城市污泥的特性及資源化利用技術(shù)研究進(jìn)展

摘要：城市污泥是城市生活污水處理過程中產(chǎn)生的剩余物，內(nèi)含無機(jī)顆粒、有機(jī)物的殘片、微生物菌體、膠粒及重金屬和有機(jī)污染物等有毒有害物質(zhì)。根據(jù)城市污泥的特性，實現(xiàn)城市污泥的無害化處置和資源化利用，是具有國際意義的挑戰(zhàn)課題。本文分析了城市污泥的特性及資源化利用技術(shù)研究進(jìn)展，為污泥的處理和處置提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：城市污泥;污泥特性;資源化利用

Abstract：Municipal sludge is the residue produced during the treatment of? domestic sewage. It contains inorganic particles， fragments of organic matter， microbial cells， colloidal particles， heavy metals， and organic pollutants. According to the characteristics of municipal sludge， the harmless treatment and resource utilization of municipal sludge is a challenge of international significance. This study analyzes the characteristics and the research progress of resource utilization technology of the municipal sludge. to provide technical reference for sludge treatment and disposal. The results from this study are expected to provide a scientific basis for the effective disposal of municipal sludge.

Key words：Municipal sludge;Sludge characteristics;Resource utilization

截至2020年1月底，全國城鎮(zhèn)建成運行污水處理廠超過1萬座，日污水處理量達(dá)2.2×108m3/d，日產(chǎn)生含水80%的污泥約6.1×107t，污泥大多未得到妥善處置。城市污泥富含有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等作物生長的物質(zhì)，同時含有重金屬及有機(jī)污染物等有毒有害物質(zhì)，對其不合理的處置會導(dǎo)致環(huán)境污染，因此亟須開發(fā)污泥的無害化、減量化和資源化處理的新工藝。國內(nèi)外學(xué)者均在不斷開發(fā)和挖掘新的污泥處理技術(shù)，推動污泥的處理、處置與資源化利用。據(jù)《中國污泥處理處置市場調(diào)研與未來預(yù)測報告（（2019版）》顯示：目前我國污泥處理方式主要有填埋（65%）、堆肥（15%）、自然干化（6%）、焚燒（3%）等方式，可見填埋仍然是我國污泥處置的主要方式。

1 城市污泥的主要成分及特性

1.1 城市污泥的主要的物質(zhì)組成

城市污泥是城市生活污水處理過程中產(chǎn)生的剩余固體廢物，城市污泥主要含有大量有機(jī)物，其次是泥沙沉積物、細(xì)絲纖維、動植物殘體以及各種微生物、病原菌、寄生蟲（或蟲卵）和絮凝體等。例如，含有氮、磷、鉀等植物性營養(yǎng)元素，同時含有銅、鋅、鉻等重金屬元素，還有多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、抗生素等有機(jī)污染物。

1.2 城市污泥的主要的特性

城市污泥的重要特性有以下幾個方面：（1）含碳化合物及其衍生物的持久性有機(jī)物多，有些成分的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易揮發(fā)、易變質(zhì)、易腐化，伴有刺激性惡臭;（2）有毒有害污染物的含量高，例如毒害性有機(jī)物PCBs、PAHs等;（3）含水率高，呈膠狀結(jié)構(gòu)，或發(fā)生污泥膨脹，大顆粒物質(zhì)難以降解、絮凝體及膠體物質(zhì)不易脫水;（4）含較多氮、磷、鉀等植物營養(yǎng)元素，有促進(jìn)植物生長的顯著肥效;（5）含病原菌及寄生蟲卵，例如絲狀菌、菌膠團(tuán)細(xì)菌、蛔蟲卵，還含有麥地那絲蟲、血吸蟲、肝吸蟲病原體等。城市污泥的組成和性質(zhì)對污泥資源化利用有著重要影響。

2 城市污泥資源化利用原則

2.1 城市污泥資源化利用的原則

結(jié)合城市污泥中所含成分的特性，實現(xiàn)污泥的資源化是城市污泥處理的目標(biāo)。城市污泥資源化利用原則在業(yè)界已經(jīng)達(dá)成共識。其一，要求穩(wěn)定化，主要任務(wù)是處理后的城市污泥穩(wěn)定的消除惡臭，不再有臭味。其二，是要達(dá)到城市污泥的無害化，通過技術(shù)處理，殺滅城市污泥中的各類蟲卵及致病微生物，使其失去再生毒害作用。其三，處理后的城市污泥減量化，要求通過技術(shù)處理后的城市污泥含水率大大降低，失去流體性質(zhì)，便于運輸處理。

2.2 國內(nèi)外城市污泥處置的主要方法

國外的城市污泥處置大多采用高溫焚燒、堆肥農(nóng)用、外運填埋等實用性方法。美國最初采用簡單的外運填埋污泥處置方式，但目前轉(zhuǎn)變?yōu)閭?cè)重污泥的土地利用;歐洲大多數(shù)國家，如英國、瑞典等，城市污泥處置主要用于農(nóng)業(yè)施肥;主要采用外運填埋的國家有德國和意大利等;主要采用焚燒方式處置城市污泥的國家有日本、奧地利等。我國屬于發(fā)展中國家，污泥處理起步較晚，由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的原因，早期的污泥最終處置目標(biāo)和技術(shù)路線方向不明確，城市污泥處置主要以農(nóng)肥的形式用于農(nóng)業(yè)。大多數(shù)污水處理沒有達(dá)到穩(wěn)定化、無害化的要求。因此不合理使用城市污泥導(dǎo)致食品污染和危害人體健康時有發(fā)生。2018年國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于全面加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù) 堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》起到了污泥處理“提質(zhì)增效”的作用。目前，我國的城市污泥處理技術(shù)也在不斷進(jìn)步，城市污泥資源化利用技術(shù)日新月異，出現(xiàn)了各種污泥處理處置示范工程。

3 城市污泥資源化利用技術(shù)進(jìn)展

3.1 高溫?zé)峤?/p>

高溫?zé)峤饧夹g(shù)是將脫水干燥后的污泥經(jīng)破碎后送入1300-1400℃高熱熔融爐中，將污泥燃燒熔化后再冷卻固化[1]。熱解氣中的可燃?xì)怏w用于發(fā)電和加熱，生成的爐渣性質(zhì)穩(wěn)定，重金屬和有毒物質(zhì)無溶出，可用作建材，也可以用作路面填充，無須填埋。日本大污泥處理中心是此項技術(shù)的成功案例。

3.2 厭氧消化

污泥厭氧消化是污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化利用的常用技術(shù)手段，厭氧消化一般分為水解、酸化、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷等步驟。黃宇釗[2]等通過研究發(fā)現(xiàn)，污泥經(jīng)熱堿處理后可溶性有機(jī)物大量溶出，厭氧消化液中溶解性蛋白質(zhì)及多糖濃度明顯提高。厭氧消化產(chǎn)生的沼氣可用于污泥厭氧消化池的保溫，多余的部分用于給附近用戶供熱、發(fā)電或提純制備生物天然氣。

3.3 污泥堆肥

堆肥技術(shù)以通過微生物的代謝和繁殖，對污泥進(jìn)行可控的生物降解。主要有好氧堆肥和厭氧堆肥兩種方式。好氧堆肥的溫度一般為50-70℃，張詩華[3]研究了城市污泥與菌渣混合堆肥的肥效和好氧堆肥可行性，發(fā)現(xiàn)好氧堆肥中的細(xì)菌、真菌、放線菌等微生物直接影響堆肥溫度、pH、腐殖酸含量等理化指標(biāo)，不同組合條件下苯并（a）芘、多環(huán)芳烴的降解率可達(dá)40%-80%。

3.4 生物處理

生物處理技術(shù)是利用土壤動物及昆蟲等方法處理污泥，典型的有蚯蚓處理污泥法。蚯蚓體內(nèi)有數(shù)百個體節(jié)，分泌不同的消化酶，吞噬污泥產(chǎn)生有機(jī)肥。蚯蚓處理城市污泥，每100t污泥可變成30t有機(jī)肥，宋海亮[4]研究了蚯蚓糞對城市污泥降解的影響，效果顯著，蚯蚓適合處理有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的重力濃縮污泥，蚯蚓糞是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料。

3.5 微生物煉制高附加值產(chǎn)品

污泥中富含有機(jī)物，利用污泥中的有機(jī)物生產(chǎn)高附加值的化學(xué)品是解決當(dāng)前全球面臨的資源、能源及環(huán)境問題的途徑之一。楊高祥等[5]利用污泥生物發(fā)酵合成微生物油脂，章欽等[6]研究利用剩余污泥發(fā)酵產(chǎn)出揮發(fā)性脂肪酸，以上研究有效地利用了污泥中的碳源。目前利用污泥生產(chǎn)高附加值化學(xué)品方面仍然有較多的地方值得研究，比如高產(chǎn)菌株的選育、抗逆菌株的誘變及篩選、碳素轉(zhuǎn)化原子經(jīng)濟(jì)性及能量效率的分析等，結(jié)合合成生物學(xué)的理念，構(gòu)建利用污泥的人工多細(xì)胞體系是未來的發(fā)展方向。

4 總結(jié)

隨著技術(shù)進(jìn)步，更高水平的污泥無害化和資源化處置的技術(shù)必然出現(xiàn)，無論城市污泥采用何種資源化利用方法，減量化、穩(wěn)定化和無害化是污泥處理必須面對的原則。本文從城市污泥資源化利用視角分析了污泥資源化利用技術(shù)的研究進(jìn)展，在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)城市污泥的性質(zhì)，考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等綜合因素，選擇合理的處理工藝和處置方法。

參考文獻(xiàn)

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[2]黃宇釗，冼萍，李桃，等.熱-堿聯(lián)合處理改善污泥厭氧消化性能的研究[J].廣西大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，44（5）：1392-1398.

[3]張詩華.青霉素菌渣混合市政污泥好氧堆肥工藝效能研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2016.

[4]宋海亮.蚯蚓堆肥處理污泥的試驗研究[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2019（03）：23-25.

[5]楊高翔，陳銳，沈子恒，等.剩余污泥微生物發(fā)酵合成微生物油脂制備生物柴油技術(shù)研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2017，37（08）：2918-2924.

[6]章欽，羅景陽，操家順，等.生物炭對剩余污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的影響[J].環(huán)境科技，2019，32（01）：1-6.

收稿日期：2020-06-28

作者簡介：曹斌（1986-），男，漢族，本科學(xué)歷，工程師，研究方向為水處理及相關(guān)管理工作。