市政污水廠剩余污泥的資源化利用

李 翊

(廣州大學 廣東 廣州 510000)

隨著我國經濟的發展和環保意識的加強，污水廠的數量也越來越多。而隨之產生的剩余污泥的量也越來越多。據預測，到2020年我國污泥產量將突破6000萬噸/年[1]。數量如此龐大的污泥如果沒有得到合理有效的處理，將會對環境帶來一定的危害。因此，污泥的處置問題已成為社會關注的熱點問題。

傳統的污泥處置方式主要是衛生填埋、干化焚燒和投海等，但污泥作為污水處理的剩余產物，其中含有大量的病原菌和蟲卵等微生物，還有豐富的有機和無機成分[2]。采用傳統的填埋和投海方式處理污泥，雖然處理成本低，但會對環境造成危害。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，并不符合經濟的意義。故傳統的污泥處置方式都存在一定的弊端且沒有將污泥進行利用，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，針對性地用于各個領域，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污染物質，所以污泥中含有氮、磷、鉀等微量元素和有機物等。在適當的水分、C/N比和通風條件下堆肥，使不穩定的污泥變成穩定的腐殖質，從而形成肥料。美國目前約有40%的剩余污泥用于污泥堆肥，并且還專門制定了相關的技術標準。李姝娟[3]等人研究發現，污泥充當肥料可以促進農作物生長，也能降低污泥中的有機物。Wang[4]等人研究發現污泥堆肥能降低污泥中的水分和有機物含量，同時增加N2O和CO2排放速率，并且使污泥得到了進一步降解。所以污泥堆肥不但可以為農作物提高營養物質，還可以進一步降解污泥中的成分從而有利于環境的保護，達到了一舉兩得的效果。

污泥中含有的微量元素和有機成分還可以用于改良土地。在我國有許多如垃圾場、礦場和化工廠等受損的土地。回收污泥中的營養成分用于此類土地，可以增加土地的肥沃，改良土地的結構，使受損的土地得到恢復。郭鄙蘭[5]等人研究污泥對污土壤的影響，當污泥和污泥堆肥施用量的增加，污土壤中的有機質和氮、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混合燒制成磚。美國和日本最先利用剩余污泥成功制成磚，目前已經可以批量生產[6]。林子增[7]等人利用污泥作為部分原料燒結普通磚，結果表明利用干化污泥明顯降低了燒結磚的熱導率和提高燒結磚的塑性指數。任柏幟利用污泥與材料制作成磚，磚的質量符合國家的標準。所以利用污泥制磚可以節省了大量的土地資源，并且使污泥得到了資源化、無害化、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水泥。生態水泥主要以污泥及石灰石為作為主要原料，通過燒成及粉磨而成。歐美及日本等發達工業國家目前已經廣泛使用污泥生產水泥。Lin[8]等人使用污泥、石渣、氧化鐵泥作為生態水泥原料，制作所得生態水泥的抗壓強度顯著提高。趙曉琳[9]等人對污泥生產生態水泥的條件進行了研究，結果表明以污泥替代硅質原料粘土配料時，生料易燒性有改善。而且當KH值0.89～0.93之間，污泥摻量在2%左右范圍時，生料的易燒性改善為明顯，水泥強度較高。

陶粒具有耐久性好、強度高等優點，是建筑目前廣泛應用的一種輕質骨料。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]研究發現，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。采用污泥燒制陶粒可以減少污泥量，也可以減少對土地的破壞，符合可持續發展的戰略。但是目前國內利用污泥燒制陶粒的成本也較高，還難以實現大規模生產。

(三)污泥能源化利用

污泥中含有的熱值，所以利用污泥低溫熱解制油和合成沼氣、氫氣等燃料。污泥低溫熱解制油主要是將干燥后的污泥在無氧條件下加熱到一定溫度(一般<500℃)，經過干餾和熱分解，能將污泥轉化為油、反應水、不凝性氣體(NGC)和焦炭四種產物[11]。汪恂[12]等人對污泥熱解進行研究，結果表明，熱解的產油率在5%到20%之間，通過催化劑可以改善油品的質量。

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物，從而產生以甲烷為主的混合氣。王治軍等[13]對污泥厭氧消化產甲烷的條件進行了研究，結果表明利用國內污泥做得的厭氧消化氣中甲烷的含量為56%～60%，而國外污泥的甲烷含量為70%，這主要因為國外的飲食偏重于肉類，蛋白質含量高。污泥中還含有大量的有機質，可以作為氫能的來源[14]。目前，污泥制作氫氣和沼氣的研究還在不斷發展，如獲得更高的產氣量仍舊是熱點研究問題。

(四)污泥制環保材料利用

污泥中含有大量的有機物，經過改性或碳化可獲得環保材料。向污泥中添加碳源和無機鹽可積累污泥中的聚羥基脂肪酸的細菌，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占細胞干重比例62%的良好效果。污泥通過高溫碳化和熱解后，還可以制得污泥活性炭。活性炭具備良好的吸附性能，在吸附廢水里的重金屬離子等有著廣泛應用。

二、結語

隨著國家經濟水平的發展和環保意識的不斷加強，傳統的污泥處置已經不符合社會可持續的發展戰略要求。污泥的資源化利用不僅可以持續直接低減少污泥的數量從而保護環境，還能充分利用污泥含有的資源，為污水廠帶來直接的經濟效益。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。但由于國內對污泥資源化利用的各方面技術還遠遠不夠成熟，導致污泥資源化利用在我國還停留在研究階段。目前我國針對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可以為污水廠提供有效的技術參考。