（环境工程专业论文）脱水污泥资源化利用研究——利用三叶回转窑制备陶粒.pdf

中文摘要 摘要 长期以来，对城市污水处理后产生的污泥处置一直是环保的难题，产生的大 量污泥如果处置不当将产生二次污染，传统的处理处置方法均存在诸多问题，寻 求一种好的处理处置污泥的新方法的任务紧迫。 本文对烧制陶粒的主要原料污泥及其配料粉煤灰黏土的主要化学成分、元素 含量、重金属含量进行了分析测定，综合考虑原料的化学组成及烧制陶粒对原料 化学组成的要求，确定了以污泥、粉煤灰和黏土为原料制备污泥陶粒。污泥中重 金属含量和浸出液浓度均不高，但存在一定的潜在危害性。 针对存在的问题采用带约束条件的配方均匀设计方法对粉煤灰脱水污泥陶粒 配方进行试验设计，运用三叶回转窑进行小试。研究了陶粒中各组分对烧成陶粒 堆积密度、颗粒强度的影响。通过分析试验结果得到堆积密度的回归方程，确定 了最佳物料配比为粉煤灰、污泥和黏土的优化质量( 干) 7 9 ，1 5 2 ，5 8 ，湿比 例下脱水污泥用量达4 5 ，干比例污泥用量1 5 2 ，污泥减量化明显。通过正交试 验确定了制备陶粒的最佳工艺条件。 在最佳配比和工艺条件下烧制陶粒，并对自制陶粒的性能就行测试分析。结 果表明：陶粒的堆积密度为6 0 0 k g m 3 ，筒压强度2 2 m p a ，1 小时吸水率1 0 2 ， 粒型系数1 3 ，各项性能满足陶粒的质量要求，具有实用价值，达到了污泥资源化 的目的。陶粒浸出毒性试验结果表明各项指标均低于浸出液中危害成分浓度限值， 重金属固化效果明显，达到了污泥无害化。 以自制陶粒作为轻粗集料配制轻集料混凝土，通过调整水灰比、砂率、粉煤 灰掺量，可以配制出强度等级满足c i a 5 强度要求，干表观密度1 6 6 0 k g m 3 的轻集 料混凝土。可以用于工业和民用建筑，具有很好的经济效益和应用前景。 自制污泥陶粒的效益分析表明，利用污泥制备污泥陶粒，具有良好的经济效 益、环境效益和社会效益，开辟了一条污泥处理处置和资源化利用的新途径。 关键词：污泥，陶粒，资源化 英文摘要 a b s t r a c t f o ral o n gt i m e ，t h ed i s p o s a lo fm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n ts l u d g ei sas e r i o u s p r o b l e mo fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n i fal a r g en u m b e ro fs l u d g eg e n e r a t e dd i s p o s e i m p r o p e r l y , i tw i l ll e a dt os e c o n d a r yp o l l u t i o n t h e r ea r em a n yp r o b l e m si nt r a d i t i o n a l t r e a t m e n tw a y s ，s oi ti sv e r yu r g e n tt of i n dag o o dn e wa p p r o a c hf o rs l u d g et r e a t m e n t a n dd i s p o s a l t h i sp a p e rh a sa n a l y z i e dt h em a i nc h e m i c a lc o n s t i t u e n t s ，e l e m e n tc o n t e n t ，h e a v y m e t a l sc o n t e n to fs l u d g e ，p f aa n dc l a y , c o n d e r s i d e r i n gr a wm a t e r i a lc h e m i c a l c o m p o s i t i o na n dh a y d i t er a wm a t e r i a lc h e m i c a lc o m p o s i t i o nr e q u e s t ，i ti sd e s i g n e dt o u s es l u d g e ，p f aa n dc l a ya sh a y d i t er a wm a t e r i a l s h e a v ym e t a lc o n t e n ta n dt h e l e a c h i n gc o n c e n t r a t i o no ft h es l u d g ea r en o th i g h h o w e v e r , t h e r ea r es o m ep o t e n t i a l h a r m a i m i n gt ot h ee x i s t i n gp r o b l e m s ，t h ef o r m u l ao fh a y d i t ew i t hc o a lf l ya s ha n d s e w a g es l u d g eb a s e do nf o r m u l au n i f o r mr e s t r i c t e dd e s i g nt h e o r yw a sd e s i g n e d ，t h e n u s e dt h et r e f o i lr o t a r yk i l nt om a k eat e s t t h i sp a p e ra l s os t u d i e dt h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h er a t i oo fh a y d i t ec o m p o s i t i o ni n g r e d i e n t sa n dl o o s eb u l kd e n s i t y , p e l l e t s t r e n g t hr e g r e s s i o ne q u a t i o n sw e r eo b t a i n e db ya n a l y z i n gt h et e s tr e s u l t s ，t h eo p t i m a l p e r c e n t a g eo ft h ed r yq u a l i t yi s ：f l ya s h s l u d g e c l a y = 7 9 ，15 2 ，5 8 ，h a y d i t eu s e s 4 5 d e w a t e r e ds l u d g ei nw e tp e r c e n t a g e ，15 2 i nd r yp e r c e n t a g e ，s l u d g eo b v i o u s r e d u c t i o n d e t e r m i n e db yo r t h o g o n a le x p e r i m e n tf i n do p t i m u mc o n d i t i o n st op r o d u c e h a y d i t e a tt h eo p t i m a lp e r c e n t a g ea n do p t i m u mc o n d i t i o n s ，t h eh a y d i t e sw e r eb u r e d t h e r e s u l t ss h o wt h a tb u l kd e n s i t yi s6 0 0 k g m 3 ，c y l i n d e rc o m p r e s s i v es t r e n g t hi s2 2 m p a ， lh rw a t e ra b s o r p t i o ni s10 2 g r a i ns h a p ec o e f f i c i e n ti s1 3 p e r f o r m a n c e sa l lm e e tt h e q u a l i t yr e q u i r e m e n t s i t i se f f e c t i v ef o r s l u d g er e s o u r c e s t h e r e s u l to fh a y d i t e i d e n t i f i c a t i o n t e s tf o re x t r a c t i o n t o x i c i t y b e l o we x t r a c t i o n t o x i c i t y h a z a r d o u s c o n s t i t u e n t sc o n c e n t r a t i o nl i m i t s ，s l u d g eb e c o m e sh a r m l e s s u s et h es e l f - m a d eh a y d i t ea sl i g h ta g g r e g a t ec o n f i g u r a t el i g h ta g g r e g a t ec o n c r e t e ， a d j u s t i n gw a t e rr a t i o ，s a n dr a t i o ，p f am i x t u r eq u a n t i t y , c o m p o u n dt h ei n t e n s i t yr a n k c i a 5 ，d r ya p p a r e n td e n s i t y16 6 0 k g m 3c o n c r e t e t h ec o n c r e t ec a nu s ei nt h ei n d u s t r y a n dt h ec i v i lc o n s t r u c t i o n ，h a st h ev e r yg o o de c o n o m i ce f f i c i e n c ya n dw i d ea p p l i c a t i o n p r o s p e c t 重庆大学硕十学位论文 b e n e f i ta n a l y s i si n d i c a t e dt h a t ，u s es l u d g em a n u f a c t u r eh a y d i t e ，h a sg o o d e c o n o m i ce f f i c i e n c y , e n v i r o n m e n tb e n e f i ta n ds o c i a le f f i c i e n c y , i ti san e ww a yf o r s l u d g ed i s p o s a la n dr e s o u r c e su s e k e y w o r d s ：s l u d g e ，h a y d i t e ，r e u t i l i z a t i o n i v 学位论文独创性声明 文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 羡晶 导师签名： 夕 岛v z 门7 签字日期：w 。7 石。2 签字日期：加。7 占乙 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程( 以“名 下简称“章程 ) ，愿意将本人的叠士学位论文醴! 婆婆盗盈盟塑塑蕉堡! 嗲勰 提交中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社( c n k i ) 在中国博士学位论文全文数。 据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学博硕学位论文全文 数据库中全文发表。中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论 文全文数据库可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版，并同意编入c n k i 中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据库中使用和在互联 网上传播，同意按“章程 规定享受相关权益和承担相应义务。本人授权重庆大 学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公开论文的全部或部分内 容。 作者签名：整垦导师签名 芝当 导师签名：刍 ! l k 1 年 6 月z 日 备注：审核通过的涉密论文不得签署搿授权书刀，须填写以下内容： 该论文属于涉密论文，其密级是，涉密期限至 年一月一日。 说明：本声明及授权书生逝装订在提交的学位论文最后一页。 1 绪论 1 绪论 我国自改革开放以来，社会经济发展势头强劲，城市化进程迅速，水资源面 临着越来越大的压力。目前，我国的城市污水处理主要采用活性污泥法，产生了 大量的污泥，废水处理过程中将产生大量的污泥【l 】。污泥通常含有相当量的有毒有 害物质及未稳定化的有机物，如不进行妥善的处理，将会对环境造成直接或潜在 的污染。而人们对生存环境的保护和改善意识不断加强必然促使越来越多的废水 需要处理，随之产生的污泥矛盾问题亟待解决。我国城市污水厂每年排放的干污 泥为3 0 万，折合湿污泥为7 5 0 万t ( 以含水率为9 6 计) ，并且每年的增长率大于 1 0 。根据有关预测，我国城市污水量在未来2 0 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 1 0 m 3 d ；2 0 2 0 年污水排放量将达到5 3 6 x 1 0 1 0 m 3 d 。污泥的 储存、处理处置及资源化过程中均可能危害环境，污泥的处理处置己成为一个世 界性的社会和环境问题。 1 1 污泥资源化的意义 1 1 1 国内外污泥概况 污泥是城市污水处理不可避免的副产物，其指主要由各种微生物以及有机、 无机颗粒组成的絮状物。据不完全统计，以活性污泥法为主的污水处理工艺，其 污泥量是污水处理量的o 3 o 5 ( 以含水率9 7 计) ，数量十分惊人【2 】。如果属 于深度处理，污泥量会增加o 5 l 倍。污水处理效率的提高，必然导致污泥数量 的增加。 自从1 8 7 5 年英国伦敦建立世界上第一个污水处理厂以来，污泥处理问题变成 为市政管理的重要问题之一。随着城市人口的增加、市政服务设施的不断改善、 污水处理技术的不断提高，欧、美等发达国家的污泥产量每年大约以5 1 0 的 速度增长。影响污泥产量的因素来自多方面，以欧洲为例，污泥产量增长趋势明 显，一方面是因为污水管网的服务人口不断增加，另一方面是因为水质排放标准 越来越严格p j 。 据美国环保署估计，1 9 9 8 年美国产生污泥6 9 0 万吨。1 9 8 6 , - - 一1 9 9 6 年期问，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 ，按这种趋势发展，根据市政所提供污水服务人口的增长和污水二级处理 以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 。表 1 1 是1 9 9 8 年以后美国污泥产量和处理状况及预测【4 】。 重庆大学硕十学位论文 1 9 9 0 年欧洲干污泥产量为11 0 7 万吨，到1 9 9 9 年干污泥产量达1 7 4 6 万吨。由 于城市污水处理要求的日益严格，欧洲城市污泥产量预计将增加5 0 。表1 2 为 欧洲国家污水处理厂污泥的处理与预n t5 1 。到2 0 0 5 年，欧洲1 5 个成员国干污泥产 量预计可能由1 9 9 2 年的6 6 0 万吨上升到至少9 4 0 万吨。 在我国，随着社会经济和城市化的发展，城市污水数量也在不断的增长。从 国家建设部有关资料得知，截止2 0 0 5 年，全国城市( 建制市，不含县、镇) 年污水 排放量已达3 5 9 9 亿m 3 ，而城市污水处理量为1 8 7 1 亿m 3 ，仅为排污量的5 0 多 一些。全国建制市城市污水处理厂数量是7 9 2 座，处理污水能力为5 7 2 5 力m 3 d 。 随着国内污水处理事业的发展，污水厂处理水量和处理程度的提高，产生的污泥 量也日益增加。由于水处理工艺不同，污水源和浑浊度不同，污泥的缩水处理深 度不同，污泥构成成分不同等因素，因此很难根据污水情况准确估计污泥量。 以重庆市为例：重庆市是一个直辖市，市区常住人口约6 0 0 万，是我国重要 的工业基地，2 0 0 6 年，重庆市已有2 9 座城市污水处理厂和1 1 座小城镇污水处理 项目投入运行，污泥产生1 1 4 1 万吨，填埋处置9 8 2 万吨，利用量仅为1 5 9 万吨。 根据预测，预计2 0 1 0 年投入运行的城市污水厂将达到1 0 5 座，总污水规模为3 6 1 万吨同，日产污泥2 9 0 0 吨。仅重庆主城区的城市污水量2 0 1 0 年、2 0 2 0 年分别为 1 1 8 万m 3 d 和1 5 2 万m 3 d 。污水二级处理量2 0 1 0 年约9 8 万m 3 d ，2 0 2 0 年约1 5 0 多万m 3 d ，按污泥产量占处理水量的0 3 - - - 0 5 ( 以含水率9 7 计) 计算，重庆市 城市污水厂污泥的产量到2 0 1 0 年和2 0 2 0 年将分别为0 3 1 0 万m 3 d 和0 5 1 5 万m 3 d 。( 以含水率9 7 计) 。因此，重庆市在大力加强污水处理的同时，将面临极 大的污泥处理与处置压力。这些污泥的经济、安全、有效处置已成为了三峡库区 2 1 绪论 水污染防治以及三峡库区生态环境保护面临的紧迫问题之一。 目前重庆市主城区已建成的大型污水处理厂有三个，分别是唐家沱污水处理 厂、鸡冠石污水处理厂、唐家桥污水处理厂，基本情况如下。 鸡冠石污水处理厂：2 0 0 6 年9 月开始试运行，现同处理污水约4 2 万t i 屯- - - 4 5 万吨，每同污泥产生量约3 0 0 吨。从2 0 0 6 年1 0 月开始产生污泥，截至2 0 0 7 年6 月，产生污泥总量约4 万吨。 表1 2 欧洲国家污水处理厂的处理量与其预测( 干泥) ( 万吨年) t a b l e l 1t h et r e a t m e n tc a p a c i t yo f e u r o p e a nc o u n t r i e s m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t s a n di t sp r e d i c t i o n ( d r y ) ( 10 ，0 0 0t o n s y e a r ) 比利时 丹麦 德国 希腊 法国 爱尔兰 卢森堡 荷兰 奥地利 葡萄牙 芬兰 瑞典 英国 合计 5 9 1 7 5 2 2 0 8 6 6 6 4 3 3 7 0 9 3 2 4 1 9 0 1 2 6 1 5 0 2 4 3 9 9 8 5 2 2 8 7 8 1 8 5 2 5 1 2 6 6 7 6 4 4 o 1 0 3 6 6 1 9 0 1 4 7 1 5 8 2 3 6 1 1 5 8 5 9 1 0 1 1 3 2 0 o 2 6 6 1 8 6 8 7 8 4 3 1 3 3 8 1 1 9 6 2 4 6 1 5 0 1 1 9 3 6 1 6 0 1 3 1 2 0 0 2 7 3 6 9 6 9 8 0 1 0 0 1 3 4 0 1 1 9 6 3 4 8 1 5 0 1 4 7 0 6 8 2 1 1 5 9 2 0 0 2 7 8 7 9 9 1 1 7 2 1 1 3 1 4 4 0 1 1 9 5 3 5 9 1 6 0 1 5 8 3 7 2 4 2 唐家沱污水处理厂：2 0 0 6 年9 月丌始试运行，现同处理污水约2 3 万吨，同产 生污泥约1 2 0 吨。从2 0 0 6 年1 2 月开始产生污泥，截至截至2 0 0 7 年6 月，产生污 泥总量约1 5 万吨。 唐家桥污水处理厂：1 9 9 7 年1 0 月投入运行，现日处理污水4 8 万吨，日产生 污泥约1 0 吨。截至截至2 0 0 7 年6 月，产生污泥总量约为2 5 万吨。 从1 9 9 7 年丌始，主城区污水处理厂已累计产生污泥约8 力吨。 而目前重庆市尚无污泥处理设施，大量的高含水率污泥进入生活垃圾填埋场， 不仅占用了大量的填埋库容，而且对垃圾填埋处理带来了极大的影响，几乎使填 3 重庆大学硕士学何论文 埋场处于瘫痪状态。 1 1 2 污泥的分类 由于污泥的来源及水处理方法不同，产生的污泥性质不一，污泥的种类很多， 分类比较复杂，目前一般可以按以下方法分类： 按来源分。污泥主要有生活污水污泥，工业废水污泥和给水污泥。 按处理方法和分离过程分。污泥可分为以下几类：1 ) 初沉池污泥，指污水 一级处理过程中产生的沉淀物；2 ) 活性污泥，指活性污泥法处理工艺二沉池产生的 沉淀物，排出系统的污泥称为剩余活性污泥；3 ) 腐殖污泥，指生物膜法( 如生物滤 池、生物转盘、部分生物接触氧化池等) 污水处理工艺中二次沉淀池产生的沉淀物； 4 ) 化学污泥，指化学强化一级处理( 或三级处理) 后产生的污泥。 按污泥的不同产生阶段分。1 ) 生污泥，指从沉淀池( 包括初沉池和二沉池) 排出来的沉淀物或悬浮物的总称；2 ) 消化污泥，指生污泥经厌氧分解后的污泥；3 ) 浓缩污泥，指生污泥经浓缩处理后的污泥；4 ) 脱水干化污泥，指经脱水干化处理后 的污泥；5 ) 干燥污泥，指经干燥处理后的污泥。 按污泥的成分和性质分。污泥可分为有机污泥和无机污泥；亲水性污泥和 疏水性污泥。 1 1 3 污泥的特性 城市污水厂污泥的特点是含水率高、体积大、易腐败、产生恶臭、比重较小、 颗粒较细。由于污水来源、污水处理工艺及季节变化的不同，污泥的组成差异较 大。尽管污泥的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 情况等因素，污泥可分为四个组分：颗粒态、生物絮凝态、胶体及水溶态。其中 生物絮凝体组成了污泥的绝大部分，占污泥总量的6 9 ；其次为颗粒态组分( 占 2 3 ) ，两者构成了污泥9 2 的组分，特别是生物絮凝态，被称为污泥的活性库。 表1 3 【6 】给出了美国科学院统计的污泥养分及重金属的组成。 我国城市污水污泥，与国外先进国家相比，具有以下几个特剧7 】： 有机质含量低，一般含量只有5 0 左右，而国外发达国家的城市污水污泥 的有机组份为7 0 - - 一8 0 ； 泥质差，属于低脂肪高碳水化合物污泥； 碳氮比( c 瓜) 一般在1 0 - - 2 0 ：1 的范围内，消化效果较好： p h 值和总碱度基本属于正常范围，不会对消化反应产生太大的影响； 重金属含量较多，这是因为我国城市污水中工业废水比重较大，经过二级 处理后，相当一部分重金属转移到污泥中去。 4 1 绪论 注：生原始污泥来自废水同体物的沉积；活性污泥来自悬浮微生物的生物体；这些污泥经过 好氧或厌氧生物过程稳定后其有机物形成了消化污泥。 1 1 4 污泥对环境的影晌 污泥中除含有很多植物生长所需的有机营养物如腐殖质等外，同时还有许多 植物生长所必需得微量元素，这些元素可以缓慢释放，具有高效性。因此，污泥 是很好的土壤改良剂和肥料。典型生活污泥的养分情况如下表1 4 所列【8 1 。 表1 4 典型的生活污泥养分 t a b l e1 4t y p i c a ls l u d g en u t r i e n t 5 重庆大学硕十学位论文 尽管污泥中含有大量养分，但也含有大量病原体细菌、病毒，铜、锌、铬、 汞等重金属、盐类以及多氯联苯、放射性核素等难降解的有毒有害物质，这些物 质若不经妥善处置易对地下水、土壤等造成二次污染，直接危害人类身体健康。 污水中的病原体经过处理流程后进入污泥。一般认为污泥中病原体对人和动物的 污染途径大致有4 条：与污泥直接接触；通过食物链与污泥接触；水源 被病原体污染；病原体首先污染了土壤，然后污染水体。 在污水处理工程中，7 0 - - 9 0 的重金属元素通过吸附或沉淀而转移到污泥 中，因此污泥施用于土壤后，重金属将积累于地表层，由于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作物和动物以及人类中积累。 由表1 5 中相关统计结果表明，我国城市重金属污染主要以c u 、z n 为主，其他重 金属含量较低【5 j 。 表1 5 我国4 4 个城市污水处理厂污泥中重金属含量统计结果( m g k g ) t a b l e1 5s t a t i s t i c a lr e s u l t so f 4 4m u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n ts l u d g eh e a v ym e t a l c o n t e n ti nc h i n a ( m g k g ) 重庆市城市污泥中的重金属含量见表1 6 ，重金属含量变异较大。c u 在 7 7 5 7 - 1 5 5 2 4m g k 9 1 之间，平均值为1 1 4 6 4m g k g ；p b 在2 1 2 5 1 0 7 2 4m g k g - 1 之间，平均值为5 3 5 5m g k g - 1 ；z n 在3 6 2 1 2 - 6 7 3 0 3m g k g 。1 之间，平均值为 5 3 7 5 3 m g k g ；c d 在1 2 6 4 2 5m g k g 。1 之间，平均值为2 7 0 6m g k g ；h g 在 0 4 5 - 2 4 0 m g k 9 1 之间，平均值为1 5 4 m g k 9 1 ；a s 在1 2 7 - 1 7 6m g k 9 1 之间，平均 值为o 7 8 m g k g - 1 。可见，所测试的1 0 个污水厂的污泥仅z n 的含量较高，高于酸 性土壤上的中国污泥农用标准，其它重金属含量均低于我国农用污泥中污染物 控制标准( g b 4 2 8 4 8 4 ) ，也达到我国城镇污水处理厂污染物排放标准 ( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 的排放要求，低于美国e p a 5 0 3 的标准和欧盟建议性标准。这意味 着污泥的重金属含量不高，不会给污泥陶粒增加固化的难度。 6 1 绪论 表1 6 重庆市城市污泥中的重金属含量及相关农用标准( n a g k 百1 ) t a b l e l 6c h o n g q i n gm u n i c i p a ls e w a g es l u d g eh e a v ym e t a lc o n t e n ta n d r e l a t e da g r i c u l t u r a ls t a n d a r d s ( r a g k g - 1 ) - - - _ _ - _ - _ _ _ _ - _ _ _ - - - - _ _ _ o _ _ - - _ - - _ - - _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - - 一 i v tt _ - - _ - - _ - _ - _ - - - _ _ - _ - _ - _ - - - - _ _ _ - - _ _ - _ - - 一 章l j 水lc up bz nc d h g a s 唐家桥1 7 0 7 23 2 2 55 9 4 4 73 312 3 53 0 6 儿江 德感 云阳 万州 涪陵 庙嘴 口前 谭家沟 石柱 平均值 标准差 中国p h _ 6 5 美国e p a s 0 3 欧盟建议性标准 1 1 5 5 4 1 0 2 1 6 7 4 3 3 1 1 8 8 7 6 2 5 1 5 6 9 3 6 9 8 4 8 0 4 3 7 3 0 5 1 0 3 8 l 3 6 4 2 2 5 0 5 0 0 1 5 0 0 1 0 0 0 1 0 7 2 4 6 0 8 3 5 2 0 3 2 1 2 5 7 2 5 5 2 2 4 7 5 1 3 0 4 7 8 8 6 7 6 7 5 3 5 6 2 5 8 2 3 0 0 1 0 0 0 3 0 0 7 5 0 5 9 3 1 4 5 2 8 3 2 3 6 2 1 2 4 2 0 1 4 4 4 0 4 2 5 2 2 7 l 5 1 5 6 4 7 2 5 3 2 6 7 3 0 3 5 3 7 5 3 1 1 2 9 0 5 0 0 1 0 0 0 2 8 0 0 2 5 0 0 3 3 l 3 0 2 1 2 6 2 o o 2 6 3 3 0 7 1 7 l 2 7 3 4 2 5 2 7 3 0 8 8 5 2 0 3 9 1 0 5 5 7 3 9 5 2 7 4 3 8 5 8 7 9 4 7 9 1 3 4 4 6 l 3 3 4 4 2 0 2 0 0 7 5 7 5 4 l 污泥含盐量较高，会明显提高土壤电导率、破坏植物养分平衡、抑制植物对 养分的吸收，导致植物叶子干枯，甚至对植物的根系造成直接伤害，所以对植物 的生长不利。 自8 0 年代末期国外许多研究者注重于污水处理厂污泥中有机有害物质的检 测、分析和毒害作用的研究。污水处理厂污泥中这些有机有害物质主要来源于化 学工业，特别是与碳和氯有关的化学工业。虽然目前它们对植物的危害及植物的 吸收情况尚不十分清楚，但这些有机有害物质进入动物和人体后，由于其会在皮 下脂肪中积累并具有持久性，所以对某些器官和免疫系统会造成危害，并有可能 致癌和致畸。世界卫生组织在1 9 8 4 年己将它们列入污水处理厂污泥须检测的物质。 目前可确定的主要有机有害物质有：多环芳香族碳氢化合物、多氯代联苯、氯化 二苯并二噫英、氯化二苯并呋喃、有机氯农药等。 虽然污水处理过程中所产生的污泥体积比所处理废水体积小得多，但污泥处 理的费用却非常昂贵。如采用活性污泥法处理废水时，剩余活性污泥体积通常只 占到处理废水体积1 以下，但传统的能较好解决污染问题的污泥处理工艺设施的 投资却占到总投资的3 0 4 0 ，处理费用约占污水处理厂总运行费用的2 0 7 趴叽钙”趴叭驺舛“5 5 7 o l l m n l l l 2 l l m ： 重庆大学硕十学位论文 5 0 t 9 1 。因此需要进一步研究开发各种新型有效的污泥处理处置技术。 1 1 5 污泥资源化意义 1 8 9 6 年，英国出现了第一座用于处理生活污水的厌氧消化池，1 9 0 6 年，在德 国诞生了第一个双层沉淀池( 殷霍夫池) ，1 9 1 4 年在英国建造了活性污泥污水处理 试验厂，因此生活污水的生物处理已有1 0 0 余年的历史，其污泥处理也有近百年 历史【1 0 】。历经1 0 0 余年的发展，污泥处理处置技术已日趋成熟，由初始阶段( 从1 9 世纪末到2 0 世纪2 0 年代) 的简单堆放处理，经过发展阶段( 从2 0 世纪2 0 年代到8 0 年代) 的以消化为基础的综合处理，进入了成熟阶段( 2 0 世纪8 0 年代至今) 。此阶段 有两个特点，一是进一步完善污泥处理技术，另一个是开始重视污泥的处置与资 源化利用。 污泥处理处置技术大致可以归纳为两大类：一是抛弃型技术，即将污泥作为 废物不利用；二是资源化技术，即充分利用污泥中有用成分，实现变废为宝。随 着环境问题的突出，人们已认识到污泥处理、处置的优先顺序是减容、利用、废 弃。且经污泥减量化、稳定化、无害化处理后作为资源回用已经成为主流。进入 2 0 世纪9 0 年代以后，西方发达国家对生物固体的处置和利用发生了较大的变化， 其动向是：投海处置方法已被弃用；填埋处置所占比重有较大幅度的降低； 焚烧处置技术仍然比较重要；农业回用日趋重要。表1 7 为欧洲国家污水处理 厂污泥的处理情况p j 。 污泥中含有大量的有机质和n 、p 、k 等营养元素，脱水后具有一定的热值， 还含有2 0 - - 3 0 的无机物，主要是硅、铁、铝和钙等，因此具有大量的利用价 值和开发潜力。世界各国在污泥处置方面的发展趋势是：弃用投海，减少填埋， 大力增加农林回用及能源回收。1 9 9 5 年，世界水环境组织为了准确的反映绝大数 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 ) ，其准确 含义是：“一种能够有效利用的富有有机质的城市污染产生物”。这标志着人们对城 市污水污泥的处理与处置的认识走向成熟，突出特点是强调“生物固体”的资源化利 用，使其更好的参与生态系统物质循环( 地球化学循环与能量流动) ，走上人类社会 与生态系统的和谐共处与可持续发展轨道，建立循环型经济。污泥作为可循环利 用的“生物固体”处理得当，不但可以避免环境“二次污染”的危险，还可以变废为宝。 人类是生态系统的一员，既不能违背生态系统规律，也不能脱离生态系统而 生存。循环经济理论表达了人类对自然与自身的深刻反省。把资源化放在首位的 观点是人类对自然本质的感知。污泥处理必须整体考虑，应尽可能利用污泥处理 过程中的能量和物质，实现其资源价值，不能仅以经济效益和赢利为主，而应以 保护生态环境、治理环境污染为主要目的，是社会公益事业，需要政府资金投入 和建立收费体系来支撑。中国实行改革开放以来，中国社会经济得到快速发展， 8 1 绪论 工业化和城市化的进程加速，人民生活水平的迅速提高，经济实力增强也为我们 要更好的处理好人与自然、资源、环境的和谐与协调奠定了经济基础。可见，坚 持资源化为主的方针，促进循环经济建设，选择市场化、产业化的发展道路，以 科学、公平、持久的态度对待污泥的处理处置应是今后长期坚持的。 9 n ii9 哂ii ：2 三呈三重量 = = 一三鬲 2ii 薹i 基竺i 舍- i罟詈- il 宝i害ohooo ih- o 一9 i 1 2 = i 葛 3li 暑 吨一i 寸 =2i 是i 3ii 暑l 3ii 量 苫罟l 三 卜i 1 hi o 寸 2li 磊 o o 9 一心 饥_ 口6 =冀岔寸_ t n o n o 寻n o 一岔n n 一 弋寸 卜寸卜一 n “n n 8 n n n n n “h 寸n 【 【“n n 口6 n n 6 _ h 岔i 冀寸【 i q 卜心 葛田n6 昏 寸n n 6 n 寸o c n 卜寸n 8 n n 1 1 o 0 【 o “一 n 葛 o 6 n 8 口8卜 寸n n “ t 寸_ 【 冀卜 t 寸_ 【 岬一 8寸寸 。式_ 【 【 叼卜c 口6 【 冀o9“9 o 一 c o9“n 9 o 6 _ 【 o“口 _ 【n c n o “【0 _ 【o 0 【 口9 n n心“ q _ 【 n 6 吨n n 【o田1 9 卜h寸i 乜o n “o 寸寸。 吨【 t o 叼【 t nc o 崎【 寸o 1 吨一 一寸【n n 6 n 厶” 岔8 寸n o 寸 冀o h o _ 9 口n a 8 “”寸寸卜 。一n 【 n i n n a 【i 寸价o _ “【h 0 n n o 一 寸卜n寸 一。一 o 0 n o “ n 式 乜n _n 8 【 o 寸叼n o “【n h o 寻乜n o i h c 【h n _ i t nn一 t _ 甙cn 式昏“0吨n卜h 世*拳如林避粼髫蕈! ff h 熏鹭姆暴器螳*盎如林爨粼掣蕈：ff t f 熏旨蠼暴婆跫*拳如球埋粼裂蕈! ff h 冥匿蜒暴器蛙* o o o n 岔西一n 岔口一 n 昏岔【 基如 哑冰 球普 纠埝 太精雅 冥舞球 川挺 删髅u 圳喇 匝燃 普姆 圃始 悄吠 鲁冥丑 捌文 冬廿 言譬sii。10。莹一一套p)备互导iiq暑时黑鱼霎。蕙一&歪ii；暑s3葛ctlou磊。厶2：山jo茸u&8苦。量四尝 一廿营k一一嚣卜一剐g霹蛉l剐衩*孵幕督厶【懈 om勺；一们d_ljl卜i o d 盘 议秘篷将+匿静k巡恻 ：1 ， 心 蜊 n o 旧 n 寸 - _ o _ c - ：o 一 曼里堕毯。 o n 、 o l - 寸 - 一 卜 寸 岔 n 卜9 q 兰至叠葛l - n n n n o 。 v 、 _ 宝暑ii 墨i兰寻ii 星 冀q ii n 魍- 啦 乜i 寸q 2呙i 一葛l 2 式一罱 0 0 口 o _ 岔 o v 、 、o l n 口 口 寸 o o o9n 哂昌“ 岔 _ 苫詈i 三 o o _ _ a o n 寸2 一西62 叼 o o n n n 一冀i 冀 ooi “ 翟il 墨l葛0ii 三 o o o a n t - n 卜 _ - _ 苫晷li 善i罟g ii 基 寸 n 、 n n - _ 一 。 寸 i n n ：r - - g 鋈i o o n - 叫 岔 m ，_ - i ， n - 一 卜 寸 量蚕器奏 - n n o o n o 寸q 寸二“2 景鸶王裂蠼盎捡暴薛王掣嚣盘 漂姆熏磐粼球如* 涎姆熏野粼林q 丁 n o o n h o 寸 古如 匦球 g 普 川绦 太婀龌 瓦翼球 州撂 划髅u 秘姆h o 葛 0 _ c _ 【 卜n 【i c 寸 皿燃 鉴姆 匦始 聪术 莒熏丑 捌文 逛廿 重庆大学硕十学位论文 1 2 污泥资源化现状与主要途径 1 2 1 污泥资源化利用现状 为避免处理厂污泥对环境的二次污染，世界各国政府及研究机构对污泥的最 终处置问题十分重视并根据各国国情制定出污泥处置的法制和具体方案。据调查 资料统计，国外污水厂污泥或用于农林绿化，或焚烧处置，或投海疏散，另有很 少部分及其他方式处置或利用。表1 8 为部分国家污泥处置情况【l l ，1 2 j 。 表1 8 部分国家污泥处置情况 t a b l e l 8t h es i t u a t i o no fs l u d g ed i s p o s a li ns o m ec o u n t r i e s 处置方法( ) 美国 日本英国西欧 以英、美、欧盟各国为例，进入9 0 年代后，污泥处置方法中农业回用所占比 例为5 3 - 6 1 ，填埋占到4 2 2 ，焚烧占1 9 2 2 。其他方法占3 一9 【l3 1 。美国1 9 9 8 年产生污泥约6 9 0 万吨，6 0 得到资源化利用，4 0 被处置。预 计到2 0 1 0 年将会增加到8 2 0 万吨污泥产生后被利用和处置。污泥利用( 和处置相比) 的比例将从2 0 0 0 年的6 3 增长到2 0 1 0 年的7 0 。欧盟于1 9 9 9 年公布了固体废 弃物土地填埋法令( 于2 0 0 6 年起实施) ，要求所有欧洲国家用于土地填埋的固体废 弃物中有机物含量必须逐年递减，其中污水厂污泥也是该法令规定的固体废弃物 种类之一。 在我国，市政污泥处理和处置技术起步较晚，在国家“七五”、“八五”、“九五” 科技攻关中，对污泥处理和处置做了大量的研究工作( 以天津为主要科研基地) ，使 我国的污泥处理技术得到一定程度的提高，但与国外先进国家相比，污泥处理和 处置还有一定差距。我国全国现有污水处理行业中有污泥稳定处理设施的还不到 1 1 4 ，处理工艺和配套设施较为完善的还不到1 1 0 ，能够正常运行的为数不多。现 有的污水处理厂，其污泥绝大部分都未得到妥善处置。污泥处置已经成为污水处 理厂设计、运行中必须优先考虑的重要环节。 我国传统的污泥处理处置存在基建投资大、负荷低、运行管理难度大、运行 经验缺乏等问题。污泥稳定化处理的很少，大部分用于填埋或农用。土地填埋是 污泥较为便宜的处置方法，然而可用土地资源的减少和其填埋场对环境的影响较 1 2 1 绪论 大，导致了相关的填埋限制和法令。表1 9 为几种污泥处置技术在国内所占比例。 国内的污泥处置，即最终出路存在严重问题，从图中可见仍有1 3 7 9 的污泥没有 任何处置，这将为环境带来巨大危害。因此，我国当前面临的问题是尽快发展污 泥无害化处置技术来解决不断增长的污水污泥对环境造成的危害问题。 表1 9 国内污泥处置情况 t a b l e l 9d o m e s t i cs l u d g ed i s p o s a ls i t u a t i o n 1 2 2 污泥资源化利用主要途径 污泥的农田林地利用 污泥中含有很多植物生长所需的无机营养物、有机腐殖质等如表1 1 0 所示， 其土地利用已有多年的历史，主要包括污泥农用及森林、园艺、废弃矿场土地改 良等。城市污水处理厂污泥中无机营养物质主要包括：氮、磷、钾、钙、镁、锌、 铜、铁、硫等农作物生长所需的营养成分，其含量高于常用的农家肥；有机腐殖 质可以改善土壤结构，提高保水能力和抗侵蚀性能，是良好的土壤改良剂。因此， 污泥的土地利用能够有效改善土壤结构、增加土壤肥力、促进作物的生长，是一 种积极的污泥处置方式。因此，将污泥进行稳定化和无害化处理后进行农业利用 将具有广阔的前景。 表1 1 0 上海东区污水厂污泥性质