（环境工程专业论文）城市污水污泥混合堆肥重金属含量变化的控制—绿化施肥量确定.pdf

摘要 随着当今世界人口快速增长和经济的迅速发展，环境污染问题日 益严重。各城市污水处理厂的大量兴建，有效缓解了城市生活污水和 工业废水对环境的污染。但污水处理过程中产生的大量污泥很容易对 环境造成二次污染，由于污泥中含有丰富的氮、磷、钾等营养元素， 其资源化已经成为当今研究的热点，但污泥中重金属元素已成为制约 污泥资源化的关键因素。许多学者针对如何减少和降低城市污泥中重 金属毒害作用展开了广泛的研究，因此对城市污泥进行重金属去除方 法和资源化的系统研究，就显得有十分重要的意义。本文以贵阳市污 水处理厂的污水污泥作为试验对象，以降低城市污泥中重金属生物有 效态含量用于园林绿化为目的。 论文系统地比较了不同的钝化剂处理污泥中重金属生物有效态 的效果，得出不同钝化剂对不同的重金属生物有效态的降低效果存在 一定差异。通过试验比较，发现对贵阳市的城市污水污泥堆肥采用配 方f a 2 5 处理后效果更好。 通过试验和计算，确定了该种堆肥作绿化用的最宜施用量。 关键词：堆肥钝化剂绿化最宜施用量 a 3 s t r a c t a s t h ew o r ld p o p u l a t i o ni n c r e a s i n gq u ic k l y a n d e c o n o m y g r d w lr i gf a s t ，t h ep r o b le mo f r l v i i - or i m e n t a lp 0 11 u t i o r lh a sb e c o m i n c l - e a s i n g ly w o f s e i i - ir e c e n t y e a rs ，m a l l y i l l u n ic i p a l s e w a g e t r e a t i i l er l tp l a n t sh a y eb e e nb u i l t ，w h ic he f f e c t i v e l ya l1e v i a t e t h ep 0 1 1 u t io f io fw a r e l e 1 3 v i r o n m e n tc & u s e db yt h ed is c b a r g eo f m u n ic i p a lse w a g ea n di n d u s t r i a lw a s te w a t e r a tt h es a m et i m e ， a1 a r g ea m o u n to fs e w a g es l u d g ep r o d u c e dd u r i n gt h e1 3 r o c e sso f s e w a g et r e a t m e n tm a yr e s u l t i ns e c o n d p o l l u t i o n t ot h e er l v i r o r l m e n t s i b c et h e - eareh i g hq u a l i t yo fn u t r i t i 0 1 3e le m e n ts sl i c ha s n i t l , o g e i 3 ，p h o s p h o r u sa n dk a l i u i n ， t h eu t i l iz a t i o no f s e w a g es l u d g e isb e c o m ea n i m p o r t a n tt o p ic s i n n o w a d a y s t e s e a r c h h o w e v e r 、t h eh e a v ym e t a lsi i 3s ( w a g es l u d g ea r et h e k e yf a c t o ri e s t r ic t i n gt h eu t i l _ iz a t io no fs e w a g es l u d g e m a n y s t u d i e sh a y eb e e l lm a d et od e c r e a s ea n dr e d u c et h e p o is o r l o l i s e f f e c to ft h e h e a v y m e t a lsi n s e w a g e s 1u d g e t h e r e f o r e r e s e a r c ho nt h er e m o v a lo ft h eh e a v ym e t a la n dt h eu t i l iz a t i o n o fs e w a g es lu d g eh a sav e r yi m p o r t a n ts i g n i f ic a r l c e t h es e w a g e s 1 1 2 d g e f r o m g u i y a h gs e w a g e t r e a t m e n tp l a n twast a k e r la n d s t u d i e d t h er e s e a r c ha i m sist o e f f e c t i v e l yr e d u c et h e b i o a v a i l a b i l i t yh e a v ym e t a lsa n duseing a r d e n i n ga n dg r e e n in g i tiss l o w i qc o n s i d e rst h a tt h ee f f e c t so f d i f f e r e f t t s t a b i l i t y ir l gt or e i i l o v et h eb io a v a i l a b i l i tyh e a v ym e t a lsa r e d 。f e r 皇t i t a c c o r d in gt oe x p e r i m e n ts ，i tisc o f t c l u d e dt h a tt h e s e w a g e s 1 1 , 1 d g e i n g u i y a n g t r e a t e d b y f a 25canm e e tt h e a g r icl 1 1 t u r a ls t a n d a r do ft h eh e a v ym e t a ls a t1 a s t ，w o t ko u t a p p lic a t io nr a te so f se w a g of e r t i l izer k e y w o r d s ：c o m p o s t ， st a b i1it y i n g ，m a t e r ic - q , ls ，d l a n t i n g a l o p lic a t i o ni - a 【e s 2 盗州a 学硕 学位论文 原创陛声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究在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责任由本人承担。 论文作者签名：医重垫：日期：2q q z 主臼 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅牙口借阅；本人授权贵州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、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：幽导师签名：触目期：! ! q 7 生6 旦 贵州大学硕士学位论文 第一章绪论 由于对客观规律的认识能力、科学技术水平和经济条件的制约， 人类在利用、转化自然资源的生产实践中，往往会形成大量未被利用 但具有潜在利用性质的部分，并捧放到人类周围的环境中。因此，在 人类的生产和生活过程中不可避免地会产生这样或那样的“废物” 但“废物”也是资源，是在一定时间和地点无法利用的资源。城市污 水污泥在很长一段时间也被认为是“废物”。 城市污水污泥是城市污水处理厂处理污水过程中的必然产物。稳 定运行的城市污水处理厂都会产生一定量的污水污泥，并随着城市污 水量的增加而增加。根据统计资料1 2 】，英、美两国在过去的几年中， 污泥量每年增长5 1 0 ，年产干污泥分别达到1 7 1 0 6 t 和9 1 0 6 t 。世界每年产生的城市污水污泥( 湿污泥) 达l 亿t 以上1 2 。近几 十年来，随着我们国家城市社会经济的高速发展，我国的城市排水基 础设施的建设取得了很大的进步。城市污水处理厂的数量从1 9 7 7 年 的3 5 座增加到2 0 0 4 年的6 6 7 座，城市污水处理能力从过去的每天处 理污水1 0 0 多万吨增长到今天的每天处理污水近3 。0 0 0 多万吨。按 2 0 0 4 年我国的污水处理能力统计，我国每天从各个污水厂产生约7 ， 0 0 0 吨的污泥饼，现在7 0 以上是弃置，2 0 是填埋，不到l o 的是 通过堆肥等技术处理后回用于土地【6 2 】。贵阳市小河污水处理厂每天 产污泥约2 0 吨左右，贵阳市还有花溪污水处理厂、二桥污水处理厂、 金阳污水处理厂等。目前贵阳市产生的污泥均采用填埋的处置方式 由于污泥中往往含有病菌和过量的重金属，没有经过无害化处理 的污泥大量的弃置，最终作为资源用于土地，常常造成二次污染，严 重影响了环境综合整治的实际成果。污泥中也含有许多植物营养元 素，如氮、磷、钾、微量的氨基酸等，所以污泥也是一种肥料资源， 如不重新利用会造成资源浪费。因此如何安全有效地进行城市污水污 l 泥处理和处置，既能降低成本，又不引起二次污染，实现污泥的减量 化、稳定化、无害化和资源化，是目前环境领域急需解决的问题，所 贵州人学硕士学位论文 以研究寻找合理处理、处置并充分利用污泥的有效途径具有重要的现 实意义。 1 1 城市污水污泥的来源与分类。1 1 1 1 城市污水污泥的来源 对于工业废水处理产生的污泥来说，由于工业废水本身的性质多 变，相应的处理工艺变化很大，因此，工业废水处理过程中的具体污 泥来源较难确定。而城市污水处理厂的污泥，则因污水性质和处理工 艺具有相似性，其在污水处理过程中的来源相对确定。有关城市污水 污泥在污水处理过程中的来源见表1 1 。 表1 - 1 城市污水处理厂的污泥来源【“】 t a b l e1 - 1t h e s l u d g es o u r c eo fm u n i c i p a ls e w a g et r e a t m e np l a n t 2 贵州大学硕士学位论文 1 1 2 污水污泥的分类 城市污水处理厂污泥可按不同的分类准则分类，其中常见的有以 下几类。 1 按污水的来源特性不同分 ( 1 ) 生活污水污泥生活污水处理过程中产生的污泥。生活污水污 泥中有机物含量一般相对较高，重金属等污染物的浓度相对较低。 ( 2 ) 工业废水污泥工业废水处理过程中产生的污泥。工业废水污 泥的特性受工业性质的影响较大，其中含有的有机物及各种污染物成 分也变化较大。 2 按污水的成分和某些性质分 ( 1 ) 有机污泥有机污泥主要含有机物，典型的有机污泥是剩余活 性污泥，如活性污泥和生物膜、厌氧消化处理后的消化污泥等，此外 还有油泥及废水固相有机污染物沉淀后形成的污泥。有机污泥的特点 是污泥颗粒细小、往往呈絮凝状态、密度小、持水能力强、含水率高、 不易下沉、压密脱水困难等。同时，有机污泥稳定性差、容易腐败和 产生恶臭。但有机污泥常含有丰富的氮、磷等养分，流动性好，便于 管道输送。 ( 2 ) 无机污泥无机污泥主要含无机物，如废水利用石灰中和沉淀、 混凝沉淀和化学沉淀的沉淀物等，主要成分是金属化合物( 包括重金 属化合物) 。这种污泥密度大，固相颗粒大：易于沉淀、压密和脱水； 颗粒持水能力差；含水率低；流动性差；污泥稳定不腐化，但是可能 出现重金属离子再溶出。 ( 3 ) 亲水性污泥亲水性污泥主要是由亲水性物质构成，这类污泥 往往不易于浓缩和脱水。 ( 4 ) 疏水性污泥疏水性污泥主要是由疏水性物质构成，这类污泥 的浓缩和脱水性能较好。 3 按污泥处理的不同阶段分 ( 1 ) 生污泥或新鲜污泥未经任何处理的污泥。 3 贵州大学顿上学位论文 ( 2 ) 浓缩污泥经浓缩处理后的污泥。 ( 3 ) 消化污泥经厌氧消化或好氧消化稳定的污泥称为消化污泥。 厌氧消化可使4 5 5 0 的有机物被分解成c 0 2 、c h 4 和h 2 0 。好氧 消化是利用微生物的内源呼吸而使自身氧化分解为c 0 2 和h 2 0 。消化 污泥易脱水。 ( 4 ) 脱水污泥经脱水处理后的污泥。 ( 5 ) 干化污泥干化后的污泥。 4 按污泥的不同来源分 ( 1 ) 栅渣污水中可用筛网或格栅截留的悬浮物质、纤维织品、动 植物残片、木屑果壳、纸张、毛发等物质被称为栅渣。 ( 2 ) 沉砂池沉渣沉渣是废水中含有的泥沙、煤屑炉渣等，它们以 无机物质为主，但颗粒表面多黏附着有机物质，平均相对密度约为 2 0 ，容易沉淀，可用沉砂池沉淀去除。 ( 3 ) 浮渣浮渣是不能被格栅清除而飘浮于初次沉淀池表面的物质， 其相对密度小于1 ，如动植物油与矿物油、蜡、表面活性剂泡沫、果 壳、细小食物残渣和塑料制品等，二次沉淀池表面也会有浮渣，它们 主要来源于池底局部沉淀物或排泥不当，池底积泥时间过长，厌氧消 化后随气体( c 0 2 、c h 4 等) 上浮至池面而成 ( 4 ) 初次污泥初次沉淀池中沉淀的物质称为初沉污泥。初沉污泥 是依靠重力沉降作用沉淀的物质，以有机物为主( 约占总干重的6 5 ) 、易腐烂发臭、极不稳定、色呈灰黑、胶状结构、亲水性、相对 密度约为1 0 2 ，需经稳定化处理。 ( 5 ) 剩余活性污泥污水经活性污泥法处理后，沉淀在二次沉淀池 中的物质称为活性污泥，其中排放的部分称为剩余活性污泥。剩余活 性污泥以有机物为主( 约占6 0 7 0 ) ，相对密度约为1 0 0 4 1 0 0 8 ，不易脱水。 ( 6 ) 腐殖污泥污水经生物膜法处理后，沉淀在二次沉淀池中的物 质称为腐殖污泥。腐殖污泥主要含有衰老的生物膜与残渣，有机成分 占6 0 左右( 占干固体重量) 、相对密度约为1 0 2 5 、呈褐色絮状、 4 费州大学懒上学位论史 不稳定易腐化。 ( 7 ) 化学污泥用化学沉淀法处理污水后产生的沉淀物称为化学污 泥或化学沉渣。如用混凝沉淀法去除污水中的磷；投加硫化物去除污 水中的重金属离子；投加石灰中和酸性污水产生的沉渣以及酸、碱污 水中和处理产生的沉渣均呈为化学污泥或化学沉渣。 1 1 3 污水污泥的产生量 污水污泥的产生主要受到污水水质及污水处理工艺的各个工艺 环节运行状况的影响。各种污水处理工艺产生的污泥量见下表。 表1 2 不同污水处理工艺的污泥产量( 干污泥，污水) ( g m 3 ) t a b l e1 - 2t h ep r o d u c i n gc a p a c i t yi ns l u d g eo fb yd i f f e r e n td i s p o s a lm e t h o d p r o d u c i n g ( g m 3 ) 1 污泥产量的计算 污水污泥的产生主要集中在初沉淀池和二沉淀，这两个阶段的污 泥产量计算方法如下 ( 1 ) 初沉池污泥量 贵州大学硕士学位论文 v i ：罂一 1 0 3 0 0 0 p ) p 式中，v l 为初沉池污泥量，m 3 d ；q 为污水流量，取污水厂的平 均日流量，m 3 d ；c 为进入初沉池的悬浮物浓度，k g m 3 ：i l 为初沉池 效率( 城市污水厂一般取5 0 ) ，；p 为污泥含水率( 一般取9 5 9 7 ) ，；p 为初沉池污泥密度( 以1 0 0 0 k g m 3 计) ，k g m 3 。 ( 2 ) 剩余污泥量 剩余污泥干重ax t 每日排放剩余污泥干重x t ( k g d ) 等于活 性污泥系统中每日产生的活性污泥干重。 蛹2 等2 毕 式中，a x 为每日产生的挥发性剩余污泥量，k g dq 为平均体 积流量，m 3 d ；a 、b 为污泥产率系数和污泥自身氧化率，以生活污水 为主的城市污水，a 一般为0 5 0 6 ，b 为o 0 6 0 1 d ；l r 为曝气池 进出水b o d s 浓度差，k g m 3 ；v 为曝气池容积，m 3 ；f 为曝气池挥发 性悬浮固体和悬浮固体澎度之比j ，= 等( 城市污水一般取厂为o 7 5 ) 剩余污泥量 k ： 些 ( 1 一p ) 1 0 0 0 式中，v 2 为剩余污泥量，m 3 ，d ；p 为剩余污泥含水率，一般取9 9 2 9 9 6 。 2 我国城市污水处理厂污泥产量状况 城市污水处理厂污泥的产生量常按单位污水处理量的污泥固体 产率( 1 0 4 t m 3 ) 来核算。表1 3 是沈阳市政工程设计研究院对我国 2 0 余座运行中的城市污水处理厂污泥产生状况的调研结果。 6 贵州人学顾士学位论文 表1 3 我国城市污水处理厂的污泥状况【1 5 t a b l e l 一3o u rn a t i o n a l s l u d g ec o n d i t i o n so f m u n i c i p a ls e w a g et r e a t m e n tp l a n t 厂名 进水污泥 北京高碑店处理厂4 3 1 0 0 2 6 07 3 0 0 06 7 o 1 5 7 贵州犬学侦士学位论艾 1 2 国内城市污水污泥处理与处置现状及技术进展 在我国，排水事业虽然有一定的进展，但在污水处理方面比起西 方发达国家来讲仍然较为落后，污泥的处置技术也很落后，大多未经 预处理或仅简单处理后，就直接农用、填埋或者是送垃圾场处理，甚 至随意堆放。一些中小城市基本上没有建造污水处理设施，即使在建 有污水处理厂的大中城市，污水处理厂里的污泥处理设施也有9 0 以 上不配套。我国在已经建成的污水处理厂，污泥未经任何处理就直接 农用的占6 0 以上【2 1 。即使在设有消化池的污水处理厂，消化后的污 泥也只是稍加脱水后就直接农用，基本上未作无害化处理，很难符合 污泥农用卫生标准 早在1 9 9 5 年我国制订的中华人民共和国固体废弃物污染防治 法规定“产生固体废物的单位和个人，应当采取措施，防止或减少 固体废物对环境的污染”，“国家鼓励、支持综合利用资源，对固体废 物充分回收和合理利用，并采取有利于固体废物综合利用活动的经 济、技术政策和措施”。根据污泥处理技术发展的趋势和我国相关政 策的导向，资源化技术必将成为我国未来污泥处理技术的主流。 1 2 1 城市污水污泥处理与处置评价 污泥在农业上的应用 在污泥农用方面，主要有两种情况： i 直接施用把城市污水污泥经简单的脱水处理后直接施用于农田， 这种处理方法一段时间内在我国的大部分地区广泛应用过，许多农民 将污泥当作农家肥来施用，而且有很好的硐间施用效果。但在施用污 泥的过程中缺乏相应的科学指导，以至于出现了烧苗、死秧、虫害等 现象，对作物、土壤产生了一定的副作用，故农民使用污泥当作农家 肥料的热情受到打击，渐渐地对污泥的使用敬而远之。还有一部分污 泥被当地的果农、菜农施用于果园和菜园，施用污泥后可以使果树枝 繁叶茂，蔬菜生长迅速。但后来发现结果率低与施用污泥有关，而且 虫害很普遍，以至于污水污泥施用的量和施用的范围受到很大程度的 贵州大学硕士学位论文 限制。再一种情况是用作城市绿化、花圃、游乐场、高尔夫球场的肥 料，其不利的因素就是卫生条件不好，容易滋生蚊蝇，影响景观，致 使施用量也受到限制。 i i 问接施用一般是污泥经消化后农用。国内约有4 0 的污水处理 厂把污泥进行消化脱水后农用。通过消化处理后，一方面可以产生部 分能源回收，另一方面可以减少污泥中有害细菌的数量，增加污泥的 稳定性。这样，污泥在农用中其负面影响相对少一些。国内也有将污 泥与城市垃圾堆肥后农用。目前，这种应用在国内有不少研究，污泥 经过堆肥发酵后，可以基本上杀死污泥和垃圾中的有害细菌，还可以 增加和稳定其中的腐殖质，应用的风险性较小。也有制成复合肥料使 用的，这种方式解决了污泥在使用中科技含量不高的问题，但从目前 的情况来看，主要是应用范围和应用量较少，尽管国内也有一些相关 报道【3 4 “】，但是目前推广应用程度还很低。目前国内一些研究者还 进行了其它方面的研究，有的学者提出应用城市污水处理厂的污泥制 型煤、砖材 3 6 1 、蚯蚓转化【3 5 】和利用污泥制油【20 1 。还有做饲料、作污 水吸附剂和复合肥粘结剂的研究【1 9 1 7 1 。 污泥中含有机质和植物生长所需要的各种微量元素。典型的污水 厂污泥中除含有较高的有机质外，还含有氮4 ，磷2 5 和钾0 5 左右( 以质量计) 。因此，污泥作为农肥用于农作物或森林既可改善土 壤结构，又可为作物提供养分。但污泥中含有一定量的重金属元素和 病毒、病原体、寄生虫卵等有害物质。重金属含量较高的污泥施于农 田，会对植物和动物，并通过食物链与生物链的传递而对人类产生毒 害作用。为控制污泥农用时重金属离子的毒副作用，系统研究农用污 泥的特征，控制污泥施用条件，限制污泥的施用总量，降低污泥中有 害重金属的含量是十分必要的。污泥中含有大量的病原体，其主要来 源是污水处理过程中污水中所含的病原体。 当污泥进入环境时，其中的病原体也随之传播到环境中，从而对 环境和公共卫生构成威胁。因此，污泥在进入坏境前有必要进行灭菌 预处理。 9 贵州大学颂：t 学位论支 污泥堆放 这是一种无二次污染控制措施可言的污泥处置方法。许多城镇直 接把污泥运输到一个临时堆放的场地，久而久之这个地方就成了污泥 堆放场。污泥是一种极其复杂的废物，由于生物降解和化学作用，随 着时间的推移会逐渐腐烂和生物降解，产生有严重危害的渗滤液，有 爆炸可能性的沼气，不均匀的污泥表面沉降，以及成分在不断变化的 污泥分解物。特别是渗滤液，污染物的浓度非常商，毒性也非常大。 误喝l m l 的渗滤液就足以使人出现严重中毒现象，如腹泻等。渗滤 液渗透到地下水后，地下水的重金属和有毒有害有机物将严重超过国 家标准，人或动物饮用后其健康会受到损害。沼气则容易在堆放场及 周围四处迁移，很容易在某个地方积累到5 1 5 的体积爆炸浓度 范围，一旦遇到明火，就可爆炸。另外堆放场不用土壤对污泥表面进 行曰覆盖，其周围臭气熏天，蚊蝇生，环境极其恶劣。因此对那些既 无渗滤液收集和处理设施，也无沼气疏导和污泥表面覆盖的堆放场， 必须进行改造，使之达到卫生填埋的标准。我国采用堆放法处置污泥 的比例正在逐步降低。 污泥填埋 由于污泥填埋就是把脱水后的污泥运输到卫生填埋场填埋。方法 简单，费用低廉，因此在有些国家填埋是一种主要的处置方式。但填 埋场一方面侵占大量土地，同时，由于污泥含有一定的有毒物质( 尤 其是含有的重金属离子1 ，填埋不当有可能由于沥滤液的浸出而污染 地下水。因此填埋法面临的最大挑战是渗滤液的低成本高效率处理问 题。为此，在选择填埋场地时，要综合考虑水文地质条件、土壤条件、 交通条件，对人群可能产生的影响，并与土地规划相结合。 污泥焚烧 污泥焚烧可以迅速将污泥矿化并释放出一定的能量。其最大优点 是减量化和无害化程度高。污泥焚烧是以环境保护为根本出发点的， 其次才是能源利用。因此，在进行污泥焚烧时，最重要的是环境保护 之需要。污泥焚烧过程，控制重金属和某些气念污染物在气相和固相 l o 贵州人学顿i ：学位论文 ( 底灰) 之间的分配，对于二次污染控制技术的发展有重要指导意义。 焚烧法设备昂贵，运行费用高，污染问题尚未很好解决，因此切不可 盲目推崇。以日本为例，由于国土狭小，经济发达，同本的污泥焚烧 率达5 5 ，垃圾焚烧率达7 5 ，这些焚烧炉容量小，数量大，为了防 止烟气中h c i 对炉管的腐蚀，不得不控制低温燃烧，导致蒸汽温度较 低( 3 5 0 c ) ，平均发电效率仅为1 2 左右。另外，由于对二恶英排放 控制不够，造成焚烧站附近居民发病率高，环境受到严重污染。 此外，从污泥综合利用角度出发，人们还进行了污泥制动物饲料、 污泥热解产油、污泥制水泥质材料、污泥改性制活性炭等尝试。但其 经济性、安全性、实用性尚待深入研究。 综上所述，各种污泥处理方法各有其优缺点。我国作为发展中国 家，经济发展水平还不够高，污泥成分也不一定和国外相同，因此必 须寻求适合国情的处理方法。我国又是农业大国，在安全、可靠、避 免二次污染的前提下，污泥堆肥制复混肥重新利用，或者进行其它方 面的资源化利用，既消除城市污染，又能达到废物再利用的目的。 1 2 2 国外城市污水污泥处理与处置现状6 4 1 国外的城市污水污泥处理与处置已有1 0 0 余年的历史。无论是 进行有效利用还是进行填埋、焚烧等处置，污泥处理的目的基本与其 它废弃物的处理一样，皆是以减量化、稳定化、无害化、资源化为i f l 的。要达到这一目的，必须通过各种机械装置和各种构筑物的有机组 合，组成污泥处理、处置系统。污泥处理的基本步骤为：污泥浓缩、 污泥脱水、污泥干燥、污泥焚烧等，这些单元操作均能起到污泥减量 的作用。 一般情况下，我们可以把污泥处理系统的工艺流程归结为下列八 类【7 】： 1 1 浓缩一前处理一脱水一好氧消化一土地还原； 2 1 浓缩一前处理一脱水一千燥一土地还原； 3 ) 浓缩一前处理一脱水一焚烧或熟分解一狄分填埋； 4 ) 浓缩一前处理一脱水一干燥一熔融烧结一做建材； 贵州犬学硕士学位论文 5 1 浓缩一前处理一脱水一干燥一做燃料： 6 1 浓缩一厌氧消化一前处理一脱水一土地还原； 7 1 浓缩一蒸发干燥一做燃料； 8 1 浓缩一湿法氧化一脱水一填埋。 选择污泥处理工艺时，需要从环境效益、社会效益和经济效益综 合考虑，还要对各种处理工艺进行探讨和评价，根据实际情况进行选 定。根据对日本3 1 8 个污水处理厂的统计，污泥采用浓缩和脱水后 再处置脱水滤饼的占3 4 ；采用浓缩、脱水和再进行焚烧处置占 8 8 ；采用浓缩和消化再脱水和处置滤饼占2 6 ；采用浓缩和消化、 脱水后再焚烧处置的占5 7 。 影响污泥性质稳定的是污泥中的有机物含量，这些有机物含有大 量不稳定的腐殖质组分，极不稳定，在短时间内就会散发令人厌恶的 腐臭气味，因此需要稳定化处理。也就是说，最终的脱水泥饼或者焚 烧残渣还需要进一步处置。国外典型的污泥处理、处置系统的基本单 元操作如表1 4 所示。 表1 4 污泥的处理目的与单元操作 t a b l e1 1p u r p o s eo fs l u d g et r e a t m e n ta n d m e t h o d so fu n i td i s p o s a l 处理目的单元操作 浓缩 重力式，气浮式，离心式，反渗透式，蒸发式 消化厌氧，好氧 前处理 脱水 干燥 焚烧 处置 药品石灰，各类絮凝剂 热 高温高压式，低温加压式，冷冻融 解式 重力式，真空式，毡式，离心式，加压式 自然式，回转炉式，多段炉式，气流式，流动床式 多段炉，回转炉，流动床炉，喷射式焚烧炉，湿式 氧化法，热分解焚烧燃烧炉 填埋，投弃海洋，用作肥料，资源化 城市污水厂产生的污泥量与污水处理的负荷、处理方法以及污水 组成( 工业废水和生活污水的比例) 等有关。由于影响污泥产生的因素 众多，而且又较为复杂，各国得出的数据也不完全相同。表1 5 给出 1 2 璧i 州大学项上学位论文 的是德国污泥的平均数据。近2 0 年来，德凼城市污水污泥的处置方 法主要有填埋法、农用法、焚烧法等，德国及各州城市污水污泥处置 的状况见表1 - 6 。 表1 - 5 德国各种污泥的量和含水率平均值 t a b l e1 2d i f f e r e n ts l u d g e sq u a n t i t ya n da v e r a g em o i s t u r ep e r c e n t a g e i ng e r m a n y 污泥种类能笋( 篇含固朝) 含水狲) ( 嘉烫毛) ：旦2：旦2 蕊4 5 2 9 3 2 2 5 般7 5 0 。一一般9 5 。一般o 9 生物滤膜 2 5- 1 1 1 4 一般4 0一般9 6 0一般0 6 徽。7 0 4 。4 6 一般4 7 一般9 5 3 一般，1 5 剩余活性污泥 3 52 2 2 5一般0 7一般9 9 3一般4 0 煮乎篓鼍雾孑8 0 s - s s 一般s 。一般，s 。一般z 。 从表i - 6 可以看出，德国各州城市污水厂污泥处置采用的途径 很不相同，有些州农用的比例较高，而一些州则焚烧的比例较高，但 从总体来看，填埋是大部分城市污泥处置的最主要途径。由于德国对 污泥的农用要求极为严格，使污泥的农业利用量受到限制【1 4 】 表1 - 6 德国及各州城市污水污泥处置的途径 t a b l e1 - 6m u n i c i p a ls l u d g ed i s p o s a lm e t h o d si ng e r m a nc i t i e s 贵州大学顾p 学位论文 根据资料1 3 7 56 1 ，英国污水处理污泥的年产量为1 1 0 7 万t 干 污泥。表1 7 列出了英国污水污泥的处理方法及处理量【55 1 。 从表1 7 可以看出，目前英国污水污泥在最终处置前进行了前 处理，前处理的主要方法为厌氧处理。表1 8 给出了英国污水污泥 的最终处置情况。 从表1 8 可以看出，英国污泥最终处置的方法主要为农用，其 次为污泥排海。但进入2 0 世纪9 0 年代后，随着环境问题的日益 严重，欧洲各国和一些发达国家对城市污水污泥的处理与处置十分重 视，英国要求人口大于2 0 0 0 人的城镇必须对城市污水进行预处理 ( 沉淀) 或者二级处理。而欧共体国家则同时规定污水污泥排海的最后 期限为1 9 9 8 年1 2 月3 1 日，此后将禁止污泥排海。这项规定对 于英国的影响大于其它任何欧共体成员国，因为英国的污泥排海量最 大，这意味着英国在1 9 9 9 年以后每年将有近3 0 的污泥转向陆地 处置。 表1 7 英国污水污泥处理方法及处理量 t a b l e1 - 7s l u d g et r e a t m e n tm e t h o d sa n di t sq u a n t i t yi ne n g l a n d 注：污泥量以干固体计。 目前，英国4 2 的厌氧消化后污泥回用于农田，填埋所占的比 例较小，只占污泥处理量的8 。对于，3 0 的转为陆地处置的污泥， 英国的处理方法仍用中温厌氧消化，兴建大型的污泥处理中心，将若 干污水厂的污泥集中输送至污泥处理中心集中处理。从长远的观点 1 4 贵州大学硕i 二学位论文 看，经过厌氧消化、化学或热处理、长时间堆放等适当处理后的污泥 回用于农田是英国污泥处置一段时间内的发展方向。 表1 8 英国污水污泥最终处置情况统计 t a b l e1 5s t a t i s t i c so fs l u d g ef i n a ld i s p o s a lc i r c u m s t a n c e si ne n g l a n d 英格兰和威尔士苏格兰北爱尔兰英国总体情况 处置方法污泥量百分数污泥量百分数污泥量百分数污泥量百分数 ( 互堂( 丝!( 互丝2( 墅)f 互塑【墅!f 互塑)( 墅) 农用4 3 0 4 4 1 01 32 66 04 6 6 4 2 专用地处置 2 5 200oo2 52 排海 2 6 32 76 07 61 22 83 3 53 0 焚烧 7 680 11007 77 填埋 7 98 0 4 50 51 28 8 8 有效益回用 6 460 45006 86 堆放 5 5500005 05 表1 - 9 列出了1 9 9 8 年、2 0 0 0 、2 0 0 5 年美国的污泥处理与利用 情况及2 0 1 0 年的污泥处置策略，从表1 9 中可以看出，1 9 9 8 年美 国产生的6 9 0 万t 干污泥的6 0 被有效利用，包括直接土地施用、 经堆肥等稳定化处理后施用及其他有效利用( 填埋场日覆土、最终覆 土、建筑材料中的骨料) 。在未来的几十年中，污泥的有效利用部分 均将逐年增加，至2 0 1 0 年达到7 0 。同时，污泥用于填埋或焚烧 的比例将逐年下降。 表1 9 美国的污泥有效利用和处置 t a b l e1 - 9u t i l i z a t i o na n dd i s p o s a lo fs l u d g ei nu s a 在欧洲，污泥的主要循环利用途径是( 农业) 土地利用，其有机肥 料的价值已得到充分的认同，但污泥中的化学物质( 重金属元素) 和致 病微生物组分，也对其更广泛的农用形成了明显的限制。欧盟污泥农 贵州大学顾一l ：学位论文 用土地的土壤保护法规( 1 9 8 9 年颁布实行) 建立了污泥和土壤的质量 控制标准，该质量控制标准基于通过对土壤一植物一动物的食物链污 染传播控制的原理，以有效保护植物、动物和人类的健康，其控制对 象是六种重金属和致病微生物。但在执行标准时，许多成员国选择了 更严格的污染预防措施，少数的还将更多的无机元素和有机污染物列 入控制对象范围。 污泥土地利用实际上是一种建立在农民的志愿参与合作基础之 上的污泥消纳途径。这条消纳途径的稳定，关键是农民认识到污泥是 安全的、可接受的，且不会对他们产品的消费者有不利影响。欧盟已 认识到不适当的污泥农用，会使营养物进入地表和地下水体，有害人 类健康和使水体富营养化。欧盟水体硝酸盐氮控制法规对敏感( 易损) 区域土地使用氮肥的量进行了限制，以保护地表、地下和近海水体的 质量，这将对某些国家相当大面积土地的污泥利用产生影响，尤其是 对于长期使用粪肥的土地影响更明显。同时，许多欧盟成员国已对土 地径流中磷的排放进行了控制，这种趋势与欧盟城市污水处理法规要 求对城市污水进行脱磷所导致的污水三级处理量增加、污泥含磷量上 升的状况相结合，势必将减少污泥农用对农民的吸引力，并增加污泥 农用成本。 污泥填埋处置目前仍是欧盟最重要的污泥消纳途径 1 e l ，但有关填 埋法规的制订和修改，也会对其应用带来不确定性。如填埋有关法规 的制定过程中，曾提议对填埋废弃物进行浸出试验，并按试验结果将 废弃物分为：有害的、无害的和惰性的三类。这将使污泥在作为无害 废物填埋时，必须进行复杂的预先试验分析，这种分类导致可能禁止 城市垃圾与污泥的混合填埋。最终填埋法规要求的浸出试验对象虽仅 限于有害废物，但规定了各国填埋的生物可降解性废物量必须逐年减 少，污泥也属应减少之列。 日本在污泥的处理与利用方面，最大的特点是填埋及土地利用所 占的比例较小。1 9 9 7 年，日本污泥的处理和利用情况如表1 1 0 所 示。 1 6 贵州大学颂：学位论义 表1 1 01 9 9 7 年日本的污泥处理和利用情况( 单位：m 3 ) t a b l e1 1 0t r e a t m e n ta n du t i l i z a t i o no fs l u d g ei nj a p a ni n1 9 9 7 三竺竺翌兰竺竺! 竺竺兰竺谶薹 脱水泥饼7 7 0 0 0 02 5 0 0 0 05 3 0 0 0 06 0 0 0 0 焚烧灰渣 1 0 0 0 0 0 干化污泥 1 4 0 0 0 消化污泥0 1 5 0 0 0 0 o 0 1 0 0 0 0 0 1 6 0 0 0 0 o 1 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 2 1 0 0 0 0 1 6 0 0 0 0 0 ( 6 8 ) 3 6 0 0 0 ( 1 5 ) 1 9 0 0 0 0 ( 8 ) 2 1 0 0 0 0 ( 9 ) 合计所占8 8 2 0 0 0 3 9 3 0 0 07 9 0 0 0 02 9 6 0 0 02 4 0 0 0 0 0 些型f 丝211 1111 ：! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 表1 1 1 国际上一些国家污泥处置概况 处置方法所占比例( ) 国家或地区 农用填埋投海 焚烧其它 美国 3 02 41 92 16 珏欧 3 04 51 87 澳大利亚 2 8 53 3 53 71 i 2 3 城市污水污泥处理与处置技术的进展 1 ) 污泥稳定化 污泥稳定的目的主要是去除污泥中易于腐化的有机物，包括去除 臭味、有害病原体和有害细菌等，也适当地改善污泥的脱水性能。污 泥稳定的最基本的方法仍是生物法( 包括厌氧消化和好氧消化) ，也有 的国家用化学法来完成。有资料称【2 引，欧洲国家有将近7 0 的污泥 在最终处置前要经过稳定化处理，多数采用污泥消化，特别是厌氧消 化。美国多采用好氧消化方法，丹麦有4 0 的污泥用好氧消化进行污 泥稳定处理，日本的污水污泥则只有近2 0 在处置前采用厌氧消化处 理。 污泥厌氧处理主要分为中温和高温二种方式。以往认为，高温厌 氧消化速率比中温厌氧消化速率快接近一倍，但实际运行结果表明， 采用高温厌氧消化后污泥的稳定性以及消化后污泥的脱水性能等方 1 7 贵州大学硕士学位论文 面均不如中温消化好，而且采用高温消化的运行费用相应增加。有些 研究成果显示，高温消化在消化速率上也不一定比中温消化快多少。 但高温消化在大多数国家仍在较多地使用，其主要原因是高温消化同 时具有灭菌作用，在简单处置条件下，能满足卫生学方面的要求。 近年来，有关污泥稳定的两段消化研究较多【2 引，在实践上也有较 多的应用，是目前污泥稳定方法中一种较好的处理方法，而且得出采 用中温一中温两段厌氧消化系统无论在产气率、有机物的去除率、污 泥的稳定性等方面均要比高温一高温和中温一高温两段厌氧或好氧 系统及中温单相消化系统好。该种方法的主要目的及优点是降低了传 统方法在污泥稳定处理中的基建投资和运行费用。在两段处理方法 中，对活性污泥的降解有明显的改善，为各种不同的细菌创造了较好 的生长环境，从而大大强化了污泥的稳定过程。随着能源危机的出现， 厌氧法处理污泥显示出较好的优势。因为其不仅耗能低，而且能够回 收生物能源。由于高温好氧消化具有稳定和灭菌的双重作用，因此在 一些国家仍然采用【6 1 6 5 、66 1 。 污泥消毒也是较为常用的污泥稳定的方法，常见的方法有巴氏消 毒法、石灰消毒法、辐射处理等，此外还有采用热处理、化学处理、 低温杀菌、湿式氧化及堆肥等方法进行消毒的【2 ”。 2 ) 污泥减量化7 污泥减量主要是污泥浓缩和污泥脱水。污泥从污水中分离出来以 后首先必须进行浓缩处理，使污泥的含水率从9 9 左右降到9 6 左 右。 污泥中所含的水可以分为四类： 污泥颗粒间的间隙水也就是通常我们讲的自由水，是包裹在 污泥颗粒周围但不与污泥微粒结合的水分，比较容易分离，是污泥中 被脱除水分的主要对象。可以通过普通的重力浓缩、气浮浓缩或离心 浓缩分离出来，这部分水约占污泥中总水分的7 0 左右； 污泥颗粒问的毛细管水这部分水是由于产生毛细管现象所附 着的水，单纯通过浓缩无法脱除，一般必须采用人工干化、热处理或 贵州火学硕二e 学位论文 机械脱水法才能去除。毛细管结合水约占污泥中总水分的2 0 左右： 污泥颗粒的吸附水以及污泥颗粒的内部水这两类的水分只能 用人工加热、干化焚烧才能去除。 污泥浓缩脱水的对象是污泥颗粒间的问隙水。污泥浓缩的方法主 要有重力浓缩法、气浮浓缩法，另外还有离心浓缩法、微孔浓缩法、 隔膜浓缩法和生物浮选浓缩法等。根据已经运行的重力浓缩池的运行 经验，其最佳运行参数见表1 - 1 2 1 4 3 1 。 污泥脱水前的调理和污泥脱水对于污泥的减量尤为重要，为了改 善污泥的脱水性能，一般需要对污泥进行预处理，用以改变污泥颗粒 表面的物化性质、破坏污泥的胶体结构、减少污泥颗粒与水的亲和力， 相应地改善污泥的脱水性能。通常采用的方法有化学调节、热处理、 冷冻法、淘洗法等。从近几年国外的发展趋势看，化学调节是最常用 的方法，聚丙烯酰胺是经常使用的有机调理剂，有些国家也采用石灰 加铁盐和铝盐作为调理剂。此外，有研究者认为采用高能量微电子辐 射也能改善污水污泥的脱水性能。 表1 1 2 重力浓缩池运行参数( 入流污泥浓度2 6 9 l ) t a b l e1 - 1 2t h er u n n i n gp a r a m e t e r so fg r a v i t yt h i c k e n e r ( i n f l u e n ts l u d g e c o n c e n t r a t i o n2 6 9 l ) 1 9 贵州大学硕士学位论文 3 1 污泥的资源化 由于污水污泥中含有大量植物营养成分以及大量的有机质，既可 以作为植物的肥料，又可以改良土壤，因此污泥在农业上的资源化利 用是污泥处置的途径之一。在美国，把污泥用于农田、林地、育苗、 观赏植物、草皮、公园、高尔夫球场等进行了较为细致的研究，也用 于开垦荒地、填埋矿坑、固定海滩、构筑供游乐用的海岛等【23 1 。但 污泥进行农业资源化利用时，需要注意有害细菌和重金属等物质的影 响，欧共体和美国在这方面均有严格的规定。 在德国、瑞士和美国等也有利用污泥制作动物饲料，用干化污泥 直接制造砖，利用污泥焚烧灰制砖或制作生化纤维板等的报道。此外， 近年来日本还开发了其它的污泥资源化方法，如将污泥隔绝空气，在 还原环境下加热，使污泥中2 0 左右的有机物炭化，这种经过炭化 的污泥类似于木炭，它具有以下几方面的特性【4 2 】： a 密度小，质量轻； b 孔隙多，比表面积大； c 润湿时可吸附污泥体积3 0 4 0 的水分； d 良好的脱色除臭性能； e 吸收太阳光热量的效能高； f