市政污泥的处理处置与利用分析

前言

市政污泥的成分复杂，含有大量的不稳定有机物、病原微生物以及重金属元素，如不进行妥善地处置，将会对自然环境和人体健康造成严重的危害。然而目前在我国的污水污泥处理过程中，“重水轻泥”的情况十分严重，相较于已非常成熟的污水处理技术而言，作为城市污水处理系统中重要的组成部分的污泥处理处置技术仍然存在很大的欠缺，现有统计结果显示我国的污泥处理率仅有 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进行污泥的无害化处理。本文简述了目前国内外使用的市政污泥处理处置方法，并对市政污泥资源化利用的三种途径进行了介绍。

一、市政污泥的主要成分及特性

1．市政污泥的主要成分

市政污泥是污水处理厂污水处理过程中的主要副产物之一，是由砂子、残存粪便、微生物残体等无机物和有机物组成的复杂混合物，通常含有重金属、寄生虫卵和病原体等有害物质，同时含有碳水化合物、蛋白质、脂肪以及氮、磷等营养物质。受水体水质及处理工艺的影响，不同地区市政污泥的组成成分存在差异，具体表现为：有机质及营养成分呈现大城市高于小城市、北方城市高于南方城市的特点，重金属成分呈现工业发达地区高于工业欠发达地区的特点。通过统计全国 90 座污水处理厂的污泥泥质数据，市政污泥营养物质及重金属成分如表 1 所示。

2．市政污泥的特性 不同地区市政污泥的主要成分虽有不同，但都具备类似的特性，主要包括：（1）含水率高，水的存在形式复杂，难以脱水；（2）形状不规则、质地不均匀，呈现胶体性质；（3）含有大量持久性有机物，难以降解，对人体和环境有害；（4）存在苯并芘、多氯联苯类、有机农药等不稳定有机化合物，其化学性质不稳定，易挥发、易分解、易变质并产生其他有毒有害物质；（5）含有细菌、病毒、寄生虫卵等微生物病原体；（6）含有氮、磷、钾等植物营养元素，可提供植物生长的肥料，且硅铝含量较高，可以替代部分建筑材料。基于市政污泥的以上特性，需要对其进行处理才能避免对人体健康和自然环境的危害。

二、市政污泥处理方法 1．污泥浓缩 污泥浓缩的目的是降低污泥体积和含水率，经浓缩后污泥含水率可降至 80%左右，其体积可减少为原来的1/20。污泥浓缩主要去除污泥颗粒间的孔隙水，常用方法有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩等。其中，重力浓缩法的原理是向污泥中投放一定量的絮凝剂使污泥絮凝，利用重力作用使污泥沉淀、分离和压密在同一系统发生；气浮浓缩法的原理是先将过量空气溶于水中，之后迅速降低压力使其中的气体析出，利用产生的微小气泡上浮使污泥浮于水面上；离心浓缩法则是在专用的离心机里对污泥进行浓缩，离心浓缩法对污泥的浓缩程度高于重力浓缩法，但由于成本和技术条件的限制，目前重力浓缩法仍是大部分国家主要采用的方法。

2．污泥稳定 污泥稳定的目的是降解污泥中的有机物质，实现污泥减量，同时消灭病菌并去除臭味。污泥稳定方法主要包括好氧消化、厌氧消化、石灰稳定、氯氧稳定、热处理技术等。污泥好氧消化和厌氧消化技术的原理是利用好氧或厌氧微生物对污泥中的有机物进行降解，使污泥达到稳定的同时缩小污泥的体积；污泥的石灰稳定法的原理是利用加入石灰后产生的强碱性抑制和消灭病原菌，但在石灰稳定法中没有有机物被直接降解，加入石灰后，不仅原有的物质不会减少，还会增加固体物的体积，因此其成本因此往往比别的方法更高；污泥的氯氧稳定法就是向污泥内通入氯气，利用氯气的强氧化性与污泥反应，在脱水后能够得到稳定的污泥；污泥的热处理方法的原理是将污泥在一定压力下加热一定的时间，能同时起到污泥稳定和污泥调理的作用，这种方法能够破坏污泥的凝胶胶体结构，减弱污泥与水的结合力，使污泥中的固体物凝聚起来。

3．污泥调理与污泥脱水 污泥压滤机脱水是指将流态的污泥转化为固态或半固态块体的过程，污泥脱水前需要进行有效调理以降低污泥的水分结合容量。经过脱水处理后污泥的含水率可降至 60%，体积缩小，运输成本和土地占用面积显著减少。污泥脱水方法包括自然干化脱水和机械脱水等。机械脱水的原理是利用压力差使污泥中的水分通过过滤层，泥水分离形成滤液和滤饼两部分；自然干化脱水是利用湿地、石子衬砌干燥床等区域对污泥进行脱水的方法，在 20 世纪 80 年代初，自然干化脱水曾是主流的污泥脱水处理方式，但由于其占地面积大、脱水时间长，现已很少使用，目前国内外主要采用的对污泥进行脱水处理的方式为机械脱水方法。

4．污泥干燥 传统的污泥浓缩和污泥脱水工艺很难将污泥的含水率降至 60%以下，只有通过热干燥才能继续对污泥进行脱水[7]。污泥热干燥处理的优点非常多，进行热干燥处理后的污泥，其稳定性与安全性都大幅提高，一般不需要再进行稳定和消毒处理，同时，相较于污泥的稳定处理和消毒处理环节而言，污泥干燥的过程同样可以达到污泥除臭和污泥消毒杀菌的安全性要求，甚至更好。尽管污泥热干燥处理的投资成本很高，但随着世界各国对于环保要求的逐渐提高，污泥稳定及消毒处理的运行成本也随之增加，污泥热干燥技术已得到较为广泛的推广。

5．污泥热解 污泥热解是利用有机物的热不稳定性使其在无氧或缺氧条件下受热分解，形成气体、液体和固体残留物的过程。污泥能够减少污泥的二次污染和土地填埋占用量，实现污泥无害化处理，同时还能回收污泥中燃料油气以及碳黑等物质。其原理是在一定的加热条件下使污泥转化为反应水、油、碳以及不凝性气体，是一种仍处于实验阶段的新兴技术。

三、市政污泥处置方式

1．污泥填埋 污泥填埋是处理市政污泥的一种有效方式，根据填埋场的不同类型可分为两类：一类是在专门的污水污泥填埋场进行填埋处置；另一类是与生活垃圾一起在城市固体废物填埋场进行填埋处置，该方法是将污泥与生活垃圾混合后进行平展、压实、覆土[7]。污泥填埋是我国目前最主要的污泥处置方式，但随着我国可供填埋场地的不断减少，在未来势必会被更加合理的资源化利用方式所取代。

2．污泥土地利用 按照污泥施用对象的不同，污泥的土地利用可分为与食物链相关土地利用和基本避开食物链的土地利用两种。与食物链相关的土地利用主要是指污泥的农业利用，也就是将污泥或污泥堆肥用于粮食生产；基本避开食物链的土地利用是指污泥的林地利用、市政绿化利用、改良严重扰动的土地等[7]。需要注意的是，在进行土地利用前，需要对污泥进行稳定化、无害化处理，否则将不能达到污泥安全有效处置的目的。

3．污泥焚烧 污泥焚烧与污泥热解一样，都属于污泥的热化学处理方法。污泥热化学处理指通过加热使污泥发生化学反应，达到污泥稳定和减容的目的。污泥焚烧是最为彻底的一种污泥处置方式，主要包括焚烧脱水污泥和焚烧干化污泥两种形式，是较彻底的处置方式，一般有焚烧脱水污泥和干化污泥两种形式，干化污泥焚烧是将脱水后的污泥先进行干燥，之后再进行焚烧。污泥焚烧可以使有机物碳化，使污泥成为灰烬，大幅减少污泥体积，同时能彻底消灭污泥中的有害病原体。污泥焚烧后的灰渣可直接填埋，也可用于制砖、铺路及废弃物处理等[7]。污泥直接焚烧的主要问题在于运行成本高，但其带来的环境效益也十分显著，在国内外都有着良好的发展前景。

四、市政污泥资源化利用技术分析

1．污泥能源化利用 污泥能源化利用包括污泥制沼气、污泥制氢、污泥热解制油、污泥制合成燃料、污泥发电等。市政污泥在厌氧条件下，由厌氧菌将污泥中的有机物分解，能制得甲烷、二氧化碳、水等物质；利用污泥和产氢菌在厌氧条件下能制得氢气；将污泥与水混合，在高温高压下经过一系列化学反应能够生成低分子油状物；将脱水干燥后的污泥在小于 400°C的温度中加热，能够得到主要成分为苯系物、脂肪酸、烃类等的热解油；将污泥与生活垃圾等可燃物混合，能够制得合成燃料；将污泥与微生物制成燃料电池能将污泥中的部分有机物直接转化为电能进行利用。

2．污泥建材化利用 污泥的建材化利用主要包括污泥制砖、污泥制水泥、污泥制陶粒、污泥制微晶玻璃等[。污泥中含有大量无机物和金属元素，与部分建筑原材料的组成成分接近，这为污泥建材化利用提供了方向。将污泥处理并筛分后与其他制砖原料混合，采取适当的生产加工工艺，能够有效的消灭污泥中的有害病原微生物，制备出符合国家标准的普通烧结砖，同时起到固结污泥中的重金属元素的作用；污泥经过高温灼烧产生的废渣能替代黏土生产硅酸盐水泥，利用污泥作为配料烧制水泥熟料，能够改善水泥熟料的易烧性和强度，同时能够少量减少烧制熟料所需的煤耗；污泥能够替代黏土与其他原料混合经过脱碳、烧胀制备轻质陶粒；以污泥焚烧后的焚烧灰为原料能制备微晶玻璃，但制备微晶玻璃成本高、污泥利用率低，如何提高污泥灰的利用率和降低制备成本将是未来利用污泥制微晶玻璃的研究重点。

3．污泥材料化处理 污泥的材料化处理主要包括污泥制备活性炭、污泥制备絮凝剂、污泥合成可降解塑料以及污泥做粘结剂等。以市政污泥为原料，使用化学活化法，能够制备污泥基活性炭；脱水前污泥中微生物的细胞内外含有大量多糖、蛋白质等有机物，可作为黏结剂使用，胞内物质还具有一定的絮凝活性，可作为原料制备生物絮凝剂；污泥的厌氧消化过程中会产生挥发性脂肪酸，可用于生物可降解塑料的生产。 五、结语 市政污泥含有大量的难降解有机物、病原微生物及重金属等有毒有害物质，是城市废弃物的重要组成部分，同时它又是一种可利用的资源，若处理得当，不仅不会对环境造成污染，还能带来经济效益。因此，在市政污泥的实际处理中，应根据污泥的特性和城市发展阶段因地制宜地建立一个完整的、多元化的污泥处理处置系统，实现自然资源的最终循环利用。

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