城鎮(zhèn)污水廠污泥鈍化技術(shù)的研究現(xiàn)狀

摘" " " 要：因?yàn)槌鞘形勰嘀泻写罅康哪鼙恢参镂绽玫姆樟缀陀袡C(jī)質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，可用于土壤改良和一些貧瘠土壤的修復(fù)與保養(yǎng)。然而，城市污泥中含有多種對(duì)環(huán)境有害的重金屬，如何降低這些重金屬的浸出、防止其對(duì)環(huán)境造成危害，是污泥園林綠化利用必須解決的關(guān)鍵問題之一。介紹了國內(nèi)外污泥處置現(xiàn)狀，列舉了一些城市污泥重金屬的處理技術(shù)，并對(duì)鈍化劑在污泥資源化利用中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

關(guān)" 鍵" 詞：城鎮(zhèn)污泥；重金屬；鈍化技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU992.3" " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" " "文章編號(hào)： 1004-0935（2023）06-0881-04

我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程在加快，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城市中產(chǎn)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(jù)數(shù)據(jù)顯示，截至2018年底，全國共計(jì)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(chǎn)量（含水率80%）達(dá)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(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無機(jī)顆粒和膠體等組成的絮狀體[1]，是污水處理廠的副產(chǎn)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(chǎn)生的沉淀物；剩余污泥以及剩余活性污泥；化學(xué)污泥，用混凝沉淀、化學(xué)沉淀等化學(xué)方法處置廢水所產(chǎn)生的污泥。按污泥來源分類，可分為生活廢水污泥、工業(yè)廢水污泥以及疏浚產(chǎn)生的污泥[2]。按污泥成分和性質(zhì)進(jìn)行分類，可分為有機(jī)污泥、無機(jī)" "污泥。

1.2" 城市污泥的環(huán)境危害

污泥中含有大量對(duì)環(huán)境危害的化合物和病原微生物，不經(jīng)過合理處置，必將會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成新的污染，甚至危及人體健康。城市污泥的環(huán)境危害如下。

1.2.1" 侵占土地

在2020年，我國城鎮(zhèn)生活污泥產(chǎn)量超過" " " 4 380萬t·d-1，工業(yè)污泥產(chǎn)量達(dá)到4 000萬t·d-1，共計(jì)超過8 380萬t·d-1（80%含水率）。在污泥產(chǎn)量逐年遞增的同時(shí)，我國污泥無害化理率依然很低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年我國的泥處理率僅達(dá)到33%，現(xiàn)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(huì)造成周圍環(huán)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(jī)污染物、重金屬等會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害的化合物[3]，有機(jī)污染物主要有苯、多氯聯(lián)苯等，這些有機(jī)污染物不易降解、毒性殘留時(shí)間長，進(jìn)入土壤后將危害環(huán)境。城市污泥中還含有多種對(duì)環(huán)境有害的重金屬，主要包括鉛、鎘、汞、鉻、鎳、銅、鋅、砷等，根據(jù)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(tài)也不盡相同[4-5]，如果污泥直接施用到土壤中會(huì)大大提高土壤中的重金屬濃度，對(duì)植物、蔬菜等影響較為嚴(yán)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(zhì)較為疏松的土壤中，土壤中所含的有機(jī)物會(huì)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(fā)育從士壤中攝取速度，那分解的多余的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)將會(huì)消散或者流入到水體中。許多研究證實(shí)，部分水體的富營養(yǎng)化是因?yàn)橛晁疀_刷土壤，其中的氮、磷等養(yǎng)分進(jìn)入水體。同時(shí)，污泥中的重金屬和有機(jī)污染物也會(huì)伴隨著水流進(jìn)入水體，破壞水質(zhì)，危害水生動(dòng)植物。

1.2.4" 污染大氣

污泥產(chǎn)出后就會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的刺激性氣味，而且較為持久，如果不經(jīng)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(huì)散發(fā)出惡臭的氣味。這些污泥經(jīng)過長期的風(fēng)吹日曬，會(huì)產(chǎn)生污染物顆粒進(jìn)入到大氣中，危害動(dòng)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(jīng)過污水處理廠處理后，會(huì)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(shí)在新鮮污泥中存在可達(dá)上千種的病原體，因此，城市污泥處理處置不當(dāng)，便會(huì)時(shí)刻危害著人體健康。

1.3" 國內(nèi)外污泥處置現(xiàn)狀

1.3.1" 國外污泥處置現(xiàn)狀

美國于1972年頒布的聯(lián)邦污水控制法令，為了能夠減少污泥對(duì)環(huán)境的危害，對(duì)廢水的處置制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，并要求強(qiáng)制執(zhí)行。20世紀(jì)70年代以前，絕大部分的污泥在不經(jīng)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(yán)重，人們也漸漸意識(shí)到了危害，尋求污泥的安全處置和循環(huán)再利用，成為了當(dāng)時(shí)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(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以污泥土地利用作為污泥處理的主要方式，并以農(nóng)業(yè)用途的土地利用為主[7]。

歐洲的發(fā)達(dá)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(huì)將污泥的士地利用作為他們自身的重點(diǎn)研究方向。污泥的土地利用主要是指污泥在經(jīng)過合理安全的處理后，將其施用到農(nóng)地、林地中，增加土壤的肥力和土壤調(diào)節(jié)。早期主要的處置方法是衛(wèi)生填埋、土地利用。但伴隨著污泥的產(chǎn)量越來越多，士地資源也越來越短缺，導(dǎo)進(jìn)行污泥衛(wèi)生填埋的困難越來越大。而且人們對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)在逐漸增強(qiáng)，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(shè)施，但污泥焚燒干化的前期投資和運(yùn)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(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)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(shè)備。數(shù)據(jù)顯示，德國、英國和法國每年產(chǎn)生的污泥（干重）分別為220萬t、120萬t和85萬t，作為農(nóng)用方向土地利用的比例分別已達(dá)到40%、60%和60%。從發(fā)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(fā)展[8]。

1.3.2" 國內(nèi)污泥處置現(xiàn)狀

在早期，國人還沒意識(shí)到污泥的重要性和其可能造成的危害，加上當(dāng)時(shí)的條件比較苛刻，設(shè)備也不夠先進(jìn)，使得我國污泥大面積被堆存，沒有經(jīng)過嚴(yán)格的處置和管理，對(duì)環(huán)境造成了二次危害。直到現(xiàn)在，在我國現(xiàn)有的污水處理設(shè)施中，能對(duì)污泥進(jìn)行安全穩(wěn)定處置的也占不到四分之一。我國對(duì)污泥處置的方法主要包括污泥焚燒、衛(wèi)生填埋和建材利用以及土地利用。根據(jù)調(diào)查顯示，我國污泥的衛(wèi)生填埋占63.06%，外運(yùn)占14.42%，農(nóng)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(wèi)生填埋仍是污泥處置的主要辦法。但不久后人們經(jīng)歷了衛(wèi)生填埋造成的二次污染的危害，結(jié)合我國人口眾多、資源和能源相對(duì)匱乏等基本國情，我國亟需開發(fā)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(guān)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(nèi)污水處理廠污泥“走投無路”的情況將會(huì)得到解決，污泥處理處置的相關(guān)市場將被激發(fā)，并得到快速發(fā)展，成為了環(huán)保領(lǐng)域的研究和投資的熱點(diǎn)[9]。

2" 鈍化劑在污泥資源化利用中的應(yīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(duì)5家污水處理廠產(chǎn)出的污泥含有的As、Cd、Cr、Cu等重金屬的總量以及形態(tài)特征進(jìn)行了分析，研算了生物毒性，結(jié)果表明這5家污水處理廠所產(chǎn)的污泥樣品中均呈嚴(yán)重污染和存在極高的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。因此這些重金屬污染污泥只有在經(jīng)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(fā)育，所以較為實(shí)用。

2.1" 有機(jī)類鈍化劑

動(dòng)物糞便、生活污泥、植物秸稈和生物炭等是經(jīng)常使用的有機(jī)鈍化劑。其中生物炭是指有機(jī)材料在完全或部分缺氧的條件下，在低溫?zé)峤獾沫h(huán)境中生成的固體產(chǎn)物，多孔、比表面積大以及表面帶負(fù)電荷等是其物理特性。生物炭對(duì)重金屬生物有效性的影響因素很多，主要包括生物炭產(chǎn)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(tài)的 As 和 Zn 重金屬的占比會(huì)隨著生物炭施用量的增加呈現(xiàn)增長的趨勢，但可提取態(tài)的重金屬Pb濃度卻逐漸下降，重金屬Cu不產(chǎn)生變化，Cd呈現(xiàn)的趨勢不一。還有研究[13]指出在堆肥實(shí)驗(yàn)中，豬糞中的Cu、As和Zn的濃度呈現(xiàn)上升的趨勢，但Cu、Zn和As的生物有效性卻降低了。

2.2" 無機(jī)類鈍化劑

無機(jī)類鈍化劑在污泥、土壤的鈍化技術(shù)中是應(yīng)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(yè)副產(chǎn)品以及其他一些工業(yè)的廢棄物等，由于具有較高的水溶性，而且價(jià)格合理，來源也較廣泛等優(yōu)點(diǎn)，逐步成為了對(duì)重金屬鈍化修復(fù)技術(shù)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(tài)的Zn、Pb和Cd的含量均顯著降低。膨潤士調(diào)質(zhì)能顯著促進(jìn)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(duì)小白菜的危害。

2.3" 復(fù)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(tài)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(fā)復(fù)合型鈍化劑。王宇霞[17]等研發(fā)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(duì)重金屬吸收。吳烈善[18]等利用了腐殖質(zhì)、石灰、硫酸銨和過磷酸鈣及其復(fù)配物鈍化處理污染土壤中的重金屬，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，復(fù)合鐘化劑對(duì)重金屬的穩(wěn)定化效果較好。楊俏[19]等利用盆栽試驗(yàn)研究由生物炭、海泡石、腐殖酸組成的復(fù)合鈍化劑修復(fù)Cd污染土壤，加入復(fù)合鈍化劑后，有效態(tài)Cd含量降低，有機(jī)質(zhì)含量升高，蔬菜中Cd的積累降低，這些復(fù)合鈍化劑可推薦用于重金屬復(fù)合污染土壤的修復(fù)。

2.4" 新型材料

最近幾年，新型材料領(lǐng)域發(fā)展迅猛，新型材料主要包括介孔材料、納米材料等，現(xiàn)在也被用于土壤的重金屬修復(fù)。含碳物質(zhì)在氧氣不足的條件下經(jīng)過不完全的燃燒或經(jīng)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(diǎn)位等特點(diǎn)，對(duì)重金屬有著較強(qiáng)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(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)的含量[20-21]。磷改性生物炭可使土壤中Pb、Cd 由弱酸提取態(tài)向可氧化態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)變[22]。磁性生物炭納米復(fù)合材料對(duì)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(qiáng)的吸附能力，它可以很好地對(duì)污染土壤中的Pb、Cu、Ni和Zn進(jìn)行固定[24]。

3" 結(jié)束語

經(jīng)濟(jì)在發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程在加快，隨之帶來了越來越多的污泥產(chǎn)量。但在我國“重水輕泥”的觀念已長期存在，導(dǎo)致很長一段時(shí)間城市污泥沒有經(jīng)過嚴(yán)格的處理就隨意堆放，對(duì)空氣、土壤、河流產(chǎn)生了二次污染。鈍化劑可以與重金屬間發(fā)生吸附、氧化還原、絡(luò)合、沉淀等作用，使污泥中的各種重金屬離子由不穩(wěn)定態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)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(fā)出更高效的鈍化劑用于處理城鎮(zhèn)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