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城市污泥资源化利用途径探讨
RSS 打印 复制链接 发布时间:2016-09-01 10:47:04
【摘要】污泥是城市污水处理后的产物,本身对环境有危害,若能正确的利用污泥,不仅能化危害为资源,又保护了环境和自然资源。本文简述了城市污泥的处理现状,分析了传统的处理方法,重点探讨了污泥资源化利用的途径,希望能为未来城市污泥处理提供参考。 
【关键词】城市;污泥;污染;资源化利用;能源化利用 
   
  随着城市人口的增加,城市污水处理量也日益增加。大量污水处理厂投入运行,必将产生大量污泥,污泥是污水处理过程产生的沉淀物质以及污水表面的漂浮物,属于一种固体废弃物。污泥中含有大量无机及有机固体污染物和病原微生物及寄生虫卵重金属和有毒有害物质,因此,污泥的处理显得尤为重要。传统的处理方法有填埋、填海、焚烧、土地利用等,但随着其有害面的凸显,这些方法在应用上受到了限制。 
  1、当前城市污泥处理现状 
  污泥的处置与利用是当前环境科学中的重要课题。国际上,西方发达国家经济雄厚,技术先进,处理程度较高。各个国家和地区根据自己的实际情况来选择较为合适的处理方法。例如,西欧主要以间接热干化为主,美、英以填埋、农用为主,而日本主要采用焚烧。欧洲如德国、荷兰等国建有大型污泥预干化厂,预干化的污泥含水量达60%后,进入电厂焚烧或堆肥农用,实现能源再利用。 
  在我国,由于经费和技术上的问题,目前污泥尚无稳定而合理的出路,总的状况还是以填埋、堆放为主。有资料表明,建成的污水处理厂中90%以上没有污泥处理的配套设施。在一些地方,由于滥用污泥,使致重金属、有机物以及病虫害等直接危及人体健康,造成对环境的二次污染。 
  2、污泥资源化利用的途径 
  2.1 污泥的土地利用 
  (1)农田利用与堆肥 
  污泥中含有大量农作物所需的营养成分,如N、P、K和微量元素Ca、Mg、Cu、Zn、Fe等,所以相对于传统的污泥填埋或焚烧处理工艺,污泥农田利用是一种更合适的处置方法。污泥可以作为土壤调节剂,改善土壤的通气性和对酸碱的缓冲能力,提供养分交换和吸附的活性位点。然而,由于污泥中含有重金属和病原菌等有害物质,大量施用会对地下水和土壤造成严重污染,尤其是在秋冬季节,所以污泥直接农用受到了一定程度的限制。 
  污泥农用的另一种方式就是堆肥,是克服污泥直接农用中种种弊端的最佳预处理方法。污泥在堆肥过程中,温度可达50℃~70℃时,几乎可以杀死所有病原菌,大量细菌被降解成可以利用的有机质,重金属元素也得到了稳定处理,所以较之污泥直接农田利用不但肥效甚增、挥发分减少,而且污泥中的有机污染物和重金属也有所降低,减少了对土壤和农作物的污染,是一种有效的资源化方法。 
  (2)林地利用与绿化利用 
  污泥除了农用之外,还可以用在森林土壤的改良中。污泥中含有丰富的营养成分和微量元素,可以补充森林土壤由于长期使用而带来的营养成分不足,增强土壤肥力,改善树木的生长状况。自1973年,Murray等研究发现,施用污泥堆肥可使草坪土壤的吸热、吸水与保水、保温能力增大,草的发芽率增高,至今,已有很多学者投身污泥绿化利用的研究行列。薛澄泽等的研究证明,在不利于植物生长的高速公路绿化带施用污泥堆肥以后,可给绿化带土壤引入植物生长所需要的养分和有机质,改善植物的生长状况。随着这些研究的不断进展和社会的发展,污泥将越来越多地应用于长沙的园林绿化,包括林地、草地、高速公路的隔离带、市政绿化、育苗基地、高尔夫球场、草坪等的绿化,给人们营造更好的生活环境。 
  2.2 污泥能源化 
  (1)污泥消化制沼气 
  厌氧消化是利用无氧环境下生长于污水和污泥中的厌氧菌菌群的作用,使有机物经过液化、气化而分解成为稳定物质,病菌寄生虫卵被杀死,固体达到减量和无害化的方法。这些菌群可分为以下两类:兼性厌氧菌和转型厌氧菌。污泥消化过程分为两个阶段:一是酸性消化阶段,即高分子有机物首先在胞外的作用下水解与酸化;二是碱性消化阶段,即专性厌氧菌将第一阶段由兼性厌氧菌产生的中间产物和代谢产物分解成甲烷、二氧化碳和氨。 
  有机污泥经消化后不仅使有机污染物得到进一步的降解、稳定和利用,而且污泥数量迅减(在厌氧消化中,按体积计约减少1/2),污泥的生物稳定性和脱水性大大改善。污泥厌氧消化过程中产生的能量(甲烷)有时超过废水处理过程所需的能量,可以为厂区及附近居民提供能源。污泥消化在废水生物处理厂中是必不可少的,它同废水处理结合在一起,构成一个完整的处理系统,才能达到有机物无害化处理的目的。 
  (2)污泥制合成燃料 
  城市污泥中含有大量的有机物,约占70%~80%左右,脱水污泥的发热量也很高,因此可以将污泥制成合成燃料。苏铭华介绍了一种可以替代矿石燃料的技术,污泥质废弃物衍生燃料技术。将污泥废弃物衍生燃料以25%~30%的比例掺入矿石燃料中,已经在多家印染厂导热油锅炉试用,燃烧情况稳定。Otero采用热接种量分析法评估了污泥的掺入对煤燃烧的影响,结果表明在污泥掺入量≤10%时,煤的重量损失和热量损失都是可忽略不计的。 
  (3)污泥热解制油 
  污泥热分解是在无氧或低于理论氧气量的条件下,加热到一定的温度(高温500℃~1000℃,低温﹤500℃),在催化剂的作用下把污泥中有机物转化为碳氢化合物,由于干馏和热分解作用使污泥转化为反应水以及油、不凝性气体和炭3种可燃产物。该技术首先由Bayer等人提出,各国科研人员在污泥热解方面做了大量的工作,如Dominguez等采用微波热解污泥得到的气体比传统的热解方法要高。该方法不仅克服了传统污泥制油可能带来的环境影响和毒效应,还能保留原污泥中的养分如脂肪酸和氧化有机物。 
  2.3 污泥的建材利用 
  (1)污泥制生态砖 
  污泥制生态砖的方法有以下两种:一种是用干污泥直接制作生态砖;另一种是用污泥焚烧灰渣制作生态砖。用干污泥直接制砖时,应该在成分上做适当的调整,使其成分与制砖黏土的化学成分相类似。当污泥与黏土按质量比1:10配料时,污泥砖可达到普通红砖的强度。将污泥干燥后,粉碎成制砖的粒度要求,在其中掺入黏土与水,混合搅拌均匀,制坯成型焙烧。一般情况下,污泥焚烧灰的成分与制砖黏土成分接近,制坯时只需添加适量黏土与硅砂,比较适宜的配料质量比为:m(焚烧灰:黏土:硅砂)=100:50:(15~20)。 
  研究发现在污泥质量分数达到20%时,制成的砖仍可符合国家标准;此外,通过毒物浸出测试表明金属的浸出浓度很低;并得出了880℃~960℃下,掺入10%含水量为24%的污泥所制的砖质量是最好的。 
  (2)生产生态水泥 
  污泥中含有硅、钙、铝等化学组分与水泥原料大致相同,因此污泥可以作为水泥生产的替代原料。生态水泥的制作工艺与传统水泥基本相当。一般生产1t生态水泥需要垃圾灰0.5t、脱水污泥0.3t、石灰石及黏土等原料0.3t。上述原料经过粉磨、均化、成粒,在1350℃温度下煅烧成熟料,再加入石膏,粉磨制成生态水泥。生态水泥的性能与普通水泥相近,只是凝结时间短,在配制混凝土时需要加入缓凝剂,另外,该水泥含Cl较高,只能配制素混凝土。利用污泥做生产水泥原料有以下3种方式:一是直接脱水污泥:二是干燥污泥;三是污泥焚烧灰。不管是哪种方式,关键是污泥中所含无机成分的组成必须符合生产水泥的要求。 
  (3)生产陶粒 
  污泥扣除烧失量后其化学成分与黏土相近,理论上可以代替黏土参与陶粒的配料。污泥陶粒最早是由S.Nakouzi等提出,以城市污水处理厂污泥为主要原料,掺加适量黏结材料和助熔材料,经过加工成球、焙烧而成的。污泥轻质陶粒的方法按原料的不同可分为以下两种:一是用生污泥或厌氧发酵污泥的焚烧灰制粒后烧结,但是此方法需要单独建焚烧炉,污泥中的有机成分没有得到有效的利用;二是直接从脱水污泥制陶粒,含水率50%的污泥与主材料及添加剂混合,在回转窑焙烧生成陶粒。 
 
 
 
  2.4 污泥活化制吸附剂 
  剩余污泥中大约含有60%~70%的粗蛋白质,25%左右的碳水化合物,无机成分占5%左右。在一定的高温下以污泥为原料通过改性可以制得含碳吸附剂。制得的吸附剂有较高的COD去除率,是一种性能优良的有机废水处理剂,吸附饱和后如果不能再生,可以用作燃料在控制尾气条件下进行燃烧,使污泥中的有害因子被彻底的分解。赵毅等在最佳工艺条件下,即活化温度为500℃,活化剂为40%的氯化锌,活化时间20min,污泥与活化剂固液比为1:3,制备的活性炭附碘值达580mg/g;方平等人采用ZnCl2活化法制备的污泥含碳吸附剂去除水中Cu2+,取得了较好的效果;也有研究实现了对SO2、H2S等的有效吸附。 
  3、污泥资源化利用的注意事项 
  污泥处理是污水处理的重要组成部分,只有污水处理的后继部分得到妥善处理,也就是污泥的处理与资源化利用相结合,才能避免污泥造成的二次污染,所以在污泥资源化利用的同时应该充分考虑其环境效益、社会效益及经济效益,从而应该注意以下几点: 
  (1)不是所有的污泥都可以通过堆肥化去除其有害成分,来成为土壤改良剂和植物营养源的,很多工业废水中含有许多重金属和有机物不能作为肥料和土壤改良剂。此外,剩余污泥中含有重金属离子、呋喃等有害物质,若长期将剩余污泥用于土地,会因为有害物质的积累而影响人体健康。 
  (2)当处理厂规模较小、污泥数量少时,采用污泥厌氧消化制沼气综合利用价值就不会大,这时可考虑采用污泥好氧消化处理。 
  (3)污泥制轻质陶粒要得到广泛的应用,还必须先解决成本和流通上的问题;利用污泥生产水泥时,要解决好污泥的储存、生料的调配及恶臭的防治等,确保生产出符合国家标准的水泥熟料;生态水泥含氯盐较高,会使钢筋锈蚀,然而水泥原料的脱氯技术已经开发成功,生态水泥的质量有望得到提高,其应用范围必将不断扩大。 
  4、结束语 
  总之,污泥的产量未来几年还会大量增长,污泥的处理将成为了环境治理工作的新难点、新挑战。因此,污泥的处理应从长远考虑,化废为宝,变废为宝,加强污泥资源化和能源化的开发利用,积极寻求新的利用途径,将大量的污泥变为有利于保护环境的可用物质,追求更高的经济效益和环保效益。 
  参考文献 
  [1]石吉,邵青,米晓.城市污水污泥的处理利用及发展[J].中国资源综合利用,2004年02期. 
  [2]班福忱,刘明秀,李亚峰,张吉库.城市污水处理厂污泥资源化研究探讨[J].环境科学与管理,2006年05期. 
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