（环境科学专业论文）有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究.pdf

有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 a b s t r a c t a st h ew o r l dp o p u l a t i o ni n c r e a s i n gq u i c k l ya n de c o n o m yg r o w i n gf a s t , t h e p r o b l e mo fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nh a sb e c o m ei n c r e a s i n g l yw o r s e i nr e c e n ty e a r s , m a n ym t m i e i p a ls e w a g et r e a t m e n tp l a n t sh a v eb e e nb u i l t , w h i c he f f e c t i v e l ya l l e v i a t e t h ep o l l u t i o no f w a t e re n v i r o n m e n tc a u s c db yt h ed i s c h a r g e o f m u n i c i p a ls e w a g ea n d i n d u s t r i a lw a s t e w a t c r a tt h es a m e ：t i m e , al a r g ea m o u n to f s e w a g es l u d g ep r o d u c e d d u r i n gt h ep r o c e s so fs e w a g et r e a t m e n t ，m a yr e s u l ti ns e c o n dp o l l u t i o nt ot h e e n v i r o n m e n t s i n c et h e r ea r eh i g hq u a l i t yo fn u t r i t i o ne l e m e n t ss u c ha sn i t r o g e n , p h o s p h o r u sa n dk a l i u m ，t h ea g r i c u l t u r a lu t i l i z a t i o no fs e w a g es l u d g ei sb e c o m ea l l i m p o r t a n tt o p i c si nn o w a d a y sr e s e a r c h h o w e v e r , t h eh e a v ym e t a l si ns e w a g es l u d g e a 托t h ek e yf a c t o rr e s t r i c t i n gt h eu t i l i z a t i o no fs e w a g es l u d g ei na g r i c u l t u r e m a n y s t u d i e sh a v eb e e nm a d l bt od e c r e a s ea n dr e d u c et h ep o i s o n o u se f f e c to ft h eh e a v y m e t a l si ns e w a g es l u d g e ，b u tt h ec h a r a c t e r so f s y s t e m ，e c o n o m ya n du t i l i t ys t i l lc a n n o t m e e tp r a c t i c a ld e m a n d s 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 d t h eu t i l i z a t i o no fs e w a g es l u d g ei na g r i c u l t u r eh a sav e r yi m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e t h e s e w a g es l u d g ef r o ms e w a g et r e a l m e n tp l a n to f e a s tc o u n t r y s i d eo f t i a n j i n , t h er e s e a r e l a a i m si st oe f f e c t i v e l yr e d u c et h ep o i s o n o u sh e a v ym e t a l s t h ec o m p o n e n t sa n dd a e m i s t r yc h a r a c t e ro f r i a n j i nc i t y s s e w a g es l u d g ea r e a n a l y z e d 。i ti ss h o w nt h a tt h es e w a g es l u d g e sn u t r i t i o nc 锄m e e tt h es t a n d a r do f a g r i c u l t u r a lu t i l i z a t i o n b u tt h ec o p p e ra n dz i n cc o n t e n ti sh e a v yo v e rt h es l u d g e 1 1 s o o na g r i e u l t m l t h em e c h a n i s mo fr e m o v i n gt h eh e a v ym e t a l sb yf o u rd i f f e r e n to r g a n i cw e a k a c i d si sa n a l y z e di nd e t a i l sa n ds y s t e m a t i z e d i ti ss h o w nc o n s i d e r st h a tt h ee f f e c t so f d i f f e r e n ta c i d8 0 l u t i o nt of e i n o v et h eh e a v ym e t a l sa r cd i f f e r e n t t h e r ea r ed i f f e r e n t o p t i m a lt r e a t m e n tc o n d i t i o n sf o rd i f f e r e n tm e t a l s t h ee x i s t e n c eo fo x i d a n t si so f b e n e f i tt oe f f e c to f r e m o v i n gc o p p e ra n dz i n cm e t a l s t h er e m o v a le f f e c th a sl r e l t t e l r f l e r a t i ow i t ht h es e w a g es l u d g e s c o n c e n t r a t i o n a c c o r d i n gt oe x p e r i m e n t s , i t i s c o n c l u d e dt h a tt h es e w a g es l u d g ei nt i a n j i nt r e a t e db y3 0 h 2 0 2a n d2 m o l la c e t i c 有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 a c i dc a nm e e tt h ea g f i c u l t u r a ls t a n d a r do f t h eh e a v y m e t a l s u s i n ga c e t i ca c i da n dh 2 0 z a se x w a c t i o ns o l u t i o n , s o l i d l i q u i dr a t i oo fs l u d g e 、h 2 0 2 、a c e t i ca c i di s1 ：2 ：5 0 , c o n c e n t r a t i o no fa c e t i ca c i di s2 m o f l ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r ei sr o o mt e m p e r a t u r e ， p n = 3 5 ，i st h eb e s tp e r i m e n t a lc o n d i t i o n s u s i n gi m p r o v e df e r r i t ew a y a n dl i m em i l ka sn e t r a l i z a f i o nd e a le x t r a c t i o ns o l u t i o n t h er e s u l tw a so b t a i n e dt h a tc o p p e ra n dz i n cr e c o v e r yw a s9 4 a n d9 8 a n dt h e r e s i d e n t a le x t r a c ts o l u t i o nc o u l db ed i s c h a r g e dl e g a l l yi nt h ep r o c e s sc o n d i t i o n st h a t t h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o n so ff e c l 3 f e s 0 4w a s0 1 0 6 8 m o f la n d0 0 5 3 4 m o l l 。 舻，m 气c u z + , z n2 1 0 ，恤p h - 8 9 ，t e m p e r a t u r ew a so r d i n a r yt e m p e r a t u r e ，t h e t e a c 6 0 nt i m el b k q o r d 暑：m u n i c i p a ls e w a g es l u d g e ；c o p p e ra n dz i n c , e x t r a c t ；a c e t i ca c i d i - 1 2 0 2 f e n i r ew a y 1 n 有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 第一章城市污水污泥产生与处理 前言： 近年来，随着国家经济和社会的发展，环境污染日益严重。作为水环境治理 的重要组成部份城市污水处理得到政府和社会各界的高度重视，新的污水厂 不断建设，污水处理率大幅提高。然而，在城市污水处理率不断提高，有效地控 制了水污染问题的同时，城市污水处理厂污泥产生量也急剧增加，产生的越来越 多的城市污泥给城市的环境带来了新的问题。 污水污泥是城市污水处理厂处理污水过程中的必然产物。一个稳定运行的城 市污水处理厂都会产生一定量的污水污泥。因此污水污泥的产生量和城市污水的 总量存在线性关系，随着城市污水处理量的增加而增加。根据资料统计【，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 x 1 0 6 t 和9 1 0 6 t 。我国每年产生的城市污水污泥达1 亿t 以上【2 胴( 湿污泥) 。 污泥处理是污水处理厂重要的工作内容之一。如此大量的污泥如果处理不 当，不仅会直接影响污水厂的正常运行，而且污泥中含有大量的有害物质，如重 金属、细菌、各种寄生虫卵、大量的病源微生物等，很容易对环境造成“二次污 染” 但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，污泥 也是一种肥料资源，如不利用会造成资源浪费。因此如何安全有效地进行污泥处 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 污泥的产生与污泥分类 污泥通常是指各种微生物以及有机、无机颗粒组成的絮状物。1 9 9 5 年，世 界水环境组织为了准确地反映绝大多数污水污泥具有重新利用价值，将污泥 ( s l u d g e ) 更名为“生物固体( b i o s o l i d s ) ”，其确切含义是：“一种能够有效利用的富 l 有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 含有机质的城市污染产生物”，鉴于我国现行标准仍沿用污泥一词，本文采用这 一名称。嗍 城市物流系统包括生产与生活两种过程，它们都有可能产生污泥类废物。生 产过程中产生的污泥有：泥浆污泥、石化工业产生的油泥、电镀污泥及生产废水 处理产生的污泥，其特点是：尽管产生的区域是在城市的范围内，但从污泥的特 征上更多的是反映了相关产业技术过程的特点。另一类则是产生于和城市生活活 动相关的城市市政设施运行与维护过程，这些污泥有明显的城市特征，其特点是： 不仅产生在城市这一特定的区域中，还有城市活动的共性，产生于市政和公用设 施的运行和维护过程中。 根据上述对污泥特征的定义，城市污泥可分为以下几种类型：【4 1 1 城市污水处理厂污泥。其主要来源为：工业污水，来自城市的工业部门， 污染特征有相关的产业技术过程决定；生活污水，来自城市的居民区，商业服 务业等非工业部门。 2 城市给水污泥。现代城市使用的大部分是管网分配形式供应的所谓自来 水，而在给水之前，绝大部分城市均要进行必要的净化处理，在给水处理厂进行 的混凝沉淀和过滤的处理工艺过程中，被去除的颗粒和胶体构成了城市给水污泥 的固相部分。 3 城市水体疏浚淤泥。城市水体是指主要汇水区域为城市建成区的自然或 人工水体( 河道、湖、塘等) 。城市水体除了具有景观、航运的功能外，主要的 功能是城市排水的通道和调蓄容量的组成部分。城市水体受纳的水流包括城市地 表径流、城市污水和工业污水等，这些水体夹带的颗粒物、胶体、在一定水力、 水文条件下成为城市水体的沉积物。 4 城市排水沟道污泥。城市的排水沟道可分为污水沟道、雨水沟道和河流排 水沟道三种。无论哪种排水方式，均不同程度的含有可沉降的颗粒物和胶体，同 时排水中的某些可溶性物质也有在排水沟内的环境条件及生物作用下产生可沉 降物质，此过程中产生的污泥也是城市污泥中的一种。 1 1 1 城市污水厂污泥的概述 本论文所讨论的主要是城市污水处理厂产生的污水污泥的处置处理及其资 2 有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 源化。 污水厂污泥( 或污水污泥，s e w a g es l u d g e ) 是各种污水处理过程中产生的泥状 物质。闱城市污水在处理厂内通过一系列的单元处理后，水质会发生显著变化， 污水由原来的色深、多异味、多杂质等转变为清澈、无味，这个过程是污染物与 水不断分离的过程，水中的污染物转移到了污泥中，只有将这些污泥与水分离质， 水才能变清了，因此污水污泥是污水处理过程中产生的种含水率很高的絮状泥 粒，同时也混入有原污水中带有的纤维、动植物残体及其吸附在其上的有机物、 金属、病菌、虫卵、胶质等多种复杂的混合体污水中的悬浮物，微生物及所吸附 的有机物以及微生物代谢活动产物所形成的聚集体。 污水污泥是污水处理厂不可避免的副产品。城市二级污水处理厂产生的污泥 量，约占处理污水总量( 体积) 的o 3 一0 5 ，深度处理污水所产生的污泥量可 能增加o 5 一1 0 倍。【5 】 城市污水厂污泥可按不同的分类标准分类，其中常见的有； ( 1 ) 按污水的来源特征，可分为生活污水污泥和工业废水污泥。 ( 2 ) 按污水的成分和某些性质，可分为有机污泥和无机污泥、亲水性污泥和疏水 性污泥。 ( 3 ) 按污泥处理的不同阶段，可分为生污泥、浓缩污泥、消化污泥、脱水污泥和 干化污泥。 ( 4 ) 按污泥来源，可分为栅渣、沉砂池沉渣( 无机固体颗粒) ，浮渣、初次沉淀污泥 ( 初沉污泥) 、剩余活性污泥( 剩余污泥) 、腐殖污泥和化学污泥。 1 1 2 城市污水厂污泥的性质 了解和掌握城市污水污泥的性质是科学合理的处理处置和利用污泥的先决 条件，只有从污泥的性质出发，才能科学地选择有效的污泥处理工艺和合适的处 理设备及资源化利用方式。 ( 1 ) 含水率 污水污泥中所含水分的质量与污泥质量之比称为污泥含水率。城市污水厂污 泥的含水率取决于污水的水质、其产生的处理工艺环节和工艺运行条件等因素。 污泥的含水率一般都特别高。例如城市污水厂初沉污泥含水率在9 6 9 8 ，而剩余活性污泥中含水率可达9 9 以上。一般来说，固体颗粒越小，其所 含有机物就越多，污泥的含水率就越高。污泥的体积为污泥中水的体积和固体体 3 有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 积之和，其中固体物质又包含无机物和有机物。因此，污泥的密度也随着污泥中 无机物和有机物的比例不同而发生变化 此外，污泥含水率与污泥的相态也有一定的关系，随着含水率的降低。污泥 由液态逐渐转变成固态，表1 1 给出了含水率和相态的关系。 4 1 表1 - 1 污泥含水率及相态 含水率污泥状态含水率污泥状态 9 0 以上 几乎为液体 6 7 刁o 几乎为同体 8 0 9 0 粥状物 5 0 粘- 十状 7 0 舳 柔软物 ( 2 ) 密度 污泥的密度是指单位体积污泥的质量，其数值也常用相对密度( 比重) ，即 污泥与水( 标准状态) 的密度之比来表述。污泥的体积、质量和含水率存在一定的 比例关系，有资料显示【4 1 ，当污泥含水率由9 9 降到9 8 ，或由9 8 降到9 6 ， 或9 6 降到9 4 时，污泥体积均能减少一半，即污泥含水率越高，降低污泥的 含水率对减容的作用则越大。 ( 3 ) 水力特性 污泥的水力特性主要是指其流动性和可混合性。它受许多因素的影响，如污 水水质、流速、黏度等，但主要受黏度的影响。污泥的流动性能受温度及污泥中 有机组分含量的影响不大。一般地说，当污泥的含固量超过6 时，污泥的可泵 输送性很差，使用泵输送就会造成困难。污泥的含固量越高，其可混合性也越差， 不易均匀混合。 ( 4 ) 污水污泥的脱水性能与污泥比酣5 】 污水污泥中主要有间隙水、毛细结合水、表面粘附水、内部水等4 类。所谓 问隙水是被大小生物固体颗粒包围的水分，约占污水污泥中水分的7 0 ，它不与 污水污泥直接结合，因而容易分离。毛细水是指在固体颗粒接触面上由毛细压力 结合或充满于固体与固体颗粒之间或充满于固体本身的裂隙中的水分，约占生物 固体水分的2 0 ，可利用离心机的离心作用将其去除。表面粘附水是比毛细结合 水更难分离的水分，它是粘附在污泥小颗粒表面的水分，此类水分离需采用电解 4 有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 质作为混凝剂辅助进行分离内部水是指为生物细胞内部的液体，去除内部水必 须破坏细胞膜。使用机械方法难以奏效，可采用高温加热等措施，使其变为外部 水，再加以去除。 为了便于对污水污泥的输送、处理和处置，要求对污水污泥进行脱水处理 脱水性能是指脱水的难易程度，污泥比阻反映了污水污泥的脱水性能。污泥比阻 是指单位过滤面积上，滤饼单位于固体质量所受的阻力，污泥比阻可用于确定最 佳的混凝剂及其投加量。 ( 5 ) 挥发性固体与灰分 挥发性固体( v s s ) 代表生物固体中有机物的含量，又叫灼烧减重。灰分代 表无机物的含量，可通过烘干、高温( 5 5 0 , - 6 0 0 c ) 焚烧称重测的。 ( 6 ) 含有植物营养成分 污水厂污泥含有丰富的植物营养成分，它们可转化为植物培植基质( 人造表 土、土壤调理剂、有机肥等) 。污水厂污泥植物营养成分的组成主要取决于污水 水质和处理工艺。 ( 7 ) 污水污泥的热值与可燃烧性嘲 污水污泥主要成分是有机物，可以燃烧，污水污泥的干基热值可以用弹式量热器 测定。据测算，不同来源和性质的污水污泥，其干基热值有所不同，如表1 2 所 示 表1 - 2 不同污泥的热值 污泥种类 干基热值( k j k g ) 初次沉淀池污泥新鲜污泥1 5 8 0 0 1 8 1 6 2 1 消化污泥 7 1 8 9 6 初沉池污泥与腐殖污新鲜污泥1 4 8 8 0 8 泥混合消化污泥6 7 2 9 8 8 1 0 9 2 初沉池污泥与活性污 新鲜污泥 1 6 9 2 9 泥混合 消化污泥 7 4 4 0 4 ( 8 ) 污水污泥的毒性与环境危害性 污水污泥的毒性和危害性主要引起含有毒性有机物、致病微生物和重金属3 5 有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 类物质。据王新明、盛国英等测定【6 】，广州城市污水处理厂的污水污泥中可监测 到毒性有机物5 0 多种，主要包括邻甲苯二甲酸、多环芳烃、苯酸类、芳香胺类、 氨基甲酸、甲酯衍生物和杂环化合物等，因此，可能对环境和人类具有长期的危 害性。 污水污泥中含有比污水中数量高得多的病原物，主要有细菌类、病毒和虫卵 等常见的细菌有沙门氏菌、志贺氏菌、致病性大肠杆菌、埃希式杆菌、耶尔森 式菌和梭状芽孢杆菌，常见的病毒有感类病毒、脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒、 轮状病毒等。常见的虫卵有蛔虫卵等。 另外，污水污泥中含有大量的重金属物质。当城市污水易生活污水为主时， 重金属物质的含量一般都较低；当城市污水中含有较多的工业污水时，重金属物 质含量明显偏高，远远超出污泥农用标准。重金属对人类健康的危害性，人们早 已认识的非常深刻了。表1 3 是常见的几种重金属对人体的危害： 表1 3 重金属对人体的危害 名称 对人体的危害 c r 对皮肤有刺激或过敏作用、损害呼吸系统、损害内脏 c d 可引起骨质变软、废用性萎缩、并发性肾功能衰竭等 p b 可引起高血压、周围神经炎、中毒性脑炎、肾炎、贫血等 n i 可抑制人体的酶系统、导致镍皮炎使人的皮肤产生皮疹等 c u 可引起皮炎和湿疹、引起呼吸系统疾病等 z n 过量的锌可引起急性肠胃炎、腹膜炎等 h g 损害人体的消化道、口腔、肾脏、肝，并可引起神经衰弱等 a s 可致癌、致畸 1 2 国外城市污水污泥处理与处置现状及技术进展 1 2 1 国外城市污水污泥处理与处置现状 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 6 有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 是以减量化、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 ) 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热分解一灰分填埋； 钔浓缩一前处理一脱水一千燥一熔融烧结一做建材； 5 1 浓缩一前处理一脱水一千燥一做燃料； 浓缩一厌氧消化一前处理一脱水一土地还原； 7 ) 浓缩一蒸发干燥一做燃料； 8 ) 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【引，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 。 根据资料 9 1 【埘，英国污水处理污泥的年产量为1 1 0 7 万t 干污泥。表1 - 3 t 1 1 】列出 了英国污水污泥处理方法及处理量。表1 - 5 t 1 1 铡出了英国污水污泥的最终处置情 况。从表1 _ 4 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 从表1 - 5 可以看出，英国污泥最终处置主要为污泥农用，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或者进行二级处理【1 2 1 。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。 7 有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 表l - 6 列出了1 9 9 8 年、2 0 0 0 年美国的污泥处理与利用情况及2 0 0 5 和2 0 1 0 年的污泥处置策略【”l ，从表中可以看出，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l _ 4 英国污水污泥处理方法及处理量 处理方法处理量( 万t a )百分比( ) 厌氧处理 6 0 3 5 4 5 好氧处理 2 11 9 石灰处理 1 41 3 堆肥处理 o 5 5o 5 方法不明1 7 1 5 未经处理4 4 64 0 3 表1 5 英国污水污泥的最终处置情况 英格兰和威尔士苏格兰北爱尔兰英国总体情况 处置污泥量百分数污泥量百分数污泥量百分数污泥鼙百分数 方法 万( t a )( )万( t a ) ( ) 万( t a )( )万( t a ) ( ) 农用4 3 0 4 4 1 o1 32 66 04 6 64 2 专用地 2 520o0o2 52 处置 捧海 2 6 32 76 o7 61 22 83 3 53 0 焚烧 7 68o 1lo07 77 填埋7 98o 450 51 2 8 8 8 有效益 6 460 45o06 86 网收 堆放 5 05o0oo5 05 8 有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 表l - 6 美国的污泥处理与利用情况 有效利用处置 年份 直接土处理后其他有小计填埋焚烧其他小计 地施用 施用 效利用 1 9 9 84 1 1 2 7 6 0 1 7 2 2 1 4 0 2 0 4 3 1 2 5 7 5 6 3 1 4 2 2 l 3 7 2 0 0 54 5 1 3 8 6 6 1 3 2 0 l 3 4 2 0 1 04 8 1 3 5 8 5 7 0 l o l 卿喀l 3 0 1 2 2 国外城市污水污泥处理与处置技术的进展 ( 1 ) 污泥稳定 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) 。有资料统计，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。大多数国家较多地使用高温的 处理方法，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。 污泥消毒1 4 1 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【1 5 1 。 ( 2 ) 污泥减量 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。污泥中所含的水可以分为四类【1 6 】【1 7 1 ： 污泥颗粒间的间隙水，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，t 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 9 有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 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 e 左右。 污泥颗粒间的毛细管水，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 e 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间隙水。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。 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。 ( 3 ) 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【1 射。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。 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 或者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 7 1 ：乱密度小，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； 1 0 有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 e 吸收太阳光热量的效能高； 富含热值； 舀适合微生物在其表面生长。 目前炭化污泥已用做土壤改良剂，提高农作物产量；用做污泥脱水助剂，改 善污泥脱水性能以及用做废水脱色除臭剂等。 1 3 我国城市污水污泥处理与处置现状及技术进展 1 3 1 我国城市污水污泥的特征 ( 1 ) 数量大、增长迅速 城市污水集中生化处理是国内外的发展趋势。目前我国许多大、中城市 都有污水处理厂，对防止日益严重的环境污染起了重要作用。但污水在净化处 理过程中又产生大量的沉积物，即城市污泥( 简称污泥) ，污泥不仅产量巨大( 污 水的3 左右) ，而且增长迅速。 1 9 9 0 年全国有污水处理厂7 8 座，污水处理率仅为2 9 ，每年排放污泥( 脱水) 约3 0 0 5 0 0 万吨。污泥在污水处理过程中产量十分巨大，一般认为处理每万吨 污水可排出于污泥2 - 3 吨，到目前为止，中国城市污水厂每年排放的干污泥约为 9 0 0 多万吨，且以每年1 0 的速度在增长。随着我国城市化进程的加快，人口分 布呈现向城市集中的趋势，若将这些城市的污水全部进行处理，产生的污泥量是 非常巨大的【3 l 。 ( 2 ) 含有多种重金属 重金属城市污泥中的重金属种类繁多。特别是一些城市污泥中重金属严重超 标，而且重金属不像有机物可以通过降解除去，其溶解度一般很小，在污泥中性 质稳定，较难去除。污泥中的重金属主要以氧化物、氢氧化物、硅酸盐、不可溶 盐或有机络合物的形式存在，其次为硫化物，很少以自由离子的形式存在。污泥 中的重金属主要有c u 、p b 、z n 、h g 、c d 、n i 、c r 等8 种【1 9 1 。 这些重金属是污泥资源化利用的最主要障碍，各地城市污泥所含重金属的种 类大同小异，但其含量相差甚大 2 0 l 。据报道，我国多数城市污泥中的c u 、z n 、p b 、 c r 等重金属含量可达数百至数千m g k g 。表1 7 1 2 1 1 列出了我国部分城市污泥中重 l l 有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 金属的含量情况 城市污泥中重金属含量( m g k 9 1 ) 城市污泥来源 c a p b 7 - h g c dn ic r 广州大坦沙 2 2 9 l2 4 52 1 3 82 5 64 6 21 5 5 5 0 深圳滨河 1 7 1 92 1 01 9 4 52 9 52 3 71 9 5 北京高碑店污 4 6 0 8 5 o7 9 02 64 7 0 59 2 0 水处理厂 天津纪庄子污 4 1 82 9 51 1 2 04 7 04 6 02 9 0 水处理厂 天津东郊污水 4 3 8 6 8 2 42 4 0 53 0 7 1 0 5 73 3 3 8 处理厂 控制标准 5 0 0 1 0 0 0l o o o1 52 02 0 0 1 0 0 0 ( 3 ) 含有大量的病原体 由于城市污水的来源是人类生活环境，细菌及大部分寄生生物通过污水处理 过程留存到了污泥中，病毒也可以吸附在污水中的颗粒上，随颗粒的沉淀也沉积 到污泥中。其中的病原体大部分被颗粒物吸附而富集到污泥中主要的病原体有 细菌类、病毒和蠕虫卵。其中以沙门氏菌、蛔虫和肠道病毒等最为常见各种病 原体在环境中的存活力取决于病原体本身，还与环境的光照、温度、湿度、p h 值 等因素密切相关，有的仅存活几小时，有的则可存活数月甚至数年 ( 4 ) 含有丰富的有机质和氮、磷等成分 城市污泥富含有机质和氮、磷、钾的养分，而且大部分氮磷以有机结合态存 在，宜被植物吸收。其中有机质可达3 0 0 6 0 0 9 k g 、氮和磷分别可达l o 4 0 9 k g 和6 1 5 9 k g 。我国北京、天津、杭州、苏州、太原、广州、西安、武汉等城市 污水处理厂脱水污泥有机质为2 1 5 6 6 7 9 k g ，平均为3 3 5 9 k g ；总氮为1 1 4 8 9 k g ，平均为2 6 9 k g ：总磷为6 1 1 7 5 9 k g ，平均为8 6 9 k g 。国外如新西兰 的城市污泥平均总碳3 5 7 3 6 8 9 k g ，总氮为3 6 7 3 9 7 9 k g ，总磷为2 2 有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 2 8 9 k g 【捌，有资料研究表明】：中国城市污泥和中国传统的农家肥猪粪和 猪厩肥相比，具有作为有机肥使用的价值。中国城市污泥中的有机质含量最高达 6 9 6 9 k g ，平均值为3 8 4 9 k g ，相当于纯猪粪有机质平均含量的5 4 。 因此，对于我国这样一个发展中的农业大国，污泥土地利用更具有重要的 意义。 1 3 2 我国城市污水污泥处理与处置现状及技术进展 在我国，城市的污水污泥处理虽然有一定的进展，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7 0 以上f 2 4 】。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。 在污泥农用方面，主要有两种情况。 ( 1 ) 直接施用 把城市污泥经简单的脱水处理后直接旆用于农田，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，将污泥当作农家肥来施用，有很好的田问施用 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。 此外，在一些地区检测出土壤中的重金属远远超过了环境的本底值，最终导 致这种土地上出产的的农产品中重金属含量超标。使农民对污泥的利用敬而远 之。再一种情况是用作城市绿化、花圃的肥料，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。 ( 2 ) 间接施用 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。 1 3 有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 国内也有将污泥与城市垃圾、通沟污泥等堆肥后农用。目前，这种应用在国 内有不少研究删，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 关报划2 f l 3 0 ，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、蚯蚓转 化0 0 3 1 1 和利用污泥制油，还有做饲料、作污水吸附剂和复合肥粘结剂的研究。 因此，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 4 有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 第二章城市污水污泥处理与处置方法评价 2 1 污泥填埋 污泥填埋这种处置方法简单、易行、成本低。但填埋由于占地多、将城市周 边的土地用于填埋，就是资源的损失。在入口稠密地区，土地资源的永久废弃的 经济价值问题已经突出地暴露出来，一些城市的填埋场因为种种原因已经开始拒 收污泥，这就是一个信号。 此外，填埋的潜在生物可利用率低、渗滤液污染地下水以及存在后处理费用 等问题，应用受到了极大的限制。堆场已是历史遗留的疾患，将被彻底淘汰。 由于我国的填埋场标准实旌较晚，旧的填埋场接纳污泥，可能造成大量的污 泥污染物随渗滤液从地表进入深层，甚至威胁地下水和江河湖海。我们国家相当 一部分污水处理厂的污泥就是采用此法，这种处理方式日益显示出它的弊端。美 国环保局估计未来十几年，近8 0 的填埋场将关闭。这说明填埋处理，不是避免 污染的最终处理方法，而只是延缓了污染的时间p 刁。 2 2 污泥投海 利用水体消纳污泥一般不需要进行严格的无毒无害化处理，也无需脱水便可 直接排入水体，而且容量很大。对于靠近海岸的大型污水处理厂。这是一种方便 的污泥处置方法。英国2 0 世纪8 0 年代初开始采用此法。美、日等沿海国家也有较 多应用。但此法并未从根本上解决环境问题，它同时也造成了海洋污染，对海洋 生态系统和人类食物链已造成威胁，受到越来越强烈的反对。美国1 9 9 8 年已禁止 向海洋倾倒污泥，欧共体也规定从1 9 9 9 年开始禁止在海洋中处置污泥【蠲。 2 3 堆肥处理 目前世界各国采用的方法主要有静态和动态堆肥两种，如自然堆肥法，圆柱 形分格封闭堆肥法，滚筒堆肥法，这些方法都在不断发展和完善。我国近年还发 展了将污泥和城市垃圾等其它物质混合堆肥后加以利用的新方法 3 4 - 3 5 1 。通过堆 肥过程的生化反应，可使污泥达到稳定化和无害化的要求，堆肥后无蚊蝇滋生， 基本无嗅味，外观呈现较松散，已达到腐熟程度，既杀死了污泥中的有害细菌， 又能提高其肥效。但填埋处理一般需专用的场址，且场址面积也要求较大，并需 1 5 有机弱酸对污水处理厂污泥中铜和锌去除的实验研究 要较高的运输和处理费用。在我国目前土地资源相对匮乏的条件下，大批堆场的 开发显然存在难度，也不利于可持续的发展闻。 2 4 焚烧 焚烧是较彻底的处理方法，主要可分为两大类：一类是将脱水污泥直接用焚 烧炉焚烧；另一类是将脱水污泥先干化再焚烧。污泥焚烧后的残渣无菌、无臭、 体积大幅减小，使运输和最后处置大为简化。焚烧后产生的热量也可以充分利用、 具有应用前景。在日本该方法占污泥处理总量的6 0 以上，欧盟也在l o 以上， 英国、比利时等国家均有应用。但焚烧污泥的一次性投资大，在日本，一套处理 量在5 0 m 3 d 左右的焚烧设备( 包括土建、配套) 成本高达2 8 亿日元。同时运行 费用高，管理水平和设备维修要求高，焚烧的烟尘如果直接排放，污泥中的重金 属物质会随着烟尘扩散而污染空气 另一方面，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。因此，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 煳，每年耗重油达3 9 x 1 0 5 m 3 【3 7 1 。如果采用机械脱水，焚烧成本是其他工艺 的2 4 倍，如果采用自然脱水虽然成本降低，但时间长，占地面积大。晾晒时， 污泥的臭气会污染空气。此外，依据国内外最近的检测结果，对污泥中的二恶英 类物质进行了评述。讨论了二恶英的来源、组成分布、环境行为及潜在危害。研 究表明，污泥焚烧过程的排放构成了环境中二恶英的本底来源，考虑到经济成本 和二次环境问题网，此法我国不宜采取。 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，制造复农用混合肥，或者进行其它方面的资源化 利用，既消除城市污染，又能促进农业的发展。 2 5 污泥改性制活性碳 污泥中含有大量有机物，