（环境工程专业论文）污泥混合聚丙烯酸钠的堆肥工艺研究.pdf

一1 j 。 j 一 型鎏二鲨l 一! 删磐螋- - i _ - _ _ - _ _ i - _ _ _ - - _ - _ - - l _ - i _ _ - - l - _ _ _ _ i i _ _ _ _ _ i - - 。o 。一- a b s t r a c t s l u d g ec o m p o s t i n gu s e di nl a n di so n e o fe f f e c t i v ew a y st od e a lw i t hs l u d g ei nc h i n a a tp r e s e n t t h i sw a yf i t so u rc o u n t r yw e l l a c c o r d i n g l y , t os t u d yo ns w a g es l u d g e c o m p o s t i n ga n ds o l v ep r o b l e m so fc o m p o s t e ds w a g es l u d g ei nl a n d 。u s ei sv e r y s i g n i f i c a n t b a s e do ns o m ep r o b l e m so fs l u d g ec o m p o s t i n gw 池i l i 曲m o i s t u r ec o n t e n t ，s u c ha s h i g hp r o p h a s ed i s p o s a le x p e n s e ，l o wf e r t i l i z e re f f i c i e n c ya n dh e a v ym e t a l ，c o m p o s t i n g p r o c e s sw i t hs u p e ra b s o r b e n tp o l y m e r ( s o d i u mp o l y a c r y l a t e ) c a nc a r r y o u tt h ep r o c e s s ， p r e d i g e s tc o m p o s f i n gp r o c e s s ，r e d u c eh e a v y m e t a lp o l l u t i o na n dt h ec o s t ，a n ds p e e dt h e a p p l i c a t i o no fs l u d g ec o m p o s t i n gp r o d u c t s s y s t e m sa n a l y s i so fs o d i u mp o l y a c r y l a t e si n f e c t i o no ns l u d g ec o m p o s t i n g ，a n d i t s f u n c t i o nm e c h a n i s mw e r ed i s c u s s e s e x p e r i m e n tr e s u l ti n d i c a t e s ：s o d i u mp o l y a c r y l a t eh a s g o o dc h a r a c t e ro fw a t e ra b s o r p t i o n , w a t e rs a v i n ga n dh e a v ym e t a la b s o r p t i o n i tc a n r e d u c ei n t e r s t i t i a lw a t e ro fs l u d g ee v i d e n t l y , i n c r e a s ev o i df r a c t i o n ，a n di m p r o v es l u d g e s t r u c t u r ea n do x y g e nc o n d i t i o n t h e s ec h a r a c t e r sa c h i e v ed i r e c tc o m p o s i n go fh i g h m o i s t u r ec o n t e n ts l u d g e i na d d i t i o n ，s o d i u mp o l y a c r y l a t e sa f f e c t i o no nf e r t i l i z e r e f f i c i e n c ya n dh e a v ym e t a l sc o n f i g u r a t i o nw a sa l s od i s c u s s e d f o rt h eb a s i ci n s t a n c eo fs w a g es l u d g ei nf u z h o u ，e l e m e n t a r ys l u d g ed i s p o s a ls y s t e m a n dr u d i m e n to fc o m p o s t i n gp r o c e s sw i t hs o d i u mp o l y a c r y l a t ew e r ed e s i g n e di nt h ep a p e r i na d d i t i o n ，a p p l i c a t i o n sf o r e g r o u n do f e n g i n e e r i n ga n dl a n d - u s ew e r ea l s oa n a l y z e d k e y w o r d ss w a g es l u d g e ；s o d i u mp o l y a c r y l a t e ；a e r o b i cc o m p o s t i n g ；h i g hm o i s t u r e c o n t e n t ；v o i df r a c t i o n ；h e a v ym e t a l ；l a n d - u s e n 卜 ， 福建师范大学硕士学位论文 中文文摘 本课题根据污泥堆肥化土地利用所存在的问题，首次提出采用高吸水性树脂聚 丙烯酸钠作为污泥堆肥添加辅料。开展了一系列的污泥混合聚丙烯酸钠的好氧堆肥 实验，研究了聚丙烯酸钠对污泥结构性能和对污泥堆肥进程的影响，初步探讨了聚 丙烯酸钠对污泥堆肥效果的影响机理。 首先研究了聚丙烯酸钠的基本性能，探讨了聚丙烯酸钠在不同溶液中的吸水性、 保水性，重点研究了聚丙烯酸钠对污泥间隙水、空隙率和结构性能的影响。实验结 果表明：聚丙烯酸钠具有较强的吸水性、耐盐性，蒸馏水中吸水倍率达6 8 6 倍；聚 丙烯酸钠具有较强的耐盐性和吸水力，在含水率为8 0 7 8 污泥中最高吸水倍率可达 9 6 倍，可有效降低污泥间隙水的含量，随着聚丙烯酸钠添加量的增加，污泥容重降 低，空隙率明显提高，污泥结构性能明显改善；在含水率为8 0 7 8 污泥中，聚丙烯 酸钠添加量为1 0 0 - 1 5 0 时，污泥水份从饱和阶段过渡到非饱和阶段，在这一过渡 阶段，聚丙烯酸钠对污泥空隙率的影响效果较佳。综合成本和性能因素，建议聚丙 烯酸钠的添加量控制在0 2 5 1 5 0 之间。 其次利用自行设计的小型堆肥罐开展了一系列污泥混合聚丙烯酸钠的好氧堆肥 实验，初步探讨了聚丙烯酸钠对高含水率污泥好氧堆肥的促进作用，研究探讨了聚 丙烯酸钠、初始污泥含水率和温度等工艺条件对污泥好氧堆肥进程的影响。实验结 果表明：聚丙烯酸钠的加入可有效提高污泥空隙率，改善污泥通风性能，促进高含 水率污泥好氧堆肥的实现；聚丙烯酸钠添加量、污泥含水率、温度均是污泥混合聚 丙烯酸钠的堆肥工艺的重要影响参数，建议污水厂生产污泥时尽量降低污泥含水率， 堆肥工艺控制于高温堆肥效果较佳，对于含水率8 0 污泥聚丙烯酸钠添加量为 1 5 0 效果较好，含水率较低时可适当减少聚丙烯酸钠的添加量；污泥混合聚丙烯酸 钠的堆肥工艺，可实现高含水率污泥直接好氧堆肥，简化堆肥工艺，减少费用；同 时聚丙烯酸钠性能较强，使用量少，经济有效，且聚丙烯酸钠本身性能稳定，不会 加重微生物有机质分解负担，功效持久，且具有一定的保水及改良堆肥产品，提高 产品肥效等功效，是一种较为理想的堆肥调理剂。 其三以铜、镉重金属为例，研究了聚丙烯酸钠对重金属离子的吸附能力。实验 结果表明：聚丙烯酸钠对镉离子和铜离子均具有较强的吸附能力，且随着溶液中离 子浓度的增加而增强，二者呈一元线性关系；当铜离子浓度为0 0 0 5m o l l 时，铜离 福建师范火学硕士学位论文 子去除率达1 0 0 ，当镉离子浓度为o 0 0 7 m o l l 时，其去除率为9 6 1 0 ；在污泥( 镉 含量5 m g k g ) 混合聚丙烯酸钠的重金属淋洗实验中，当聚丙烯酸钠添加量低于2 4 时，随着聚丙烯酸钠添加量的增大，各污泥柱淋洗液中的镉离子浓度变大，继续增 加聚丙烯酸钠添加量，淋洗液中镉的浓度开始下降。 其四对福州市四个污水厂( 祥坂、洋里、快安、金山) 污泥的处理处置现状进行 调查研究，测定了各污水厂冬夏两季污泥的基本性质。结果表明：福州市各污水厂 污泥性质较为稳定，污泥有机质、氮磷等有效成份含量高，重金属污染小；根据福 州市污水厂污泥基本性能和福州市土壤环境容量确定各污泥厂污泥的年施用量，通 过风险评估初步表明各污水厂污泥在有效的无害化处理与科学的施用方法前提下可 有效控制其污染风险；综合分析福州市的自然环境、人文环境、产业结构和经济发 展水平等具体情况，福州市污水厂污泥堆肥化土地利用可行性与前景良好，建议发 展以污泥土地利用为主其它处置方法并存的多元化处理处置技术路线。 i v i 、 卜 福建师范大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 中文文摘i 第1 章绪论1 1 1 引言：1 1 2 污泥的基本概况l 1 2 1 城市污泥的基本性质1 1 2 2 国内城市污水厂污泥现状3 1 2 3 国内外污泥的处理处置概况4 1 2 4 国内污泥处理处置现状及展望。5 i 2 5 城市污泥土地利用的相关要求与政策标准6 1 2 6 污泥的堆肥化处理技术7 1 2 7 城市污泥堆肥化土地利用的必要性与意义1 3 1 2 8 污泥堆肥化土地利用存在的不足1 5 1 3 高吸水性树脂的基本概况“1 6 1 3 1 高吸水性树脂的发展与应用。1 6 1 3 2 高吸水性树脂的吸水机理1 7 1 3 3 高吸水性树脂土地利用的功效1 8 1 3 4 士地利用高吸水性树脂性能要求19 1 4 本课题的提出、目的和创新点2 0 第2 章聚丙烯酸钠对污泥性能结构影响的研究2 3 2 1 前言2 3 2 2 实验部分2 3 2 2 1 实验原料2 3 2 2 2 实验测定指标、测试方法及主要仪器，2 3 2 3 试验结果与讨论2 5 2 3 1 聚丙烯酸钠的基本性能2 5 2 3 2 污泥混合聚丙烯酸钠后的表观现象2 7 2 3 3 聚丙烯酸钠对污泥间隙水的影响2 9 2 3 4 聚丙烯酸钠对污泥保水性的影响2 9 2 3 5 污泥含水率和聚丙烯酸钠对污泥容重和空隙率的影响3 0 2 3 6 聚丙烯酸钠对污泥结构的影响3 6 2 4 结1 呛：。3 6 第3 章污泥混合聚丙烯酸钠堆肥工艺研究3 9 3 1 前言3 9 3 2 实验部分3 9 3 2 1 堆肥原料3 9 3 2 2 实验装置4 0 3 2 3 实验测试指标、测试方法及主要仪器4 l 3 3 高含水率污泥混合聚丙烯酸钠堆肥初探4 2 3 3 i 实验目的4 2 3 3 2 堆肥工况设计4 2 3 3 3 结果与讨论4 2 l 福建师范大学硕士学位论文 3 3 4 小结_ 4 4 3 4 污泥混合聚丙烯酸钠堆肥工艺参数的正交试验4 5 3 4 1 实验目的4 5 3 4 2 试验方案的设计4 5 3 4 3 结果与讨论4 6 3 4 4 小结。4 7 3 5 温度控制对污泥混合聚丙烯酸钠堆肥的影响4 7 3 5 i 实验目的4 7 3 5 2 结果与讨论4 7 3 5 3 小结5l 3 6 聚丙烯酸钠添加量与添加方式对污泥堆肥的影响5 2 3 6 1 实验目的5 2 3 6 2 堆肥工况设计5 2 3 6 3 结果与讨论5 4 3 6 4 ，j 、结6i 3 7 结论6 1 第4 章聚丙烯酸钠对污泥中重金属影响的初探6 3 4 1 前言6 3 4 2 实验部分6 3 4 2 1 实验原料6 3 4 2 2 实验测定指标、测试方法及主要仪器6 3 4 3 结果与讨论6 4 4 3 1 水溶液中聚丙烯酸钠对重金属镉、铜离子的吸附效应6 4 4 3 2 镉污染污泥混合聚丙烯酸钠的污泥柱淋溶实验6 8 4 4 结 仓7 0 第5 章福州市污水厂污泥堆肥土地利用前景分析7 1 5 1 前言7 1 5 2 背景概况7 1 5 2 1 福州市污水厂污水与污泥处理处置概况7 l 5 2 2 福州市污水处理厂污泥处置工艺存在问题分析7 5 5 3 福州市各污泥厂污泥土地利用可行性与前景分析7 6 5 3 1 福州市污水厂污泥的跟踪测定与性能分析7 6 5 3 2 福州市污水厂污泥土地利用前景分析8 l 5 4 福州市污水厂污泥土地施用的控制8 2 5 5 福州市污水厂污泥堆肥化土地利用技术路线设想8 6 结论8 8 参考文献9 0 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果9 6 至炙谢：9 7 索引9 8 个人简历9 9 v i 第1 章绪论 1 1 引言 污水污泥处理是目前世界各国共同面临的环境问题。污泥成份复杂，有毒有害 物质含量高，极易通过大气、水体、食物链等各种途径造成二次污染，危及人类健 康。在我国，近年来各地城市迅速扩大发展、城市污泥处理系统的不断完善，污水 污泥产量逐年剧增；再加上我国缺乏足够的重视和合理的规划管理，资金投入严重 不足，污泥处理处置严重滞后。在我国，污水污泥污染问题十分严峻，污泥的处置 问题迫在眉睫。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，同时更要对我国现有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、处置方 式，进一步加强污泥处理系统的研究，提高我国污泥的处理和处置水平。 污泥的处理处置方法主要有填埋、焚烧、土地利用。纵观国内外研究和实践的 发展趋势，污泥堆肥化土地利用适合于我国这种农业大国开展。污泥堆肥化土地利 用不仅费用低，效益好，可有效利用污泥中的有机质、氮磷钾等有效成份，同时可 促进城市一土壤系统间碳、氮、磷等土壤系统重要组成元素的循环流通，促进城市一 农业的和协良好发展，是环境、社会、经济各方面综合效益较佳的一种污泥资源化 处理方法。 考虑到污泥的危害性及相关政策法规要求，污泥必需经无害化处理方可进行土 地利用。污泥堆肥化是实现污泥减量化、稳定化、无害化、资源化行之有效的一种 处理方法，较具前景。但污泥堆肥化存在污泥含水率高、前期处理费用高、肥效损 失、重金属污染等问题，为此寻找种良好调理剂，切实解决污泥堆肥化所存在的 问题，为污泥无害化土地利用提供保障，具有十分重要的意义。 通过查阅文献发现高吸水性树脂具有高吸水性、保水保肥性和重金属吸附性能， 已广泛应用于土壤改良剂，具有作为污泥堆肥调理剂的潜力，利用其优良特性有望 实现高含水率污泥好氧堆肥化的实现。 1 2 污泥的基本概况 1 2 1 城市污泥的基本性质 污泥是一种含水率高( 液态污泥含水率达9 7 ，脱水污泥含水率8 0 左右) 、呈 黑色或黑褐色的流体状物质，是多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机 福建师范大学硕士学位论文 物组成的集合体。污泥的成分很复杂，除含有大量的水分和有机质外( 可高达9 9 以上) ，还含有大量的病原菌和寄生虫卵，以及有毒有害有机物、氮磷钾等营养元素、 重金属和盐类。 不同类型、不同来源的污泥性质不同，相应采取的处理处置方法也是不尽相同。 污泥种类很多，一般可分为市政污泥、管网污泥、河湖淤泥和工业污泥。在非特指 情况下，污泥一般指市政排水污泥即污水厂污泥。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。 污水厂污泥成分与性质主要取决于污水处理厂的进水水质、工艺流程及运行清 况等因素。从污水厂污泥的组成和性质看，污泥主要有以下几方面的特点：睁3 1 ( 1 ) 不易脱水，含水率高，超细粉末，处理难度大。污泥呈絮凝态，不易脱水， 脱水处理后污泥含水率仍多达7 0 以上，干化处理难度大、费用高；污泥高含水率 造成污泥量大、体积大、占地面积大，不利于后续处理和运输，如难以焚烧、直接 填埋则会使填埋场提前报废、运输成本高等。 ( 2 ) 病原菌等微生物含量大，危害大。污泥中含有大量病原体、病毒、寄生虫 卵等微生物，极易通过土壤、水体、大气、食物链等多种渠道进入人类，从而导致 疾病的传播。 ( 3 ) 有机质含量高，理化性质不稳定，易腐化。污泥及易腐化，且腐化过程中 将产生氨气、硫化氢、二氧化碳等废气，产生恶臭，直接影响市容，污染环境。 ( 4 ) 污泥中氮磷钾等营养元素含量高。若将污泥直接弃置，污泥中氮磷等将通 过雨水的侵蚀、渗漏等作用进入地下水、地表水，重新引起水体富营养化，破坏水 体生态系统。 ( 5 ) 有机污染物、重金属等有毒有害污染物含量高。污泥中的有毒有害有机物 主要为苯类、有机卤化物，如多氯联苯p c b 、多氯代二苯并二恶英p c d d 、氯酚等 h 1 。目前国内外对城市污泥中有机污染物的研究并不多，我国农用污泥有机污染物 限制标准还未完善。污泥中重金属是制约污泥土地利用最为关键的因素之一，倍受 关注。污泥中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。重金属毒性大，其中镉和砷的毒性极 大；汞、铅、镍是中等毒性，部分重金属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。此外，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 第1 章绪论 作物和动物以及人类中积累。 可见，污泥的组成与性质决定了污泥的危害性，如果处置不当，将会通过大气、 水体、土壤、食物链等多种途径对人畜和环境造成危害。 根据马克思主义哲学矛盾观点，事物均存在正反两方面，污泥也是如此。一方 面，污泥是一种危害性大的固体废弃物；另一方面，污泥又含有大量植物生长所必 需的营养元素、有机质含量高，可提供一定的热量，经过适当的处理处置与资源化 利用，污泥同时又是一种资源。欧共体将污水厂和自来水厂污泥划为“特殊垃圾( 不 是“危险垃圾 ) ，必须具有资格的企业按照规定的程序进行妥善处理，不得弃置畸1 。 1 2 2 国内城市污水厂污泥现状 目前，随着我国工农业生产的发展，我国的工业废水排放量正在迅速增加，据 了解，2 0 0 4 年，我国已建成并投入运营的污水处理厂已超过7 0 0 座，日污水处理能 力约4 5 0 万吨；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长，2 0 1 0 年污水排放量将达到4 4 0 x 1 0 8m 3 d ；2 0 2 0 年污水排放量达到5 3 6 x 1 0 8m 3 d 。污泥是 污水处理后的附属品，在体积上通常占污水量的0 3 - - 0 5 ，在质量上约为污水处 理量的1 - - - 2 ，如果属于深度处理，污泥量会增加0 5 1 倍砸1 。这些污水处理厂 现年排放污泥量( 干重) 约1 , 3 0 万吨，且每年仍在以1 0 左右的增幅增长口1 。随着 这些污水厂运行效率的逐渐提高和新的污水厂的逐步建成，我国城市污泥每年的排 放量( 干重) 估计最终将提高到8 4 0 万吨左右，占我国年总固体废弃物排放量的3 2 【7 】o 我国城市污水处理厂污泥处理起步较晚，污泥处理处置还不完善。在已建成7 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；即使有的城市污水处理厂建有污泥消化池， 但真正完全投入运行且运行情况良好的还不多；占大部分的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、填埋甚至弃置。 目前，我国大量未经稳定处理的污泥没有正常出路，不但造成严重二次污染问 题，而且成为污水处理厂的沉重负担，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。据了解；我国城市污泥排放量较大的城市中，北京、上海、深圳的 日污泥排放量，已分别达到近1 0 0 0 吨、7 0 0 多吨和3 0 0 多吨，北京、上海、深圳等 较大城市已出现污泥处理告急现状。2 0 0 6 年5 月，重庆市一些垃圾处理场因无法解 福建师范大学硕士学位论文 决城市污水处理后的污泥，先后陆续拒绝接受来自污水处理厂的污泥，至使该市的 一些污水处理系统崩溃，每日约1 0 0 万吨污水直接排放进长江，另有两百余吨污泥 则直接投弃于环境中，给环境与生态带来很大的压力。 由此可见，进一步重视污泥问题，加大污泥处理处置力度势在必行，加强污泥： 处理和处置的研究，大力推行污泥无害化的技术路线意义重大。 。 1 2 3 国内外污泥的处理处置概况 一 污泥处理与处置的目的主要有以下四个方面：( 1 ) 减量化：减少污泥最终处置前 的体积，以降低污泥处理及最终处置的费用；( 2 ) 稳定化：通过处理使污泥稳定化j： 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；( 3 ) 无害化：达到j 污泥的无害化与卫生化，如去除重金属或灭菌等；( 4 ) 资源化：在处理污泥的同时达 到变害为利、综合利用、保护环境的目的。 目前世界各国污泥处理处置工艺流程可分为以下几类。一， 、填埋 、填埋 图卜1 污水处理j 的污泥处理处置工茎流程j f i g 1 1 t h e p r o c e s sf 1 0 wo fs e w a g es l u d g ed i s p o s a l i 选择污泥处理工艺时，要对各工艺的环境效益、社会效益和经济效益进行全面j 权衡，同时根据不同国家不同地区的实际情况加以评价考察。目前j 世界各国普遍 采用的污泥处置方法主要有填埋、焚烧、土地利用删。 ： ：ji 1 2 3 1 填埋 ! 卫生填埋操作相对简单，投资费用较小，处理费用较低，适应性强，但是其侵 占土地严重，如果防渗技术不够，将导致潜在的土壤和地下水污染。由于渗滤液二： 4 第1 章绪论 次污染问题和城市用地的减少等，各国对填埋处理技术标准要求越来越高( 例如德 国从2 0 0 0 年起，要求填埋污泥的有机物含量小于5 ) ，许多国家和地区甚至坚决反 对新建填埋场。污泥含水率高、有机质含量高，污泥填埋不仅严重危害了填埋场的 安全( 尤其是对污泥和城市垃圾混合填埋) ，而且严重污染了附近的生态环境，许多 国家和地区已经对污泥的填埋处理进行严格限制，甚至坚决反对污泥的填埋处理， 污泥填埋处置所占比例越来越小。有关人士提出填埋并未最终避免污泥对于环境的 污染的产生，而只是在时间上使之延缓四1 。 1 2 3 2 焚烧处理 以焚烧为核心的处理方法是最彻底的处理方法，它能使有机物全部碳化，杀死 病原体，可最大限度地减少污泥体积，但是其缺点在于处理设施投资大，处理费用 高，有机物焚烧会产生二嗯英等剧毒物质，同时污泥必须保证比较低的含水率才能 制作“合成燃料 ，这就又增加了预处理的费用。日本、德国、奥地利等国经济较为 发达或是国土面积较小，因此污泥焚烧占比例高，对于我国，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 3 3 土地利用 土地利用就是将污泥用于农田等的施肥，垦荒地、贫瘠地等受损土壤的修复及 改良，园林绿化建设，森林土地施用等。从目前世界各国污泥处置来看，污泥农用 和土地填埋是大多数国家污泥处置的两种最主要的方法，如英、美、法等许多国家 城市污泥的农用率在7 0 以上，有的高达8 0 以上n 1 1 。污泥农用投资少、能耗低、 运行费用低，污泥中有机部分可转化成土壤改良剂成分，因此污泥土地利用被认为 是最具发展潜力的一种处置方式。随着污水处理技术的不断改良、污泥无害化处理 技术的不断提高、生活污水与工业污水分离治理，污泥农用将会向更安全的利用方 向发展。 1 2 4 国内污泥处理处置现状及展望 目前国内污泥处置技术所占的比例各方有不同的说法，大致为：农业利用占 4 4 8 3 ，土地填埋占3 1 0 3 ，绿化占3 4 5 ，焚烧占3 4 5 ，与垃圾混合填埋占3 4 5 ， 未经处置的占1 3 7 9 。 从世界各国污泥处置状况可看出，今后污泥的处理处置主要趋向于资源化利用， 而不提倡污泥的填埋处理。一方面，污泥自身含水率高、有机质含量高、性质不稳 定等限制了污泥的填埋处理；另一方面，从循环利用的理念出发，填埋处理仅是单 j ：， 福建师范大学硕士学位论文 0 _ _ l _ _ l l _ _ - - _ l l l - - 。- 。_ _ _ - 。l 。_ - _ 。- 。_ _ 。_ 。i _ _ _ l _ _ - - i - i - - _ 一 ，“ - _ - 。：_ 。 纯地将污泥作为废弃物进行隔离弃置，污泥没有得到有效的资源化利用。据b i o c y c l e 。，! 杂志的调查表明：2 0 0 0 年美国大部分污泥被有效利用，2 1 个州的5 0 以上的污泥 ” 被循环利用，4 个州的5 0 以上的污泥被填埋，5 个州的5 0 以上的污泥被焚烧。 。 ： 由于各国具体情况不同，选择的方法各有侧重。我国在开展污泥处理处置工作 - 时，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，同时， j 必须结合我国具体国情相，要对我国现有典型的污水处理厂污泥处理系统进行大量，一 研究、测定与分析，总结自己的经验，因地制宜地采用合理的污泥处理工艺、处置 方式和设计参数，迸一步加强污泥处理系统的研究，提高我国污泥的处理和处置水：。 1 ， 平。 一。 ：一 我国目前城市污水处理厂污泥己成为城市迫切需要解决的固体废弃物处置问题。+ f 之一。1 9 9 5 年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，防止或养活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 j 利用活动的经济、技术政策和措施 。我国是个农业大国，土地资源严重不足，对肥 ： 料的需求十分迫切，污泥作为有机肥进行土地利用具有很大前景与意义。 纵观国内外研究和实践的发展趋势，结合中国国情，污泥的减量化、资源化、 o 无害化是今后的发展方向，而农业，特别是林业、花卉园林是污泥处置的良好场所， ：； 污泥可根据国家颁布的污泥控制标准，宜农则农，宜林则林，也可根据经济和技术 条件及环境保护要求，采取其它处置方式，还可将污泥作基质制成各种复合肥，使 其商品化，以获得一定经济、社会和环境效益。， 1 2 5 城市污泥土地利用的相关要求与政策标准 一。 由于污泥本身具有一定的危害性，污泥直接进入土壤存在一定的污染风险，因 。 此污泥进行土地利用时必需首先解决三个关键问题m 1 ： ， ( 1 ) 污泥中的病原菌等对动植物和人类的危害； ( 2 ) 污泥中重金属污染问题； f ( 3 ) 氮磷等物质浓度过高污染地下水。 ，- 因此，污泥土地利用前一般需要经过一定的无害化处理，来降低污泥中易腐化 发臭的有机物，减少污泥的体积和数量，杀死病原物，降低有害成分的危险性。堆 肥技术是目前普遍采用的污泥土地利用无害化处理方法，堆肥处理后的污泥不仅可 以杀灭绝大部分病原菌微生物，降解有机质，消除恶臭，实现污泥的减量化、稳定 6 第1 章绪论 化和无害化，同时处理后所得堆肥产品土地利用的效应更佳。 为了避免污泥的负面效应，世界各国均制定了相关的政策标准，严格控制污泥 土地利用。英国的标准主要包括污泥中各项有毒有害物质、p h 指标、污泥无害化、 卫生化、稳定化处理后各项指标值，土地类型及其性质的测定，处理后污泥的土地 使用范围。美国联邦政府对城市污泥土地利用在有机固体废弃物( 污泥部分) 处 置规定中作了严格的规定，限制土地利用污泥的一些有毒有害化学物质，包括a s 、 c d 、p b 、h g 、s e 、c r c u 、n i 、z i l 重金属和部分有机物等。德国1 9 7 2 年6 月通过 了第一部废物处置法，于1 9 8 2 年1 月1 5 日在废物处置法下通过了一项有关 农业、林业及园艺用地上使用污泥的法律条令，1 9 9 2 年4 月1 5 日对其进行了修改， 1 9 9 4 年7 月8 日又通过了物质循环管理一垃圾法，并于1 9 9 6 年9 月生效嘲。 在我国，对于污水处理厂污泥的污染控制技术标准是遵照城镇污水处理厂污 染物排放标准( g b t 1 8 9 1 8 ) 执行，如果污泥用于农业，是遵照农用污泥中污染 物控制标准( g b 4 2 8 4 ) 执行。农用污泥中污染物控制标准着重规定了污泥农用 重金属限定值及污泥施用量和施用年限n 羽。 目前，我国正在进行城镇污水处理厂污泥处置系列标准，包括城镇污水 处理厂污泥处置土地利用、城镇污水处理厂污泥处置分类、城镇污水处理厂 污泥处置填埋三个标准的编制，形成了城镇污水处理厂污泥处置一园林绿化用 泥质的初稿。该初稿在农用污泥中污染物控制标准的基础上，借鉴国外标准， 放宽重金属的限定值要求，与国际标准接轨，新增了养份、有毒有害有机污染物、 病原菌、等污染物的浓度限值。 总而言之，污泥的土地利用需要具备的一个重要的条件是：其所含的有害成分不 超过环境所能承受的容量范围。污泥资源化处理中应以无害化为前提，要实现污泥 安全地土地利用，避免污泥负面影响，一关键要控制污泥中有毒有害物质含量，对污 泥进行无害化处理，加强污泥土地利用的生态风险评价。此外，污泥土地利用的趋 势为应用于园林、城市绿化、贫瘠地等受损土壤的修复及改良，而禁止污泥农田施 用，尽量避开食物链。 1 2 6 污泥的堆肥化处理技术 堆肥是利用污泥中的微生物进行发酵的过程，在污泥中加入一定比例的膨松剂 和调理剂( 如秸秆、稻草、木屑或生活垃圾等) ，利用微生物群落在潮湿环境下对多 种有机物进行氧化分解并转化为类腐殖质，污泥堆肥产品是一种很好的土壤改良剂。 福建师范大学硕士学位论文 研究表明，污泥堆肥化处理后，污泥中病原菌和寄生虫卵几乎全被杀灭，污泥中有 机质得到有效降解，经过堆肥的污泥质地疏松，阳离子交换量( c e c ) 显著增加，容重 减小，可被植物利用的营养成分效用提高n 羽。大量研究还表明，污泥堆肥土地利用 后可明显改善土壤的理化性质，有效促进树木、花卉、草坪等的生长n 叼。 。! 1 2 6 1 概况： 堆肥化技术是国际上从6 0 年代迅速发展起来的一项新兴生物处理技术。7 0 年 代以后由于污泥产生的环境问题和填埋技术的缺点日益突出，污泥堆肥技术引起了 世界各国的广泛重视，并成为环保领域的一个研究热点，这时人们开始考虑利用堆 肥化技术取代部分传统的物理化学方法嘲。美国2 0 世纪8 0 年代初开发了比较完善 的b e l t s v i l l e 好氧堆肥法。污泥连续发酵工艺是目前国际上较为先进也是较为普遍使 用的处理方法，已在美国、日本、欧洲广泛采用。在美国、德国、荷兰等发达国家，。 污泥堆肥大多由污水处理厂出资，国家资助并交专业公司承包产业化经营，污泥处 理和处置按照市场经济规律运转，发展趋势良好1 。日本旧于1 9 5 4 年建立第一座污 泥堆肥中心，到2 0 世纪9 0 年代末已建成了3 5 座堆肥厂，许多大型的堆肥厂的发酵 仓和生产线以及袋装产品很具规模，且机械化、自动化程度较高。美国1 9 7 3 年只有 少数几家污泥堆肥厂，到目前为止美国已经建成数以百计的污泥堆肥厂。 目前，堆肥化技术已得到广泛应用，堆肥系统的分类复杂。按照有无发酵装置 可以将堆肥系统简单分为开放式系统和反应器系统。前者又可分为自然通风条垛式 系统、被动通风条垛系统、强制通风静态垛系统n 刀。按堆肥过程对氧的要求可把堆 肥工艺分为厌氧堆肥和好氧堆肥两种。各种堆肥工艺各有优、缺点，都在不断地完 善和发展。 1 2 6 2 污泥堆肥原理n 卜垤】 厌氧堆肥是指在厌氧条件下，利用厌氧微生物分解有机物，达到稳定化的堆肥 方法。厌氧堆肥经历产酸和产气两个阶段，其发酵过程见示意图1 2 0 第1 章绪论 i 产酸阶段 i 产矗乇阶段 l i 卜i 啼l 图1 - 2 有机物厌氧堆肥过程示意图 f i g 1 - 2 t h ep r o c e s so f o r g a n i cm a t t e ra n a e r o b i cc o m p o s t i n g 好氧堆肥好氧堆肥化是在有氧条件下，依靠好氧微生物( 主要时好氧细菌) 的作 用来进行的，其发酵过程见图1 。3 。好氧堆肥过种一般要经历中温阶段、高温阶段和 腐熟阶段。 圃+ 固 + 回 图卜3 有机物的好氧堆肥过程不恿图 f i g 1 - 3 t h ep r o c e s so f o r g a n i cm a t t e ra e r o b i cc o m p o s t i n g 目前关于污泥厌氧堆肥与好氧堆肥孰优孰劣并没有统一的说法，二者均有自身 的优缺点。厌氧堆肥优点在于自身能耗少，不需外部供氧，运转费用低，且厌氧发 酵能够产生高热值的气体燃料一甲烷，是人们利用生物能的一种重要手段。但由于厌 氧微生物繁殖较慢，减缓了有机物的分解速度，因而厌氧消化需要较长的滞留期， 处理周期长达8 0 - - - 1 0 0 d ，需较大体积的厌氧消化器。此外厌氧堆肥但底物分解不容 易彻底，不能完全杀死病原细菌，有臭味且产气率受环境温度影响较大。好氧堆肥 有机物速度快，堆肥周期短，环境条件较好，还可达到污泥等有机废物无害化、稳 定化、资源化和减量化的要求，是一种很好的污泥等有机物的处置方法。好氧堆肥 过程中只要外界供给大量的氧气，菌体硕大，性能活泼的嗜温菌群体以及原生动物 就能较快地分解有机物，处理周期仅为l o 3 0 d 。且好氧堆肥中有机物的分解比较 彻底，它依靠生物氧化作用的热量把温度升到7 0 c 左右，在这个温度下，几乎所有 的致病菌和寄生虫卵都被杀死，并利用各种微生物降解消化大分子有机物，去除恶 福建师范大学硕士学位论文 臭，最后得到大量优质有机肥料。好氧堆肥因基建投资和运行费用较低，污泥稳定 化、无害化程度高、操作方便，且堆肥产品可进行土地利用处置等优点，所以是国 内外较为提倡、采用较多的，同时也是国内外许多科技人员关注与研究较多的方法。 也有人提出采用厌氧一好氧等复合型堆肥系统，结合二者各自的特性，互为取长补短。 1 2 6 3 污泥好氧堆肥微生物及其影响因素o ，一。 观察堆肥过程进行得是否顺利，主要根据堆肥物料中有机物和堆肥工艺控制参， 数的变化。对于各种堆肥系统而言，各种工艺的工艺条件和操作控制方法不同，但 ： i 。：j ， ? ? t ， ， h 影响堆肥质量的因素是相同的，堆肥过程中监控的运行参数一致。污泥好氧堆肥的 控制参数主要有机质含量、水分含量、温度、c n 、p h 值以及通风控制等。研究者 。 一 _ 对堆肥处理工艺及其基础理论方面的研究十分活跃。张永豪啪1 等建立了消化法间歇+ ! 式堆肥阶段无害化温度时间标准，并提出了能气量与消化污泥堆肥平均反应速率的 函数关系式，依此标准建立了一种新型的堆肥操作气量控制方式，依照无害化温度一 时间标准调整气量，使物料在堆肥过程中恰好满足此标准的最大气量为该控制方式一。： 的工艺气量。美国的f i n s t e i nm s ，m i l l e rfc 和s t o r mpf 乜妇提出了污泥堆肥过程中关：0 于温度与热量的相互关系，通风问题，控制过程及其评价和监测堆肥过程的方法。 陈同斌乜2 1 研究新型c t b 堆肥调理剂，研究表明c t b 堆肥调理剂的混料比例为4 0 - - ： 6 0 进，可将污泥水分调节至较理想的范围，使堆肥过程顺利完成，具有适合于快； 一 速堆肥和自动控制、可降低堆肥能耗、吸水性较强等优点。 1 。 堆肥过程中这些工艺参数的控制最终的目的是要创造一个良好生存环境以满足 微生物生长需求，污泥工艺参数的控制取决于微生物种类。污泥中所含有的微生物 十分丰富、种类繁多，主要包括细菌、放线菌、真菌。细菌是堆肥中形体最小、数，。： 量最多的微生物，它们分解了大部分的有机物并产生