（环境工程专业论文）城市污水处理厂剩余污泥农用技术的研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 城市污水处理厂剩余污泥农用技术的研究 专业： 研究生： 指导教师：王志盈 泉维洁 摘 环境工程 陶俊杰 教授( 西安建筑科技大学) 研究员( 山东省土壤肥料总站) 要 我国城市污水处理每年排放干污泥约3 0 万吨，由于污泥具有容量大、不稳定、易腐败、 有恶臭等特点，如果不加以利用任意处置，必将造成严重的二次污染。而另一方面，由于污 泥中含有大量的有机质、对农作物有益的多种营养元素和微量元素，是一种有效的生物能源。 因此，污泥的处置与利用相结合，使其成为可以变废为宝的替代资源越来越受到人们的关注。 我国是一个农业大国，污泥农用是一种适合我国国情的处置方法。有鉴于此，本课题针对济 南市水质净化二厂的脱水污泥为对象，对城市污泥农用进行可行性分析，并将脱水污泥进行 堆肥试验，对堆肥的工艺和参数进行研究，取得了如下结果： 1 、对济南市水质净化二厂的污泥成分进行了定期分析，污泥中含有较高的有机质、氮、 磷和钾，重金属的含量较低，完全符合国家有关污泥农用标准。因此，济南市水质净化二厂 污泥农用是可行的。 2 、根据济南市水质净化二厂污泥成分，确定掺加含碳、硅高能够吸附重金属并改良土 壤的稻壳，含有机质、腐殖酸及氮、磷、钾等营养元素的草炭和含有植物所需微量元素并对 重金属有钝化作用的粉煤灰。四种原料按c n = 2 5 组合成七种配方，不但达到了各种元素之 间对植物生理功能的协合和化学反应后产生的良好效果，同时也开发了稻壳和粉煤灰的资源 化利用。 3 、对七种配方进行堆肥试验，通过物理评价指标和植物毒性试验分析，选择了i i 、v 配方进行重点研究：配方i i ：污泥+ 稻壳。粉煤灰( f a 2 5 ) ，配方v ：污泥+ 稻壳+ 草炭+ 粉煤灰 ( p t 3 5 + f a 2 5 ) ，堆肥周期应在3 5 4 9 天范围内，第3 5 天i i 、v 4 9 小时的发芽率分别为8 j6 、 8 j 6 ，发芽指数分别为4 6 8 、j 1 4 。 4 、对i i 、v 配方进行重金属含量的变化情况和腐熟程度隋况分析，配方v 优于配方i i ， 确定配方v 即污泥+ 稻壳+ 草炭+ 粉煤灰( p t 3 5 + f a 2 5 ) 为最佳配方，按c x = 2 5 进行配合， 混合的比例为污泥：稻壳：草炭：粉煤灰= 4 3 ：1 ：2 5 ：2 2 。 5 、通过试验结果认为：配方v 含有丰富的养分，按此配方堆肥4 9 天养分含量情况为有 机质1 6 6 、总氮1 2 9 k g 、总磷4 ? g k g 、总钾3 4 9 k g 、速效氮2 8 9 k g 、速效磷0 3 9 k g 、 i 西安建筑科技大学硕士学位论文 速效钾1 2 9 k g ，可供植物直接利用，增加农作物产量，同时，改善土壤的养分状况和土壤 结构，提高了土壤的供肥能力。因此，配方v 是加工有机复混肥的较好配方。该项研究为济 南市水质净化二厂污泥资源化利用开辟了一条新途径污泥农用。 关键词：城市污泥 稻壳草炭粉煤灰 堆肥 农用 西安建筑科技大学硕士学位论文 ar e s e a r c ho ft h ea g r i c u l t u r a lt e c h n o l o g yo ns u r p l u s m u do fu r b a ns e w a g eo ft r e a t m e n tp l a n t s p e c i a l i t y ： e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g p o s t g r a d u a t e ：t a oj u n j i e t u t o r ：p r o f e s s o rw a n gz h i y i n g p r o f e s s o rq u a nw e i j i e a b s t r a c t t h eu r b a ns e w a g ed i s p o s a li no u rc o u n t r yd i s c h a r g e sa b o u t3 0 0 ，0 0 0t o n so fc l r y m u de v e r y y e a r t h em u dh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fl a r g ec o n t a i n i n gc a p a c i t y , i n s t a b i l i t y , e a s yc o r r u p t i o na n ds t e n c h ，e t c i ft h em u dw e r e n tu t i l i z e da n dh a n d l e d w a n t o n l y , i tw o u l dc a u s et h es e r i o u ss e c o n d a r yp o l l u t i o n o nt h eo t h e rh a n d ，t h em u d c o n t a i n sa l a r g ea m o u n to f o r g a n i cm a t t e r , m a n yk i n d so f n u t r i t i o ne l e m e n t sa n dt r a c e e l e m e n t st h a ta r eh e l p f u lt ot h ec r o p s ，s oi ti sak i n do fe f f e c t i v eb i o l o g i c a le n e r g y t h e r e f o r e ，t h ec o m b i n a t i o no fd i s p o s a la n du s eo ft h em u di sb e i n gp a i dm o r ea n d m o r ea t t e n t i o n ，b e c a u s ei tw i l lb e c o m et h es u b s t i t u t i n gr e s o u r c e st h a tc a nt u mw a s t e i n t ow e a l t h c h i n ai sal a r g ea g n c u l t u r a lc o u n t r y , a n di ti sak i n do ft r e a t m e n tt h a ti s s u i t a b l ef o rc h i n e s en a t i o n a lc o n d i t i o n st om a k em u da g r i c u l t u r a lt h i sr e s e a r c hj u s t s t u d i e st h ed e h y d r a t e dm u do fj i n a ns e c o n dp l a n to fw a t e rq u a l i t yp u r i f y i n g ， c a r r y i n gaf e a s i b i l i t ya n a l y s i st ot h eu r b a nm u da g r i c u l t u r a l l y , t e s t i n go nt h ec o m p o s t o f t h ed e h y d r a t e dm u da n ds t u d y i n gt h ec r a f ta n dp e r i m e t e r s t h e s ea r et h ef o l l o w i n g r e s u l t s ： 1 a n a l y z er e g u l a r l ya b o u tt h em u dc o m p o s i t i o no fj i n a ns e c o n dp l a n to fw a t e r q u a l i t yp u r l r y i n g ，t h e r ec o n t a i nh i 曲e ro r g a n i cm a t t e r , n i t r o g e n ，p h o s p h o r u s ， p o t a s s i u m ，a n dl o w e rh e a v ym e n t a l i tt o t a l l ya c c o r d sw i t ht h en a t i o n a lr e l e v a n t s t a n d a r d so f a g r i c u l t u r a lm u d t h e r e f o r e ，i ti sf e a s i b l et om a k et h em u d a g r i c u l t u r a lo f i i i 西安建筑科技大学硕士学位论文 j i n a ns e c o n dp l a n to fw a t e rq u a l i t yp u f f f y i n g 2 a c c o r d i n gt ot h em u dc o m p o s i t i o no fj i n a ns e c o n dp l a n to fw a t e rq u a l i t y p u r i f y i n g ，m a k es u r et op u ti n t ot h er i c eh u s kw h i c hc o n t a i n sc a r b o na n ds i l i c o nt h a t c a r la b s o r bt h eh e a v ym e t a la n di m p r o v et h eq u a l i t yo f t h es o i l ，a n dt h eg r a s sc h a r c o a l t h a tc o n t a i n sn u t r i t i o ne l e m e n t s ，s u c ha so r g a n i cm a t t e r , h u m i ca c i da n dn i t r o g e n ， p h o s p h o r u s ，p o t a s s i u m ，a n dt h eg r a yc o a lo fp o w d e rt h a tc o n t a i n st h et r a c ee l e m e n t w h i c hp l a n t sn e e da n dh a sp a s s i v a t i o nf u n c t i o no nt h eh e a v ym e t a l a c c o r d i n gt o c n = 2 5 ，t h e s ef o u re l e m e n t sc a r lb em a d eu pi n t o7k i n d so fp r e s c r i p t i o n t h e r e f o r e ， i tn o to n l yg e t su pt ov a r i o u si ( i n d so f e l e m e n t st ot h ec o n s o n a n c eo f t h ep h y s i o l o g i c a l f u n c t i o no ft h ep l a n ta n dg o o dr e s u l tp r o d u c e da f t e rt h ec h e m i c a lr e a c t i o n ，b u ta l s o d e v e l o p st h eu t i l i z a t i o no f t h er i c eh u s k a n dg r a yc o a lo f p o w d e r 3 h a v eac o m p o s tt e s to nt h e7k i n d so fp r e s c r i p t i o n ，p a s s i n gt h ee v a l u a t i o n i n d e xo fp h y s i c sa n dp l a n te x p e r i m e n t a la n a l y s i s ，a n ds e l e c t i n gt h ep r e s c r i p t i o n i i & vt ob es t u d i e d ：p r e s c r i p t i o ni i ：m u d + r i c eh u s k + g r a s sc h a r c o a l + g r a yc o a l o fp o w d e r ( f a 2 5 ) ，p r e s c r i p t i o nv ：m u d + r i c eh u s k + g r a s sc h a r c o a l + g r a yc o a lo f p o w d e rf p t 3 5 + f a 2 5 ) t h ep e r i o ds h o u l db er e s t r i c t e di n3 5 - 4 8d a y s ，a n do nt h e 3 5 出d a yt h eg e r m i n a t i o np e r c e n t a g eo fp r e s c r i p t i o n i i & v i s8 5 6 a n d8 5 6 r e s p e c t i v e l ya n dg e r m i n a t i o ni n d e xi s4 6 8 a n d51 4 r e s p e c t i v e l y 4 h a v eas i t u a t i o na n a l y s i so nt h ec h a n g eo ft h ec o n t e n to fh e a v ym e n t a la n d t h ed e g r e eo ft h o r o u g hd e c o m p o s i t i o n ：p r e s c r i p t i o nvi sb e t t e rt h a np r e s c r i p t i o ni i ， s op r e s c r i p t i o nv m u d + r i c eh u s k + g r a s sc h a r c o a l + g r a yc o a lo fp o w d e r ( p t 3 5 + f a 2 5 ) i st h eb e s tp r e s c r i p t i o n ；a c c o r d i n gt oc n = 2 5 ，t h em i x i n gp e r c e n t a g es h o u l d b e ，m u d ：r i c eh u s k ：g r a s sc h a r c o a l ：g r a yc o a lo f p o w d e r = 4 3 ：1 ：2 5 ：2 2 5 t h er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n ts h o w ：p r e s c r i p t i o nvc o n t a m sr i c hn u t r i t i o n c o m p o s i t i o n ，a f t e r4 9d a y so fc o m p o s ta c c o r d i n gt ot h i sp r e s c r i p t i o n ，t h es i t u a t i o no f n u t r i t i o u sc o n t e n t sa r e ：o r g a n i cm a t t e r1 6 6 t o t a ln i t r o g e nt 2 9 k r , t o t a lp h o s p h o r u s 4 7 9 k g ，t o t a lp o t a s s i u m3 4 9 k g ，q u i c k - a c t i n gn i t r o g e n2 8 9 k g ，q u i c k - a c t i n g p h o s p h o r u s0 3 9 k g ，q u i c k - a c t i n gp o t a s s i u m1 2 9 k g t h en u t r i t i o u sc o n t e n t sc a nb e i v 西安建筑科技大学硕士学位论文 u s e dd i r e c t l yb yt h ep l a n ta n di n c r e a s et h eo u t p u to fc r o p s a tt h es a m et i m e ，i t i m p r o v e st h en u t r i e n ts t a t eo ft h es o i l ，s o i ls t r u c t u r ea n dt h ef e r t i l es u p p o r t i n ga b i l i t y o ft h es o i l t h er e s e a r c ho p e n su pan e ww a yf o rm u dr e c y c l et r e a t m e n t m a k i n g m u d a g r i c u l t u r a l k e yw o r d s ： u r b a nm u d ，r i c eh u s k ， g r a s sc h a r c o a l ，g r a yc o a lo f p o w d e r , c o m p o s ta n da g r i c u l t u r a lu s a g e v 声明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其他单 位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做 的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文储獬：rd f 弋 嗍 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的 全部或部分内容，可以采用影印、缩印获知其他复印手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 敝作者答名：rr 冬刷程轹 醐： 注：请将此页附在论文首页。 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 1 课题的研究背景和意义 1 绪论 随着我国社会经济和城市化的发展，城市污水的产生及其数量在不断增加，城市污水 处理厂正如雨后春笋般的在全国各城市建成并投入运行。根据2 0 0 1 年统计资料。3 ，我国每年 污水排放量为3 2 8 亿立方米，城市污水处理厂4 2 7 座，年处理能力为1 1 3 6 亿立方米，污水 处理率约为3 0 。根据国家建设部城市污水处理发展目标的要求。，近1 0 年城市污水处理工 程建设加速，近中期发展目标到2 0 0 5 年，城市污水集中处理率达到4 5 ，5 0 万人口以 上城市要达到6 0 ，到2 0 1 0 年，所有城市达到6 0 ，重点城市( 如省会城市、旅游城市) 达 到7 0 ，并规划至2 0 0 5 年前在海河、淮海、辽河、太湖、巢湖流域和三峡区域建设4 4 9 个污 水处理厂。根据有关预测，我国城市污水量在未来二十年还会有较大增加，2 0 1 0 年污水排放 量将达到4 4 0 亿立方米，2 0 2 0 年污水排放量达到5 3 6 亿立方米。 国内大量污水处理厂的兴建，固然对防治我国的水污染问题起到了积极作用，但是一 个潜在的问题随之产生，即污泥的处置与处理问题。污泥是污水处理后的附属品，是一种由 有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥量通常占污水量 的0 3 一0 5 ( 体积) 或者约为污水处理量的1 一2 ( 质量) ，如果属于深度处理，污泥量 会增加0 5 - l 倍。污水处理量的增加必然导致污泥数量的增加。2 0 0 1 年统计o 。，我国城市污 水处理每年排放干污泥约3 0 万吨，并且还以每年1 0 一2 0 的速度增加，到2 0 1 0 年产干污泥 达到8 0 万吨。由于污水污泥的含水率很高，所需容积较大，给堆放、运输、储存、使用等 带来很多麻烦，污泥处理不但增加了基建投资，同时污水处理运行成本也大大提高。目前全 国现有污水处理厂中有污泥稳定处理设施的达不到l 4 ，处理工艺和配套设备较为完善的达 不到1 1 0 。“。在我国仅有的几十座污泥消化池中，能够正常运行的为数不多。因此污水处理 中的污泥处理和处置技术在我国还刚刚起步，同时污泥中含有大量的有害物质( 重金属) 以 及细菌、各种寄生虫卵、大量的病源微生物等。因此研究寻找合理的污泥处理、处置方式， 并充分利用污泥中的能源，使之达到减量化、稳定无害化和资源化具有重要的现实意义。 1 2 国内外污泥研究现状及进展 1 2 1 国外污水处理厂污泥处理与处置现状及进展 西安建筑科技大学硕士学位论文 国外的城市污水污泥处理与处置已经有近1 0 0 年的历史。无论是进行有效利用还是进 行填埋处置，污泥处理的目的与其它废弃物的处理一样，皆是减量化、稳定化、无害化、资 源化为目的，要达到这一目的，必须通过各种机械和各种处理构筑物的有机结合，组成污泥 处理、处置系统。污泥处置的基本步骤为：浓缩、脱水、干燥、焚烧等，这些操作均能起到 浓缩污泥的作用。 通常情况下，污泥处理系统的工艺流程一般有下列四类： ( 1 ) 原污泥一浓缩一脱水一处置脱水滤饼 ( 2 ) 原污泥一浓缩一脱水一焚烧一处置灰分 ( 3 ) 原污泥一浓缩一消化一脱水一处置脱水滤饼 ( 4 ) 原污泥一浓缩一消化一脱水一焚烧一处置灰分 根据日本对3 1 8 个污水处理厂的统计“，污泥处理方式( 1 ) 占3 4 ；方式( 2 ) 占8 8 ； 方式( 3 ) 占2 6 ；方式( 4 ) 占j 7 ：其它方式占2 j 5 。 在污泥处理过程中，影响污泥性质稳定的是污泥中的有机物量，这些有机物含大量不 稳定的腐殖质组分，极不稳定，在短时间内就会散发腐臭的令人厌恶的气味，因此需要进 行稳定化处理，最终的脱水泥饼或者焚烧后的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及其方法列于表卜l “j 表卜1 污泥的处理目的与单元操作方法” 处理目的单元操作方法 浓缩 重力式、气浮式、离心式、反渗透式、蒸发式 消化厌氧、耗氧 j z 刖 药品石灰、各类絮凝剂 处 执 高温高压式、低温加压式、冷冻溶解式 理 ，1、 脱水 重力式、真空式、毡式、离，山式、加压式 干燥 自然式、回转炉式、多转炉式、气流式、流动床式 焚烧 多段炉、回转炉、流动床炉、喷射式焚烧炉、湿式氧化法、燃烧炉 处置 填埋、投弃海洋、用作肥料、资源化 城市污水处理厂污水处理过程中产生的污泥量与每个国家、每个地区污水处理负荷、 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 很多，而且又较为复杂，各国的数据各不相同。 2 西安建筑科技大学硕士学位论文 据美国环保署估计，1 9 9 8 年全美国干污泥产量为6 9 0 万吨，在过去的2 0 年，美国人 口和开展市政污水处理的人口数量皆得到显著增加，而且自从1 9 7 2 年政府颁布水净化条例 以来，污泥量得到了快速的增加。可以预计，随着人口水平的持续增长，污泥产量还会增加， 而且其年增长率会超过市政所能提供污水处理服务人1 ：3 的增长速率。1 9 8 6 1 9 9 6 年期间，美 国只经过一级处理的污水流量减少了4 ，而经过二级或更高级处理的污水流量增加了2 9 6 。 假设这种趋势发展下去，根据市政所能提供污水处理服务人口的增加和污水二次处理及污泥 产量的轻微改变进行预测，到2 0 0 5 年美国干污泥产量将达到7 6 0 万吨，2 0 1 0 年将达到8 2 0 万吨。这就是说，从1 9 9 8 年到2 0 1 0 年，污泥产量将增加1 9 ，下表卜2 是1 9 9 8 年以后美国 污泥产量和处理状况及预测。1 。 表卜2美国污泥产量及其预测。1 年份 1 9 9 82 0 0 02 0 0 52 0 1 0 土地利用 2 83 13 43 9 有利利用 先进处理 o 8o 91 oi 1 ( 百万吨) 其他有益利用 o 5o 5o 6o 7 ( 干污泥) 小计4 14 55 o5 7 地表处置陆地填埋 1 2o 9o 9o 9 处置 焚烧 1 51 61 61 5 ( 百万吨) 其它 0 1o 1o 10 1 ( 干污泥) 小计 2 82 62 62 5 总计( 百万吨) 6 97 17 68 2 在英国，根据资料，污水处理产生的污泥年产量为1 1 0 7 万吨干污泥，表卜3 列 出了英国污水污泥的处理方法及处理量。从表中可以看出，目前英国污水污泥在最终处置前 进行了前处理，采用的主要方法为厌氧处理。在表1 4 中，给出了英国污水污泥的最终处置 情况。 表卜3 英国污水污泥处理方法及处理量9 = 处理方法处理量( 万d e 年)百分比( ) 厌氧处理 6 0 35 4 5 好氧处理，2 1 1 9 西安建筑科技大学硕士学位论文 石灰处理 1 41 3 堆肥o 60 5 方法不明1 71 5 未经处理 4 4 6 4 0 3 表1 - 4英国污水污泥最终处置情况统计9 英格兰和威尔士苏格兰北爱尔兰 英国总体情况 处置方污泥量污泥量污泥量污泥量 百分数 百分数 百分数百分数 法 ( 万吨( 万吨( 万吨( 万吨 ( ) ( )( ) ( ) 年) 年)年)年) 农用4 3 04 4 1 o 1 32 66 04 6 64 2 专用地 2 52 0o oo2 52 处置 排海 2 6 32 76 o7 61 22 83 3 53 0 焚烧 7 58o 11oo7 67 填埋 7 880 40o 51 28 78 有效益 _ 6 4 60 4 0o o6 8 6 的回用 堆放5 o0oooo5 o5 从表卜4 中可以看出，英国污泥最终处置的主要方法是农用其次为污泥排海。但是 进入九十年代，随着环境问题的目益严重，欧洲多国和一些发达国家对城市污水污泥处理与 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) 或二 级处理“”。而欧共体则在协定中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 将禁止污水污泥排海。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，这意味着英国将有近3 0 0 o 的污水污泥将转向陆地处置。 目前英国4 2 的污泥厌氧消化后回用于农田，填埋所占的比例较小，只占污水污泥处 理量的8 ，对于3 0 的转为陆地处置的污水污泥，英国的处理方法仍采用中温厌氧消化， 兴建大型的污泥处理中心，将若干污水厂的污水污泥集中输送至污泥处理中心集中处理， 从长远的观点来看，将经过厌氧消化、化学或热处理、长时间堆放等适当处理后的污水污 泥回用于农田，是英国污泥处置的发展方向。 下面列出欧盟各国采用的污泥处理方法( 表卜5 ) 、世界主要国家污泥产量及其采用 的处置方式“13 ( 表1 6 ) 4 西安建筑科技大学硕士学位论文 表卜5 欧盟各国采用的污泥处理方法 污泥处理方法廖：占的比率( ) 国家 浓缩脱水厌氧消化 好氧消化堆肥 石灰法 比利时 5 36 06 7 2 20 2 丹麦 9 55 0 4 0l 0 法国4 91 7 0 o 德国 7 7 6 41 2 3o 希腊 o o9 73 0o 爱尔兰 1 4 3 31 98 o0 意大利7 59 05 64 4 oo 卢森堡8 08 lo 50 荷兰5 34 4 3 5oo 西班牙7 06 50 2 6 注： a 有1 7 的污泥用未知方法进行了处理，其中可能包括堆肥。 表卜6世界主要国家污泥产景及其采用的处置方式 产量( 干污泥) ( 百处置方法 国家 万吨年) 土地利用陆地填埋 焚烧其他 奥地利3 21 35 63 lo 比利时7 53 l5 694 丹麦1 33 73 32 82 法国7 0 5 05 00o 德国2 5 02 5 6 31 20 希腊1 539 7o o 爱尔兰242 81 8o5 4 意大利8 03 40 01 1o 卢森堡1 58 l1 8o1 荷兰2 8 24 45 33o 葡萄牙2 08 013o7 西班牙2 81 05 0l o 3 0 瑞典 1 8 4 50 0oo 瑞士2 1 5 5 03 02 0o 西安建筑科技大学硕士学位论文 日本 1 7 19 3 5 5 5l 澳大利亚 2 8 53 3 5l 3 7 ( 投海) 目前世界范围内常用的污泥处置方法有农用、填埋、投海、焚烧等，由前表可知：美 国和英国以农用为主，西欧以污泥填埋为主，日本以焚烧为主，而澳大利亚以污泥填埋和投 海为主。 欧洲联盟( e u ) 国家对污泥处置的发展趋势进行综合分析，由于可使用土地面积、 处理成本、越来越严格的环境标准以及资源回收政策的普及，同时考虑到在过去的1 0 年到 2 0 年间污泥性质的巨大变化等因素，预计至2 0 0 5 年欧盟各国采用污泥处置方式的比例如下： 回收利用占4 5 ，焚烧占3 8 ，填埋占1 7 。 1 2 2 国内污水处理厂污泥处理与处置现状与进展 在我国，排水事业虽然有一定程度的发展，但在污水处理方面比西方发达国家仍较为 落后，污泥的处置技术也很落后，大多未经预处理或仅经简单处理后，就直接农用、填埋或 送垃圾场处理，甚至有随意堆放的，一些中小城市基本上没有建造污水处理设旌，即使在建 有污水处理厂的大中城市，其厂内的污泥处理设施也有9 0 以上不配套。在我国，已经建成 的污水处理厂中，污泥未经任何处理就直接农用的占7 0 以上。即使在没有消化池的污水处 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。从国内已建成运行的城市污水处理厂来看，污水污泥处理工艺大体可归纳为 1 8 种工艺流程，见表1 - 7 。 表1 - 7 国内已建城市污水处理厂污水污泥处理工艺。1 序号污泥处理流程应用比例 l 浓缩池一最终处置 2 1 6 3 2 双层沉淀池污泥一最终处置 1 3 5 0 6 3 双层沉淀池污泥一干化场一最终处置 2 7 0 0 0 4 浓缩池一消化池一湿污泥池一最终处置 6 7 6 一 0 浓缩池一消化池一机械脱水一最终处置 9 4 6 0 0 6 浓缩池一湿污泥池一最终处置 1 4 8 7 咭 7 浓缩池一两极消化池一湿污泥池一最终处置 1 3 5 6 西安建筑科技大学硕士学位论文 8 浓缩池一两极消化池一最终处置 2 7 0 9 浓缩池一两极消化池一机械脱水一最终处置 9 4 6 ， l o 初沉池污泥一消化池一干化场一最终处置 1 3 5 1 1 初沉池污泥一两极消化池一机械脱水一最终处置 1 3 5 1 2 接触氧化池污泥一于化场一最终处置 1 3 5 1 3 浓缩池一消化池一干化场一最终处置1 3 5 1 4 浓缩池一干化场一最终处置4 0 5 1 5 初沉池污泥一浓缩池一两极消化池一机械脱水一最终处置 1 3 5 1 6 浓缩池一机械脱水一最终处置1 4 8 7 1 7 初沉池污泥一好氧消化一浓缩池一机械脱水一最终处置 2 7 0 1 8 浓缩池一厌氧消化一浓缩池一机械脱水一最终处置 1 3 5 注：1 表中未注明的污泥均为活性污泥。 2 污泥浓缩主要是降低污泥中的空隙水，通常采用的是物理处理方法，主要包括重力浓 缩法、气浮浓缩法、离心浓缩法等，它们的处理眭能如下表1 8 所示。 表卜8几种浓缩方法的比能耗和含固浓度 浓缩后含水率 比能耗 浓缩方法污泥类型 干固体 ( ) 脱除水( k w h t ) ( k w h t ) 重力浓缩初沉污泥 9 0 9 j1 7 50 2 0 重力浓缩剩余活性污泥9 7 9 8 88 lo 0 9 气浮浓缩剩余活性污泥9 5 9 7 1 3 12 1 8 框式离心浓缩剩余活性污泥 9 l 一9 22 1 12 2 9 无孔转鼓离心浓缩剩余活性污泥 9 2 - 9 5 1 1 71 2 3 从表1 - 8 中可以看出，初沉污泥用重力浓缩法处理最为经济，对于剩余污泥来说，由 于剩余污泥浓度低，有机物含量高，浓缩困难，采用重力浓缩法效果不好，而采用气浮浓缩、 离心浓缩则设备复杂、费用高，也不适合中国国情。所以，目前国内推行将剩余活性污泥送 回初沉池与初沉污泥共同沉淀的重力浓缩工艺，利用活性污泥的絮凝性能，提高初沉池的沉 7 西安建筑科技大学硕士学位论文 淀效果，同时使剩余污泥得到浓缩。国内污水处理厂对此进行了试验研究，表明这种工艺的 初沉池出水水质好于传统工艺“。因此，国内当前将重力浓缩法作为主要的污泥浓缩方法占 7 l _ 5 ，机械浓缩占2 1 4 ，气浮浓缩占7 1 。由于国内经济状态和资金短缺，且污泥中有 机物含量低，所以重力浓缩仍将是国内今后重要污泥减量手段。 污泥稳定，国内目前常用的污泥稳定方法是厌氧消化，好氧消化和污泥堆肥也有部分 被采用，并且污泥堆肥正处于不断研究阶段，而热解和化学稳定方法或者是由于技术的原因 或者是由于经济、能耗的原因而很少被采用“。八种污泥稳定方法在国内所占的比例如下： 无污泥稳定占5 5 7 0 ，厌氧消化占3 8 0 4 ，污泥堆肥占3 4 5 ，好氧消化占2 8 1 。 污泥脱水，国内现有的污泥脱水措施主要是机械脱水，而干化场由于受到地区、气候 条件的限制很少被采用，八种污泥脱水技术在国内所占的比例为：无污泥脱水占4 8 6 5 ，滚 压、带式脱水占3 7 8 4 ，干化场占1 0 8 1 ，压滤脱水占1 3 5 ，真空吸滤脱水占1 3 5 。 1 2 3 国内城市污水污泥处理中存在的问题 国内城市污水污泥的处理起步较晚，其中也存在许多问题，主要表现在以下几个方面： 12 3 1 污泥处理率低，工艺不完善 我国存在着重废水处理，轻污泥处理的倾向。很多城市未把污泥的处理作为污水处理 厂的必要组成部分，往往是污水处理厂建成后，相当长的时间后才建污泥处理系统，造成我 国城市污水污泥处理率很低，从表1 7 的工艺中也可以看出，国内城市污水处理厂的污泥处 理工艺是很不完善的。污泥经过浓缩、消化稳定和干化脱水处理的污水处理厂仅占上述城市 污水处理厂的2 5 6 8 ，这说明我国7 0 以上的污水处理厂不具备有完整的污泥处理工艺。不 具有污泥稳定处理的污水处理厂占5 5 7 0 ，大量未经过稳定处理的污泥将对环境产生严重的 二次污染。不具有污泥干化脱水处理的污水处理厂约占4 8 6 5 。污泥经浓缩、消化后，尚有 约9 5 含水率，体积仍然很大，这样庞大体积的污泥如果不经过污泥的干化脱水处理，将为 运输及后续处置带来许多不便。 1232 污泥处理技术设备落后 当前我国有些污水处理厂所采用的污泥处理技术已经是发达国家所摈弃的技术，其水平 还停留在发达国家的7 0 、8 0 年代的水平，有的甚至是国外的6 0 年代水平，而且有些污泥处 理技术根本不合乎国内的污水污泥特性，对所采用的技术缺乏必要的调查研究。污泥处理设 备也比较落后，性能差、效率低、能耗高、专用设备少，未能形成标准化和系列化。因此， 限制了我国污泥处理技术的提高和发展。 1 233 污泥处理管理水平低 很多已建成的污泥处理设施不能正常运行，除技术水平外，管理水平也是重要因素， 大部分污水处理厂的管理人员和操作人员的素质较差，缺乏管理经验，不能有效地组织生产， 西安建筑科技大学硕士学位论文 加上技术人员少，各个专业不配套，所以一旦生产上出现问题，不知如何处理，有的污水处 理厂的污泥处理系统只好长期闲置。提高污水处理厂的管理水平，早日实现科学管理是保证 污水处理厂污泥系统长期运转的关键所在。 1 2 3 4 污泥处理设计水平低 我国排水事业有很大发展，积累了较为丰富的污水处理设计经验，并培养了大批设计 人才，但在污泥处理方面，我国还缺乏实践经验和设计经验，尤其是污泥处理系统的整体水 平还比较低。从已建成的污水处理厂的污泥处理装置看，运行工况不佳，不能保证长期运行， 很多厂的装置建成后，又进行较大的技术改造，造成人力和财力的极大浪费。 1 2 35 污泥处理投资低 国内污泥处理投资只占污水处理厂总投资的2 0 9 6 5 0 ，而发达国家污泥处理投资要占 总投资的5 0 一7 0 。 1 24 国内污水处理厂污泥处置现状与分析 城市污水污泥的处置途径包括土地利用、卫生填埋、焚烧处理和水体消纳等方法，这 些方法都能够容纳大量的城市污水污泥，但因国家的不同而应用情况有所不同。我国自8 0 年代初第一座污水处理厂天津纪庄子污水处理厂建成投产后，污泥即由附近郊区农民用于农 田，其后北京高碑店等污水处理厂的污泥也均用于农田。随着城市污水污泥产量和污水处理 厂的逐渐增多，目前我国已开始将污水处理厂污泥用于土地填埋和城市绿化，并将污泥作基 质，制作复合肥用于农业等。但在国内，总的状况还是以污泥土地利用的形式为主，将污泥 用于农业。可由于国内在污泥管理方面对污泥所含病原菌、重金属和有毒有机物等理化指标 及臭气等感官指标控制的重视程度还不够高，因此限制了对污泥的迸一步处置利用，目前污 泥处置技术在国内所占的比例如下：农业利用占4 4 8 3 ，土地填埋占3 1 0 3 ，无污泥处置 占1 3 7 9 ，绿化占3 4 5 ，焚烧占3 4 5 ，与垃圾混合填埋占3 4 5 。 国内的污泥处置，即最终出路存在严重问题但有1 3 7 9 的污泥没有任何处置，这将 对环境带来巨大危害。污泥散发的臭气污染严重，病原菌对人类健康产生潜在威胁，重金属 和有毒有害有机物污染地表和地下水系统。造成这种现象的原因可以归纳如下：由于国内污 泥处理处置的起步较晚，许多城市没有将污泥处置场所纳入城市总体规划，造成很多污水处 理厂难以找到合适的污泥处置方法和污泥弃置场所：我国污泥利用的基础薄弱，人们对污泥 利用的认识存在严重不足，对污泥的最终处置问题缺乏关注，给一些有害污泥的最终处置留 下了隐患：污泥利用率不是很高，仍有一部分的污水处理厂污泥只经储存即由环卫部门外运 市郊直接堆放，尤其是国内一些南方城市很多采用这种方式。这样的处置方式既影响了污水 处理厂的正常运行，同时污泥的随意堆放又很容易产生二次污染，并造成污泥资源的浪费。 因此我国当前面临的问题是应尽快发展污泥处置技术来解决不断增长的污水污泥。 9 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 2 5 国内外污泥处理与处置的评价 1 2 5 1 污泥在农业上的应用 污泥中含有机质和植物生长所需要的各种微量元素，典型的污水处理厂污泥中含有氮 4 ，磷2 5 和钾0 5 左右( 以重量计) 。因此污泥作为农肥用于农作物或园林既可改善土 壤结构，又能为作物提供养分。但污泥中含有一定量的重金属元素和病毒、病原菌、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“。为控制污泥农用对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，限制污泥的旎用总量是十分必要的。 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 污泥在进入环境前有必要进行灭菌预处理。 1 2 52 污泥填埋 由于污泥填埋方法简单，费用低廉，因此在有些国家填埋是一种主要的处置方式。但 填埋一方面侵占大量土地，另一方面由于污泥含有一定的有毒物质，填埋不当有可能由于沥 滤液的浸出而污染地下水。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、 交通条件以及对人群可能产生的影响，并与土地规划相结合。 1 2 5 3 污泥投海 利用海洋的自净能力，投海处理污泥一直被许多国家所采用。但由于这一处霞方式对 海洋生态、环境卫生及水体污染所造成的严重后果，美国、日本、欧洲共同体委员会国家及 组织对污泥投海均作了严格的规定，该方法已于1 9 9 8 年1 2 月3 0 日终止使用。 1254 污泥焚烧 污泥焚烧可以迅速将污泥氧化并释放出一定的能量。但由于焚烧过程能耗高，氧化反 应所需的能量不能自给，需另外补充能量，所以消耗大量能源，运行成本高。例如“：日本 以焚烧处理污泥为主( 占7 2 ) ，每年耗重油达39 x1 0 j m 。同时污泥焚烧会产生大量废气， 若不严格处理也会造成二次污染。 此外，从污泥综合利用角度出发，人们还进行污泥制动物饲料、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。 综合所述，各种污泥处理方法各有其优缺点( 见表1 - 9 ) 。我国作为发展中国家，经 济发展水平还不够高，污泥成分也不完全和国外相同，因此必须寻找适合国情的处理方法。