對生產條件要求較高，在常壓或高壓下，惰性氣體為保護對象，500℃以上的溫度環境中污泥熱解生產出生物油。

在污泥處理過程中，應用最廣泛的方式就是生物制氫法。而生物制氫法的應用實踐中，就包括厭氧發酵制氫和厭氧光合制氫。其中厭氧發酵制氫工藝簡單，便于操作，同時還能無害化處理掉更多種類的有機物。著名學者湯桂蘭等通過試驗對酸堿處理、熱處理等對厭氧污泥發酵產氫量的影響進行了專門研究，試驗結果表明當處理條件不同時，產氫量也大不相同，其中，產氫量最大的要數熱處理方式。另外，致使污泥發酵主要存在三方面因素，即pH值、底物濃度和溫度。作為一種低成本、低能耗低的新能源生產技術，污泥制氫具有良好的環境效益和經濟效益，因此，該技術的發展前景非常廣闊。

運用厭氧消化法處理污泥時，會產生大量沼氣，但當前國內技術不是很成熟，將污泥中有機物轉化成沼氣的效率較低，還不足50%，仍需開發出更高效的處理技術。環境學家潘志勇等曾在某套30m3的污泥厭氧消化裝置中開展試驗研究試驗，發現影響污泥厭氧發酵的核心因素就是投配率。在城市污泥處理過程中，所采用的方式不同，沼氣產量也略有差異，但經超聲波預處理，就可以大大提高污泥轉化成沼氣的產量。經特殊處理后，污水污泥中的某些微生物是可被轉化為生物柴油的油脂，王怡等通過污泥脫水干化處理后，制取了一定量的生物柴油，說明該技術應用前景還是非常廣闊的。

4.2 資源回收

學者洪剛等為進一步探索污泥資源化處理，先后進行多次微生物水解破壁和固液分離試驗，表明運用水解技術，可提取部分微生物蛋白液，這些蛋白液作蛋白質發泡劑和有機肥之用，大大提升其附加值。當前，我國絕大多數中小型水廠的凈水污泥都是直接排入市政下水道，而大型水廠的處理方式都是經脫水處理后進行填埋。研究表明，凈水污泥中的金屬鹽絮凝劑可達到給水污泥干基的36%，對此，可有效運用酸化法進行回收，實現變廢為寶，所以說這一處理方式極具發展潛力。學者王東田等采用超聲輔助回收絮凝劑，回收的絮凝劑對去除污水中的污染物使是很有幫助的。

4.3 制陶粒、磚、水泥等建筑材料

污泥中含有大量無機物和金屬離子，與部分建筑材料性質相近，通過將污泥與其他材料混合加工生產陶粒，代替傳統黏土材料，不僅增大污泥的資源化利用同時又可以避免黏土污染環境，是一種以廢治廢的新途徑;將污泥進行不同程度處理與篩選，與其他制磚輔料混合，在高溫環境下燒制成型，采用合適生產工藝可以將磚塊達到普通燒結磚塊國家標準[5];由于污泥復雜組成成分，在經過高溫灼燒后廢渣的礦物成分與水泥相似，可以用作水泥熟料代替黏土生產硅酸鹽水泥，成品的水泥和凝結時間滿足工藝要求，但此項技術生產成本較高，不利于推廣使用。

4.4 制備吸附材料

利用污泥制作活性吸附材料對生產條件以及污泥的成分與種類有嚴格要求，以氯化鋅為催化劑的生產工藝可以有效降低工程成本，在另一種以溫度180℃～220℃，30MPa壓強條件下污泥水解后干化，再經300℃～700℃、無氧環境下制備的活性炭，當溫度越高生產的活性炭品質越高。

5 結語

市政污泥作為城市廢棄物處理過程中的重要部分，越來越多環保從業者將污泥進行資源化利用，應當以“減量化、無害化、資源化”作為處理處置原則。雖然處置污泥的新工藝受環境、成本、運行條件限制，但管理者更應該最大程度地發揮污泥的剩余價值，為人類生活提供更多幫助，實現經濟與環境雙贏目的。

參考文獻：

[1]栗志翔.堿渣-礦渣固化市政污泥的工程性質試驗研究[D].湖北工業大學，2020.

[2]王凱軍，高志永，張國臣.投資污泥處理處置前景如何？[J].環境保護，2011（08）：21-23.

[3]戴曉虎.我國城市污泥處理處置現狀及機遇[J].建設科技，2011（19）：55-59.

[4]羅如生.淺談污泥資源化利用技術水平及研究進展[J].再生資源與循環經濟，2020，13（07）：37-40.

[5]唐紅玲，劉坤，阮文權.城市污泥處置與資源化技術綜述[J].廣東化工，2020，47（07）：166-167.