（生态学专业论文）污泥水解蛋白及污泥水解残渣的资源化利用.pdf

摘要 大城市污水处理厂污泥每天约产5 0 0 1 0 0 0 吨，已成为新的城市垃圾，该垃圾有如 下5 大特点：含水量高( 8 5 7 5 ) ，含固率低( 1 5 一2 5 ) ；有病原微生物，易造 成生物污染；有重金属离子，易造成化学污染；具有恶臭，易造成空气污染；含 蛋白质高、含磷高、含絮凝剂高。而目前的主要处置方式如填埋、焚烧、堆肥、制作建 材等都不能同时克服上述5 大缺点，可以说国内尚无一种既可全面推广，又无第二次环 境污染的方法，介于污泥处理、处置、资源化利用的现状，本研究提出如下技术方案： 将污泥进行高温水解，使其分解成为两部分，一部分为蛋白液，一部分为污泥水解残渣， 让污泥的资源化利用转化为蛋白的资源化利用和污泥水解残渣的资源化利用。实验结果 表明：将污泥添加5 0 的水、6 的生石灰，在1 4 5 1 5 2 水解4 小时后，经过板框过滤 即得蛋白液，过滤饼为污泥水解残渣。蛋白液浓缩后含量可达到2 7 3 0 ，该蛋白液为 肽类，具有发泡特性，可作为发泡剂；以水解污泥所产生的蛋白( 液) 为发泡剂，通过 加水稀释后与水泥混合搅拌制备泡沫砖，结果表明：稀释倍数对泡沫砖的密度及抗折、 抗压强度有影响，利用污泥水解蛋白制备泡沫砖的最佳配方组合是：l o m l 污泥水解蛋 白液，用水稀释6 - 8 倍，添加1 0 0 0 9 水泥，将上述配方组合经过搅拌、注模即可制备 出密度为0 9 9 - 0 7 3g c m 3 、抗折强度为2 1 6 1 3 2m p a 、抗压强度为5 1 8 - 2 7 9m p a 的泡沫砖，其指标均达到了泡沫混凝土的行业标准( j c 厂r1 0 6 2 2 0 0 7 ) ，实现了污泥水解 蛋白的资源化利用；以污泥水解残渣为原料，通过直接与水泥混合或与水泥、粉煤灰、 石灰混合制备免烧砖，研究表明，污泥水解残渣的用量会影响免烧砖的强度，最大比例 为总量的1 2 。在污泥水解残渣为3 、5 、8 、1 2 时，其抗折强度，抗压强度达到 粉煤灰免烧砖行业标准j c 2 3 9 1 9 9 1 ( 1 9 9 6 ) ，即抗折强度不小于3 m p a ，抗压强度7 5 i o m p a ；将污泥水解残渣与园林花卉土、自然土按照一定比例混合，测定各组合对植物 种子发芽率的影响和p h 变化，实验结果表明，在污泥水解残渣与园林花卉土混合使用 中，污泥水解残渣所占比例为5 0 时( 即5 ：5 ) ，种子的平均发芽率为5 1 0 2 4 ，若比例 大于5 0 时，其平均发芽率小于5 1 0 2 4 ，而比例小于5 0 时，平均发芽率高于5 1 0 2 4 ， 甚至高于园林花卉土中的平均发芽率( 5 1 5 6 0 ) ：在污泥水解残渣与自然土混合使用中， 污泥水解残渣所占比例为5 0 时( 即5 ：5 ) ，种子的平均发芽率为4 2 0 3 2 ，当污泥水解 残渣所占比例大于5 0 时，对植物种子发芽率有一定抑制作用，同时所有配比在1 5 d 后 的p h 值均变为中性；将污泥水解残渣加水稀释后其种子平均发芽率为6 5 8 7 5 ( 高于 自然土和园林花卉土约5 ) ；污泥水解残渣在室内、室外自然堆放实验中，其p h 值在 室内需1 4 d 变为中性、在室外需6 d 变为中性( 下小雨一次) ；在污泥水解残渣直接使用 实验中，污泥水解残渣对草本植物的种子发芽率及前期生长都有一定的抑制作用，但抑 制作用会随着时间的延长减弱或消失；而对有的木本植物影响较小，甚至有促进作用， 如扶桑和虎刺梅( 但对鹅掌柴影响较大，有一定抑制作用) ；将金盏菊作为研究对象， 直接播种于污泥水解残渣中，观察测定由播种到开花全过程，实验表明，金盏菊生长良 好，其叶绿素含量与使用园林花卉土时相当；为了确保污泥水解残渣作为园林花卉土的 安全性，委托法定单位对其重金属离子含量和肥分进行测试，测定结果表明，污泥水解 残渣的重金属含量都远远低于我国农用污泥污染物控制标准，而污泥水解残渣中的肥分 具有做园林花卉土使用的价值，相当于已施肥的土壤。 关键词：污泥；水解蛋白；水解残渣；资源化利用 n a b s t r a c t c i t ys e w a g ep l a n t sp r o d u c ts l u d g ea b o u t5 0 0 - 1 ，0 0 0t o n sp e rd a y , w h i c h h a v eb e c o m en e w u r b a ng a r b a g e ，t h eg a r b a g eh a v ef o l l o w i n gf i v ef e a t u r e s ：o h i g hw a t e rc o n t e n t ( 8 5 7 5 ) ， w i t hl o ws o l i dc o n t a i n i n gr a t e ( 1 5 2 5 ) ；( 至) h a v i n gp a t h o g e n i cm i c r o o r g a n i s m s ，w h i c hm a y c a u s eb i o l o g i c a lp o l l u t i o ne a s i l y ；( 9 h a v i n gh e a v ym e t a li o n s ，e a s i l yl e a dt oc h e m i c a lp o l l u t i o n ； s e n d i n go u ts t e n c h ，e a s i l y l e a dt oa i rp o l l u t i o n ； h i g h - p r o t e i n ，h i g h p h o s p h o r u s ， h i g h f l o c c u l a n t p r e s e n t l y t h em a i n d i s p o s a l m e t h o d ss u c ha sl a n d f i l l ，i n c i n e r a t i o n ， c o m p o s t i n g , b u i l d i n gm a t e r i a l s 叩ds oo n ，w h i c h c a nn o to v e r c o m et h ef i v e m a j o r s h o r t c o m i n ga b o v e i tc a nb e s a i dt h a tt h e r ei sn ow a yt h a tc a nb o t hc o m p r e h e n s i v e l y p o p u l a r i z ea n dn os e c o n dp o l l u t i o n f r o mt h et r e a t m e n t ，d i s p o s a la n dt h er e u t i l i z a t i o no f s l u d g ea tp r e s e n tc o n d i t i o n ，t h i sr e s e a r c hm a k e sf o l l o w i n gt e c h n i c a lp r o g r a m ：s l u d g ew i l lb e d e c o m p o s e di n t ot w op a r t sb yh y d r o l y s i su n d e rh i g ht e m p e r a t u r e ，o n ei st h el i q u i dp r o t e i n ，t h e o t h e ri sr e s i d u eh y d r o l y s a t e i tc o n v e r t sr e u t i l i z a t i o no fs l u d g ei n t or e u t i l i z a t i o no fl i q u i d p r o t e i na n dr e s i d u e t h er e s u l t ss h o w ：s l u d g ei sa d d e db yw a t e r o f5 0 a n dt h el i m eo f6 ， h y d r o l y z e df o rf o u rh o u r s u n d e r1 4 5 1 5 2 ，a n dg e tl i q u i dp r o t e i nt h r o u g haf r a m ef i l t e r i n g , f i l t e rc a k ei sr e s i d u eh y d r o l y s a t e t h ec o n t e n to fc o n c e n t r a t e dl i q u i dp r o t e i nc a nb ea c h i e v e d 2 7 - 3 0 t h el i q u i dp r o t e i ni sp e p t i d e ，w h i c hh a v ef o a m i n gp r o p e r t ya n dc a nb eu s e da s f o a m i n ga g e n t ；t h ep r o t e i n ( 1 i q u i d ) i sr e g a r d e da sf o a m i n ga g e n t ，d i l u t e dw i t hw a t e r , m i x e d w i t hc e m e n t ，a n dt h em i x t u r ec a l lb em a n u f a c t u r e dt of o a mb r i c k s t h er e s u l t ss h o w ：t h e m u l t i p l eo fd i l u t i o nc a ni m p a c tt h ed e n s i t ya n dt h ef l e x u r a la n dc o m p r e s s i v es t r e n g t ho ff o a m b r i c k s t h eb e s tf o r m u l ao fu s i n gp r o t e i nh y d r o l y s a t et om a n u f a c t u r ef o a mb r i c k si s ：1 0 m l p r o t e i nh y d r o l y s a t ei sd i l u t e dw i t hw a t e rb y6 - 8t i m e sa n di sm i x e dw i t hc e m e n t t h r o u g h p o u r i n g i n t om o l d ，i tc a nm a n u f a c t u r ef o a mb r i c k sw i t hd e n s i t yo f0 9 9 0 7 3 9 c m ) ，f l e x u r a l s t r e n g t ho f2 1 6 1 3 2 m p aa n dc o m p r e s s i v es t r e n g t ho f5 1 8 - 2 7 9 m p a , w h i c hr e a c hj c t 1 0 6 2 2 0 0 7 ，s ot h et e c h n o l o g yr e a l i z e sr e u t i l i z a t i o no ft h ep r o t e i nh y d r o l y s a t e ；b ym i x i n g r e s i d u eh y d r o l y s a t ew i t hc e m e n to rc e m e n t ，f l ya s ha n dl i m et om a n u f a c t u r e st h eb a k i n g - f r e e b r i c k s t h er e s e a r c hs h o w st h a tt h eq u a n t i t yo fr e s i d u eh y d r o l y s a t ei m p a c t so nt h es t r e n g t ho f b a k i n g f r e eb r i c k s ，t h el a r g e s tp r o p o r t i o no fr e s i d u eh y d r o l y s a t ei s1 2 o ft o t a l w h e nt h e p r o p o r t i o n o fr e s i d u e h y d r o l y s a t e i s 3 ，5 ，8 ，1 2 r e s p e c t i v e l y , t h e f l e x u r a la n d c o m p r e s s i v es t r e n g t ha l lr e a c ht h es t a n d a r do fj c 2 3 9 1 9 9 1 ( 1 9 9 6 ) ，t h ef l e x u r a ls t r e n g t hi sn o t t t t l e s st h a n3 m p a ，t h ec o m p r e s s i v es t r e n g t hi s7 5 1 0 m p a ；r e s i d u eh y d r o l y s a t ei sm i x e dw i t h f l o w e rs o i la n dt h eg e n e r a ls o i l i na c c o r d i n gc e r t a i np r o p o r t i o nt od e t e r m i n e st h ei m p a c to f e a c hc o m b i n a t i o no ng e r m i n a t i o nr a t eo fs e e da n dc h a n g eo fp h t h er e s u l t so fe x p e r i m e n t s h o w , w h e nt h er e s i d u eh y d r o l y s a t ea c c o u n t sf o r5 0 ( 5 ：5 ) i nt h ee x p e r i m e n ta b o u t m i x i n g r e s i d u eh y d r o l y s a t ew i t hf l o w e rs o i l ，t h ea v e r a g eg e r m i n a t i o nr a t eo fs e e di s5 1 0 2 4 i ft h e r a t i om o r et h a n5 0 ，t h ea v e r a g eg e r m i n a t i o nr a t eo fs e e di sl e s st h a n5 1 0 2 4 ；i ft h er a t i o l e s st h a n5 0 ，t h ea v e r a g eg e r m i n a t i o nr a t eo fs e e di sm o r et h a n5 1 0 2 4 ，e v e nm o r et h a nt h e a v e r a g eg e r m i n a t i o nr a t eo fs e e di nf l o w e rs o i l ( 5 1 5 6 0 ) i nt h ee x p e r i m e n ta b o u tm i x i n g r e s i d u eh y d r o l y s a t ew i t ht h eg e n e r a ls o i l ，w h e nt h er e s i d u ea c c o u n t sf o r5 0 ( 5 ：5 ) ，t h e a v e r a g eg e r m i n a t i o nr a t eo fs e e di s 4 2 0 3 2 w h e nt h er a t i om o r et h a n5 0 ，r e s i d u e h y d r o l y s a t er e s t r a i n sg e r m i n a t i o nr a t eo fs e e dt oac e r t a i ne x t e n t m o r e o v e rt h ep ho fa l l c o m b i n a t i o n sc o n v e r ti n t on e u t r a li n1 5 d a f t e rr e s i d u eh y d r o l y s a t ei sd i l u t e dw i t hw a t e r , t h e a v e r a g eg e r m i n a t i o nr a t eo fs e e di s6 5 8 7 5 ( 5 h i g h e rt h a nt h ea v e r a g eg e r m i n a t i o nr a t eo f s e e di nt h eg e n e r a ls o i la n df l o w e rs o i l ) i nt h ee x p e d m e n to fr e s i d u eh y d r o l y s a t eb e i n g s t a c k e di n d o o r sa n do u t d o o m ，t h ep ho fr e s i d u eh y d r o l y s a t ei n d o o r sc o n v e r t si n t on e u t r a l i n l 4 d ，t h ep ho fr e s i d u eh y d r o l y s a t eo u t d o o r sc o n v e r t si n t on e u t r a li n6 d ( r a i n i n go n c e ) r e s i d u eh y d r o l y s a t er e s t r a i n sg e r m i n a t i o na n de a r l yg r o w t ho fh e r bs e e dt oac e r t a i ne x t e n t ， b u tw i t ht i m ee x t e n d i n g ，t h ei n h i b i t i o nm a yb ew e a k e no rm a yd i s a p p e a r m o r e o v e rt h e i m p a c to fr e s i d u eh y d r o l y s a t eo ns o m ew o o d yp l a n t sb e c o m e sac e r t a i np r o m o t i n gr o l e ，s u c h a sh i b i s c u sr o s a s i n e n s i sla n de u p h o r b i am i l i ( b u tr e s i d u eh y d r o l y s a t el a r g e ri m p a c to n s c h e f f l e r ao c t o p h y l l a ) ；o b s e r v i n gc a l e n d u l ao f f i c i n a l i sl f r o ms e e d i n gt of l o w e r i n gi n r e s i d u eh y d r o l y s a t e ，t h ee x p e r i m e n ts h o w st h a t ，c a l e n d u l ao f f i c i n a l i sl ，w e l lg r o w si n r e s i d u eh y d r o l y s a t e ，a n dt h ec o n t e n to fc h l o r o p h y l li ss a m ea si nf l o w e rs o i l i no r d e rt o d e t e r m i n et h es a f e t yt h a tr e s i d u eh y d r o l y s a t ei su s e da sf l o w e rs o i l ，w ec o m m i s s i o nt h e n a t i o n a ls t a t u t o r yu n i tt ot e s tt h ec o n t e n to fh e a v ym e n t a li o na n dn u t r i m e n t t h et e s t ss h o w , t h ec o n t e n to fh e a v ym e n t a li o ni nr e s i d u eh y d r o l y s a t ei sf u r t h e rb e l o wt h a nt h es t a n d a r do f c h i n a sa g r i c u l t u r a ls l u d g e ，a n dt h en u t r i m e n ti nr e s i d u eh y d r o l y s a t eh a st h ev a l u eo fb e i n g u s e da sf l o w e rs o i l ，s i m i l a rt ot h es o i lo ff e r t i l i z i n g k e yw o r d s ：s l u d g e ；p r o t e i nh y d r o l y s a t e ；r e s i d u eh y d r o l y s a t e ；r e u t i l i z a t i o n i v 湖北大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特另o , d l ：l 以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 论文作者签名：骺 日期：卅学年6 月6 日 学位论文使用授权说明 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，并提供目录检索与 阅览服务；学校可以允许采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存 学位论文；在不以赢利为目的的前提下，学校可以公开学位论文的部分 或全部内容。( 保密论文在解密后遵守此规定) 作者签名：节苓 指导教师签名：誓可妒 日期：脚事6 彤匐 日期：川车易内 匐 1 前言 1 前言 污泥是污水处理厂在净化污水处理过程中产生的沉淀物，一般是初沉污泥和二沉池 活性污泥的混合物，它包括污水中的泥砂、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮 状物，各种胶体、有机物及吸附的金属元素、微生物、病菌、虫卵、杂草种子等综合固 体物质，其中活性污泥有机物含量高达6 0 - - , 7 0 1 1 1 。初沉污泥是指经一级沉淀池或初 级沉淀池产出的污泥，二沉池活性污泥是以好氧菌为主体而组成的絮状颗粒，除吸附物 外还在其表面附着种种不同的原生动物、后生动物，形成一个复杂的微生物群体，有很 强的生物活性，在污水处理过程中，它具有很强的吸附、氧化和分解有机物的能力，在 静止状态时，又具有良好沉降性能，故称活性污泥。二沉池的活性污泥有一部分要回流 至曝气池与污水再混合，以便对污水中的有机物进行吸附和分解，这部分活性污泥称为 回流活性污泥；剩余的另一部分活性污泥则需要从二沉池中排出另作处理，称为剩余活 性污泥。目前我国每年的污泥产量约以1 0 的速度在递增，2 0 0 6 年，我国6 6 1 个设市 城市中共建成污水处理厂7 9 1 座，污泥产量( 干重) 约1 7 3 万t ，且在不断增加【2 1 ，已 造成第二次污染，如何合理处置污泥已成为非常紧迫的任务1 3 1 。 1 1 污泥的处理处置及资源化概况 1 1 1 污泥的处置 主要处置方式： 我国早期污泥处置形式主要是填埋、直接农田( 土地) 利用、填海和弃置。随着环 境意识的提高和科技的发展，填海被禁止，直接农田( 土地) 利用和弃置因污泥中有毒 有害物质污染土壤而受到严格限制【引，目前污泥处置方法主要是污泥填埋和污泥的资源 化利用。由于国情不同，不同国家和地区污泥处置的程度与方式存在差异。 美国近年的污泥处置主要侧重于间接土地利用( 制肥) 为主的资源化利用，美国2 0 世纪8 0 年代填埋占4 2 ，2 0 世纪9 0 年代至现在土地利用由5 9 上升到6 4 ；欧盟各 国污泥处置情况不尽相同，总体是污泥填埋占4 5 ，土地利用占3 8 ，焚烧占1 7 ；英 国1 9 9 8 年前4 2 的污泥土地利用，3 0 的污泥排海，但目前欧共体已停止污泥排海； 德国目前污泥土地利用占5 7 ，脱水污泥填埋占3 ；加拿大约5 0 的污泥土地利用， 明显高于其他处置技术；日本近年着重于区域污泥集中生产土壤改良剂、堆肥和建材利 用，日本污泥焚烧比例6 2 7 ，土地利用占3 1 9 ，其他占5 4 ，是仅有的污泥土地利 1 湖北大学硕十学位论文 用程度较小的发达国家【4 1 。 填埋：土地填埋是指把污泥运到限定的区域内( 山间、峡谷、平地和废矿坑内) 铺开 压实成薄层，至一定厚度在其上覆盖惰性土壤，已封闭的填埋场覆以由粘性土壤组成的 最终覆盖层，上面可以种绿色植物。污泥即可单独填埋，也可与生活垃圾和工业废物一 起填埋，具有投资少、容量大、见效快特点。其缺点是固体废物填埋场选址愈来愈困难， 导致运输成本不断增加；大量污泥占用宝贵的土地资源；给土壤、水体和大气环境带来 二次污染；一般填埋的脱水污泥含水率8 0 ，达不到将污泥含水率降至4 0 - 6 0 后与 市政垃圾一同压实填埋的要求，污泥的流变性加重了垃圾坝的承载负荷，给填埋场带来 更大的技术难度以及安全和管理上的困难【5 1 。因此，土地填埋从多方面讲都不是处置污 泥可以长久依赖的方法。 焚烧：污泥焚烧法是最彻底的处置方法。主要可分为两大类：一类是将脱水污泥直 接送焚烧炉焚烧，另类是将脱水污泥先干化再焚烧。与其他的污泥处置方法相比较， 焚烧的优点在于其产物为无菌、无臭的无机残渣，迅速实现了无菌化和减量( 减少6 0 ) 的目的。但未经干化或半干化处理的湿污泥由于过多水分和低热值难以燃烧，必须添加 燃料才能维持焚烧；焚烧产生烟尘造成二次污染。污泥焚烧所需的投资和运行费用较高， 每吨污泥投资约3 5 - 4 5 万元，运行成本约5 0 0 元t 1 5 j 。 土地利用：污泥的直接土地利用具有投资少、能耗低、运行费用低以及有机部分可 转化成土壤改良剂成分等优点，主要应用于农田、菜地、果园、草地、市政绿化、育苗 基质及严重扰动的土地修复与重建等。污泥含有丰富的有机营养成分如氮、磷、钾等和 植物所需的各种微量元素如c a 、m g 、c u 、z n 、f e 等，其中有机物的浓度一般为4 0 - - 7 0 ，其含量高于普通农家肥，因此能够改良土壤结构，增加肥力，促进作物的生长。 如能合理利用，将是非常有价值的资源。但污泥成分及来源相当复杂，在含有营养成分 同时，不可避免的也会含有一些有害成分，如含有大量病原菌、寄生虫( 卵) ，以及铜、 砷、铅、锌、铝、汞等重金属和多氯联苯、二恶英等难降解的有机化合物及放射性核素 等，如不经处理就利用，将会导致土壤或水体污染。因此污泥在直接利用时必须经过严 格的预处理，目前这种方式已很难推广1 6 7 l 。 排海：该方法利用水体消纳污泥，不需进行严格的无毒无害处理，也无需脱水，并 且容量大，但是造成了海洋污染，对海洋生态系统和人类食物链构成威胁，并且也没从 根本上解决环境问题，因此美国于1 9 9 8 年禁止向海洋中倾倒污泥，欧共体也于1 9 9 9 年 开始禁止此法。我国政府己于1 9 9 4 年初接受了三项国际协议，承诺于1 9 9 4 年2 月2 0 2 1 前言 日起不再在海上处理工业废物和污水污泥【引。 污泥处置的相关技术： 污泥脱水与干化：污泥脱水是整个污泥处理工艺的一个重要的环节，其目的是使固 体富集，减少污泥体积，为污泥的最终处置创造条件。为使污泥液相和固相分离，必须 克服它们之间的结合力，所以污泥脱水所遇到的主要问题是能量问题。针对结合力的不 同形式，有目的采用不同的外界措施可以取得不同的脱水效果。污泥脱水与干化包括自 然脱水、机械脱水和热处理干化。 热干燥法：热干燥法是利用热和压力破坏污泥的胶凝结构，并对污泥进行消毒灭菌。 它往往和焚烧联用，作为焚烧的前处理。其缺点在于初期投资费用高，每日耗能费过高 【9 】 0 一 污泥浓缩方法：污泥浓缩的方法主要有重力浓缩法、气浮浓缩法、带式重力浓缩法 和离心浓缩法1 1 0 1 ，还有微孔浓缩法、隔膜浓缩法和生物浮选浓缩法等。下面简单介绍一 下污泥主要浓缩方法。重力浓缩是利用重力作用的自然沉降分离方式，不需要外加能量， 是一种最节能的污泥浓缩方法。重力浓缩只是一种沉降分离工艺，它是通过在沉淀中形 成高浓度污泥层达到浓缩污泥的目的，是目前污泥浓缩方法的主体，但停留时间较长时 可能产生臭味，而且并非适用于所有的污泥【1 1 l 。气浮浓缩与重力浓缩相反，是依靠大量 微小气泡附着在污泥颗粒的周围，减小颗粒的比重而强制上浮。因此气浮法对于比重接 近于；g m n 3 的污泥尤其适用f 1 2 j 。气浮浓缩法操作简便，运行中同样有一定臭味，动力 费用高，对污泥沉降性能敏感；适用于剩余污泥产量不大的活性污泥法处理系统，尤其 是生物除磷系统的剩余污泥；带式重力浓缩法是利用带式重力浓缩机的一种机械浓缩 法。由于其具有投资适中，运行费适中，效果好，对各种性能的污泥适应性较强等特点， 因此近几年被广泛采用；但实际运行中会受到污泥中高分子的影响，运行时湿度大，因 而需要仔细操作【1 3 1 。离心浓缩法的原理是利用污泥中固、液比重不同而具有的不同的离 心力进行浓缩。离心浓缩法的特点是自成系统，效果好，操作简便；但投资较高，动力 费用较高，维护复杂；适用于大中型污水处理厂的生物和化学污泥。 厌氧消化：污泥厌氧消化也称为污泥厌氧生物稳定，它的主要目的是减少原污泥中 以碳水化合物、蛋白质、脂肪形式存在的高能量物质，也就是通过降解将高分子物质转 变为分子物质氧化物【1 4 】。厌氧消化是在无氧条件下依靠各种兼性菌和厌氧菌的共同作 用，使污泥中有机物分解的厌氧生化反应，是一个极其复杂的过程。 好氧消化：污泥好氧消化与活性污泥法极为相似。当外来养料被消耗完以后，微生 3 湖北大学硕土学位论文 物靠消耗自己的机体来产生能量以维持生命活动【1 5 】。这就是微生物的内源代谢阶段。细 胞组织在好氧条件下的内源代谢产物为c 0 2 、n h 3 、h 2 0 ，而n h 3 会在有氧条件下进一 步氧化为硝酸盐。 污泥熔化技术：污泥熔化处理也是污泥热化学处理方法的一种。污泥熔化技术是把 污泥加热至1 3 0 0 - 1 5 0 0 c ，使污泥中有机物燃烧，其残留物质可用来制作玻璃、钢铁、 建筑材料等。 污泥湿式氧化：在高温高压下，以空气中的氧作为氧化剂，在液相中将有机物分解 为二氧化碳、水等无机物或小分子有机物的化学过程【1 6 1 。该法可获得很高的有机物脱除 率和能量回收率，且处理在密闭容器中进行，不产生臭味和煤烟，灭菌效果好，脱水性 能高，处理周期短，但是设备复杂费用高限制了其应用【1 7 1 。 超声波处理污泥：超声波通常是指频率为的2 0 k h z - - - 1 0 m h z 的声波。当其声强增加 到一定的数量时，会对其传播中的媒质产生影响，使媒质的状态、组成、功能和结构等 发生变化，通称为超声效应。超声波与媒质作用的机制可分为热机制、机械机制和空化 机制，超声波主要通过空化机制实现对污泥的处理【1 8 】。 1 1 2 污泥的减量技术 污泥减量化是指在保证污水处理效果的前提下，采用适当措施使处理相同量污水所 产生污泥量降低的各种技术，是通过物理、化学等手段使整个污水处理系统向外排放的 生物固体量达到最小，主要是依靠降低微生物准备产率以及利用微生物自身内源呼吸进 行氧化分解等，所以减量化是从根本上、实质上减少污泥量。当然，上述污泥处理技术 中亦都包含着减量技术。 物理方面： 膜生物反应器：指将膜分离技术中的膜系统与污水处理工程中生物反应器相结合形 成的新工艺。利用加热加速细胞溶解，陈健等【1 9 j 在膜生物反应器处理生活污水的小试研 究中加入了一个热水解处理装置。研究表明，污泥经热水解处理后，大部分细胞被杀死 并溶解，促进了微生物的隐性增长，污泥产量减少了6 0 。 破坏生物细胞：如利用超声波技术降解污水中的污染物，是近年来发展起来的一种 新型水处理技术。在超生波作用下，液体中将产生大量空化气泡，瞬间破灭时产生极短 暂的强压力脉冲，在气泡周围微小空间内形成局部热点，产生高温高压和具有强烈冲击 力的微射流，可以压碎细胞壁、释放细胞内含物。 4 1 前言 化学方面： 臭氧处理：由日本的h y a s u i 等提出。它的优点是：污泥减量可达到1 0 0 ；污 泥沉降性能好；运行成本比常规活性污泥法低；只需控制臭氧剂量就可控制污泥产量。 缺点是：n ，p 去除效果不好；由于污泥量为零，会有重金属积累；耗氧量增大；臭氧 不是选择性氧化剂，能同其他还原性物质反应，降低活性污泥的氧化效率【2 。 氯气处理：氯气处理虽然比臭氧处理便宜，但也有缺点：污泥沉降性能恶化；出水 c o d 增加；污泥产生泡沫；最主要的还是会产生致癌物质。 酸碱处理：酸或碱也能使细胞溶解，r o c h e r m 2 2 】研究表明：n a o h 的溶解效果最好。 碱一热处理污泥，细胞溶解最稳定，污泥量是常规活性污泥的3 8 - - - 4 3 矧。化学法处 理污泥也有一些缺点：如工艺的运行、控制以及化学物质对设备的腐蚀等等。 1 1 3 污泥的资源化利用 农林利用： 目前我国仍是一个发展中国家，又是一个农业大国，城市污水厂污泥的农林利用在 污泥其它资源化利用方面还不成熟的前提下仍是一个重要的途径。据有关报道显示，我 国大约有4 5 的污泥用作农业利用，3 4 4 的污泥进行土地填埋，污泥绿化和焚烧各约 占3 5 。随着污泥农林利用条件的日趋严格，针对污泥中重金属可能造成土壤及作物 二次污染，病原体可能对环境造成危害，过高浓度的氮磷等物质可能造成地下水污染等 问题。污泥农林利用前应严格控制污泥中有毒、有害物质及病原微生物、重金属的含量， 同时根据被施用土壤背景值等情况，严格按照计算得到的污泥施用量进行施用。 堆肥：污泥中含有大量的有机质、氮、磷、钾等植物需要的养分和有机腐殖质【2 4 1 ， 能够起到农家肥的作用，并且能够改良土壤的结构。但是污泥中含有大量的病原菌、寄 生虫卵，因此必须对它进行无公害化，目前主要是通过堆肥进行处理。污泥堆肥根据处 理过程起作用的微生物对氧气要求不同可分为好氧法和厌氧法。通过污泥堆肥，可生化 有机物得到进一步降解，污泥体积减少1 4 左右，挥发性成分减少，臭味减低，重金属 有效态的含量也降低，速养分量有所增加，病原菌、寄生虫卵、杂草种子等基本被杀死。 生产复混肥：污泥堆肥产品可与市场销售的无机氮、磷、钾化肥配合生产有机无 机复混肥。这种复混肥在向农作物提供速效肥源的同时，还能向农作物根系引植有益微 生物，充分利用土壤潜在肥力，并提高化肥利用率。 生产动物饲料：污泥中含有大量价值的物质，其中粗蛋白占2 8 7 - 4 0 9 、灰分占 5 湖北大学硕士学位论文 2 6 4 - 4 6 o 、纤维素占2 6 6 - 4 4 0 、脂肪酸占0 - 3 7 。污泥蛋白中含有几乎所有家 畜饲料所需的氨基酸，且各种氨基酸之间相对平衡，因此是一种很好的饲料蛋白加工原 料。研究者用活性污泥生产的饲料来喂养家禽，经过1 年多的实验表明对动物没有毒害 或副作用，用这种饲料和一般饲料混合来饲养鸡与完全由一般饲料来饲养鸡进行对比， 鸡体重有所增加，产蛋率也有提高【2 5 1 。 建材化利用： 污泥中含有大量的有机物，除此之外还含有2 0 - 3 0 的无机物，主要是硅、铝、 铁、钙等，这与许多建筑材料常用的原料成分相近。各地学者积极探索利用污泥中的无 机成分和有机成分并使之建材化的可行性并被证实，且多项技术已经转向产业化，但污 泥建材化利用的比例还很低。由于科学技术的发展往往表现出不平衡性，因此污泥的建 材化利用将来可能会成为污泥资源化利用的一个重要发展方向之一1 2 6 1 。 制砖：污泥制砖有两种方法，一种是用干污泥直接制砖；另一种是用污泥焚烧灰渣 制砖。用干污泥直接制砖需要在成分上进行适当的调整，使其成分与制砖黏土的化学成 分相当，一般可掺入煤渣、石粉、粉煤灰、黏土或水泥。当污泥与黏土按质量比1 ：1 0 配 料时，污泥砖与普通红砖的强度基本上一样。用污泥焚烧灰制砖时，因污泥的性质不同 焚烧灰成分相差很大，要注意加以区别【韧。 生产水泥：由于污泥中含有大量的灰分，将污泥干化、磨细后，添加一定量的石灰 可制得水泥。面临水泥需求量的增加，根据各地污泥中无机成分含量的差异与不同添加 剂的结合工艺研制不同类型的水泥具有重要的现实意义。近年来，日本已成功利用城市 垃圾( 污泥) 焚烧灰和下水道污泥为原料生产水泥，并将这种水泥叫做“生态水泥”。 目前，污泥生产的水泥还主要用于地基的增强固化材料、素混凝土、道路铺装混凝土、 大坝混凝土、重力式挡土墙等，由于污泥中含有一定的氯，致使污泥制品腐蚀钢筋是造 成使用受限的因素之一，因此通过控制污泥中的含氯量，就可获得适用面更广的污泥水 泥，进一步拓宽污泥水泥制品的市场空间。 替代沥青细骨料：沥青混合物中必须加入细骨料，才能增强沥青的黏度、稳定性和 耐久性。目前一般多用石灰石粉末做细骨料，污泥灰经筛分、磁选除去其中的黑色及有 色金属后可以代替石灰石用作沥青细骨料。 制轻质陶粒：基于陶粒及其制品是具有发展潜力的新型建材，具有轻质、高强、隔 热、保温、耐久等特性，且其市场需求量大。因此，利用污泥烧制陶粒等轻质材料不仅 对开辟新的陶粒原料，而且对开发新的轻质陶粒都有重要意义。通过控制污泥的掺量及 6 1 前言 焙烧温度可以获得性能较好的陶粒及轻质材料，不仅充分利用了污泥中的有机质作为陶 粒焙烧过程中的发泡物质，而且污泥中的无机成分也得到了利用，并大大降低了原料的 成本，一定程度上解决了污泥出路的问题。 能源化利用： 消化制沼气：污泥中含有的大量有机物，在厌氧条件下经厌氧菌的分解产生一种清 洁能源一沼气。此过程可分为液化、产酸、产甲烷三个阶段，前两个阶段不产生甲烷， 第三个阶段产生甲烷【2 9 1 。污泥厌氧消化的影响因素主要有温度、污泥投配率、营养与碳 氮比、搅拌、p h 值和酸碱度等。 燃烧发电：传统的污泥焚烧只是单纯地将污泥进行减量化、无公害化，焚烧的能量 没有得到有效利用，近年来国内研究者在焚烧炉的设计和操作方面进行了一些革新，可 以从废气中获得剩余能量用来发电。美国h y d e r 环保公司提出了一种将污泥( 已经机械 脱水过) 首先进行热干燥，然后再在沸腾炉中燃烧产生高压蒸汽，推动蒸汽机发电的综 合系统，和焚烧系统相比，全年处理9 5 万t 干污泥，可节省资金6 0 3 0 。 低温热解制油：在3 0 0 - - 一5 0 0 。c 、常压( 或高压) 和缺氧条件下，借助污泥中所含的 硅酸铝和重金属( 尤其是铜) 的催化作用将污泥中的脂类和蛋白质转变成碳氢化合物， 最终产物为油、碳、非冷凝气体和反应水。英、美、日等国家主要研究的是热化学液化 法，即在3 0 0 c ，1 0 m p a 左右的条件下对脱水污泥进行热化学液化，使污泥反应成油状 物。德国和加拿大以热分解油化法为主，即把干燥的污泥在无氧条件下加热到3 0 0 - - 5 0 0 ，使之干馏气化，再将气体冷却转换成油状物。 吸附剂技术： 污泥中含有大量有机物，其含量随社会发展水平的提高而提高，因此它具有被加工 成类似活性炭吸附剂的客观条件。在一定的高温下以污泥为原料通过改性可以制得含碳 吸附剂【3 1 】。由污泥制成的活性炭吸附剂对c o d 及某些重金属离子有很高的去除率，是 一种优良的有机废水处理剂。用过的吸附剂若不能再生，可以用做燃料在控制尾气条件 下进行燃烧。因此采用不同添加剂来提高污泥中的含碳量及控制污泥中重金属的含量能 大大提高污泥活性炭的质量及拓宽其使用范围。 污泥中蛋白质的利用： 李亚东等【3 2 】利用剩余活性污泥制成蛋白发泡剂，代替植物蛋白、动物蛋白发泡剂， 应用于泡沫灭火剂或泡沫混凝土发泡剂，提出了污泥资源化利用的另一技术思路。 7 湖北大学硕士学位论文 1 2 泡沫混凝土及发泡剂的研究和应用现状 1 2 1 泡沫混凝土的概念及性能 泡沫混凝土