城市污泥資源化循環(huán)利用研究

張賢平 李慧英

（1．江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，贛州 341000；2．浙江臨安華匯凈水劑廠，臨安 310000）

城市污泥是污水處理廠在對(duì)污水處理的過(guò)程中產(chǎn)生的固體或半固體的沉淀物質(zhì)，通常包括初沉污泥和剩余活性污泥。如何處理處置城市污泥，使之變廢為寶，循環(huán)利用，達(dá)到污泥的減量化、無(wú)害化、資源化是擺在世界各國(guó)環(huán)保工作者面前的一項(xiàng)重要課題。

1 城市污泥處理技術(shù)進(jìn)展以及存在的問(wèn)題

1.1 城市污泥常用的處理方法以及資源化利用技術(shù)研究現(xiàn)狀

（1）城市污泥的土地利用化，主要包括污泥農(nóng)用，污泥用于森林與園藝、廢棄礦場(chǎng)等場(chǎng)地的改良等。污泥中含有豐富的有機(jī)物和N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素以及植物生長(zhǎng)必需的各種微量元素Ca、Mg、Zn、Cu、Fe等，施用于農(nóng)田能夠改良土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤肥力、促進(jìn)作物的生長(zhǎng)。污泥的土地利用是一種安全積極的污泥處置方式。

（2）城市污泥填埋處置。其基本方式是城市污泥經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的滅菌處理，直接傾倒于低地或谷地制造人工平原。此好處一是污泥無(wú)毒無(wú)害化處理成本低，不需要高度脫水（自然干化），二是既解決了污泥出路，又可以增加城市建設(shè)用地。

城市污泥的衛(wèi)生填埋始于60年代，是在傳統(tǒng)填埋的基礎(chǔ)上從保護(hù)環(huán)境角度出發(fā)，經(jīng)過(guò)科學(xué)選址和必要的場(chǎng)地防護(hù)處理，具有嚴(yán)格管理制度的科學(xué)的工程操作方法。到目前為止，已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的污泥處置技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是投資少、容量大、見(jiàn)效快。

1992年歐盟大約40%的污泥采用填埋處置，因污泥填埋對(duì)污泥的土力學(xué)性質(zhì)要求較高，需大面積場(chǎng)地和大量運(yùn)輸費(fèi)用，地基需作防滲處理以免污染地下水等，近年來(lái)污泥填埋處置所占比例越來(lái)越小。美國(guó)環(huán)保局估計(jì)，今后幾十年內(nèi)美國(guó)6500 個(gè)填埋場(chǎng)將有5000 個(gè)被關(guān)閉。與1984年相比，歐盟國(guó)家污泥填埋量增加了4%，但同期污泥總量卻增加了16%。這意味著填埋并最終不能避免環(huán)境污染，而只是延緩了產(chǎn)生時(shí)間。

（3）在城市污泥不能被農(nóng)用的情況下，污泥進(jìn)行焚燒處理。城市污泥中含有大量的有機(jī)物和一定量的纖維素木質(zhì)素。脫水后的污泥發(fā)熱量約836KJ/kg，可作工作爐窯或生活鍋爐的輔助燃料。這種處置方法有利也有弊，既解決了污泥的出路問(wèn)題又充分地利用污泥中的能源，而且污泥不需要作滅病原菌的處理。但是，污泥中的重金屬卻隨著煙塵的擴(kuò)散而污染空氣。同時(shí)污泥必須保證在比較低的含水率才能制作“合成燃料”，因此污泥需要脫水。從目前技術(shù)水平看，機(jī)械脫水成本比較高，自然脫水雖然成本低，但時(shí)間長(zhǎng)，占地大，且涼曬期間，污泥中的腐臭氣污染空氣。

（4）城市污泥資源化利用技術(shù)研究現(xiàn)狀。近年來(lái)，各界工作者對(duì)如何減少城市污泥排放量和資源化進(jìn)行大量研究工作，利用各種技術(shù)手段將城市污泥制備成可用的材料，主要的資源化利用技術(shù)研究主要有：臺(tái)明青（2006）利用污泥厭氧發(fā)酵制氫，在降解有機(jī)物消除污染的同時(shí)又獲取氫氣。李雅瓊（2008）以蘇州工業(yè)園廢水處理后的污泥為研究對(duì)象，利用浸出-溶劑萃取-電積法從水處理污泥中回收得到高純度銅、鉛等重金屬。賈相如（2009）將城市污泥干污泥顆粒摻合發(fā)電廠燃料，提取焦油焦炭、燃料油和燃?xì)獾取罾椎龋?010）將城市污泥燃燒灰加入水泥添加劑，制備污泥磚、污泥陶粒等建筑材料。李亞?wèn)|（2005）將城市污泥細(xì)菌蛋白制造蛋白塑料，膠合生化纖維板等。蘇銘華（2009）將城市污泥氣制備動(dòng)力燃料、四氯化碳、氫氰酴、有機(jī)玻璃樹(shù)脂和甲醛等化工產(chǎn)品。由于污泥熱解產(chǎn)生的衍生物具有吸附性。Poazu 等（1960）、Beeckm ans和 Park（1971）提出，若控制一定的熱解條件和經(jīng)過(guò)化學(xué)處理?？梢园盐勰噢D(zhuǎn)化為有用的吸附劑，任愛(ài)玲（2004）等以天津市東郊污水處理廠污泥為研究對(duì)象，探討了城市污泥制備活性炭的綜合利用新技術(shù)。

1.2 城市污泥處理存在的問(wèn)題

目前城市污泥的處置存在一定危害和潛在風(fēng)險(xiǎn)。

（1）對(duì)于采用污泥的土地利用化來(lái)說(shuō)，盡管污泥的土地利用有能耗低、可回收利用污泥中養(yǎng)分等優(yōu)點(diǎn)，但污泥中也含大量病原菌、寄生蟲(chóng)（卵）以及銅、鋁、鋅、鉻、汞等重金屬和多氯聯(lián)苯、二惡英、放射性元素等難降解的有毒有害物。同時(shí)因污水處理時(shí)使用了高分子一類(lèi)的絮凝劑，使用污泥土地化時(shí)，易使土壤板結(jié)。

（2）對(duì)于采用城市污泥填埋處置來(lái)說(shuō)，因填坑中污泥含有各種有毒有害物經(jīng)雨水的浸蝕和滲漏作用污染地下水環(huán)境，這對(duì)以地下水為生活水源的地區(qū)來(lái)說(shuō)，存在不安全衛(wèi)生隱患。且適宜污泥填埋的場(chǎng)所因城市污泥大量的產(chǎn)出而顯得越來(lái)越有限。據(jù)一份關(guān)于污水污泥情況調(diào)查報(bào)告預(yù)測(cè)，到2005年，歐盟國(guó)家污泥衛(wèi)生填埋場(chǎng)所僅能容納污泥總產(chǎn)量的17%。目前我國(guó)修建的衛(wèi)生填埋場(chǎng)中，都用高密度聚乙烯為防滲層，避免了對(duì)地下水源及土壤的二次污染。

（3）對(duì)于采用城市污泥進(jìn)行焚燒處理來(lái)說(shuō)，焚燒方法產(chǎn)生的剩余物最少，焚燒的另一個(gè)優(yōu)越性在于無(wú)異味。其缺點(diǎn)是高成本和可能產(chǎn)生的污染（廢氣、噪聲、震動(dòng)、熱和輻射）。焚燒的成本是其他工藝的2~4倍。

（4）對(duì)于城市污泥材料化、減量化是一個(gè)積極的處理方法，也將是未來(lái)城市污泥處置的方向，但大部分技術(shù)還只是在實(shí)驗(yàn)室階段，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化還存在成本、安全和環(huán)境三者如何平衡，以及相關(guān)公益事業(yè)政府如何進(jìn)行補(bǔ)償?shù)捏w制和機(jī)制等方面的問(wèn)題，為此，本研究在城市污泥資源化時(shí)，力求能達(dá)到所制作的材料既能消化污泥又能使企業(yè)獲得一定經(jīng)濟(jì)效益，并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化實(shí)施。

2 城市污泥資源化循環(huán)利用途徑

本研究采用污泥分類(lèi)處理，經(jīng)過(guò)無(wú)害化處理的城市污泥，以及經(jīng)過(guò)去除重金屬的工業(yè)污泥，可以實(shí)現(xiàn)污泥資源化。本工藝研究采用的臨安市污水處理廠處置產(chǎn)生的污泥進(jìn)行了材料化和資源化研究。

2.1 城市污泥資源化工藝流程研究

城市生活用水處理污泥含污泥水分、有害組分含量高，同時(shí)散發(fā)惡臭氣體、污染環(huán)境，因此在進(jìn)行材料化和資源化之前，需要進(jìn)行無(wú)害化處理。污泥處理處置的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化和無(wú)害化，并且回收和利用污泥中的能源和資源。試驗(yàn)方案和工藝流程見(jiàn)城市生活用水處理污泥工藝流程圖，本工藝獲得三種產(chǎn)品：有機(jī)碳、能源油以及花卉營(yíng)養(yǎng)液。通過(guò)該生產(chǎn)工藝流程處理1噸干污泥，可生產(chǎn)約0.4噸有機(jī)炭、0.1噸能源油和0.1花卉營(yíng)養(yǎng)液。

城市污泥資源化工藝流程圖

2.2 關(guān)于城市污泥資源化添加輔料Y比率的對(duì)比試驗(yàn)

為實(shí)現(xiàn)城市污泥的減量化、材料化和能源化，在分析污泥成分以及物理、化學(xué)特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。首先在污泥中添加輔料Y，使含水量控制在10% ~ 15%之間，進(jìn)行輔料Y添加比例的對(duì)比試驗(yàn)，確定輔料Y添加的比例后，再將混合料進(jìn)行活化處理。

2.3 關(guān)于制備有機(jī)碳的溫度對(duì)比試驗(yàn)

確定了污泥及輔料Y添加比例后，將混合料送入混合池進(jìn)行預(yù)處理，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的環(huán)境下，利用高溫回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行高溫活化處理，進(jìn)行不同溫度條件試驗(yàn)，在最佳控制溫度下制備的有機(jī)碳。

2.4 關(guān)于制備能源油的添加劑對(duì)比試驗(yàn)

利用高溫回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行高溫活化處理，獲得有機(jī)碳的同時(shí)，還獲得副產(chǎn)品—能源油，為了提高能源油的燃燒值，需要添加一種添加劑，為此，進(jìn)行了添加劑A、B、C的對(duì)比試驗(yàn)，最后確定成本底、易獲取的添加劑B，制得能源油。能夠產(chǎn)生4000大卡的熱量。

2.5 關(guān)于有機(jī)碳脫色、除雜效果試驗(yàn)

將制備的有機(jī)碳與活性炭進(jìn)行脫色、除雜效果比對(duì)試驗(yàn)。制得的有機(jī)碳的脫色效果和除雜效果較好。

2.6 關(guān)于制備有機(jī)碳廢水、廢氣的循環(huán)利用試驗(yàn)

為了解決有機(jī)碳制備過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生含CO、H2、CH4的廢氣問(wèn)題，由于煤氣發(fā)生爐給高溫回轉(zhuǎn)窯加熱時(shí)需要的水氣和CO、H2、CH4，，可以將高溫回轉(zhuǎn)窯的廢、煙氣管道接入煤氣發(fā)生爐的加氣管道，這樣一方面解決了廢、煙氣處理的問(wèn)題，也解決了煤氣發(fā)生爐燃料的問(wèn)題，達(dá)到廢、煙氣循環(huán)利用的目的。

2.7 三種產(chǎn)品的質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

按照一類(lèi)城市污泥生產(chǎn)工藝流程，生產(chǎn)獲得的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的有機(jī)碳、能源油和花卉營(yíng)養(yǎng)液，有機(jī)碳按照產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表1）進(jìn)行產(chǎn)品的過(guò)程檢驗(yàn)和交付產(chǎn)品的檢驗(yàn)。

表1 有機(jī)碳檢驗(yàn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

制得的能源油產(chǎn)生的熱量值大于4000大卡?；ɑ軤I(yíng)養(yǎng)液的質(zhì)量按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)。

2.8 經(jīng)濟(jì)效益分析

采用由污泥及干粉料經(jīng)預(yù)處理后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)的環(huán)境下經(jīng)高溫活化而得的產(chǎn)品，因其具有豐富的孔隙，可用于污水處理或其它產(chǎn)品的脫色，對(duì)降低污水COD有較為明顯的作用，同時(shí)對(duì)污染廢水也有較好的凈化作用。

日處理100t 污泥需50t 混合池二個(gè)，高溫回轉(zhuǎn)窯一臺(tái)，煤氣發(fā)生爐一臺(tái)，粉碎機(jī)一臺(tái)，各種規(guī)格活化池10 個(gè)，包裝桶一批，設(shè)備投資共需120 萬(wàn)元左右。用電容量70kW 左右。生產(chǎn)用房2000m2，生產(chǎn)工人15名，管理人員5人，流動(dòng)資金100萬(wàn)元。該產(chǎn)品的主要原料為污泥及輔料，原料成本為1500~200O 元/t，工廠綜合成本約為300~400 元/t。產(chǎn) 品 市 場(chǎng) 售 價(jià) 為3000~4000 元/t，全年產(chǎn)值為2000萬(wàn)元左右。

3 結(jié)論

（1）該技術(shù)達(dá)到了“以廢治廢”、“變廢為寶”的目的，實(shí)現(xiàn)了污泥的減量化、資源化和能源化，制備的有機(jī)碳脫色、除雜效果好，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高；能源油的燃燒值高，有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。通過(guò)資源的循環(huán)利用，達(dá)到了廢物零排放。

（2）通過(guò)試驗(yàn)研究和經(jīng)濟(jì)效益分析，使用該技術(shù)處理城市污泥的工藝流程簡(jiǎn)單、操作方便，生產(chǎn)過(guò)程操作安全，環(huán)境污染小，既減少了污泥的二次污染，又能夠創(chuàng)造企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。