（环境工程专业论文）剩余污泥的电离辐射处理研究.pdf

东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 己经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：掷札枫 日期：诩i 年3 月h 东华大学学位论文版权使用授权书 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，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本版权书。 不保密哦 学位论文作者签名：郑忆枫 日期：为j f 年歹月f 日 指导教师签名：俐 日期：沙1 1 年，月1 日 焘煮黛 剩余污泥的电离辐射处理研究 剩余污泥的电离辐射处理研究1 摘要 开发高效、经济、可操作性强的剩余污泥处理工艺，使污泥减量化和无害化， 是解决剩余污泥问题的关键，并已成为环境治理研究领域非常紧迫的问题之一。 本文以城市污水处理厂剩余污泥为研究对象，分别采用6 0 c o 源和电子束装置对 剩余污泥进行辐照，通过可溶性化学需氧量( s c o d ) 、污泥上清液u v - v i s 光谱、 总氮( t n ) 、污泥内源呼吸耗氧速率( o u r ) 、污泥悬浮固体浓度( m l s s ) 矛1 3 污泥z e t a 电位等指标探讨了高能辐射对污泥产生的影响。 实验表明：6 0 c o 源辐照处理后，与未辐照样品相比，辐照后污泥上清液在 2 4 0 n m 一3 0 0 n m 波段出现新吸收带。同一含水率下，污泥的s c o d 和t n 均随辐 照剂量的提高而不断增加；同一辐照剂量下，污泥含水率越低，其s c o d 和t n 增幅越大；经2 0 k g y 辐照后，含水率9 9 、9 7 、9 6 和9 0 污泥的s c o d 均 从不足1 0 0 m g l 分别增至3 4 8m g l 、l1 2 0m g l 、17 7 4m g l 和2 0 5 0m g l ；原污 泥t n 均不足1 0 m g l ，经3 0 k g y 辐照后，含水率9 9 、9 7 和9 0 污泥t n 分别 增至4 1 9 5 m g l 、7 2 9 9 m g l 和9 4 m g l 。内源呼吸o u r 均随着辐照剂量的升高 而迅速降低，3 0 k g y 时均接近0 ，说明污泥微生物在辐照下被大量灭活。污泥 m l s s 随着辐照剂量的升高而不断减小，含水率9 9 、9 7 、9 6 和9 0 的污泥 m l s s 在辐照剂量达到3 0 k g y 时分别减小了2 4 9 l 、3 7g l 、6 7g l 和9 2g l 。 各含水率的污泥z e t a 电位随着辐照剂量的升高都有升高趋势。 电子束辐照污泥后，污泥上清液的s c o d 、t n 和u v - v i s 吸收光谱强度有相 同的变化趋势：同一污泥厚度下含水率9 9 ，9 7 和9 0 污泥上清液的s c o d 、 t n 和u v - v i s 吸收光谱强度均随辐照剂量提高而增加；同一辐照剂量下，污泥上 清液的s c o d 、7 i n 和u w - v i s 吸收光谱强度均随污泥厚度0 5 c m 、0 3 c m 和1 0 c m 依次下降：含水率越低，污泥s c o d 和t n 增幅越大。各含水率污泥内源呼吸 基金项日：上海市科委基础研究重点科技项日( n o 0 9 j c l 4 1 6 9 0 0 ) 。 i 东华大学硕士学位论文 o u r 在同一污泥厚度下均随辐照剂量提高而降低；同一辐照剂量下，均随污泥 厚度1 0 c m 、o 3 c m 和o 5 c m 依次下降，含水率越低，污泥内源呼吸o u r 降幅越 大，污泥含水率为9 7 时，辐照剂量达到2 0 k g y 时，厚度为0 3 c m 、o 5 c m 、1 0 c m 的污泥m l s s 分别下降了7 0 9 l 、7 5 9 l 和6 5 9 l ，而当含水率为9 0 时，污泥 m l s s 分别下降了9 7 9 l 、1 0 2 9 l 和7 9 9 l ，原污泥m l s s 总量降低了2 0 以 上。在同一污泥厚度下，随着辐照剂量的升高，不同的含水率污泥m l s s 均不断 减少，而含水率越低，其m l s s 降幅越大。相同污泥厚度下，各含水率污泥z e t a 电位随着辐照剂量的升高而有升高的趋势，到2 0 k g y 时，含水率为9 9 矛n9 7 的污泥z e t a 电位分别升高了2 3 6 m v 和2 0 4 m v ；而在不同污泥厚度下，随着辐 照剂量的提高，z e t a 电位有从负值增加趋向零值的趋势，辐照剂量为2 0 k g y ，厚 度为o 3 c m 、0 5 c m 、1 0 c m 时含水率9 7 污泥的z e t a 电位分别上升了4 1 6 m v 、 2 0 4 m v 和4 5 9 m v 。 由实验结果可知，电离辐射处理污泥可以对污泥起到很好的处理作用，也有 利于污泥的后续处理与处置。 关键词：剩余污泥；电离辐射；辐照剂量；含水率；可溶性化学需氧量 蓉零戈学 a o , 亡t w j i i a ：；精l v 魏r s r r v 剩余污泥的电离辐射处理研究 s t u d yo ni o n i z i n gr a d i a t l 0 nt r e a t m e n to f r e s i d u a ls l u d g e a bs t r a c t r e d u c i n ga n dd e t o x i f y i n gs l u d g e ，w h i c hi so p e r a t e db yd e v e l o p m e n to fe f f i c i e n t ， e c o n o m i c ，a n do p e r a b l es l u d g et r e a t m e n tp r o c e s s ，i st h ek e ye l e m e n tt os o l v et h e p r o b l e mo fe x c e s ss l u d g e ，a n di th a sb e c o m eo n eo ft h ev e r yp r e s s i n gi s s u e so f e n v i r o n m e n t a lc o n t r o l i nc h i n a t h e ? - r a ya n de l e c t r o nb e a mr a d i a t i o ne f f e c t so nr e s i d u a ls l u d g ei nm u n i c i p a l w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tw i t hd i f f e r e n tm o i s t u r ec o n t e n tw e r es t u d i e db ym e a s u r i n g s o l u b l ec o d ( s c o d ) ，u v - v i ss p e c t r a ，t o t a ln i t r o g e n ( t n ) ，e n d o g e n o u sr e s p i r a t i o n o x y g e nu p t a k er a t e ( o u r ) ，m i x e dl i q u o rs u s p e n d e ds o l i d ( m l s s ) ，a n dz e t ap o t e n t i a l t h er e s u l t ss h o wt h a tan e wa b s o r p t i o nb a n dn e a r2 4 0 n m 3 0 0 n mf o ra l l i r r a d i a t e ds a m p l e si n d i c a t e dt h a tc e l l u l a rc o m p o n e n t so ft h es l u d g ew e r eb r o k e nt o s m a l l e rm o l e c u l e s s c o da n dt nc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n g r a d i a t i o nd o s ea f t e ry - r a yi r r a d i a t i o n ，a n dm o r es c o d ，t nw e r eg e n e r a t e db ys l u d g e w i t hl o w e rm o i s t u r ec o n t e n t w i t ha l lt h eo r i g i n a ls c o dl e s st h a n10 0 m g l ，s c o d w a si n c r e a s e dt o3 4 8 ，112 0 ，17 7 4a n d2 0 5 0m g la f t e r2 0 k g yi r r a d i a t i o nw i t ht h e m o i s t u r ec o n t e n to f9 9 ，9 7 ，9 6 a n d9 0 ，r e s p e c t i v e l y t ni n c r e a s e df r o mt h e o r i g i n a lt no fl e s st h a n1 0 m g l t o4 1 9 5 ，7 2 9 9a n d9 4m g la f t e r3 0 k g yi r r a d i a t i o n w i t ht h em o i s t u r ec o n t e n to f9 9 ，9 7 ，a n d9 0 ，r e s p e c t i v e l y e n d o g e n o u sr e s p i r a t i o n o x y g e nu p t a k er a t e ( o u r ) o ft h e i r r a d i a t e ds l u d g ed e c r e a s e dr a p i d l yw i t ht h e i n c r e a s i n go fr a d i a t i o nd o s e ，a n dw e r ea l ln e a r0a f t e r3 0 k g yr a d i a t i o nf o rs l u d g ew i t h m o i s t u r ec o n t e n to f9 9 9 7 a n d9 0 w h i c hs h o w e dt h a tt h em a j o r i t yo ft h e m i c r o o r g a n i s m si nt h er e s i d u a ls l u d g ew e r ek i l l e db yy - r a y w i t ht h ei n c r e a s i n go f t h e r a d i a t i o nd o s e z e t ap o t e n t i a ls h o w e da ni n c r e a s i n gt e n d e n c y ，w h i l em l s sd e c r e a s e d t l t 东华大学硕士学位论文 d u et ot h el y s i so fs l u d g em i c r o o r g a n i s m s w h e nt h er a d i a t i o nd o s ew e n tu pt o3 0 k g y , m l s sd e c r e a s e d2 4 9 l 、3 7g l 、6 7g l a n d9 2g l t h er e s u l t ss h o w e dt h a ts c o d ，t na n du v - v i sa b s o r p t i o nh a dt h es i m i l a rt r e n d a f t e rt h ee l e c t r o nb e a mi r r a d i a t i o n f o rs l u d g ew i t hm o i s t u r ec o n t e n to f9 9 ，9 7 a n d 9 0 ，s c o d ，t na n du v - v i sa b s o r p t i o na l li n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go ft h e r a d i a t i o nd o s e ，m o r es c o d ，t nw e r eg e n e r a t e db ys l u d g ew i t hl o w e rm o i s t u r e c o n t e n t a n dt h e ya l ld e c r e a s e dw i t ht h es l u d g et h i c k n e s so f0 5 c m ，0 3 c ma n d1 0 c m ， r e s p e c t i v e l y e n d o g e n o u sr e s p i r a t i o no u ro ft h ei r r a d i a t e ds l u d g ed e c r e a s e dw i t h i n c r e a s e di r r a d i a t i o nd o s e ，a n dd e c r e a s e dw i t ht h es l u d g et h i c k n e s so fo 5 c m ，0 3 c m a n d1 0 c mu n d e rt h es a m er a d i a t i o nd o s e w h e nt h em o i s t u r ec o n t e n to fs l u d g ew a s 9 7 ，m l s sd e c r e a s e d7 0 9 l ，7 5g la n d6 5 9 la f t e r2 0 k g yr a d i a t i o nw i t ht h e s l u d g et h i c k n e s so fo 3 c m ，o 5 c ma n d1 0 c m ，r e s p e c t i v e l y , a n dm l s sd e c r e a s e d 7 7 9 m ，10 2g la n d7 9 9 lw h e nt h em o i s t u r ec o n t e n to fs l u d g ew a s9 0 z e t a p o t e n t i a ls h o w e da ni n c r e a s i n gt e n d e n c yw i t ht h ei n c r e a s i n go f t h er a d i a t i o nd o s e ，z e t a p o t e n t i a li n c r e a s e d2 3 6m va n d2 0 4m va f t e r2 0 k g yi r r a d i a t i o nw i t ht h em o i s t u r e c o n t e n to f9 9 a n d9 7 a n dz e t ap o t e n t i a lh a dat r e n dt h a ti n c r e a s e df r o mt h e n e g a t i v et oz e r ow i t hd i f f e r e n ts l u d g et h i c k n e s s ，w h e nt h em o i s t u r ec o n t e n to fs l u d g e w a s9 7 ，i ti n c r e a s e d4 1 6 m v ，2 0 4 m va n d4 5 9 m va f t e r2 0 k g yi r r a d i a t i o nw i t ht h e s l u d g et h i c k n e s so f0 5 c m ，0 3 c ma n d1 0 c m ，r e s p e c t i v e l y a c c o r d i n gt oe x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，s l u d g et r e a t m e n tt h r o u g hi o n i z i n gr a d i a t i o n i m p r o v e st r e a t m e n te f f e c t ，i tc a na l s oh e l p si ns u b s e q u e n td i s p o s a lo fs l u d g e k e yw o r d s ：r e s i d u a l s l u d g e ； m o i s t u r ec o n t e n t ；s c o d z h e n gy i f e n g ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yw a n gy o n g h u i i o n i z i n gr a d i a t i o n ；r a d i a t i o nd o s e ； 1 v 魏董熊剩余污泥的电离辐射处理研究 目录 摘要i a b s t r a c t 一i i i 第一章 绪论1 1 1 概述一l 1 2 剩余污泥处理和处置一2 1 2 1 污泥处理目的2 1 2 2 污泥处理方法简介2 1 2 3 污泥处置方法简介4 1 3 电离辐射技术及其环境治理研究6 1 3 1 电离辐射源介绍6 1 3 2 电离辐射技术基本原理7 1 3 3 电离辐射技术在环境治理中的研究进展9 1 4 电离辐射技术处理剩余污泥研究进展1 0 1 4 1电离辐射对污泥脱水和生化性能的影响11 1 4 2 电离辐射对有害微生物的杀灭1 2 1 4 3 电离辐射对污泥中有害有机物的降解13 1 4 4 电离辐射辐照污泥的农用1 3 1 4 5 治理污泥的工程实践1 4 1 5 研究目的和研究内容15 第二章实验材料与分析方法l7 2 1 污泥来源和预处理17 2 2实验试剂17 2 3 实验仪器设备1 7 2 4 实验方法18 2 4 1 辐照方法18 2 4 2 紫外灯模拟实验1 9 2 4 3 污泥v 射线辐照后好氧消化实验2 0 2 5 分析方法2 0 东华大学硕士学位论文 2 5 1 污泥含水率测定方法2 0 2 5 2 污泥悬浮固体浓度测定方法2 0 2 5 3污泥z e t a 电位测定方法2l 2 5 4 污泥可溶性化学需氧量测定一2 l 2 5 5 污泥总氮测定方法一2 1 2 5 6 污泥上清液u v - v i s 光谱分析2 2 2 5 7 污泥内源呼吸耗氧速率( o u r ) 测定方法2 2 2 5 8 污泥离心脱水性能分析方法一2 3 第三章y 射线辐照剩余污泥实验2 5 3 1 丫射线辐照对污泥s c o d 的影响2 5 3 1 1辐照剂量和含水率对s c o d 的影响2 5 3 1 2 酸碱预处理对s c o d 的影响2 6 3 2 丫射线辐照对污泥t n 的影响一2 8 3 3y 射线辐照后污泥上清液u v - v i s 光谱分析2 9 3 4v 射线辐照对污泥o u r 的影响31 3 5 丫射线辐照对污泥m l s s 的影响：3 3 3 61 ，射线辐照对污泥z e t a 电位的影响3 4 3 7v 射线辐照对污泥离心脱水性能的影响3 5 3 8 1 ，射线辐照污泥好氧消化实验3 7 3 8 1辐照污泥好氧消化对s c o d 的影响3 7 3 8 2 辐照污泥好氧消化对污泥s s 的影响3 8 3 8 3 辐照污泥好氧消化对z e t a 电位的影响3 9 3 9 紫外灯模拟实验3 9 3 9 1 通气条件和光照时间对污泥s c o d 的影响3 9 3 9 2 不同光照条件下污泥上清液u v - v i s 光谱4 l 3 1 0 本章小结4 4 第四章电子束辐照剩余污泥实验4 7 4 1 电子束辐照对污泥s c o d 的影响4 7 4 1 1 辐照剂量和含水率对污泥s c o d 的影响4 7 4 1 2 辐照剂量和污泥厚度对污泥s c o d 的影响4 9 4 2 电子束辐照对污泥t n 的影响5 0 4 2 1 辐照剂量和含水率对污泥t n 的影响5 0 4 2 2 辐照剂量和污泥厚度对污泥t n 的影响51 4 3电子束辐照后污泥上清液u v - v i s 光潜分析5 2 赫。黛 剩余污泥的电离辐射处理研究 4 4 电子束辐照对污泥o u r 的影响5 6 4 4 1含水率对污泥o u r 的影响5 6 4 4 2 污泥厚度对污泥o u r 的影响5 7 4 5 电子束辐照对污泥m l s s 的影响5 8 4 5 。1 含水率对污泥m l s s 的影响5 8 4 5 2 污泥厚度对污泥m l s s 的影响5 9 4 6 电子束辐照对污泥z e t a 电位的影响6 0 4 6 1 含水率对污泥z e t a 电位的影响6 0 4 6 2 污泥厚度对污泥z e t a 电位的影响，6 l 4 7 本章小结6 l 第五章结论与建议6 3 5 1 结论6 3 5 2 建议6 4 参考文献6 5 攻读硕士期间所发表的论文7 0 致谢7 1 惫曩黛 剩余污泥的电离辐射处理研究 1 1 概述 第一章绪论 随着经济社会的高速发展，生产、生活用水量不断增加，产生的工业废水和 生活污水也迅速增加。为改善生态环境，促进水资源的可持续利用，我国城市污 水处理厂的处理量和处理率逐年提高。城市污水处理厂普遍采用普通活性污泥 法、氧化沟法、间歇式活性污泥法等微生物处理方法。因此，在污水处理过程中， 产生大量的剩余污泥，污泥量占污水处理量的o 3 0 5 ( 体积) 或l 2 ( 质量) ； 如果进行深度处理，污泥量会增加0 5 1 。据环境保护部最新统计，截至2 0 0 8 年全国城镇累计建成污水处理厂1 6 9 2 座，总处理能力达到9 0 7 9 万吨天，全年 共处理废水2 3 7 3 亿吨，据此估算，2 0 0 8 年全国产生污泥约1 7 8 0 万吨( 8 0 含 水率泥饼) 。 污泥成分复杂，它是由多种微生物形成的茵胶团与其吸附的有机物和无机物 组成的集合体，除含有大量的水分外( 可高达9 9 以上) ，还含有难降解的有机物、 重金属( 砷、铬、锡、铜、铅、汞、铝、镍、硒和锌) 1 】、少量的致病微生物( 致 病细菌、病原体、寄生虫、有害昆虫卵等) ，以及一般的耗氧性有机物和植物养 分、p 、k ) 等。剩余污泥在堆放和填埋过程中会散发恶臭，严重影响周边环境 卫生状况【2 1 。污泥中的重金属和毒性有机物可以通过生态系统中的食物链迁移富 集，对生态环境和人体健康产生长期潜在的危害。除此之外，如污泥不加稳定处 理而任意排放到水体中，污泥中的有机物将大量消耗水体中的氧，造成水体水质 恶化，严重影响水生生物的生存；污泥中的营养物质可能会造成水体富营养化， 促使藻类恶性繁殖，造成水体赤潮和绿潮现象，不仅使城市水源水质恶化，影响 生活用水和工农业用水，还将使渔业产量下降，造成巨大的经济损失【3 】。 因此，我国政府对剩余污泥处理非常重视，2 0 0 3 年7 月1 日开始正式实施 的城镇污水处理厂污染物排放标准f g bl8 9 18 - 2 0 0 2 ) ，对污泥稳定化和污泥农 用都规定了明确的指标。2 0 1 0 年3 月2 日，为推动城镇污水处理厂污泥处理处 置污染防治技术进步，国家环境保护部组织制定了城镇污水处理厂污泥处理处 置污染防治最佳可行技术指南( 试行) 。3 月2 6 日，围家环境保护部又发布了城 镇污水处理厂污泥处理处置技术规范( 征求意见稿) 。 1 东华大学硕士学位论文 对剩余污泥的有效治理，既关系到污水处理厂的正常运行，也关系到整个城 市的形象及城市周边环境的改善。开发高效、经济、可操作性强的剩余污泥处理 工艺，使污泥减量化和无害化，是解决剩余污泥问题的关键，并已成为环境治理 研究领域非常紧迫的问题之一。 1 2 剩余污泥处理和处置 根据城镇污水处理厂污泥处理处置技术规范的定义，污泥处理是指对污 泥进行稳定化、减量化和无害化处理的过程，一般包括浓缩、调理、脱水、消化、 堆肥和干化等。而污泥处置是指经处理后的污泥或污泥产品以自然或人工方式使 污泥能够达到长期稳定并对生态环境无不良影响的最终消纳方式，一般包括土地 利用、污泥农用、填埋、建筑材料利用和焚烧等。 一种有效的处理与处置技术，应当注重环境效益与经济效益的均衡，满足人 类社会的可持续发展的需要。将来的污泥处理技术必须具有较好的资源性、经济 性，即尽量少的消耗能源、少占用土地和减少二次污染物的排放等。 1 2 1 污泥处理目的 污泥处理目的主要有四个：一是稳定化，通过处理使污泥稳定化，最终处置 后不再产生污泥的进一步降解，从而避免产生二次污染；二是无害化，达到污 泥的无害化与卫生化，去除重金属或杀灭寄生虫卵和病原微生物；三是减量化， 减少污泥最终处置的体积，降低污泥处理及最终处置费用；四是资源化和最终处 置，在处理污泥的同时实现化害为利、循环利用、保护环境的目的。 1 2 2 污泥处理方法简介 1 2 2 1 污泥浓缩 污泥浓缩脱水的主要对象是问隙水，它占污泥含水总量的6 5 8 5 。因此， 浓缩是减少污泥体积最经济有效的方法。目前，污泥浓缩方法有：重力浓缩、气 浮浓缩、离心浓缩和水力旋流浓缩。污泥中的固体物质主要为胶质，有复杂的结 构，l = j 水的亲和力很强，含水率很高，二沉池回流污泥含水率一般为9 7 9 9 ， 经重力浓缩后含水率仍然高达9 4 9 6 。 1 2 2 2 污泥调理 为了提高污泥浓缩和脱水效率，可以采用多种方法改变污泥的理化性质。 艨。熊剩余污泥的电离辐射处理研究 ( i ) 物理调理 泛指各种通过外加能量或应力以改变污泥性质的方法，如冷冻融化处理、加 热加压处理、超声波处理、电离辐射处理等。其中超声波是近年研究较多的。超 声波能够破解污泥絮体物，改善污泥的脱水性能和生物降解性。超声波还可促进 污泥中可利用的氮、磷量的增加，有利于污泥资源化 5 。6 】。但目前有关超声波降 解污泥多停留在实验室研究阶段，超声波降解预处理改善污泥厌氧消化性能的研 究已经引起了广泛关注，但目前仍存在处理量小、费用高的问题。 电离辐射是指各种能够使物质分子或原子电离的辐射，在环境治理中主要指 y 射线和高能电子束。关于电离辐射用于环境治理的具体内容将在1 3 和1 4 节 详述。 ( 2 ) 化学调理 污泥的化学调理即通过添加适量的絮凝剂、助凝剂等化学药剂改变悬浮溶液 中胶体表面电荷或立体结构；克服粒子间的斥力，并以搅拌等外力使其相互碰撞， 污泥颗粒絮凝成团而发生沉淀，达到去稳定化的效果；胶体表面积大幅降低，表 面与内部的水分分布也发生改变，减少了水分的吸附，从而改善污泥脱水性能。 采用的方法如添加有机高分子絮凝剂、添加无机金属盐类絮凝剂、臭氧曝气、改 变离子强度、改变酸碱值等 5 , 7 1 。 1 2 2 3 机械脱水 污泥经机械脱水可进一步降低含水率，减少污泥的体积，经脱水后的污泥含 水率一般可降至7 0 8 0 。目前常用的机械脱水设备有真空过滤机、板框压滤 机、带式压滤机和离心机等。机械脱水主要是去除污泥颗粒间的毛细水和颗粒表 面吸附水，故其脱水效果取决于污泥的预处理方式。 1 2 2 4 污泥消化 ( 1 ) 好氧消化 好氧消化即对污泥进行较长时问的曝气，使污泥中微生物处于内源呼吸阶段 进行自身氧化，因此微生物机体的可生物降解部分被氧化去除。其优点是污泥中 可生物降解有机物的降解程度高；清液b o d 浓度低，消化污泥量少；消化污泥 的肥分高，易被植物吸收；好氧消化池运行管理方便，构筑物基建费用低等。因 此，特别适合于中小污水处理厂的污泥处理。但好氧消化系统不能回收沼气；污 泥有机物分解程度随温度波动大；消化污泥进行重力浓缩时，上清液s s 浓度高。 ( 2 ) 厌氧消化 厌氧消化分为水解产酸和厌氧发酵产气两个阶段，可以减少污泥体积、稳定 污泥性质、提高污泥脱水效果、减少污泥恶臭。污泥在厌氧消化过程中，产生的 甲烷菌具有很强的抗菌作用，可杀死人部分病原微生物。污泥厌氧消化系统由于 1 东华大学硕士学位论文 投资和运行费用相对较省、工艺条件( 污泥温度) 稳定、可回收能源( 污泥气综 合利用) 、占地较小等原因，采用比较广泛；但工艺过程的危险性较大，消化污 泥的含水率仍然很高，还需进一步脱水【9 1 。 1 2 2 5 污泥堆肥 堆肥是利用自然界广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物，有控制的促进 可生物降解的有机物向稳定的类腐殖质生化转化的微生物学过程，是处理剩余污 泥并使之实现资源化的一种重要技术。污泥经堆肥后，体积一般降为原来的 5 0 7 0 。堆肥按需氧程度一般分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。堆肥可使污泥稳 定化，并能在高温发酵时杀灭致病菌，其最终产物还能作为肥料或土壤调节剂， 使有机物循环再利用。但是堆肥也有占地面积大，堆肥周期长，重金属含量高， 易产生臭气等问题【1 0 1 。 1 2 2 6 污泥干化 污泥干化是在机械脱水后，对污泥进行的深度脱水至含水率1 0 5 0 。干 化污泥由于含水率低，相对稳定，微生物和病菌大大减少，可用作肥料、土壤改 良剂以及替代能源等。污泥干化技术主要有热干化、太阳能干化、微波加热干化、 超声波干化以及热泵干化等，目前应用最广泛也是最成熟的是热干化技术【1 l 】。 1 2 3 污泥处置方法简介 1 2 3 1 土地利用 土地利用包括林地和市政绿化的利用以及用于严重扰动土地的修复与重建。 污泥中含有植物生长所需的有机物和氮、磷等营养元素以及必需的微量元素。污 泥还可改善土壤结构，是一种较好的土壤改良剂【1 2 】。污泥土地利用投资少、能耗 低、运行费用低。对于我国这样一个发展中的农、林业大国，污泥的土地利用( 不 包括污泥农用) 是一个重要的途径。但是，污泥中含有一定量致病微生物、有机 污染物和重金属，因此污泥必须先经稳定化和无害化处理；而且土地利用因生产 周期长、占用土地多、臭气会对周边环境造成影响，对于城市区域限制较多。 1 2 3 2 污泥农用 污泥农用的主要途径有农田施用、林地施用、研制复合肥以及作为土壤改良 剂等 13 | ，用来改良贫瘠的土壤结构，提高土壤肥力，促进作物生长。但是污泥中 含有重金属、寄牛虫和有机污染物等，其农用可能污染土壤和地下水，并可能使 污染物在植物体内蓄积，通过食物链到达人体，所以存在一定的安伞性问题。 1 2 3 3 污泥填埋 卫牛填埋是使用历史最久，也是目前我国多数污水处理厂污泥处置的主要方 麟。黛剩余污泥的电离辐射处理研究 法。污泥消化后经脱水填埋，是一种比较经济的处理方式，其操作要求与垃圾填 埋相似。其优点是能将污泥和其他固体废弃物一起处理，不需要高度脱水或自然 干化，操作费用较其他处置费用低。其缺点是污泥填埋对场址的要求较高，随着 污泥量的增加，大面积选址更加困难，特别是在人口稠密的国家【l2 i 。同时填埋并 未最终避免环境污染，而只是延缓了污染产生的时间，例如有害成分的渗漏可能 会对地下水造成污染，填埋场废气排放会影响周边环境等，这都决定了填埋处理 不是可以长久依赖的污泥处置方法。 1 2 3 4 建筑材料利用 由于污泥无机部分含有较多s i 0 2 和a 1 2 0 3 等，可以调整到与粘土相近，因 此污泥经过处理后可用来生产一些建材而进行利用，例如制造砖块、水泥、陶粒、 玻璃、生化纤维板等。污泥制砖既可用干化污泥直接制砖，也可用污泥焚烧后的 灰渣进行制砖【1 4 】。污泥的建筑材料利用，不仅可以减少污泥填埋所占用的土地， 减少自然资源消耗，而且可以使资源得到循环利用，变废为宝。但是，在使用时 要注意污泥中是否含有对人体有害的物质，是否容易造成二次污染。倘若存在以 上问题，则不能使用或采取相应措施处理处置后再利用。 1 2 3 5 污泥焚烧 污泥焚烧是使污泥中的碳水化合物转变成二氧化碳和水，同时在高温中杀灭 细菌、病毒，回收焚烧过程中产生的热能( 发电) ，是一种彻底处置污泥的方法。 目前采用直接焚烧和利用工业焚烧炉窑进行污泥无害化处置的技术已经成熟。焚 烧灰具有吸水性、凝固性，可用于改良土壤、筑路等，也可用来制作砖瓦和陶瓷。 污泥焚烧后污泥无机部分的化学特性与水泥生产所用的原料基本相似，燃烧后的 残渣可以成为水泥熟料的一部分 1 5 。但是该方法的缺点是投资、耗热量和操作费 用较高；在焚烧过程中产生的飞灰、炉渣和烟气、臭气等难以处理，易对环境造 成二次污染。 1 2 3 6 低温热解制取可燃物 污泥低温热解是一种发展中的能量回收型污泥热化学处理技术。在催化剂的 作用下，无氧加热干燥污泥至一定温度( 1 5 ) 和浓缩污泥( 含固率2 4 3 2 ) 厌氧消化性能的影响， 表明：辐照( o 1 0 k g y ) 后，水相中的s c o d 、蛋白质、糖类和挥发性脂肪酸都大 幅增加，而且辐照后放置2 4 h ，s c o d 会进一步增加，污泥分解效率由2 0 一3 5 提高到3 0 5 2 ，这可能是由于微生物细胞破裂释放出的酶继续发挥作用；采 用连续厌氧消化池，去除同样多( 3 6 7 1 挥发性固体v s s ，未辐照污泥水力停留 时间h r t 需2 0 d ，辐照污泥( 6 k g y ) 贝3 j 只要1 0 d 。因此，电子束辐照是一种有效的 提高污泥厌氧消化性能的手段。 1 4 2电离辐射对有害微生物的杀灭 1 4 2 1 丫射线 电离辐射可以通过两种可能的方式杀灭有害微生物，一是通过自由基攻击， 二是直接与微生物作用。诸多研究表明，2 - 6 k g y7 射线辐照剂量即可有效杀灭有 害微生物 2 0 , 2 4 - 2 5 】。 l a f i t t e t r o u q u e 等 5 3 】采用y 射线( 5 k g y ) 和超声两种方式作为污泥厌氧消化的 预处理手段，发现v 射线可使粪大肠杆菌数目下降3 个数量级，而超声不会影响 粪大肠杆菌数目。a i b a c h i r 等【5 4 】对不同含水率的剩余污泥进行丫射线辐照 ( 1 - 5 k g y ) ，结果表明：所有剂量下病菌总数均减少；含水率2 、2 0 、4 0 、6 0 和8 0 污泥的d 1 0 值( 杀灭9 0 微生物所需剂量) 分别为1 5 5 、1 2 5 、1 1 6 、1 1 0 和 1 0 2k g y ，即含水率高有利于杀灭病菌，这可能与含水率高时能生成更多活性粒 子有关；所有实验条件下，5 k g y 剂量均能杀灭所有被检测的病菌。s h a m m a 等 5 5 】 研究了含水率约8 5 乘u 余污泥中的蛔虫受精卵经7 射线辐照后的形态变化，结果 表明：1 5 k g y 可以将所有胚胎灭活，1 5 3 0 k g y 可使胚胎分离成两部分，5 0 k g y 剂量可使胚胎内层发生破损，6 0 k g y 和8 0 k g y 则可使胚胎内层消失，其中所含 物质则被分散。另外，研究表明，污泥经辐照后臭味明显变淡，这可能跟辐照能 杀死产生臭味的微生物和分解产生臭味的物质有关”6 i 。 1 4 2 2 电子束 电子束的杀菌效果也非常明显。b o r r e l y 5 7 】考察了电子束( 1 5 m e v ，3 7 5 k w ) 对初始总菌数为2 0 x 1 0 7 至2 0 1 0 9 的脱水污泥的杀菌作用，当辐照剂量为4 k g y 至1 0 k g y 时总菌数下降3 5 个数量级；当辐照剂量达到1 5 k g y 时，1 7 个样品( 原 文未给出总样品数) 的每毫升菌落数小于1 0 。c h m i e l e w s k i 等口8 采用电子束( 1 0 m e v ) 辐照含固率3 5 脱水污泥，辐照剂量为6 k g y 时，总细菌数、产芽胞 船。熊 剩余污泥的电离辐射处理研究 f s p o r e f o r m i n g ) 菌数和寄生虫活卵数分别从1 1 1 0 9 、4 1 1 0 6 和2 4 0 下降到 6 5 1 0 6 、9 3 x 1 0 4 和0 。c a p i z z i 等和c a p i z z i b a n a s 等 6 0 】研究了电子束( 2 m e v ， 3 0 0 w ) 对蛔虫卵成活率的影响。杀死9 0 去离子水中蛔虫卵的辐照剂量( d l o 值) 为0 3 9 k g y ，当剂量达o 7 5k g y 时蛔虫卵全部被杀灭【5 9 1 。将蛔虫卵混于含固率 1 2 5 剩余污泥中辐照，发现蛔虫卵的来源和储存时间等因素都会影响d 1 0 值， 对于剩余污泥提取和成年雌虫解剖的蛔虫卵，其d 1 0 值分别是7 8 8 土1 7 2 g y 和 11 2 5 土1 4 5