（环境科学专业论文）城市污水厂污泥农用资源化研究.pdf

有利于污泥肥效的增加，但其中不同形态的氮却有着不同的演变。在整个堆 肥化阶段，硝酸盐氮( n 伤- n ) 一直呈增长趋势，而n h 4 + - n 却呈缓慢下降趋 势。这主要是因为堆肥过程中硝化作用与反硝化作用的影响。种子发芽实验 表明污泥混合物中的植物毒性物质逐渐被消除。堆1 e 4 7 天后，种子发芽率 ( g i ) 高达9 7 ，表明堆肥已经完全腐熟。腐熟的堆肥产品的电导率( e c ) 为 3 4 m s e r a ，符合堆肥产品的电导率要求：e c 4 0 m s e m 。 将腐熟的堆肥终产品进行了田间实验，通过与常规肥料对照，考查了污 泥堆肥产品用作非洲菊的生长基质时对非洲菊的植株生长和开花的影响。通 过对非洲菊植株的最大叶长、叶幅、平均叶片数以及花径、花梗长、花朵数 和畸形率等参数的考查，表明污泥堆肥产品对非洲菊的生长促进作用接近于 常规肥料。从非洲菊叶片的n p k 含量来看，两组的n ，p 水平比较接近，但是 堆肥组的叶片中钾的含量明显要低于常规肥料组的钾含量。 第五章在分析福州市污泥处理现状的基础上提出了建立污泥消纳中心 的观点，并就污泥制肥工艺进行了设备选型。 关键词：污泥；农用资源化：堆肥；粉煤灰 i i a b s t r a c t a c o m p o s t i n gp r o c e s sw a si n v e s t i g a t e dt or e a l i z et h ea g r i c u l t u r eu t i l i z a t i o n o fm u n i c i p a ls e w a g es l u d g ei na g r i c u l t u r e t h ee f f e c t i v ew a yt os o l v et h e p r o b l e m so ft h es l u d g es u c ha sb 3 【g hh e a v ym e t a la n dp h y t o t o x i cs u b s t a n c e c o n t e n t ，e x c e s so fl i a b l eo r g a n i cm a t t e r , p a t h o g e n i cm i c r o o r g a n i s m ，e t e w a s f o c u s e di nt h es t u d y i nt h ef i r s tc h a p t e r , ac o m p r e h e n s i v es u m m a r yw a sg i v e nt os e w a g es l u d g e s p r o p e r t y , c l a s s i f i c a t i o n ，p o t e n t i a lt h r e a t e nt oe n v i r o n m e n t ，g e n e r a lt r e a t m e n ta n d d i s p o s a lw a y s ，r e l a t e dr e g u l a t i o n sa n dl i m i t sf o r i t sl a n d a p p l i c a t i o n ，s l u d g e c o m p o s tp r o c e s sa n d i t s t y p i c a lp r o c e d u r e sa n do p e r a t i n gp a r a m e t e r s i nt h e p r e s e n t a t i o no fc o m p o s tp r o c e s s ，af u r t h e rc o m p a r i s o nw a sm a d eb e t w e e n d i f f e r e n tr e a c t o r s ，a n das e r i e so f e v a l u a t i o ns t a n d a r d sf o rt h em a t u r i t yo f c o m p o s t p r o d u c tw a s r e v i e w e d i nt h es e c o n dc h a p t e r , a f e a s i b i l i t y r e s e a r c hw a sc a r r i e do u to nt h e p r o s p e c t i v el a n da p p l i c a t i o no ft h es l u d g ef r o mf u z h o ux i a n g b a ns e w a g e t r e a t m e n tp l a n t ad e t a i l e di n v e s t i g a t i o nw a sm a d ea b o u tt h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h e s l u d g es u c ha s t 0 t a ln ，p k ；h e a v ym e t a lc o n t e n t sa n dt h ec h e m i c a lf o r m s d i s t r i b u t i o no fh e a v ym e t a l s t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h es e w a g es l u d g eh a da r e l a t i v e l yh i g hn u t r i e n tc o n t e n ta n dl o wh e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o n ，m e e t i n g c h i n ar e q u i r e m e n t sf o rs l u d g ea p p l i c a t i o nt ol a n d i nt h et h i r dc h a p t e r ，a l k a l i n ec o a la s hr e s i d u e sp r o d u c e db yac o a l f i r e d p o w e rp l a n tw e r ec o c o m p o s t e dw i ms e w a g es l u d g et oe v a l u a t ei t se f f e c to n h e a v ym e t a la v a i l a b i l i t yi na n a e r o b i cc o m p o s t i n gp r o c e s s i no r d e rt oa c c e l e r a t e t h ep r o c e s s ，y e a s tp o w d e rw a sa d d e dt ot h ec o m p o s t i n gm i x t u r e d e h ) ，d r a t e d s e w a g es l u d g em i x e dw i t hf u e la s ha sb u l k i n ga g e n ta t1 ：1 ，3 ：1a n d4 ：1 ( w w ) r e s p e c t i v e l y , w a sc o m p o s t e df u r17d a y si nl a b o r a t o r yb a t c hr e a c t o r c h e m i c a l i l l d i s t r i b u t i o n so fc uw e r ed e t e r m i n e db yt e s s i e s s e q u e n t i a l e x t r a c t i o n so f c o - c o m p o s t e dm a t e r i a l ss a m p l e do nd a y s0 ，3 ，6 ，1 1a n d16 t h ec h a n g e so f s o l u b l ea n dp l a n t a v a i l a b l ec ul e v e l sw e r ei n v e s t i g a t e d n 屺r e s u l t ss h o w e dt h a t c o c o m p o s t i n gr e d u c e dt h el e v e l so fs o l u b l ea n dp l a n t - a v a i l a b l ec u ，s u g g e s t i n g t h a tt h ee x t r a c t a b i l i t ya n de x c h a n g e a b l i l i t yo fc uw a se q u a l l yr e d u c e d n l e o p t i m a lm i x t u r er a t ew a s3 ：l ( s l u d g e ：a s h ) i nt e r m so f t h es t a b i l i z a t i o ne f f e c t s i nt h ef o r t hc h a p t e r , al a b o r a t o r yc o m p o s t i n gr e a c t o rw a sd e s i g n e d u s i n g t h em o d eo fa l t e r n a t ea n a e r o b i c & a e r o b i cc o m p o s t i n gs y s t e m ，s e w a g es l u d g e m i x e dw i t hs a w d u s ta n dc o a lf l ya s hr e s p e c t i v e l ya sb u l k i n ga g e n th a sb e e n c o m p o s t e df o r5 5d a y s d u r i n gt h i sp r o c e s s ，t h ec h a n g e si nt e m p e r a t u r e ，p h ， v o l a t i l eo r g a n i cm a t t e r sc o n t e n t s ，n u t r i e n tc o n t e n ta n dg e r m i n a t i o ni n d e xw e r e m o n i t o r e d i tw a so b s e r v e dt h a tt e m p e r a t u r er o s e r a p i d l yi nb o t hc o m p o s t i n g p r o c e s s e s ，r e a c h i n g5 0 c i nj u s t2 - 3d a y s ，f o l l o w i n gah i 曲t e m p e r a t u r ep h a s eo f t w ow e e k s i nt e r m so ft h ec h a n g e si np hv a l u e ，b o t he o m p o s t i n gw e r eo b s e r v e d ar i s ea n dt h e naf a l l h o w e v e r , t h ep hv a l u ei nc o a lf l ya s hc o m p o s td i d n tv a r y a ss h a r p l ya ss a w d u s tc o m p o s t ，o w i n gt ot h eb u f f e r i n ge f f e c to ft h ea l k a l i n eo f c o a l f l ya s h o na c c o u n to ft h en u t r i e n tc o n t e n t ，t o t a ln ，p a n dk c o n t e n t s i n c r e a s e dd u r i n gt h ec o m p o s t i n gp r o c e s s w i t l lt h eh i 【g h e s tn u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n o c c u r r i n ga r e r5 5d a y s b u tb i o o x i d a t i o no ft h eo r g a n i cm a t t e ra f f e c t e dt h e a v a i l a b l ef o r m so fn i t r o g e n ，r e s u l t i n gi nt h ed i f f e r e n te l u t i o no fn 吖- na n d n 0 3 - n a l t h o u g he cv a l u e si n c r e a s e dd u r i n gc o m p o s t i n ga st h ep i l eb e c a m e r i c h e ri ns a l t ，t h ee co ft h ef i n a lc o m p o s tp r o d u c t ( 3 4m s c m ) d i d n te x c e e dt h e l i m i t ( 4 0m s c m ) p h y t o t o x i c i t y , a sa s s e s s e db yc r e s sg e r m i n a t i o n ，d i s a p p e a r e d g r a d u a l l yi nt h ep r o c e s s ，w i t h ag ia sh i g ha s9 7 ，i n d i c a t i n gt h em a t u r i t yo f t h e c o m p o s t af i e l de x p e r i m e n tw a sc o n d u c t e dt os t u d yt h ee f f e c to f s l u d g ec o m p o s to n i v t h eg r o w t ha n db l o s s o m i n go f g e r b e r a b yc o n t r a s tw i t l lac o n v e n t i o n a lf e r t i l i z e r , i n v e s t i g a t i o no fg r o w t ha n db l o s s o m i n gp a r a m e t e r ss h o w e dt h a tt h ec o m p o s th a d as i m i l a rp o s f f i v ee f f e c to ng e r b e r a ，a n dt h ec o n t e n t so fna n dpi nt h el e a v e s g a t h e r e di nb o t hg r o u pw e r ev e r yc l o s e kc o n t e n tw a ss l i g h t l yl o w e ri nc o m p o s t g r o u p ，a st h ec o n t e n to fk i nt h es e w a g es l u d g ew a sr e l a t i v e l yl o w i nt h el a s tc h a p t e r , a na n a l y s i sw a sm a d eo nt h ec u r r e n ts i t u a t i o no f s e w a g e t r e a t m e n ti nf u z h o u as u g g e s t i o nw a sp u tf o r w a r dt os e tu pas e w a g et r e a t m e n t a n dd i s p o s a lc e n t e lt h em o d eo fp r o d u c t i o np r o c e s sw a sd e s i g n e d ，a n dt h e n e e d e dm a i ne q u i p m e n t sw e r el i s t e d k e yw o r d s ：s e w a g es l u d g e ；a g r i c u l t u r eu t i l i z a t i o n ；c o m p o s t i n gp r o c e s s ； c o a l f l ya s h v 第一章绪论 第一章绪论 0 、前言 水环境是制约生态环境系统能否良性循环发展的重要因素之一，改善和 保护水环境是保护整体环境的一个关键环节。改善和保护水环境首先要对生 活污水和工业废水进行治理。据有关资料显示，目前我国有大中型污水处理 厂4 0 0 多座，城市污水处理率3 4 以上，日污水处理能力达1 千万m 3 ，日 排污泥3 8 万m 3 ；十五期间，国家将投资5 0 0 亿元，在全国新建4 4 3 座污水 处理厂，届时污水处理能力将达到排水量的8 0 h i 右【”，大量污水处理设施的 运行将有效地改善水质环境状况，可伴随污水处理产生的脱水污泥又成为新 的环境问题。 在污水处理过程中，污染物一部分被微生物降解成水和二氧化碳，还有 一部分则转移到污泥中。这样污水厂污泥中就含有有机物、重金属、病原菌 等成分，很容易造成环境的二次污染，使污水处理厂不能充分发挥其功能。 污泥不同于一般的工业固体废物，其物理、化学性质很不稳定，因此在堆存、 运输和处理过程中，其组成性质会不断发生变化，若处理处置不当，污泥中 的病菌、重金属以及腐化过程中产生的废气将会通过多种途径对人畜和环境 造成危害。另外，从处理成本上来看，污泥处理和处置的费用在整个污水处 理厂处理费用中会占到4 0 左右【2 】。可见，无论在污染控制上还是在运行费 用上，污泥处理和处置都占有举足轻重的地位。因此，对污泥处理系统的研 究具有重要意义。 脱水污泥处理是世界上很多国家共同面临的环境问题。2 0 世纪8 0 年代， 在经济技术发达国家如美国、日本、德国、丹麦，已开始重视污泥处理和资 源化问题，并努力将其培育成一种新兴产业，目前，全世界已有7 0 多个国 家，1 5 0 多个城市拥有污泥专门开发机构和收集处理工厂，年收集污泥6 5 0 0 万 吨( 干基) ，年创收达4 0 亿美元1 3 】。 第一章绪论 城市污泥虽然会造成污染，但采用合理的处理处置手段进行综合利用， 能达到污泥资源化。污泥经消化处理可利用其有效的生物能源：污泥中的有 机物分解产生的腐殖质可以改良土壤避免板结：而污泥中丰富的氮、磷、钾 等则是植物和农作物生长不可缺少的营养物；另外，干燥的污泥可产生1 6 6 5 2 0 9 3 兆焦t 的热能【4 】，是一种低热值的燃料；而且污泥灰份还可以可作 为建筑材料的原料等等。 因此，城市污水污泥的处理处置与污泥资源化的相结合，必将成为城市 污水污泥理想的最终出路。一个城市污水处理厂，污泥处理处置不当就不能 充分发挥它消除污染保护环境的作用，也就明显地削弱了污水处理厂的净化 功能。城市污水处理厂的污泥处理和资源化途径的探索及相关成套装备的开 发与产业化，将成为一项战略性工作，目前迫切需要加大投入，全面启动。 除了不断引进、吸收国外先进成熟的污水污泥处理新工艺和新技术外， 更为关键的是要对我国现有典型的污水处理厂污泥处理系统进行大量研究、 测定与分析，从我国国情出发，总结自己的经验，因地制宜地采用合理的污 泥处理工艺j 处置方式和设计参数，提高我国污泥的处理和处置水平。本文 主要以福州祥坂污水处理厂污泥处理系统为研究对象，在分析实际测定资料 的基础上，提出了福州市城市污水厂污泥的处理方案。 1 1 污泥的来源和性质及其对环境的影响 1 1 1 污泥的来源和分类 污水污泥( s e w a g es l u d g e ) 是各级污水处理过程中所产生的半固体沉淀 物质，是污水处理厂不可避免的产物。它是一种由有机物质残片、细菌菌体、 无机颗粒、胶体等组成的及其复杂的非均质体【5 】。废水的处理是由一系列物 理、化学和生物处理工艺过程组成的，主要包括： 沉淀( 使用或不使用化学絮凝剂) 、过滤、滤清； 2 笙= 至堑丝 通过微生物进行好氧和厌氧处理，产生有机复合物： - 生化脱氮和脱磷； - 消化处理并产生沼气。 在废水净化过程中，废水中的污染物经生化降解集中去除。生物处理可 将大部分有机污染物降解为水和气体( 好氧处理产生c 0 2 、0 2 ，厌氧处理产 生c h 4 为主的气体) ，但是仍有一部分污染物不能被完全降解，而是通过换 一种方式转移并集中到污泥中，如重金属及某些难降解有机物。 由于各类污泥的性质变化较大，不同的污泥其处理和处置也是不尽相同 的，因此分类是非常必要的。根据其来源，可以划分为如下几类： 一市政污泥( c i v i ls l u d g e ，也叫排水污泥s e w a g es l u d g e ，) ，主要指来自 污水厂的污泥，这是数量最大的一类污泥。此外，自来水厂的污泥也来自市 政设施，可以归入这一类； 一管网污泥，来自排水收集系统的污泥； 一河湖淤泥，来自江河、湖泊的淤泥； 一工业污泥，来自各种工业生产所产生的固体与水、油、化学污染、 有机质的混合物。 在非特指情况下，污泥一般指市政排水污泥即污水厂污泥。污水处理厂 的污泥根据处理的工艺级别不同，又可以分为以下几种： 初沉污泥( p r i m m y ) ：只经过初步物理- 化学处理后的污泥： 二沉污泥( s e c o n d a r y ) ：生物处理后的污泥； 三沉污泥( t e r t i a r y ) ：脱磷脱氮后的污泥； 根据污泥的性质，又可以区分为： 未消化生污泥( u n d i g e s t e d ) ； 消化污泥( d i g e s t e d ) ； 污泥的消化又有好氧与厌氧之分。各个级别的污泥的物理化学性质不 同，消化和未消化污泥的性质差别更大。很多后端处理工艺必须了解前端污 苎二空堕堡 泥的性质才能确定其处理方式。因污泥成分不同，末消化的市政污水污泥的 有机物含量可能占到干物质的6 0 - - 7 5 1 6 1 ，高效消化处理后减半。有机硝 酸盐是污泥中的主要有效成分，施用到土壤里，硝酸盐经生物降解可改善土 壤性质。 一般来讲，污泥最大的特点就是含水率高。污泥浓缩池出来的污泥含水 量一般在9 8 - - 9 9 ，流动性很强不利于后续处理和运输，在脱水车间进一 步添加高分子絮凝剂后，进行絮凝沉淀，然后再通过板框压滤机或者带式压 滤机压滤脱水，可以脱去大部分或一部分所谓的自由念水。形成我们所见到 的脱水污泥。脱水污泥流动性大大降低，这是因为其含水率一般降至7 5 一 8 5 7 1 。 工业污泥根据其来源，性质组成上有着非常大的差异。这些差异主要表 现在其粘度、吸湿性、污染物性质、含油率、含水率、有机质比例、无机物 比例等多方面。与市政污泥相比较而言，其粘度大、含油率高、无机物比例 高，有时使得其处理难度更高。来自化学、制药工业的污泥因其高浓度的污 染成份，必须妥善处置。来自石油、冶金、制革、发酵、食品、屠宰等行业 的污泥均可以分别处理并资源化。 通常的观点认为工业污泥和市政污泥混合处理是不明智的。因为大多数 的城市市政污泥成分类似，可以大规模集中处理降低处理成本，并且由于其 中重金属含量少，农用前景可观。但是工业污泥成分复杂，性质不尽相同， 处理难度大，若与城市污泥相混合，一方丽会大大增加处理成本，另一方面 也会带入各种工业污染! 功如重金属和有毒有机污染物等从而降低污泥的资 源化利用程度。 1 1 2 污泥的性质和特点 尽管污泥的成分与性质主要取决于污水处理厂的进水水质、工艺流程及 运行情况等因素，但是污泥大体由四个组分组成：颗粒态、生物絮凝态、胶 体及水溶态。其中生物絮凝体组成了污泥的绝大部分，占污泥总量的6 9 ， 4 第一章绪论 其次为颗粒态组分( 占2 3 ) ，两者构成了污泥的9 2 的组分，特别是生物絮 凝态，被称为污泥的活性库。污泥量占污水量的0 3 一0 5 ( 体积) 或为污 水处理量的1 一2 【”。 表1 1 是我国沈阳、杭州、北京、广州、天津、苏州、香港、深圳、太 原、无锡、常州、常熟、昆明等城市2 1 个污水处理厂污泥营养成分的调查 统计结果1 9 1 。 表1 - 1 我国2 1 个污水处理厂污泥中营养物质成分统计结果 ， 由表1 - 1 可知，我国污泥的有机质平均含量为3 7 1 8 、总氮、总磷、总 钾平均含量分别为3 0 3 、1 5 2 、0 6 9 ，均超过国家堆肥需要的养分标 准，所以污泥是很好的有机肥源。污泥中含有大量的n 、p 、k 、 c a 及有机质，而且n 、p 又以有机态为主，同时污泥中还有许多植物所必须 的微量元素，可以缓慢释放，具有长效性。因此，污泥作为一种生物资源， 是很好的土壤改良齐和肥料。 由于受到来源和生产日期影响，污泥成分差异较大，这与我国不同地区 生活水平和生活习惯有关。从长远来看，我国污水厂污泥中氮、磷的含量将 随着脱氮脱磷等二级污水处理工艺的增加而增加，这将有利于污泥土地利用 和堆肥处理。 1 1 3 污泥对环境的影响 污泥是废水处理过程中不可避免的一种副产物，由于含有大量的有机污 染物、重金属、病原体、病毒等，因而具有较强的污染性质。污泥如果处置 不当，其污染传播的途径是很广泛的。 堑二里丝丝 首先，污泥的含水率极高，除了一部分自然蒸发到空气中外，大部分将 渗入地表土层，并在雨水等的冲刷下进入地表水系统或影响地下水，污泥中 的污染物将沿着这两种途径进行传播。 其次，没有进行适当处理的污泥进入土壤环境中如农田以至菜地，这样 直接进入了人类的食物链将会威胁人体健康。 再次，污泥的数量庞大，如果仅仅填埋将占用大量宝贵的土地资源。此 外污泥散发恶臭严重影响周围空气质量，而且令人不快的形态不可避免会对 环境美感产生破坏。 污泥对环境的物理、化学和生物污染主要表现在以下几个方面。 1 1 3 1 细菌和微生物污染 在污水处理过程中，细菌及大部分寄生生物留存在污泥中，病毒可以吸 附在污水中的颗粒上，随颗粒的沉淀也沉积到污泥中。生污泥中病原菌的数 量每克以亿计，这些微生物包括：大肠菌、大肠粪菌、粪链球菌、噬菌体、 沙门氏菌、痢疾菌属、铜绿色极毛杆菌、寄生虫卵幼虫、蛔虫、鞭虫、群体 鞭虫、弓蛔虫、膜翅目幼虫、肠道病毒等【1 0 】。 新鲜污泥中检测得到的病原体多达千种，其中危害较大的是寄生虫。病 原体对人类或动物的污染途径大致有4 条：直接与污泥接触；通过食 物链与污泥直接接触而感染；水源被病原体污染；病原体首先污染了 土壤，然后污染水体。污泥农用引起的潜在疾病的流行，被认为主要与沙门 氏菌和绦虫卵有关【l l 】。 显然，污泥如果处置不当，进入人类的食物链，必然会导致疾病的传播。 1 1 3 2 污泥盐分污染 污泥含盐量较高，会明显提高土壤电导率，破坏植物养分平衡、抑制植 物对养分的吸收，甚至对植物根系造成直接的伤害，而且离子间的拮抗作用 会加速有效养分如n h 4 + 、n 0 3 、k + 等的淋失【1 2 。 1 1 3 3 氮磷等养分的污染 笙二翌堑丝 在降雨量较大地区的土质疏松土地上大量施用富含n 、p 等的污泥之后， 当有机物分解速度大于植物对n 、p 的吸收速度时，n 、p 等养分就有可能随 水流失而进入地表水体造成水体的富营养化，进入地下引起地下水的污染。 所以n 、p 等养分迁移对环境影响是一个需长期监测研究的工作。 1 1 3 4 有毒有害有机物污染 城市居民生活中的化工产品使用越来越广泛，这样某些有毒有害有机物 如苯、氯酚等将会越来越多地进入城市污水处理系统中。尽管目前国内外对 城市污泥中有机污染物的研究并不多，但是一些国家对农用城市污泥中有机 污染物的特征及其在农业环境中的行为、生态效应和调控措施等方面进行了 一定的研究。西方发达国家对污泥中有机污染物的浓度进行了一定的限制， 并对p c b s 、p c d d f s 等提出了一些限量建议，但是就我国而言，除苯并 ( a ) 芘制定了控制标准外，还未能制订出较完善的城市污泥有机污染物限 制标准 1 2 】。 1 i 3 5 重金属污染 在污水处理过程中，7 0 一9 0 的重金属元素通过吸附或沉淀而转移到 污泥中。一些重金属元素主要来源于工业排放的废水如镉、铬：一些重金属 来源于家庭生活的管道系统如铜、锌等重金属。重金属是限制污泥大规模土 地利用的重要因素，因为污泥施用于土壤后，重金属将积累于地表层。另外 重金属一般溶解度很小，性质较稳定，难去除，所以其潜在毒性易于在作物 和动物以及人类中积累。 重金属化合物对土壤的污染是半永久性的【1 3 l ，这就意味着土壤旦受到 重金属污染，是很难消除的。即使是植物必须的微量元素，如铜、铬、镉、 砷、锌等重金属元素在土壤中的含量，如果超过一定限度，也会对植物产生 毒害，成为土壤污染物。其中，镉和砷的毒性极大；汞、铅、镍是中等毒性： 硼、铜、锰、锌的毒性较低。所以在污泥利用前应对重金属做系统的分析和 检测，以免对土壤造成难以挽救的污染。 墨二空堕丝 重金属污染对土壤、作物及人类健康都带来极大的威胁。如果污水处理 厂的污泥所含的重金属超过农用标准的话，必须采用适当措施降低其中的重 金属含量，使其能够安全使用。a k a l v a 采用螯和的方法【1 4 1 ， n a m a s i v a y a m k 等采用酸化的方法【1 5 】，d c o u i l l a r d 【16 】等采用生物沥滤的方 法均对污泥中重金属的去除取得了较好的效果。 张学洪利用地叫 1 提取技术来去除污泥中的重金属，实验结果表明，采 用地电提取技术可以使污泥中的重金属发生迁移，并产生强烈的富集，利用 一定的接收装置可以部分提取出重金属，从而使有害重金属含量得以减少， 进而降低其危害性。 1 2 污泥的处理和处置方法 污泥的处理和处鼍主要有减量化、稳定化、资源化。污泥的处置指的是 给污泥一个最终的归宿：要么作为肥料施用到农田、绿化林地，成为土壤的 一部分；要么加以资源化利用，形成有用的材料，如铺路的渣土、水泥、制 砖等：要么填埋，未加任何利用，而且耗费土地资源。而任何不能达到最终 安置的过程，都仅仅算作处理。 对于脱水污泥的处理处置，通常采用的方法有污泥填埋、污泥焚烧、建材 利用及海洋倾倒，但是污泥的农用则是最具前途的资源化途径。 1 2 1 传统污泥处理处置方法及其弊端 1 2 1 1 污泥填埋 脱水泥饼直接填埋本身是对资源的严重浪费，此外。还可能对填埋场形 成诸多困难： 1 ) 填埋场一般是一层垃圾层覆土，然后进行碾压，以确保更好的空 间利用。污泥的高含水率、高粘度经常使得碾压机械打滑甚至深陷其中，给 填埋操作带来困难。 2 ) 污泥的流变性使得填埋体易变形和滑坡，成为人为的“沼泽地”，给 填埋场带来极大安全隐患。 3 ) 污泥的高含水率大大增加了填埋场渗滤液处理量，由于污泥细小， 经常堵塞渗滤液收集系统和排水管，加重了垃圾坝的承载负荷，给填埋场安 全和管理带来困难。而且清理收集系统的费用极为昂贵。 4 ) 填埋资源有限，必然导致填埋成本的上升。对于任何国家来说，将 城市周边的土地用于填埋，就是资源的损失。污泥这种物质显然不适合远途 运输至无人的荒漠地带，在人口稠密地区，土地资源的永久废弃的经济价值 问题已经突出地暴露出来。 一些城市的填埋场因为种种原因已经开始拒收污泥，这就是一个信号。 污泥可能占用的填埋场资源甚至比城市固体垃圾更多，关键在于其高含水率 性质，使得填埋场资源的利用效率降低。目前对于填埋处置的污泥已经有所 限制，这些限制包括污泥的含水率必须小于4 0 ；有机质含量低于3 0 等【1 8 l 。 考虑到污泥是一种资源，一些国家开始限制污泥的直接填埋，填埋成本 的上升，引发了人们深度处理污泥、减量和资源化的市场需求。 1 2 i 2 污泥焚烧处理 焚烧是利用污泥中有机成分高，具有一定热值的特点来处置污泥。以焚 烧为核心的污泥处理方法是比较彻底的处理方法，主要可分为两大类：一类 是脱水污泥直接送焚烧炉焚烧；另一类是将脱水污泥先干化再焚烧1 9 1 。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。 迅速地实现了无菌化和减量( 减少6 0 ) 的目的刚。但由于所需设备、能源及 操作费用所限，尚不具备推广应用的条件。而且由于污泥中含有大量的有机 物，燃烧时会产生大量的有害物质，如二恶英、二氧化硫、盐酸等气体容易 造成二次污染【2 ”。同时，形成的重金属的烟雾和污泥烧烬的污泥灰也有造成 二次污染的可能性，而且灰烬也没有好的方法进行利用。另外，焚烧还浪费 了污泥中的大量营养物质【2 2 1 。这些不利之处都限制了该种方法的广泛应用。 一般只有在其他处置方法由于环境或土地利用受到限制时才会采用。 兰二主些丝 污泥焚烧以日本、德国、奥地利等国占比例高，一般大型污水厂污泥通 过焚烧无害化，产生的热能可回收利用，污泥减容减量化程度很高，但焚烧 投资巨大，操作管理复杂，能耗和运行费均很高，近期内我国还不能全面推 广采用。 1 2 1 3 海洋倾倒 海洋倾倒操作简单、对于沿海城市来说其处理费用较低，但是，随着生 态环境意识的加强，人们越来越多地关注污泥海洋倾倒对海洋生态环境可能 存在的影响。美国于1 9 8 8 年已禁止污泥海洋倾倒，并于1 9 9 1 年全面加以禁 止。日本对污泥的海洋投弃作了严格的规定。中国政府于1 9 9 4 年初接受3 项国际协议，承诺于1 9 9 4 年2 月2 0 日起不再进行海上处置工业废物和污水 污泥。海洋倾倒在英国尤其流行，因为与其他方法相比，其费用相当低。但 是从1 9 9 8 年底，欧共体城市废水处理法令已经禁止其成员国向海洋倾倒污 泥 2 3 2 4 1 。 1 2 2 污泥的资源化利用途径 1 2 2 1 污泥的建材利用 污泥中除了有机物外往往还含有2 0 一3 0 的无机物，这些无机物大多 以硅、铁、铝、钙等的无机化合物形式存在。污泥的建材利用是一种能很好 利用这些无机物的资源化途径。污泥建材利用主要是作为辅料制造水泥、陶 粒、建筑砖。近年来日本成功地开发了用污泥焚化渣制造结晶石材，是一种 污泥高度减容、无害和资源化的代表性技术。 1 2 2 2 污泥低温热解制油技术 近年来，美、英、日等国对于污泥的资源化主要研究的是热解和液化法， 污泥低温热解技术是通过无氧加热污泥干燥至一定温度( 6 1 08 0 02 0 09 0 02 5 0 089 0 0 德国 5 - 1 08 0 0 2 0 09 0 02 0 0 06 - l o9 0 0 瑞典26 0 05 01 0 08 0 02 51 0 0 荷兰 1 2 57 53 8 2 2 53 0 0o 7 57 5 丹麦 o 8 01 0 0 03 01 2 04 0 0 0o 8 1 0 0 法国 4 02 0 0 01 0 01 6 0 02 0 02 0 2 0 0 0 南非 1 5 75 0 5 2 0 05 0 53 5 3 51 01 7 5 0 美国3 91 5 0 04 2 03 0 05 0 056 0 0 中国土壤p h 一6 5 2 05 0 02 0 01 0 0 01 0 0 01 51 0 0 0 污泥中有机污染物的研究工作已经在发达国家开展了很多年，我国对此 也有研究和报道，如北京高碑店污水处理厂的污泥中已经检测到3 5 种含氮 芳香族化合物，并有7 种已经定量化附】。但总体来讲，我国在这方面的研究 工作还不是很多。 t 4 堡二皇堕丝 莫测辉1 4 5 】等在水稻土上施用城市污泥及其堆肥盆栽通菜，应用g c m s 联机检测技术对植株中8 类共4 4 种有机污染物进行系统分析。结果表明， 通菜中检出2 8 种有机化合物，主要是邻苯二甲酸酯类、硝基苯类和多环芳 烃类化合物。各类污染物均以个别或少数化合物为主，其它化合物的含量低 得多或未检出。施用污泥的通菜中合机污染物的含量普遍较高，是空白对照 的数倍至数十倍，而旌用各种污泥堆肥的通菜中有机污染物的含量普遍较 低，甚至低于空白对照，尤其是施用污泥加牛粪堆肥的通菜中仅检出1 种有 机化合物因此，得出结论污泥直接施用可能导致作物中有机污染物的吸收 累积，需经适当的堆肥处理后施用才较为安全。 在污水污泥中有机污染物与重金属这两个领域的研究工作还有很多要 做，包括污泥中有机污染物和重金属的表现形式以及污泥处理过程中它们的 变化及对土壤一污泥系统的影响。这样才可以很好地解决污泥中污染物对环 境及人类健康造成的影响。然而，污泥质量根源于污水厂处理的污水的质量， 因此也要从污染源着手，降低进入城市污水的重金属及其它有毒物质的浓 度，即必须使排入城市污水管道的工业废水水质符合污水排入城市下水道 水质标准( c j l 8 - 8 6 ) 。 2 ) 污泥农用的施用量控制 污水污泥的农业利用，不仅可以消除污泥对环境的污染，也可使其资源 化而提高作物产量。但是，不合理的施用污泥，很可能导致土壤中重金属元 素的积累，造成土壤资源的污染和危窖人类的健康。一般来说某块农田适用 污泥数量有一定限度，当达到这一限度时，污泥的农用就应停止一段时间后 再继续进行。因此，许多政府颁布了农用污泥重金属浓度标准、土壤中重金 属浓度标准和严格的无害化要求，并对单位面积土地污泥的应用量也有严格 的限制。各国对污泥旌用量限制见表1 5 e 4 6 1 。 筇一章绪论 表1 5 污泥施用量限制 我国规定施用符合污染物控制标准的农用污泥每年不得超过3 0 t h _ r n 2 ，且 连续施用不得超过2 0 年( g b4 2 8 4 8 4 ) 。具体的污泥施用量应在调查研究的基 础上，根据气候条件、地理环境、作物种类及壤同化能力制定适合本地区 特点的污泥施用额定负荷量，以确保污泥的农田施用安全。蔡全英【4 7 】等采用 盆栽试验方法，探讨了不同性质土壤和不同施肥量对通菜和萝h 作物生长和 产量的影响。结果表明：污泥施用量过高( 达4 ) 时，会抑制萝h 幼苗的生长 和地下部的膨大，且随污泥施用量的增加( 1 一2 一4 ) ，萝b 地上部和地 下部产量呈降低的趋势。考虑到作物幼苗生长和品质，污泥最适施肥量是干 土重1 左右，而不宜达到干土重4 或更高。 1 2 4 国内外污泥处理处置现状及展望 翌二至堕丝 各国根据其地理环境和土地资源状况。制订有不同的方针。据美国环保 署估计，美国1 5 3 0 0 个城市污水处理厂中，年产干固体污泥7 6 9 万吨，4 5 的污泥用于农林业，2 1 进行填埋，3 0 用于投弃海洋。焚烧法由于能耗高， 所以只占3 。 欧共体将污泥解释为一种资源，因此其导引要求各国从资源利用的角度 去鼓励农用，限制填埋，鼓励一切形式的能源利用。各国根据自身的地理条 件，采取的政策多有不同。原西德年产干污泥约2 0 0 万吨，农田利用占3 2 ， 填埋占5 9 ，焚烧占8 。意大利旅游资源极为重要，限制焚烧，鼓励减量， 因此多为干化( 超过3 0 ) 后填埋或做建材，农用部分相对比例较小。法国、西 班牙都在积极推行干化减量和鼓励农用的政策。总的来看，意大利的环境政 策倾向保守，其原因可能在于意大利先于其它欧洲国家，有过惨痛的环境灾 难和教训( 塞维索的二恶英污染事故) 。此外，作为欧洲最重要的旅游资源 地，每年有超过3 0 0 0 万的备国游客来意大利度假，她同时也是世界上最主 要的美食输出国，因此公众舆论对环境问题极为敏感。 日本5 5 的污泥进行焚烧，3 5 的污泥进行填埋，约9 的污泥进行农 田利用。 我国城市污水处理厂污泥处理起步较晚，在已建成4 0 0 多座城市污水处 理厂中，采用污泥中温消化技术的污水处理厂仅占2 5 ，仍有6 0 的污水处 理厂对污泥的处理仅仅采用简单原始的污泥浓缩脱水工艺，另外还有小部分 采用好氧消化和污泥自然干化处理。与国外先进国家相比，污泥处理和处置 还有一定差距。我国大多数较早建设的污水处理厂没有完善的污泥处理系 统，新建较大型污水处理厂虽然一般都有比较完善的污泥处理工艺，但真正 完全投入运行且运行情况良好的还不多，利用污泥消化产生的沼气发电的更 少。究其原因，一方面是我国经济实力所限，另一方面是我国污泥处理起步 较晚，缺乏设计及运行经验。目前大量未经稳定处理的污泥没有正常出路， 不但成为污水处理厂的沉重负担，而且污泥的任意排放和堆放对周围环境又 塑二壁堕丝 造成新的污染已经触目惊心，导致建成的污水处理厂对环境的净化作用达不 到预期效果。即使有的城市污水处理厂建有污泥消化池，然而处理后的消化 污泥，未经任何无害化处置，只经简单的脱水后就直接用于农业，污染程度 虽然比上一种情况较轻，但重金属和有毒有机污染物和病原体等指标仍不符 合农用污泥的标准而对环境造成二次污染。 按照我国的城市人口基数，既便只有1 亿人口的污水被处理，每天也将 产生2 5 0 0 0 吨含固率2 0 的污泥泥饼，这部分泥饼如果按照最高2 米来堆放， 每年需要6 0 0 个国际标准足球场。对于城市来说，周边土地资源已经难以满 足需要。因此污泥的合理