城鎮污水廠污泥鈍化技術的研究現狀

摘" " " 要：因為城市污泥中含有大量的能被植物吸收利用的氛磷和有機質等營養物質，可用于土壤改良和一些貧瘠土壤的修復與保養。然而，城市污泥中含有多種對環境有害的重金屬，如何降低這些重金屬的浸出、防止其對環境造成危害，是污泥園林綠化利用必須解決的關鍵問題之一。介紹了國內外污泥處置現狀，列舉了一些城市污泥重金屬的處理技術，并對鈍化劑在污泥資源化利用中的應用進行了闡述。

關" 鍵" 詞：城鎮污泥；重金屬；鈍化技術

中圖分類號：TU992.3" " "文獻標識碼： A" " "文章編號： 1004-0935（2023）06-0881-04

我國城鎮化進程在加快，經濟飛速發展，城市中產生的廢水和污泥越來越多，亟待處理處置的污泥量也快速上升。根據數據顯示，截至2018年底，全國共計建了4 000余座污水處理廠，比2016年增加了100余座。截至2016年底，我國每天的污泥產量（含水率80%）達到3 600萬t。

1" 城市污泥概況

1.1" 城市污泥的定義及分類

城市污泥的主要組成部分包括有機殘片、細菌菌體、無機顆粒和膠體等組成的絮狀體[1]，是污水處理廠的副產物[2]。按污水的處置方法，城市污泥可以分為4類：初沉污泥，從沉淀池中排出的沉淀物；腐殖污泥，生物膜法處理污水過程中二次沉淀產生的沉淀物；剩余污泥以及剩余活性污泥；化學污泥，用混凝沉淀、化學沉淀等化學方法處置廢水所產生的污泥。按污泥來源分類，可分為生活廢水污泥、工業廢水污泥以及疏浚產生的污泥[2]。按污泥成分和性質進行分類，可分為有機污泥、無機" "污泥。

1.2" 城市污泥的環境危害

污泥中含有大量對環境危害的化合物和病原微生物，不經過合理處置，必將會對周圍環境造成新的污染，甚至危及人體健康。城市污泥的環境危害如下。

1.2.1" 侵占土地

在2020年，我國城鎮生活污泥產量超過" " " 4 380萬t·d-1，工業污泥產量達到4 000萬t·d-1，共計超過8 380萬t·d-1（80%含水率）。在污泥產量逐年遞增的同時，我國污泥無害化理率依然很低。據統計，2016年我國的泥處理率僅達到33%，現存的大量污水廠處理污泥的手段仍是直接傾倒或者是簡單的填埋處置。無論是直接傾倒還是簡單填埋處置，不僅會造成周圍環境的污染，而且也占用了大量的土地資源。

1.2.2" 污染土壤

污泥中含有類似于有機污染物、重金屬等會對環境產生危害的化合物[3]，有機污染物主要有苯、多氯聯苯等，這些有機污染物不易降解、毒性殘留時間長，進入土壤后將危害環境。城市污泥中還含有多種對環境有害的重金屬，主要包括鉛、鎘、汞、鉻、鎳、銅、鋅、砷等，根據污泥的來源不同，污泥中各種重金屬的種類和含量以及重金屬的形態也不盡相同[4-5]，如果污泥直接施用到土壤中會大大提高土壤中的重金屬濃度，對植物、蔬菜等影響較為嚴重。

1.2.3" 污染水體

如果污泥中的氮和磷的含量較多，在施加到土質較為疏松的土壤中，土壤中所含的有機物會被污泥中的微生物快速的分解掉，如果分解速度大于植物在正常生長發育從士壤中攝取速度，那分解的多余的氮、磷等營養物質將會消散或者流入到水體中。許多研究證實，部分水體的富營養化是因為雨水沖刷土壤，其中的氮、磷等養分進入水體。同時，污泥中的重金屬和有機污染物也會伴隨著水流進入水體，破壞水質，危害水生動植物。

1.2.4" 污染大氣

污泥產出后就會產生較強的刺激性氣味，而且較為持久，如果不經處置，直接將其裸露在地表或者露天放置以及不正確的處置，便會散發出惡臭的氣味。這些污泥經過長期的風吹日曬，會產生污染物顆粒進入到大氣中，危害動植物的健康。

1.2.5" 含有大量的病原菌

存在于污水中的病原微生物和寄生蟲卵，在經過污水處理廠處理后，會有大部分流入到污泥中，成為了病原微生物和寄生蟲卵的新載體[6]。有研究證實在新鮮污泥中存在可達上千種的病原體，因此，城市污泥處理處置不當，便會時刻危害著人體健康。

1.3" 國內外污泥處置現狀

1.3.1" 國外污泥處置現狀

美國于1972年頒布的聯邦污水控制法令，為了能夠減少污泥對環境的危害，對廢水的處置制定了嚴格的標準，并要求強制執行。20世紀70年代以前，絕大部分的污泥在不經過處置或者簡單的處理后直接排入到水域或者海洋以及空地堆放，伴隨著污染的日益嚴重，人們也漸漸意識到了危害，尋求污泥的安全處置和循環再利用，成為了當時的美國熱門話題。美國比其他國較早的開展了污泥土地利用的環境風險評估，以污泥土地利用作為污泥處理的主要方式，并以農業用途的土地利用為主[7]。

歐洲的發達國家主要的污泥處置方法是資源利用化，而且污水處理廠也會將污泥的士地利用作為他們自身的重點研究方向。污泥的土地利用主要是指污泥在經過合理安全的處理后，將其施用到農地、林地中，增加土壤的肥力和土壤調節。早期主要的處置方法是衛生填埋、土地利用。但伴隨著污泥的產量越來越多，士地資源也越來越短缺，導進行污泥衛生填埋的困難越來越大。而且人們對生態環境保護意識在逐漸增強，自1999年起，歐盟開始了禁止成員國簡單填埋這種污泥處置方法。這造成了大量的污泥無法安全處置，隨后便開啟新的道路，開始興建大批污泥焚燒干化設施，但污泥焚燒干化的前期投資和運行的成本都比較高，因此這種污泥處置方法不具有普適性，例如希臘、葡萄牙、愛爾蘭等經濟不發達的國家，他們基本上不使用或者很少使用這些污泥焚燒干化設備。數據顯示，德國、英國和法國每年產生的污泥（干重）分別為220萬t、120萬t和85萬t，作為農用方向土地利用的比例分別已達到40%、60%和60%。從發展趨勢看，歐盟污泥的填埋比例逐漸下降，污泥處置向資源化利用和焚燒方向發展[8]。

1.3.2" 國內污泥處置現狀

在早期，國人還沒意識到污泥的重要性和其可能造成的危害，加上當時的條件比較苛刻，設備也不夠先進，使得我國污泥大面積被堆存，沒有經過嚴格的處置和管理，對環境造成了二次危害。直到現在，在我國現有的污水處理設施中，能對污泥進行安全穩定處置的也占不到四分之一。我國對污泥處置的方法主要包括污泥焚燒、衛生填埋和建材利用以及土地利用。根據調查顯示，我國污泥的衛生填埋占63.06%，外運占14.42%，農用占13.51%，綜合利用占5.41%，露天堆放占1.80%，焚燒占1.80%，可以看出我國污泥的衛生填埋仍是污泥處置的主要辦法。但不久后人們經歷了衛生填埋造成的二次污染的危害，結合我國人口眾多、資源和能源相對匱乏等基本國情，我國亟需開發一種新的污泥處理處置方法，因此污泥市政綠化、園林利用孕育而生，大大提高了城市污泥的再利用潛力。我國頒布了一系列污泥處理處置的相關政策，促使污水處理廠的污泥得到有效處理和安全處置，國內污水處理廠污泥“走投無路”的情況將會得到解決，污泥處理處置的相關市場將被激發，并得到快速發展，成為了環保領域的研究和投資的熱點[9]。

2" 鈍化劑在污泥資源化利用中的應用

郭廣慧[10]等指出我國城市污泥重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Ni和Cr質量分數分別為182.5、65.3、729.6、2.1、1.4、11.5、44.6、997.5 mg·kg-1。鄧炳波[11]等對5家污水處理廠產出的污泥含有的As、Cd、Cr、Cu等重金屬的總量以及形態特征進行了分析，研算了生物毒性，結果表明這5家污水處理廠所產的污泥樣品中均呈嚴重污染和存在極高的潛在生態風險。因此這些重金屬污染污泥只有在經過無害化處理才能被資源化利用。目前，鈍化劑處理污泥中所含有的重金屬成本較低，操作便捷，流程簡單且不影響植物正常的生長發育，所以較為實用。

2.1" 有機類鈍化劑

動物糞便、生活污泥、植物秸稈和生物炭等是經常使用的有機鈍化劑。其中生物炭是指有機材料在完全或部分缺氧的條件下，在低溫熱解的環境中生成的固體產物，多孔、比表面積大以及表面帶負電荷等是其物理特性。生物炭對重金屬生物有效性的影響因素很多，主要包括生物炭產品類型和重金屬的類型。NAMGAY[12]等表明，土壤或者污泥中的可提取態的 As 和 Zn 重金屬的占比會隨著生物炭施用量的增加呈現增長的趨勢，但可提取態的重金屬Pb濃度卻逐漸下降，重金屬Cu不產生變化，Cd呈現的趨勢不一。還有研究[13]指出在堆肥實驗中，豬糞中的Cu、As和Zn的濃度呈現上升的趨勢，但Cu、Zn和As的生物有效性卻降低了。

2.2" 無機類鈍化劑

無機類鈍化劑在污泥、土壤的鈍化技術中是應用最多最普遍的鈍化劑類型。其主要包括黏土礦物、磷酸鹽類、工業副產品以及其他一些工業的廢棄物等，由于具有較高的水溶性，而且價格合理，來源也較廣泛等優點，逐步成為了對重金屬鈍化修復技術中重要的鈍化劑。何哲祥[14]分別向污染土壤中添加25%的高爐渣固化劑、氧化鈣以及磷酸鹽，土壤中有效態的Zn、Pb和Cd的含量均顯著降低。膨潤士調質能顯著促進污泥中重金屬Zn、Cu、Pb和Cd的鈍化[15]，新型硅酸鹽鈍化劑可以降低鎘的生物有效性，降低了對小白菜的危害。

2.3" 復合型鈍化劑

我國污水處理廠處理的廢水較為混雜，其中富含的重金屬的形態和種類也較為繁多，僅僅采用單純的一種鈍化劑，不能保證降低污泥中所有重金屬的生物活性[16]。大此，人們開始研發復合型鈍化劑。王宇霞[17]等研發了一種沸石+牡蠣殼+雞蛋殼的組合型鈍化劑，降低了土壤中重金屬生物有效性，減少了青菜對重金屬吸收。吳烈善[18]等利用了腐殖質、石灰、硫酸銨和過磷酸鈣及其復配物鈍化處理污染土壤中的重金屬，實驗結果顯示，復合鐘化劑對重金屬的穩定化效果較好。楊俏[19]等利用盆栽試驗研究由生物炭、海泡石、腐殖酸組成的復合鈍化劑修復Cd污染土壤，加入復合鈍化劑后，有效態Cd含量降低，有機質含量升高，蔬菜中Cd的積累降低，這些復合鈍化劑可推薦用于重金屬復合污染土壤的修復。

2.4" 新型材料

最近幾年，新型材料領域發展迅猛，新型材料主要包括介孔材料、納米材料等，現在也被用于土壤的重金屬修復。含碳物質在氧氣不足的條件下經過不完全的燃燒或經過受熱分解生成了炭黑，它具有大的比表面積和較高的活性點位等特點，對重金屬有著較強的吸附能力。改性納米炭黑可顯著降低堆肥重金屬可交換態和碳酸鹽結合態的含量[20-21]。磷改性生物炭可使土壤中Pb、Cd 由弱酸提取態向可氧化態、殘渣態轉變[22]。磁性生物炭納米復合材料對水中的鎘、鈷、鋅和鉛離子具有較好的吸附和固定作用[23]。碳納米管（CNT）具有較大比表面積和較強的吸附能力，它可以很好地對污染土壤中的Pb、Cu、Ni和Zn進行固定[24]。

3" 結束語

經濟在發展，城鎮化進程在加快，隨之帶來了越來越多的污泥產量。但在我國“重水輕泥”的觀念已長期存在，導致很長一段時間城市污泥沒有經過嚴格的處理就隨意堆放，對空氣、土壤、河流產生了二次污染。鈍化劑可以與重金屬間發生吸附、氧化還原、絡合、沉淀等作用，使污泥中的各種重金屬離子由不穩定態向穩定態轉化，降低污泥中重金屬的生物有效性和可遷移性。在今后的研究中可以利用這些特性開發出更高效的鈍化劑用于處理城鎮污水廠污泥中的重金屬。

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Abstract：" Because municipal sludge contains a large number of nutrients such as phosphorus and organic matter that can be absorbed and utilized by plants， it can be used for soil improvement and the repair and maintenance of some poor soils. However， urban sludge also contains a variety of heavy metals that are harmful to the environment， how to reduce the leaching of these heavy metals and prevent them from causing harm to the environment is one of the key problems that must be solved in the use of sludge for landscaping. In this paper， the current situation of sludge disposal at home and abroad was introduced， some treatment technologies of heavy metals in urban sludge were listed， and the application of passivator in sludge resource utilization was expounded.

Key words：" Municipal sludge; Heavy metals; Passivation technology