（环境工程专业论文）碱联合微波预处理污染效果的研究.pdf

太原理工大学硕士学位论文 碱联合微波预处理污泥效果的研究 摘要 随着城市的发展和城市人口的增加，生活污水与工业废水的排放量会 日益增多。污水处理厂常规的污水处理采用活性污泥法，该法的主要缺点 是会产生大量剩余污泥。如果大量污泥不能及时进行有效地处理，会给带 来了巨大的环境污染。厌氧消化作为污泥处理与处置的一种主要方式，而 污泥的水解过程是厌氧消化的限速步骤。故实验采用微波联合碱预处理污 泥，以加速污泥的水解过程，提高污泥的处理效果。 本实验采用单因素实验来探讨微波联合碱预处理污泥提高污泥处理效 果的最佳条件，以不同的碱、加碱量、微波作用功率和微波作用时间为影 响因素，以污泥溶液中p h 值、溶解性蛋白质，溶解性总糖，s c o d 、氨氮、 正磷酸盐浓度的提高率以及v s s 溶解率为指标来进行实验。 ( 1 ) 通过对实验的分析，加入n a o h 、k o h 均提高了污泥溶液中p h 值， 且均提高了溶液中溶解性蛋白质，溶解性总糖，s c o d 、氨氮、正磷酸盐的 浓度，而且基本上提高率也会随着碱的量的增加而提高，只有氨氮、正磷 酸盐的溶出提高率出现了降低的趋势；随着碱加入量的增加，v s s 溶解率出 现先增大后趋于稳定的趋势；通过实验分析，结合上述指标的综合考虑， 确定了在加入相同投药量的n a o h 的效果优于k o h 的，而n a o h 的最佳投药 量为0 0 5 9 g t s 。， ( 2 ) 确定了n a o h 的最佳投药量后，在最佳投药量的基础上分析微波功 太原理工大学硕士学位论文 率与时间对污泥的溶出效果。由实验可知，溶解性蛋白质，溶解性总糖， s c o d 、氨氮、正磷酸盐的溶出效果，微波功率联合碱处理污泥效果优于单 独加碱处理污泥的效果，产生了协同作用，而不是抑制作用。微波功率对 污泥的影响是随着微波功率的提高，联合作用处理污泥效果增加趋势较小， 所以考虑到节能方面，选定最佳的功率为2 8 0 w 。在确定微波功率之后，确 定最佳微波作用时间；考察溶解性蛋白质，溶解性总糖，s c o d 、氨氮、正 磷酸盐的溶出提高率以及p h 值提高率和v s s 溶解率等项目，选定最佳微波 作用时间。可以得出微波联合碱预处理污泥的效果优于单独加碱处理污泥 的效果，在0 0 5 9 g t s 的n a o h 的投药量，微波功率为2 8 0 w 时，处理时间6 m i n 时，可溶性蛋白质、可溶性总糖、s c o d 浓度均得到提高，而且溶出提高率 达到最佳；v s s 溶解率在6 m i n 时也处于最高值，确定了最佳处理时间为 6 m i n 。 分析对比最佳条件下与碱单独处理，微波单独处理时的污泥比阻，经过 碱、碱与微波联合处理后，污泥比阻升高，脱水性能变差；而当只有微波 处理污泥时，污泥比阻降低，脱水性能变好。 关键词：污泥，碱处理，微波处理，联合作用 太原理工大学硕士学位论文 t h 匣e f f e c to fc o n 姬da p p l i c a t i o n o f ( ：r 0 【f w e a l k a l ip r e t r e a t m 哐_ n to ns l u d g e a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec i t ya n dt h ei n c r e a s eo f p o p u l a t i o ni nt h ec i t y ， t h ea m o u n to fs e w a g ea n di n d u s t r i a lw a s t e w a t e rc o n t i n u a l l yi n c r e a s e s s e w a g e t r e a t m e n tp l a n t sc o n v e n t i o n a l l yt r e a ts e w a g eb ya c t i v es l u d g em e t h o d ；t h em a i n d i s a d v a n t a g eo f t h em o t h o di si tb r i n g sa l a r g es u r p l u ss l u d g e i f al a r g ea m o u n t o fs l u d g ec a nn o tb e e f f e c t i v e l yt r e a t e d ，i t w i l lb r i n gg r e a te n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n a n a e r o b i cd i g e s t i o ni so n eo ft h em a i nw a y so fs l u d g et r e a t m e n ta n d d i s p o s a l ，a n ds l u d g eh y d r o l y s i si sl i m i t i n gs t e po fa n a e r o b i cd i g e s t i o n s ot h e e x p e r i m e n ti sp r e t r e a t m e n ts l u d g eu s i n gm i c r o w a v ej o i n ta l k a l ia n dt os p e e du p t h ep r o c e s so f s l u d g eh y d r o l y s i s ，i m p r o v et h es l u d g et r e a t m e n tr e s u l t s s i n g l ef a c t o rt e s tw a sa p p l i e di nt h es t u d yt od i s c u s st h eb e s tc o n d i t i o n so f p r e t r e a t m e n ts l u d g ew i t hm i c r o w a v ejo i n ta l k a l i t oi m p r o v es l u d g et r e a t m e n t e f f e c t d i f f e r e n ta l k a l i ，a l k a l id o s a g e ，m i c r o w a v ee f f e c tp o w e ra n dm i c r o w a v e e f f e c tt i m ei si n f l u e n c ef a c t o r s ，a n dp hv a l u e ，c o n c e n t r a t i o ni m p r o v er a t eo f s o l u b l ep r o t e i n ，s o l u b l et o t a ls u g a r ，s c o d ，a m m o n i an i t r o g e n ，p h o s p h a t ea n d v s sd i s s o l v i n gr a t ei ns l u d g es o l u t i o nw e r et h ei n d i c e so ft h ee x p e r i m e n t m 4 太原理工大学硕士学位论文 ( 1 ) t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ee x p e r i m e n t ，jo i n i n gn a o ha n dk o h i nt h e s o l u t i o no fs l u d g e ，p hv a l u e ，s o l u b l ep r o t e i n ，s o l u b l et o t a l s u g a r ，s c o d ， a m m o n i a n i t r o g e n ，p h o s p h a t ed i s s o l v e d i nt h es o l u t i o no fs l u d g ei n c r e a s e d ，a n d u l t i m a t e l yi m p r o v e r a t eo ft h e mi n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fd o s a g eo fa l k a l i ， e x c e p tt h ed i s s o l u t i o nr a t eo fa m m o n i an i t r o g e na n dp h o s p h a t er e d u c e dw i t h t h ei n c r e a s e da m o u n to fa l k a l it oj o i n t h ee x p e r i m e n ta l s oa n a l y z e dt h ev s s d i s s o l v i n gr a t e ，n a m e l yo r g a n i cd i s s o l v ee f f e c t 埘t l lt h ei n c r e a s e da m o u n to f a l k a l it oj o i n ，v s sd i s s o l v i n gr a t ew e r ei n c r e a s e di nt h eb e g i n n i n g ，a n dt h e n b e c a m el o w e r ；t h r o u g ha n a l y s i so ft h ee x p e r i m e n t ，c o m b i n i n gt h ei n d e xo ft h e c o m p r e h e n s i v ec o n s i d e r a t i o n ，t h ee x p e r i m e n td e t e r m i n e dt on a o ho ft h ee f f e c t i sb e t t e rt h a nk o ho ft h es a m ed o s a g e ，a n dt h eb e s td o s a g eo fn a o hi s o 0 5 9 g t s ( 2 ) d e t e r m i n e dt h eb e s td o s a g eo fn a o h ，o nt h eb a s i so ft h eb e s td o s a g eo f a l k a l i ，t h ee x p e r i m e n ta n a l y z e ds l u d g ed i s s o l v et h ee f f e c to fm i c r o w a v ep o w e r a n dm i c r o w a v et i m e b ye x p e r i m e n t ，i ti sk n o w nt h a tt h es o l u b l ep r o t e i n ，s o l u b l e t o t a ls u g a r ，s c o d ，a m m o n i an i t r o g e n ，p h o s p h a t ei sd i s s o l v e dt h ee f f e c t ，a n d m i c r o w a v ep o w e rj o i n ta l k a l it r e a t m e n ts l u d g ee f f e c ti sb e t t e rt h a nw i t ha l k a l i t r e a t m e n ts l u d g ea l o n et h ee f f e c t ，p r o d u c et h es y n e r g y ，n o tt h ei n h i b i t i o n w i t h t h em i c r o w a v ep o w e ri m p r o v i n g ，t h ee f f e c to fc o m b i n e de f f e c t sb e t w e e n m i c r o w a v ea n da l k a l io fs l u d g et r e a t m e n tp r o d u c el i t t l ee f f e c t s oc o n s i d e rt o e n e r g ys a v i n g ，t h ee x p e r i m e n t s e l e c t e d2 8 0 wf o rt h eb e s t p o w e r a f t e r d e t e r m i n i n gt h eb e s tm i c r o w a v ep o w e r ，i n v e s t i g a t i n gt h ed i s s o l u t i o nr a t eo f i v 太原理工大学硕士学位论文 s o l u b l ep r o t e i n ，s o l u b l et o t a ls u g a r , s c o d ，a m m o n i an i t r o g e n ，p h o s p h a t ea n d t h ep hv a l u ei n c r e a s er a t e ，v s sd i s s o l v i n gr a t e ，t h ee x p e r i m e n td e t e r m i n e dt h e b e s tm i c r o w a v ee f f e c tt i m e t h ee f f e c to fm i c r o w a v e jo i n ta l k a l ip r e t r e a t m e n t s l u d g ei sb e r e rt h a nt h ee f f e c ta l k a l it r e a t m e n ts l u d g ea l o n e i nt h ed o s a g eo f n a o hf o ro 0 5 眺t s ，t h em i c r o w a v ep o w e rf o r2 8 0w ，m i c r o w a v ee f f e c tt i m e f o r6m i n ，s o l u b l e p r o t e i n ，s o l u b l e t o t a l s u g a r , s c o d c o n c e n t r a t i o na r e i m p r o v e d ，a n d t h ed i s s o l u t i o nr a t ec a nr e a c ht h eb e n ；v ssd i s s o l v i n gr a t ei sa l s o t h eh i g h e s tw h e nt h em i c r o w a v ee f f e c tt i m ei s6m i n ，t h ep a p e rd e t e r m i n e dt h e b e s tt r e a t m e n tf o r6m i n c o m p a r a t i n g f o rt h e o p t i m u m c o n d i t i o no fm i c r o w a v ejo i n ta l k a l i p r e t r e a t m e n ts l u d g ea n da l k a l ia l o n e ，m i c r o w a v ea l o n ei np r o c e s s i n gs l u d g e s p e c i f i cr e s i s t a n c e ，w i t ha l k a l it r e a t m e n t ，a l k a l ia n dm i c r o w a v ejo i n tt r e a t m e n t ， t h es l u d g es p e c i f i cr e s i s t a n c ei n c r e a s e s ，a n dd e h y d r a t i o np e r f o r m a n c eb e c o m e s p o o r ；w h e na l o n em i c r o w a v et r e a t m e n ts l u d g e ，s l u d g es p e c i f i cr e s i s t a n c ei s r e d u c e d ，a n dd e h y d r a t i o np e r f o r m a n c ei sb e t t e r k e y w o r d s ：s l u d g e ，a l k a l ip r e t r e a t m e n t ，m i c r o w a v ep r e t r e a t m e n t ，c o m b i n e d a p p l i c a t i o n v 太原理工大学硕士学位论文 v i 太原理工大学硕士学位论文 1 1 课题研究意义 第一章引言 随着我国工业化进展迅速，需要处理的污水量大量增加，污水厂也随之大量兴建， 也会产生大量的污泥。污泥含有有机物、重金属、病原菌等成分，导致其物化性质很 不稳定，在放置、运输和处理过程中，其组分性质会产生变化，产生的臭气与有机污染 物被认为城市环境卫生的一大公害，如果对其处理与处置不当，将可能对造成严重的环 境危害【l 引。因此，有效利用污泥中的成分，以及避免二次污染，经济、合理有效地处 理并综合利用污泥，使污泥达到无害化、减量化、稳定化、资源化已经成为全世界关心 的问题。 在污水厂中经常会出现低c o d 含量的进水的现象，需要补充外加碳源，以提高生物 脱氮除磷效果，但这样会使污水厂的处理成本有所增加，而且对可用资源也是一种浪费。 污泥处理与处置的一种主要方式是厌氧消化，而污泥水解过程是厌氧消化的限速步 骤【3 ，4 】。大部分微生物细胞物质作为污泥中的有机质，被微生物细胞壁包裹，会难以为厌 氧微生物利用，所以限制了污泥的厌氧消化。污泥的预处理会破坏污泥结构及微生物细 胞壁，使有机质流入到液相，变难降解的物质为易降解物质。因此预处理污泥加速胞内 物质的释放、缩短污泥水解时间，提高有机物的可利用性，提高污泥厌氧消化效率。这 样不仅能够促进系统微生物的隐性生长而减少污泥产量，而且也可将胞内释放出的有机 物酸性发酵，作为碳源加以利用，改善脱氮除磷的效果，实现污泥的减量化与资源化。 而且有些预处理技术还能杀死污泥内部的病原菌，改善污泥的卫生状况等 5 1 。所以对污 泥的预处理已成为国内外研究的热点。 1 2 研究目的及研究内容 1 2 1 研究目的 本课题采用微波与碱联合作用对污泥进行预处理，研究预处理对污泥的破解及减量 效果，从溶出率、减量化效果和污泥比阻来确定联合预处理对污泥的最佳条件。本课题 是污泥无害化、减量化、资源化和稳定化技术的基础性研究。 太原理工大学硕士学位论文 1 2 2 研究内容 利用单因素法来设计实验，研究不同碱、加碱量、微波功率、微波时间对于微波联 合碱预处理污泥破解效果的影响，考察了可溶性蛋白质、可溶性总糖、s c o d 、氨氮、 正磷酸盐以及v s s 溶解率，以确定最佳预处理条件。分析对比在联合处理污泥的最佳 条件下与单独处理污泥的最佳条件下的溶出效果以及脱水效果。 2 太原理工大学硕士学位论文 第二章文献综述 2 1 污泥的来源、分类和危害 活性污泥法自从1 9 1 4 年创立以来，随着工业化发展的迅猛趋势，应用也越来越广 泛；活性污泥法也逐渐成为生活污水、城市污水以及有机工业废水处理的主体技术之一。 随着城市化进程和对环境质量的要求的提高，处理污水量和处理后剩余污泥的量也会增 多【6 ，7 10 剩余污泥具有高含水率、体积较大的特点，给堆放和运输增加了很大的难度。处理 不当会对环境产生二次污染，我国污泥处理起步晚于西方国家，西方国家同时进行处理 污水和污泥，在我国则是会先处理污水，最后再想措施处理污泥。我国的现实问题是污 泥处理处置严重跟不上污水处理的节奏，使得大部分污水处理设施在投入运行时的环境 效益严重降低。 在污水处理厂中，污泥处理的费用中，传统方法处理的费用约占总运行费用的 2 0 - 5 0 , 甚至达到7 0 ，投资污泥处理的费用占污水处理厂总投资的3 0 - 4 0 t 引。 污水处理设施随着污水处理量的增加而增多，所以导致污水处理厂污泥产量随着处 理程度深化与处理率的提高快速增力t l t 9 。截止至u 2 0 1 0 年底，全国城镇污水处理厂产生的 污泥已突破2 0 0 0 万吨( 污泥的含水率按8 0 计) 【1 0 】。现在我国城市污水处理能力已达到 1 2 2 x 1 0 9 m 3 ，城镇已经达n 2 6 0 0 多个污水处理厂，“十二五”期间将会在建和增建1 8 0 0 多 个污水处理厂，增加污水处理能力达到9 x 1 0 8 m 3 1 1 1 】，污泥的产量也会随之增加。 在实际的处理过程中，处置污泥的难度比处理污水的难度更大。污泥体积的量通常 占污水体积量的o 3 o 5 t 1 2 1 ，污泥量在进入深度处理后会增加0 5 - - - 1 倍【1 3 1 。 2 1 1 污泥的产生与分类 城市污水污泥，简称为污泥，是城市污水处理厂处理污水过程中产生的必然产物。 按照来源的不同来分，城市污水处理厂产生的污泥可以分类为初沉污泥和剩余污泥。 根据污泥的分离过程分类，可将污泥分为沉淀污泥和生物处理污泥；沉淀污泥 ( p r i m a r ys e t t l i n gs l u d g e ) 是包括初次沉淀池沉淀的污泥以及用化学药剂沉淀下来的污泥。 生物处理污泥是在生物处理污水的过程中形成的一种活性物质，这种物质是由污水中各 3 太原理工大学硕士学位论文 种形态的有机污染物组成的，包括悬浮态，溶解态以及胶体态；其主要成分是细菌；按 照不同的生物处理方式，生物处理污泥又可细化为腐殖污泥和活性污泥；腐殖污泥是生 物膜法处理污水过程中产生的污泥；活性污泥是活性污泥法处理污水过程中产生的污 泥，在这种处理过程中，一部分污泥进行循环，目的是为保证曝气池微生物量，称为回 流污泥，其余剩余下来的就是剩余污泥，这部分污泥需要送去处理；生物处理污泥一 般均易腐化，根据后续污泥是否采用稳定处理，可以进一步区分为生污泥和消化污泥。 生污泥( f r e s hs l u d g e ) 是从初沉池和二沉池中分离出来的沉淀物或悬浮物；消化污泥 ( d i g e s t e ds l u d g e ) 是生污泥经厌氧消化后产生的污泥1 1 4 j 。 2 1 2 污泥的组成 污泥是由多种微生物形成的菌胶团以及该菌胶团吸附的有机物和无机物( 如重金属 元素和盐类) 组成的固体物质【1 5 】。废水的来源和污水处理厂的污水处理工艺决定了城市 污泥的组成成分、性质和数量。总体来说，污水处理厂产生的污泥主要由有机物质组成， 如碳水化合物和蛋白质【1 6 j ；城市污泥含水量高，含有4 0 - 5 0 的有机质、大量的无机 物、大量的病原体、寄生虫卵以及c u ，a s ，p b ，a 1 ，z n ，h g 等重金属和难降解的有 机污染物等有害成分【1 7 】。 剩余污泥是由有机物、无机物、硫化物、重金属、氮及各种茵类，包括原生动物、 后生动物、病菌、菌胶团、动物残体、纤维以及絮状集合体组成的 1 8 】；其主要化学成分 如表l 所示【1 9 1 。同时，剩余污泥中含有大量的营养成分，谢雄华【2 0 1 等研究了不同的两个 城市污水处理厂剩余污泥的营养成分，如表2 1 所示。 表2 1 污泥的化学成分 t a b l e2 - 1t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o no fr e s i d u a ls l u d g e 4 太原理工大学硕士学位论文 表2 2 城市污水厂剩余污泥营养成份含量 t a b l e2 - 2t h ea l i m e n t a t i o nc o m p o n e n tc o n t e n to f r e s i d u a ls l u d g e 2 1 3 污泥的危害 污泥具有不同于其它类型的固体废物的以下几个主要特征：( 1 ) 含水率高达7 0 9 0 ：( 2 ) 污泥中含有高含量的病原微生物、病原体；( 3 ) 污泥的恶臭会污染环境， 堆放污泥时还会向大气排放臭气；( 4 ) 含有复杂的重金属、盐类等成分，若不加以控 制施用，将会污染土地，甚至会对土地造成不可逆退化；( 5 ) 含有大量的有机质和n 、 k 、p 等可利用成分，因此需要对污泥进行安全处理利用。 。 因此需要对污泥及时的处理与处置是必要的，以便达到无害、减量、稳定与资源化 ；目的：( 1 ) 为确保污水处理效果，需要污水处理厂运行正常；( 2 ) 有毒有害物质可以 得到安全可靠的处理或利用；( 3 ) 稳定处理容易发臭腐化的有机物，使得污泥减少向 空气散发臭气；( 4 ) 有效利用污泥中的有用物质，变害为利。总之，污泥处理与处置 j 可以使污泥达到无害化、减量化、无害化与资源化的目的。 2 2 污泥处理与处置技术 污泥处理处置技术有污泥的稳定化技术、资源化技术与污泥处置技术。 2 2 1 污泥的稳定化技术 污泥稳定化是指将污泥中有害污染物转变成低毒性、低溶解性或者低移动性的物 质，从而减少污泥中有害物质对环境污染的技术【2 l j 自热高温好氧消化技术，即a u t o h e a t e dt h e r m o p h i l i ca e r o b i cd i g e s t i o n ( a t a d ) ，是近 年来关注度较高的污泥稳定和减量技术，微生物在好氧条件下，通过自身的放热反应， 将其中一部分热量提高系统反应的温度，另一部分热量补充在系统的能量消耗，以便达 到高温好氧消化污泥的目的；张帆等研究，利用a t a d 技术对西安北石桥污水净化中心 的脱水污泥进行稳定化，在确定的最佳条件下，污泥在好氧消化的过程中，温度自动升 太原理工大学硕士学位论文 至4 8 。c 、v s s 的去除率达到4 0 2 ，污泥逐渐趋于稳定，灭菌效果较好【2 2 1 。 傅金祥团】等人研究，污泥中的重金属经过好氧消化后转化成为硫化物及有机结合态 并达到稳定，而污泥在好氧消化时投加粉煤灰，会使得污泥中的重金属由不稳定向更稳 定的残渣转化，而且此过程还能去除污泥中部分重金属。 污泥固化技术是向污泥中添加固化隐定化的材料，通过化学反应后，污泥会形成稳 定的固化物，固化稳定化的技术标准为要求固化体达到污染物低渗滤浓度、低渗透性和 高强度三方面 2 4 , 2 5 】。利用固化稳定化技术处理污泥后，降低了污泥的含水率，提高了污 泥的强度，并且较好地稳定了污泥中重金属类污染物，能够满足填埋处置的要求【2 6 j 。 联合使用f e s 0 4 7 h 2 0 和c a ( o h ) 2 对污泥进行稳定化处理，能稳定污泥中的重金属， 保持污泥的p h 值，而且不影响污泥的后续农用，是一种可行的污泥稳定化处理方法f 。 2 2 2 污泥的资源化技术 污泥资源化作为污水处理厂最佳处理污泥的途径，不仅可以对污泥进行处理处置， 还可以对污泥中可利用的物质资源进行有效的利用，节约资源，为污泥处理处置找到一 条化害为利的合理方法，原则上实现以经济、安全、合理、有效、有益的方式处理利用 污泥，以达到其最大的社会、经济以及生态效益【2 引。 污泥资源化利用主要有以下几种方法： 2 2 2 1 污泥土地利用 在污泥资源化中，首选应该选择的是土地利用。剩余污泥中含有氮、磷、钾等元素， 这些都是植物生长所必需的营养元素，因此可将污泥进行土地利用；污泥土地利用已有 很长时间的发展历史，自1 9 7 0 年以来，在工业化国家的人们就开始研究高品质的污泥肥 料为农业种植和园林等地方所应用【2 9 】。 1 9 7 2 年，美国环境保护局在美国联邦水污染控制条例提出了预处理计划的指导下， 实施广泛的国家规则以管理重要工业污染源的废水排放；对污泥进行预处理保证了城市 污水与污泥中的重金属含量不超标，为污泥进行土地利用奠定了基础；目前，在美国填 埋已经被污泥土地利用所替代，土地利用成为最主要的污泥处置方式，污泥处置研究的 重心变为回用资源化【3 0 】。 污泥的土地利用主要有农田利用和城市绿化或林地利用。 ( 1 ) 农田利用 6 太原理工大学硕士学位论文 目前对于将剩余污泥进行农田利用，且要实现无害化，是将其经过一系列处理后， 并添加粉煤灰、菌种及氮、磷、钾等营养元素等主要成分的物质进行混合，制成无毒无 害的有机和无机复合, q e t 3 0 1 。其工艺是将按一定比例的脱水污泥与添加物质混合均匀，在 特定的温度条件下，通过好氧发酵堆肥迸一步完成对污泥的脱水和熟化处理有机物；熟 化后将污泥按一定比例与粉煤灰、营养元素和添加剂混合以及造粒、干燥、装袋，制成 生物有机肥；污泥在生产过程中实现杀菌、杀虫卵和重金属的固化1 3 l j 。 污泥的农用资源化的特点为处理量大，环境安全，经济可行，是一种具有广阔前景 的污泥处置方法，因此一直深受各国重视。污泥农用也有一些对环境影响的缺点：( 1 ) 污泥中含有重金属，可能会对土壤及农作物造成二次污染；( 2 ) 污泥中的病原体也可能会 对环境造成不好的影响；( 3 ) 污泥中的氮、磷等物质含量过高会污染地下水；( 4 ) 长期使 用污泥会对土壤的土质有一定的影响 3 2 o ( 2 ) 农业种植 制造有机复合肥 有机复合肥也可以利用污泥制造；污泥在8 0 0 * ( 2 1 0 0 0 c 高温下烘干，这样可以将污 泥杀灭病菌，进行无害化处理除去有害菌并使有机成分不受破坏，将有益菌接入污泥中 培养，既可以消除污泥的臭味，又能增加污泥中如n 、p 、k 等的营养元素有效成分，增 加了污泥中的可利用的养分的含量，、污泥经造粒、低温烘干等工艺，可以制成具有营养 较全、生物活性较强、对环境无害的有机复合肥 5 3 1 。 受损土壤的修复与改良 、 受破坏的土地可以用污泥来进行修复，受破坏的土地包括垃圾填埋场、残留的矿场， 森林采伐场，建筑排放废弃物用的深坑等。李海波等研究了矿山复垦利用污泥来作为肥 料的技术，结果表明污泥不仅可以促进植物生长，还解决了污泥对人类生活可能造成的 潜在威胁；对污泥进行这种处置，可以恢复生态环境【3 3 1 。 ( 3 ) 城市绿化、林地利用 华南农业大学与广州市园林研究所进行合作，把污泥与木屑以及树枝进行粉碎、混 合堆肥，作为育苗和花卉基质，污泥或污泥堆肥产品应用于城市园林绿地建设；不过必 须对堆肥污泥进行适当的处理，以便控制污泥中污染物的含量，并科学合理地施用污泥 堆肥，对土壤、地表水和地下水不会造成污染刚。 污泥可以作为有机肥料来建设城市园林绿地的建设，这不但是进行污泥处置有效的 7 太原理工大学硕士学位论文 途径，也是城市绿化的必要条件。干污泥可以培养城市绿化及观赏性植物，既可以脱离 食物链并节约化肥，又可以使土壤的成分与结构有显著提高，但病原体及重金属等的污 染是必须要注意的，否则会导致二次污染1 3 4 。 2 2 2 2 污泥用作燃料 ( 1 ) 污泥进行低温热解制作油类物质 最早的污泥低温热解制油技术是由b a y e r 和k u t u b u d i n 【3 5 1 提出，它是通过在无氧的条 件下加热污泥干燥至小于5 0 0 的一定温度，通过干馏和热分解作用使污泥转化为n g g ， 即不凝性气、油、反应水和炭等可燃产物。该过程产生的燃料燃烧提供该过程所需的能 量，以原料油的形式回收剩余的能量。 污泥低温热解是一种新型热能利用技术，这种办法是在低温( 3 0 0 5 0 0 ) 、高压 ( 或者常压) 、无氧的条件下，利用污泥中的硅酸铝或者重金属等催化剂，将污泥中的 有机物质进行催化分解，分解成碳氢化合物，并最终分解成油类物质口6 1 ，此技术是一个 能量自给有余的过程，并可有效地控制排放重金属，应用前景较乐观。 ( 2 ) 污泥制作沼气 污泥厌氧消化是用来处理污泥，对污泥进行资源化普遍采用的传统技术d 7 1 ，它是通 过厌氧菌作用来分解有机质，v f a ( v o l a t i l ef a t t ya c i d ，即挥发性脂肪酸) 是厌氧处理过 程中的重要中间产物，最终生成主要成分为甲烷，可作为燃料以及动力资源。 在污水处理厂中，目前常采用厌氧消化工艺，其缺点是基础建设费用较高、厌氧消 化周期达到2 0 3 0 天，厌氧消化工艺运行管理复杂且消化池体积较大，产生沼气的效率 率不高，设备利用沼气的稳定性较差等缺点，严重制约了污泥的资源化利用，并且增加 了处理污泥的费用口朗。 改善厌氧消化性能主要有两方面： ( 1 ) 利用各种前处理 前处理技术包括：f e n t o n 考k 化、热水解、湿式氧化、碱处理、超声波处理、污泥的 好氧消化等。 陈英文【3 9 】等采用f e n t o n 氧化的方式处理污泥，确定了最佳条件：p h2 0 ，投力n h 2 0 2 量为9 0 e g e ，f e 2 + 的投加量分别为o 8 9 l ，反应时间1 5 h ，反应温度6 0 c 左右，在最佳条 件下，有较好的污泥破碎效果，污泥粒径明显减小，t s s 去除率为3 8 5 7 ，污泥的平均 粒径由原污泥的4 2 5 1 x r n 降低至i j 2 4 i o p a n ，中值粒径由原污泥的3 6 1 0 p m 减小到和 8 太原理工大学硕士学位论文 1 8 0 7 1 a m ；s v i 由11 5 2 8 m l g 下降到7 1 9 4 m l g ，f e n t o n 氧化法可以有效破解污泥，污泥的 脱水性和沉降性得以提高，有利于污泥的资源化与减量化利用。 湿式氧化法( w e ta i ro x i d a t i o n ) 是指在高压( o 5 - 2 0 m p a ) 和高温( 1 5 0 3 5 0 。c ) 条件下，以 空气或0 2 为氧化剂( 也可以是0 3 、h 2 0 2 等) ，将有机污染物在液相中氧化为c 0 2 和水等小 分子有机物或无机物的化学过程【4 0 ，4 1 4 2 】。部分湿式氧化法( p a r t i a lw e ta i ro x i d a t i o n ，简 称p w a o ) 在处理有机废弃物时，主要是稳定蛋白质等易腐化有机物，与通常的湿式氧化 法不同，湿式氧化法是全部氧化【4 3 彤，4 5 1 。 陶明涛【4 6 】等研究在1 8 0 c 条件下，反应时间4 0 - 8 0m i l l ，可以实现对污泥的部分湿式 氧化；湿式氧化法处理后污泥呈弱酸性，较大程度地改善了污泥的脱水性能，污泥颗粒 变得更加细小；经过部分湿式氧化法处理后污泥的资源化前景相当可观。 法国e p e m a y - m a r d e u i l 污水厂采用湿式氧化法工艺( a t h o s t 艺1 处理污泥，而且a t h o s 工艺属于传统的非催化湿式氧化工艺，该工艺是将湿式氧化法和传统的生化处理联合起 来，在更加温和的反应条件下，以空气或纯氧作为氧化剂来处理城市污水厂产生的剩余 污泥，经过处理后剩余污泥被分解成三个部分：废水、尾气和固体残渣；该工艺安全且 环保，回收处理全部的副产物，臭味被除去，无大气污染，无病原体，有良好的卫生环 管境，较大可能的可实现污泥的资源化【4 7 1 。 泠超声波既可以促进污泥的厌氧消化，而且能够较大可能地降低污泥的处理费用，更 充分的利用污泥作为一种可再生的能源，可实现污泥的减量化、资源化、无害化，创造 更大的社会效益、环境效益、经济效益；经超声波破解后的污泥在厌氧消化时，产沼气 量大幅提高，有较稳定的产气量，利用方便安全。污泥水解作为污泥厌氧消化过程中的 限速步骤，利用超声波在厌氧消化前对污泥进行破解预处理，将细胞壁软化并破裂，细 胞内溶解性物质从细胞内溶出，从而可以加速了污泥的水解过程，达到消化时间减少， 消化池容积变小，沼气产量提高的目的【3 8 】。韩育宏【4 8 1 等研究表明超声波预处理污泥能够 改善厌氧消化性能，提高污泥的高温厌氧消化速率。 王治军等 4 9 1 利用热水解处理污泥，结果表明热水解能加速溶解污泥中固体有机物， 溶解后的有机物再进行水解生成低分子物质，其中挥发性有机酸占溶解性c o d ( 艮0 s c o d ) 的3 0 , - 4 0 ，因此可以明显改善污泥的厌氧消化性能，确定了热水解最佳温度和热水解 最佳时间为1 7 0 、3 0 m i n ；污泥厌氧消化时t c o d ( 即总c o d ) 去除率从预处理前的 3 8 1 1 提高至r j 5 6 7 8 ，上升明显；污泥中t c o d 的沼气产率从1 6 0 m l g 提高到2 5 0 m l g ， 9 太原理工大学硕士学位论文 沼气产率也明显上升。 ( 2 ) 将中温与高温消化结合起来 y u e 等【5 0 】采用温度两相厌氧工艺对污水处理厂的污泥进行处理，该工艺分为两个阶 段，第一阶段为温度为5 5 的高温厌氧消化；第二阶段为温度为3 5 c 的中温厌氧消化； 实验中比较了该工艺与单一中温厌氧消化系统处理初沉池污泥和剩余污泥的混合物的 v s 去除率与生物能的产生这两方面效果。当厌氧消化时间为11 - 2 8 d 时，温度两相厌氧 工艺对大肠杆菌杀灭率较好，基本满足美国的a 类污泥标准；将11 - 1 7 d 确定为最佳厌氧 消化时间，该条件下的v s 去除率是普通中温消化的3 倍，且没有泡沫产生。中温、高温 联合进行厌氧消化工艺处理污泥效果好的重要条件是高温与中温厌氧消化反应器中污 泥可进行交换及高温厌氧反应器的性能较好。 2 2 2 3 污泥堆肥 堆肥法具有经济简便、实用、可资源化、环保等优点，经过堆肥后的污泥可以进行 农用，堆肥可以很好地改良土壤；当堆肥施用于农田时，可以改善土壤的结构，增加土 壤中的有机质，降低肥料的使用量；同时国家政府对于堆肥这种变废为宝的工程会大力 支持，堆肥可以将废弃物稳定化，但它需要特殊的湿度和通气条件以产生适宜的温度， 这个温度一般情况下不低于4 5 。c ，处在这种高温下可以使病原菌失活，经过合理堆肥后， 残留的有机物相对稳定，分解有机物的效率较低，并且堆肥后废弃物的臭味会大大降低。 堆肥中有机物料会进过降解过程与干燥过程同步进行，后续处理的费用会降低，从而有 利于再利用或处置堆肥；堆肥一般分为两种，即好氧堆肥和厌氧堆肥；好氧堆肥是在有 氧的情况下微生物分解有机物料的过程，在此过程中产生大量的热使堆温升高，随之微 生物的种群和其代谢活力也会发生变化，其代谢产物主要是有机质、c 0 2 、h 2 0 和热量； 而厌氧堆肥是在无氧条件下分解有机物料，厌氧分解最终产物是c h 4 、c 0 2 和分子量较 低的中间产物，比如有机酸【1 0 1 。 在污泥堆肥的过程中，第一步应均匀地搅拌污泥基质、膨胀剂与调理剂；第二考虑 堆肥的量，并在堆肥场地挖出浅坑，垛底是用格栅状物质制成，接着按照含水率要求， 将己拌匀的物料加水、将其搅拌均匀后装堆，利用堆内的排气管来排放气体，最后选择 相应厚度的保温覆盖层，是按堆肥量来选择的，并按照实际情况选择自然或机械通风这 两种通风方式，翻垛要隔一段时间就进行一次。通过污泥堆肥，进一步讲解了污泥中可 生化的有机物，并且实现了减量的标准，污泥体积为原有体积的3 4 ；臭味会随着不断的 l o 太原理工大学硕士学位论文 通风而降低；持续5 7 天堆肥，堆内温度不低于5 5 ，可将一般的致病菌和寄生虫卵失 活，以实现减量化、无害化和资源化的目的；如西安污水处理厂处置污泥的方法是通气 静态垛堆肥技术，污泥变为腐热卫生指标的泥肥【5 1 1 。 2 2 2 4 污泥制动物饲料 污泥中含有大量的纤维素、蛋白质、脂肪酸等有机物质；污泥蛋白中含有的氨基酸， 大部分的家畜饲料都会需要，且氨基酸转化相对平衡，因此可以将污泥制作饲料蛋白。 研究表明利用净化污泥、活性污泥加工成的饲料用来喂鱼，其成分中含有蛋白质，可提 高鱼的产量【5 2 1 。 用污泥制成的饲料饲养家禽，对家禽不会产生有害作用，用一般饲料和活性污泥制 成的这种饲料以1 ：9 n 比例混合，对照了体积以及产蛋率，饲养混合饲料的鸡比由一般 饲料饲养的鸡的体重大，产蛋率也较之有所提高【5 3 1 。 2 2 2 5 污泥制化工环保原料 ( 1 ) 污泥制吸附剂 污泥中的碳含量较高，这是吸附剂制作的客观条件，在一定高温下以生化污泥为原 。j 料，通过改性制成含碳吸附剂。含碳吸附剂是一种性能良好的处理有机废水的吸附凝聚 j j 剂，利用其处理有机废水，可去除8 0 的c o d ；生物吸附是利用生物体本身的成分特性、 ? 曼，化学结构，吸附水中的溶解性污染物质，然后通过固液分离来将污染物质从水溶液中分 离出来【“l 。利用矿化污泥可以生产吸附剂，这种吸附剂对水面溢油有较好作用，从而可 以更有效地处理油田溢油等环境污染问题。 实验成功利用生化污泥制备了吸附剂，该吸附剂可以回收水表面溢油，按美国标准 ( a s t m ) ，由污泥制备的这种吸附剂属于最好的回收水表面溢油中的一种；该吸附剂的 特点为：在3 0 0 3 5 0 温度下，利用污泥中水份，将炭化工艺、活化工艺合二为一制 成的吸附剂，具有疏水亲油性，