foreword

市政污泥的成分復(fù)雜，含有大量的不穩(wěn)定有機(jī)物、病原微生物以及重金屬元素，如不進(jìn)行妥善地處置，將會(huì)對(duì)自然環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重的危害。然而目前在我國(guó)的污水污泥處理過程中，“重水輕泥”的情況十分嚴(yán)重，相較于已非常成熟的污水處理技術(shù)而言，作為城市污水處理系統(tǒng)中重要的組成部分的污泥處理處置技術(shù)仍然存在很大的欠缺，現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示我國(guó)的污泥處理率僅有 33%。因此，需要在充分了解市政污泥的特性后，采取合理有效的措施進(jìn)行污泥的無害化處理。本文簡(jiǎn)述了目前國(guó)內(nèi)外使用的市政污泥處理處置方法，并對(duì)市政污泥資源化利用的三種途徑進(jìn)行了介紹。

一、市政污泥的主要成分及特性

1．市政污泥的主要成分

市政污泥是污水處理廠污水處理過程中的主要副產(chǎn)物之一，是由砂子、殘存糞便、微生物殘?bào)w等無機(jī)物和有機(jī)物組成的復(fù)雜混合物，通常含有重金屬、寄生蟲卵和病原體等有害物質(zhì)，同時(shí)含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪以及氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。受水體水質(zhì)及處理工藝的影響，不同地區(qū)市政污泥的組成成分存在差異，具體表現(xiàn)為：有機(jī)質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)成分呈現(xiàn)大城市高于小城市、北方城市高于南方城市的特點(diǎn)，重金屬成分呈現(xiàn)工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)高于工業(yè)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的特點(diǎn)。通過統(tǒng)計(jì)全國(guó) 90 座污水處理廠的污泥泥質(zhì)數(shù)據(jù)，市政污泥營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及重金屬成分如表 1 所示。

2．市政污泥的特性 不同地區(qū)市政污泥的主要成分雖有不同，但都具備類似的特性，主要包括：（1）含水率高，水的存在形式復(fù)雜，難以脫水；（2）形狀不規(guī)則、質(zhì)地不均勻，呈現(xiàn)膠體性質(zhì)；（3）含有大量持久性有機(jī)物，難以降解，對(duì)人體和環(huán)境有害；（4）存在苯并芘、多氯聯(lián)苯類、有機(jī)農(nóng)藥等不穩(wěn)定有機(jī)化合物，其化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易揮發(fā)、易分解、易變質(zhì)并產(chǎn)生其他有毒有害物質(zhì)；（5）含有細(xì)菌、病毒、寄生蟲卵等微生物病原體；（6）含有氮、磷、鉀等植物營(yíng)養(yǎng)元素，可提供植物生長(zhǎng)的肥料，且硅鋁含量較高，可以替代部分建筑材料。基于市政污泥的以上特性，需要對(duì)其進(jìn)行處理才能避免對(duì)人體健康和自然環(huán)境的危害。

二、市政污泥處理方法 1．污泥濃縮 污泥濃縮的目的是降低污泥體積和含水率，經(jīng)濃縮后污泥含水率可降至 80%左右，其體積可減少為原來的1/20。污泥濃縮主要去除污泥顆粒間的孔隙水，常用方法有重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮等。其中，重力濃縮法的原理是向污泥中投放一定量的絮凝劑使污泥絮凝，利用重力作用使污泥沉淀、分離和壓密在同一系統(tǒng)發(fā)生；氣浮濃縮法的原理是先將過量空氣溶于水中，之后迅速降低壓力使其中的氣體析出，利用產(chǎn)生的微小氣泡上浮使污泥浮于水面上；離心濃縮法則是在專用的離心機(jī)里對(duì)污泥進(jìn)行濃縮，離心濃縮法對(duì)污泥的濃縮程度高于重力濃縮法，但由于成本和技術(shù)條件的限制，目前重力濃縮法仍是大部分國(guó)家主要采用的方法。

2．污泥穩(wěn)定 污泥穩(wěn)定的目的是降解污泥中的有機(jī)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)污泥減量，同時(shí)消滅病菌并去除臭味。污泥穩(wěn)定方法主要包括好氧消化、厭氧消化、石灰穩(wěn)定、氯氧穩(wěn)定、熱處理技術(shù)等。污泥好氧消化和厭氧消化技術(shù)的原理是利用好氧或厭氧微生物對(duì)污泥中的有機(jī)物進(jìn)行降解，使污泥達(dá)到穩(wěn)定的同時(shí)縮小污泥的體積；污泥的石灰穩(wěn)定法的原理是利用加入石灰后產(chǎn)生的強(qiáng)堿性抑制和消滅病原菌，但在石灰穩(wěn)定法中沒有有機(jī)物被直接降解，加入石灰后，不僅原有的物質(zhì)不會(huì)減少，還會(huì)增加固體物的體積，因此其成本因此往往比別的方法更高；污泥的氯氧穩(wěn)定法就是向污泥內(nèi)通入氯氣，利用氯氣的強(qiáng)氧化性與污泥反應(yīng)，在脫水后能夠得到穩(wěn)定的污泥；污泥的熱處理方法的原理是將污泥在一定壓力下加熱一定的時(shí)間，能同時(shí)起到污泥穩(wěn)定和污泥調(diào)理的作用，這種方法能夠破壞污泥的凝膠膠體結(jié)構(gòu)，減弱污泥與水的結(jié)合力，使污泥中的固體物凝聚起來。

3．污泥調(diào)理與污泥脫水 Sludge filter press dewatering是指將流態(tài)的污泥轉(zhuǎn)化為固態(tài)或半固態(tài)塊體的過程，污泥脫水前需要進(jìn)行有效調(diào)理以降低污泥的水分結(jié)合容量。經(jīng)過脫水處理后污泥的含水率可降至 60%，體積縮小，運(yùn)輸成本和土地占用面積顯著減少。污泥脫水方法包括自然干化脫水和機(jī)械脫水等。機(jī)械脫水的原理是利用壓力差使污泥中的水分通過過濾層，泥水分離形成濾液和濾餅兩部分；自然干化脫水是利用濕地、石子襯砌干燥床等區(qū)域?qū)ξ勰噙M(jìn)行脫水的方法，在 20 世紀(jì) 80 年代初，自然干化脫水曾是主流的污泥脫水處理方式，但由于其占地面積大、脫水時(shí)間長(zhǎng)，現(xiàn)已很少使用，目前國(guó)內(nèi)外主要采用的對(duì)污泥進(jìn)行脫水處理的方式為機(jī)械脫水方法。

4．污泥干燥 傳統(tǒng)的污泥濃縮和污泥脫水工藝很難將污泥的含水率降至 60%以下，只有通過熱干燥才能繼續(xù)對(duì)污泥進(jìn)行脫水[7]。污泥熱干燥處理的優(yōu)點(diǎn)非常多，進(jìn)行熱干燥處理后的污泥，其穩(wěn)定性與安全性都大幅提高，一般不需要再進(jìn)行穩(wěn)定和消毒處理，同時(shí)，相較于污泥的穩(wěn)定處理和消毒處理環(huán)節(jié)而言，污泥干燥的過程同樣可以達(dá)到污泥除臭和污泥消毒殺菌的安全性要求，甚至更好。盡管污泥熱干燥處理的投資成本很高，但隨著世界各國(guó)對(duì)于環(huán)保要求的逐漸提高，污泥穩(wěn)定及消毒處理的運(yùn)行成本也隨之增加，污泥熱干燥技術(shù)已得到較為廣泛的推廣。

5．污泥熱解 污泥熱解是利用有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性使其在無氧或缺氧條件下受熱分解，形成氣體、液體和固體殘留物的過程。污泥能夠減少污泥的二次污染和土地填埋占用量，實(shí)現(xiàn)污泥無害化處理，同時(shí)還能回收污泥中燃料油氣以及碳黑等物質(zhì)。其原理是在一定的加熱條件下使污泥轉(zhuǎn)化為反應(yīng)水、油、碳以及不凝性氣體，是一種仍處于實(shí)驗(yàn)階段的新興技術(shù)。

三、市政污泥處置方式

1．污泥填埋 污泥填埋是處理市政污泥的一種有效方式，根據(jù)填埋場(chǎng)的不同類型可分為兩類：一類是在專門的污水污泥填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置；另一類是與生活垃圾一起在城市固體廢物填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置，該方法是將污泥與生活垃圾混合后進(jìn)行平展、壓實(shí)、覆土[7]。污泥填埋是我國(guó)目前最主要的污泥處置方式，但隨著我國(guó)可供填埋場(chǎng)地的不斷減少，在未來勢(shì)必會(huì)被更加合理的資源化利用方式所取代。

2．污泥土地利用 按照污泥施用對(duì)象的不同，污泥的土地利用可分為與食物鏈相關(guān)土地利用和基本避開食物鏈的土地利用兩種。與食物鏈相關(guān)的土地利用主要是指污泥的農(nóng)業(yè)利用，也就是將污泥或污泥堆肥用于糧食生產(chǎn)；基本避開食物鏈的土地利用是指污泥的林地利用、市政綠化利用、改良嚴(yán)重?cái)_動(dòng)的土地等[7]。需要注意的是，在進(jìn)行土地利用前，需要對(duì)污泥進(jìn)行穩(wěn)定化、無害化處理，否則將不能達(dá)到污泥安全有效處置的目的。

3．污泥焚燒 污泥焚燒與污泥熱解一樣，都屬于污泥的熱化學(xué)處理方法。污泥熱化學(xué)處理指通過加熱使污泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到污泥穩(wěn)定和減容的目的。污泥焚燒是最為徹底的一種污泥處置方式，主要包括焚燒脫水污泥和焚燒干化污泥兩種形式，是較徹底的處置方式，一般有焚燒脫水污泥和干化污泥兩種形式，干化污泥焚燒是將脫水后的污泥先進(jìn)行干燥，之后再進(jìn)行焚燒。污泥焚燒可以使有機(jī)物碳化，使污泥成為灰燼，大幅減少污泥體積，同時(shí)能徹底消滅污泥中的有害病原體。污泥焚燒后的灰渣可直接填埋，也可用于制磚、鋪路及廢棄物處理等[7]。污泥直接焚燒的主要問題在于運(yùn)行成本高，但其帶來的環(huán)境效益也十分顯著，在國(guó)內(nèi)外都有著良好的發(fā)展前景。

四、市政污泥資源化利用技術(shù)分析

1．污泥能源化利用 污泥能源化利用包括污泥制沼氣、污泥制氫、污泥熱解制油、污泥制合成燃料、污泥發(fā)電等。市政污泥在厭氧條件下，由厭氧菌將污泥中的有機(jī)物分解，能制得甲烷、二氧化碳、水等物質(zhì)；利用污泥和產(chǎn)氫菌在厭氧條件下能制得氫氣；將污泥與水混合，在高溫高壓下經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)能夠生成低分子油狀物；將脫水干燥后的污泥在小于 400°C的溫度中加熱，能夠得到主要成分為苯系物、脂肪酸、烴類等的熱解油；將污泥與生活垃圾等可燃物混合，能夠制得合成燃料；將污泥與微生物制成燃料電池能將污泥中的部分有機(jī)物直接轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行利用。

2．污泥建材化利用 污泥的建材化利用主要包括污泥制磚、污泥制水泥、污泥制陶粒、污泥制微晶玻璃等[。污泥中含有大量無機(jī)物和金屬元素，與部分建筑原材料的組成成分接近，這為污泥建材化利用提供了方向。將污泥處理并篩分后與其他制磚原料混合，采取適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)加工工藝，能夠有效的消滅污泥中的有害病原微生物，制備出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的普通燒結(jié)磚，同時(shí)起到固結(jié)污泥中的重金屬元素的作用；污泥經(jīng)過高溫灼燒產(chǎn)生的廢渣能替代黏土生產(chǎn)硅酸鹽水泥，利用污泥作為配料燒制水泥熟料，能夠改善水泥熟料的易燒性和強(qiáng)度，同時(shí)能夠少量減少燒制熟料所需的煤耗；污泥能夠替代黏土與其他原料混合經(jīng)過脫碳、燒脹制備輕質(zhì)陶粒；以污泥焚燒后的焚燒灰為原料能制備微晶玻璃，但制備微晶玻璃成本高、污泥利用率低，如何提高污泥灰的利用率和降低制備成本將是未來利用污泥制微晶玻璃的研究重點(diǎn)。

3．污泥材料化處理 污泥的材料化處理主要包括污泥制備活性炭、污泥制備絮凝劑、污泥合成可降解塑料以及污泥做粘結(jié)劑等。以市政污泥為原料，使用化學(xué)活化法，能夠制備污泥基活性炭；脫水前污泥中微生物的細(xì)胞內(nèi)外含有大量多糖、蛋白質(zhì)等有機(jī)物，可作為黏結(jié)劑使用，胞內(nèi)物質(zhì)還具有一定的絮凝活性，可作為原料制備生物絮凝劑；污泥的厭氧消化過程中會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸，可用于生物可降解塑料的生產(chǎn)。 五、結(jié)語 市政污泥含有大量的難降解有機(jī)物、病原微生物及重金屬等有毒有害物質(zhì)，是城市廢棄物的重要組成部分，同時(shí)它又是一種可利用的資源，若處理得當(dāng)，不僅不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，還能帶來經(jīng)濟(jì)效益。因此，在市政污泥的實(shí)際處理中，應(yīng)根據(jù)污泥的特性和城市發(fā)展階段因地制宜地建立一個(gè)完整的、多元化的污泥處理處置系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自然資源的最終循環(huán)利用。

---