市政污水廠剩余污泥的資源化利用

李 翊

(廣州大學(xué) 廣東 廣州 510000)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，污水廠的數(shù)量也越來(lái)越多。而隨之產(chǎn)生的剩余污泥的量也越來(lái)越多。據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年我國(guó)污泥產(chǎn)量將突破6000萬(wàn)噸/年[1]。數(shù)量如此龐大的污泥如果沒(méi)有得到合理有效的處理，將會(huì)對(duì)環(huán)境帶來(lái)一定的危害。因此，污泥的處置問(wèn)題已成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。

傳統(tǒng)的污泥處置方式主要是衛(wèi)生填埋、干化焚燒和投海等，但污泥作為污水處理的剩余產(chǎn)物，其中含有大量的病原菌和蟲(chóng)卵等微生物，還有豐富的有機(jī)和無(wú)機(jī)成分[2]。采用傳統(tǒng)的填埋和投海方式處理污泥，雖然處理成本低，但會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。而干化焚燒雖然能有效殺滅污泥中的微生物，但污泥干化所需的成本較高，并不符合經(jīng)濟(jì)的意義。故傳統(tǒng)的污泥處置方式都存在一定的弊端且沒(méi)有將污泥進(jìn)行利用，而污泥資源化利用則不再把污泥作為廢物而是作為資源，充分合理利用污泥中的各種成分，針對(duì)性地用于各個(gè)領(lǐng)域，真正作到“變廢為寶”。

一、污泥資源化利用

(一)污泥堆肥和土地利用

污水處理廠中的污泥主要是去除和吸附污水中的有機(jī)污染物質(zhì)，所以污泥中含有氮、磷、鉀等微量元素和有機(jī)物等。在適當(dāng)?shù)乃?、C/N比和通風(fēng)條件下堆肥，使不穩(wěn)定的污泥變成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)，從而形成肥料。美國(guó)目前約有40%的剩余污泥用于污泥堆肥，并且還專門(mén)制定了相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。李姝娟[3]等人研究發(fā)現(xiàn)，污泥充當(dāng)肥料可以促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)，也能降低污泥中的有機(jī)物。Wang[4]等人研究發(fā)現(xiàn)污泥堆肥能降低污泥中的水分和有機(jī)物含量，同時(shí)增加N2O和CO2排放速率，并且使污泥得到了進(jìn)一步降解。所以污泥堆肥不但可以為農(nóng)作物提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還可以進(jìn)一步降解污泥中的成分從而有利于環(huán)境的保護(hù)，達(dá)到了一舉兩得的效果。

污泥中含有的微量元素和有機(jī)成分還可以用于改良土地。在我國(guó)有許多如垃圾場(chǎng)、礦場(chǎng)和化工廠等受損的土地。回收污泥中的營(yíng)養(yǎng)成分用于此類土地，可以增加土地的肥沃，改良土地的結(jié)構(gòu)，使受損的土地得到恢復(fù)。郭鄙蘭[5]等人研究污泥對(duì)污土壤的影響，當(dāng)污泥和污泥堆肥施用量的增加，污土壤中的有機(jī)質(zhì)和氮、磷等含量有所提高，且污土壤中水分含量和持水量也明顯增加。

(二)污泥建材利用

污泥中含有與黏土相近組分，而黏土是建材行業(yè)的廣泛使用材料。利用這部分作為主料或者輔料可以制作建材所需的磚、水泥、陶粒等。

污泥中含有硅酸黏土礦物，可以將污泥用作主料與其他物質(zhì)混合燒制成磚。美國(guó)和日本最先利用剩余污泥成功制成磚，目前已經(jīng)可以批量生產(chǎn)[6]。林子增[7]等人利用污泥作為部分原料燒結(jié)普通磚，結(jié)果表明利用干化污泥明顯降低了燒結(jié)磚的熱導(dǎo)率和提高燒結(jié)磚的塑性指數(shù)。任柏幟利用污泥與材料制作成磚，磚的質(zhì)量符合國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。所以利用污泥制磚可以節(jié)省了大量的土地資源，并且使污泥得到了資源化、無(wú)害化、減量化的綜合利用。

利用剩余污泥可替代部分粘土原料生產(chǎn)水泥。生態(tài)水泥主要以污泥及石灰石為作為主要原料，通過(guò)燒成及粉磨而成。歐美及日本等發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家目前已經(jīng)廣泛使用污泥生產(chǎn)水泥。Lin[8]等人使用污泥、石渣、氧化鐵泥作為生態(tài)水泥原料，制作所得生態(tài)水泥的抗壓強(qiáng)度顯著提高。趙曉琳[9]等人對(duì)污泥生產(chǎn)生態(tài)水泥的條件進(jìn)行了研究，結(jié)果表明以污泥替代硅質(zhì)原料粘土配料時(shí)，生料易燒性有改善。而且當(dāng)KH值0.89～0.93之間，污泥摻量在2%左右范圍時(shí)，生料的易燒性改善為明顯，水泥強(qiáng)度較高。

陶粒具有耐久性好、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，是建筑目前廣泛應(yīng)用的一種輕質(zhì)骨料。以污泥替代泥土作為原料，并加入合適的輔料，造粒成型后可燒制成陶粒。Lgnacio Merino等人[10]研究發(fā)現(xiàn)，向污泥中加入大約1/4的粘土和玻璃渣后，制得的陶粒的性能顯著提升。采用污泥燒制陶?？梢詼p少污泥量，也可以減少對(duì)土地的破壞，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。但是目前國(guó)內(nèi)利用污泥燒制陶粒的成本也較高，還難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

(三)污泥能源化利用

污泥中含有的熱值，所以利用污泥低溫?zé)峤庵朴秃秃铣烧託狻錃獾热剂?。污泥低溫?zé)峤庵朴椭饕菍⒏稍锖蟮奈勰嘣跓o(wú)氧條件下加熱到一定溫度(一般<500℃)，經(jīng)過(guò)干餾和熱分解，能將污泥轉(zhuǎn)化為油、反應(yīng)水、不凝性氣體(NGC)和焦炭四種產(chǎn)物[11]。汪恂[12]等人對(duì)污泥熱解進(jìn)行研究，結(jié)果表明，熱解的產(chǎn)油率在5%到20%之間，通過(guò)催化劑可以改善油品的質(zhì)量。

污泥制作沼氣是在厭氧消化和其他適宜條件下，利用厭氧菌和兼性菌降解有機(jī)物，從而產(chǎn)生以甲烷為主的混合氣。王治軍等[13]對(duì)污泥厭氧消化產(chǎn)甲烷的條件進(jìn)行了研究，結(jié)果表明利用國(guó)內(nèi)污泥做得的厭氧消化氣中甲烷的含量為56%～60%，而國(guó)外污泥的甲烷含量為70%，這主要因?yàn)閲?guó)外的飲食偏重于肉類，蛋白質(zhì)含量高。污泥中還含有大量的有機(jī)質(zhì)，可以作為氫能的來(lái)源[14]。目前，污泥制作氫氣和沼氣的研究還在不斷發(fā)展，如獲得更高的產(chǎn)氣量仍舊是熱點(diǎn)研究問(wèn)題。

(四)污泥制環(huán)保材料利用

污泥中含有大量的有機(jī)物，經(jīng)過(guò)改性或碳化可獲得環(huán)保材料。向污泥中添加碳源和無(wú)機(jī)鹽可積累污泥中的聚羥基脂肪酸的細(xì)菌，從而制備可降解塑料。Satoh[15]用活性污泥嘗試合成可降解塑料PHA，取得了PHA占細(xì)胞干重比例62%的良好效果。污泥通過(guò)高溫碳化和熱解后，還可以制得污泥活性炭?；钚蕴烤邆淞己玫奈叫阅埽谖綇U水里的重金屬離子等有著廣泛應(yīng)用。

二、結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，傳統(tǒng)的污泥處置已經(jīng)不符合社會(huì)可持續(xù)的發(fā)展戰(zhàn)略要求。污泥的資源化利用不僅可以持續(xù)直接低減少污泥的數(shù)量從而保護(hù)環(huán)境，還能充分利用污泥含有的資源，為污水廠帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)效益。所以污泥的資源化利用是如今行之有效的一種污泥處置方式。但由于國(guó)內(nèi)對(duì)污泥資源化利用的各方面技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠成熟，導(dǎo)致污泥資源化利用在我國(guó)還停留在研究階段。目前我國(guó)針對(duì)污泥的處置投入了大量的資金和提出了許多政策，污泥的資源化利用技術(shù)可以為污水廠提供有效的技術(shù)參考。