城市污泥治理的技術措施

楊 帆, 趙 華

（天津科技大學生物工程學院,天津 300457）

引 言

近些年,伴隨著城市化進程加劇,生活用水量逐年增多,大量城市污水產生,城市污水處理廠的數量和規模也在不斷擴大,從而產生大量的污泥。目前,世界上污水處理廠年產污泥量,以含水率約80%計,大約8億t左右［1］。產生的污泥,如果不經處理直接排放,將會造成環境污染,占用土地,甚至傳播疾病。據統計,2015年全國年污泥產生量突破4 500萬t。以天津市為例,天津市現已建成的污水處理廠有60余座,中心市區的年排污泥量近40多萬m3,大量的污泥處理問題多年來一直未能得到很好的解決,倘若處理不當,還會對周邊環境造成不良影響,破壞周邊地區生態,造成二次污染。

我國對于污泥工業化處理研究和技術的推廣晚于發達國家,至今主要以借鑒國外污泥處理技術經驗為主來發展我國的污泥處理方法。污泥處理主要是以減量化、穩定化、無害化、資源化4個方面為主要目的,因此,研究安全、高效、經濟的污泥處理技術,既可減少污泥對環境的污染,又可實現污泥的資源化利用。

1 污泥的常用處理方式

目前,國內外污泥處理方式主要有土地填埋、污泥二次利用和焚燒3大類。土地填埋操作相對簡單,處理費用較低,但隨著污泥量的增加,由于體積大、含水量高等因素的限制,導致其土地占用面積增大。與此同時,由于污泥中的各種有害成分未作處理,會對周邊環境造成不利影響。污泥二次利用是對污泥經過適當處理后,用作農用土壤進行作物或者植物景觀的種植。由于污泥中有機質含量較高,可以為植物生長提供充足的營養基質。不過,由于污泥中重金屬含量可能超標,也會對植物本身或者周邊環境形成潛在危害。焚燒處理是一種比較快速、徹底的處理方法,但由于污泥中水分含量較高、灰分含量高、熱值低,因此需要加入大量的輔助燃料,才能使污泥燃燒較充分,從而使得焚燒的投資和操作費用都很高［2］。因此,污泥的處理必須先經過減量化和穩定化的階段。

1.1 污泥減量化和穩定化的常用技術

干化和堆肥是實現污泥減量化和穩定化的兩大技術手段。

污泥干化是通過污泥水分的蒸發或者滲出作用,除去水分,降低污泥含水率。污泥含水率的降低,會使污泥體積大大下降,不僅可以降低運輸成本,而且能提高污泥的穩定性。此外,污泥含水率的降低,使得污泥熱值升高,再進一步去進行土地填埋或者焚燒,可以極大地降低投資成本。

堆肥是一種可實現無害化、減量化和穩定化的綜合處理技術,微生物在一定環境中對污泥中的有機質、重金屬和其他物質進行代謝分解或者合成利用,轉化為類腐殖質。在堆肥的過程中,還能有效抑制一些病害菌或者原始生物的繁殖,其產物可以作為苗圃用的肥料或者種植土壤等。

1.2 干化

污泥干化可以分為傳統干化方式和生物干化。傳統干化又可以分為熱干化和自然干化。熱干化是通過人為對污泥進行升溫操作,加速污泥水分蒸發進程。這種操作雖然能快速降低污泥含水率,但會消耗大量熱能,且排出的廢氣需要進行二次處理,加大投資成本。自然干化就是太陽能及溫差使污泥中的水分自然蒸發的過程,投資和運行成本低,不需要消耗額外的能源,但占用面積大、處理周期長、效率低。

生物干化是利用微生物代謝活動,提供微生物一個適宜的生長繁殖環境,利用生物熱使污泥中的水分蒸發。同時,微生物代謝活動也會消耗水分,并分解污泥中的有機物,配合通風條件能有效提高水分散失效率,最終達到降低污泥含水率的效果。此種處理方式能量消耗較低、處理效果好,還能提高污泥穩定性,具有堆肥和干化的雙重特點。污泥生物干化在歐美等國家應用較為普遍,并進行了更加深入的研究,將其作為污泥預處理手段,對污泥進行焚燒或者衍生燃料（RDF）處理［3］

2 城市污泥在國內外的處理方法

國外一些發達國家對污泥的研究較為深入,研究時間也比較早,經過長期的研究和探索,形成了較為成熟的污泥處理方法。由于各個國家、地區的具體情況不同,法律法規、標準導向不同,所以在污泥處理處置工藝選擇上各有側重。

2.1 控制污泥中的成分含量

通過控制污泥中的某些成分含量,可以實現對污泥中某種微生物數量的控制,以此改善污泥質量。例如,Edmunds S等通過對污泥中含磷量的控制,成功抑制了污泥中病原體、微生物的數量,為污泥的資源化利用奠定了基礎。

2.2 改良污泥熱處理設備

污泥熱處理效率高,見效快。Zizmann R利用自身改良的污泥干燥裝置,有效提高了污泥處理效率,并大大提高了脫水效果,縮短了干化時間。

2.3 優化干化條件

污泥干化容易受外界環境的影響,特別是生物干化。影響污泥生物干化的條件很多,如溫度、通風量和接種量等。Zhao等［4］研究了通風速率和翻堆頻率對污泥生物干化工藝的水分去除和能源利用的影響。結果表明,通風速率越高,干化效果越好；翻堆頻率越高,干化效果越高,同時能量損失越大。

2.4 其他方法

處理過的污泥可以應用到建材領域。例如,日本利用污泥焚燒材料成功生產出“生態水泥”,國內也有將污泥用于城市建材的報道。此外,如果能將干化后的污泥運用于生物質的發電,不僅解決了污泥的處理問題,而且進一步為國家生物質發電技術的發展提供了更為經濟、充足的原料。用于苗圃用土、林地、綠化、森林土地施用等也是良好的污泥利用方式。

3 展望

污泥處理方式多樣,而且各有利弊,如何將多種方法進行整合,趨利避害,達到污泥處理的減量化、穩定化、無害化和資源化的目的,才是我們不斷研究的內容。同時,經過處理的污泥有著巨大的潛能,除了本文中提及的應用前景外,還可以將其用于制磚、陶瓷工藝和衛生填埋等多個方面。污泥是放錯了位置的寶藏,將污泥真正地變廢為寶,建設環境友好型社會將是我們要重點研究的目標。

參考文獻：

［1］ 李亞東,李海波,梁浩.污水處理廠污泥的再利用集成技術［J］.環境污染治理技術與設備,2005,6（5）：56－58.

［2］ Ndaji F E,Ellyatt W T,Malik A.Temperature programmed combustion studies of the co－processing of coal and waste materials［J］.Fuel,1999,78（5）：301－307.

［3］ 吳文偉,馬婧一,李榮平.垃圾處理前沿技術的比較分析［J］.城市管理與科技,2010（1）：18－21.

［4］ Zhao L,Gu W M,He P J,et al.Effect of air－flow rate and turning frequency on bio－drying of dewatered sludge［J］.Water Research.2010,44（20）：6144－6152.