污泥处理处置与资源化.doc

2011 年 秋 季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:污泥处理处置与资源化 学生所在院（系）:市政环境科学与工程学生所在学科:环境科学与工程学 生 姓 名:朱莹学 号:11S027104学 生 类 别:学术型考核结果阅卷人污泥资源化利用技术与工艺污泥是污水处理厂在污水处理过程中产生的沉淀物质 ，含有大量水分 (7599) ，还含有大量有机质 、病原菌 、寄生虫(卵)、重金属等有害成分 ，且伴有恶臭。城市污水在处理过程中会产生大量的污泥 ，其中初沉池产生的污泥量约为处理水量的0.20.3(含水率为9597)，二沉池排出的剩余活性污泥量为处理水量的12(含水率为 99.4 99.6)一处理规模 为 10万 t的污水处理厂，每天排出初次污泥 200300t，剩余活性污泥 10002000t。随着经济的不断发展 ，城市污水厂的处理规模、处理程度都在不断扩大提高，污泥的产生量将会急剧快速地增长。目前，污泥处置方法主要有填埋、焚烧、农用、排海等。表1是一些国家的污泥处置情况。发达国家具有雄厚的资金和先进的技术条件，处理程度较高。西欧以填埋为主，美国英国以农用为主，13本以焚烧为主。而在我国，由于条件限制，污泥处理程度仍然较低。资料显示，90以上污水处理厂没有配套的污泥处理设备，60以上污泥未经处理直接农用，不符合污泥农用的卫生标准，将造成重金属污染等严重环境问题。如何妥善处理污泥，使其无害化、资源化已成为全球关注的课题。1.1 农用污泥中含有大量的有机物和丰富的氮、磷等物质，农用具有良好的经济效益和社会效益。在欧洲，污泥的农用在实践中已得到推广。有资料显示，比利时、荷兰、西班牙、瑞典、瑞士、英国等国城市污泥农用率达50以上，卢森堡、葡萄牙更是达到80以上。田间试验表明，污泥用于农田后可增加农作物产量，提高土地肥力。污泥处理与资源化利用的状大多数国家的污泥处理较多采用焚烧、填埋、投海和农用等方法。但是前5种方法都各有弊端。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。污泥农业利用的途径主要有直接施用和间接施用。直接施用是将未经处理的污水污泥直接施用在土地上，如农业用地、林业用地、严重破坏的土地、专用的土地场所，这是美国及大多数欧共体国家最普遍采用的处理方法。1. 农田施用污泥中富含的氮、磷、钾是农作物必需的肥料成分，有机腐殖质是良好的土壤改良剂。土壤施用污泥后可明显提高土壤肥力，具体表现在改善土壤物理性质增加土壤有机质和氮磷水平，并增加土壤生物活性。因此作物产量较高，且可满足后茬作物生长的营养需求。但污泥中的重金属以及病原菌含量仍是不可小觑的问题，如蔬菜对重金属的富集使污泥对人体造成间接危害，以及污泥中的硝酸盐污染地下水的问题。有试验表明，用消化污泥作为肥料，土壤持水能力、非毛细管孔隙率和离子交换能力均可提高，有机质提高，总氮含量增加。但考虑到污泥中所含的重金属对作物的影响，应合理地施用污泥，一般以作物对氮的需要量为污泥施用量的限度，污泥中的重金属含量必须符合农用污泥标准以及污泥施用区土壤重金属含量不得超过允许标准。我国规定施用符合污染物控制标准的农用污泥每年不得超过30t/hm-2，且连续施用不得超过20a。2.林地施用污泥在森林与园林绿地（包括林地、草地、市政绿化、高速公路的隔离带、育苗基地、高尔夫球场、草坪等非食物链植物生长的土地）施用可促进树木、花卉、草坪的生长，提高其观赏品质，并且不易构成食物链污染的危害。张天红在西安市污水污泥林地施用效果的研究中，将试验设月初施于土地表面，年底采样测定土壤的理化性质和重金属的变化。测定结果表明，污泥施用后，试验地土壤中的全氮、速效氮、全磷、有机质及阳离子代换量的含量都明显增加，增加的量随试验污泥用量的增加而增大。同时，土壤的容重、持水量和孔隙度等物理性质也有一定程度的改善。同等深度土壤中的硝态氮和重金属含量比对照有所增加，但并没有对土壤造成较大程度污染。可能与污泥施用的时间较短有关。3退化土地的修复用污泥对干旱、半干旱地区的贫瘠土壤进行改良，也取得良好效果。我国内蒙古西部的包头地区属典型干旱、半干旱荒漠地带。该区气候干燥，降雨少且分布不均匀，生态环境脆弱，植被易遭破坏，水土流失十分严重。污泥对于防止土壤沙化、整治沙丘及被二氧化硫破坏地区的植被恢复均为一种优质材料。将污泥与粉煤灰、水库淤积物以一定比例混合施用，可改善土壤的保温、保湿、透气的性质，同时污泥中的有机营养物强化了废弃物组合体的微生物作用，使整个土壤加速腐殖化，达到增加土壤中有机质含量的作用。另外污泥还可以施用于各种严重扰动的土地，如过采煤矿、尾矿坑、取土坑、以及已退化的土地、垦荒地、滑坡与其他因自然灾害而需要恢复植被的土地。有学者在美国芝加哥富尔顿的煤矿废弃地上施用污泥，改善了土壤耕性，增加了土壤透水性，提高了土壤CEC值，并提供了作物生长所需的有效养分。间接施用1. 污泥消化后农用对污泥进行厌氧消化处理，可以达到污泥减量化的目的，而且可以回收一部分能源，也可为后续处理减轻负担。近年日本的污泥消化技术进一步提高，如机械浓缩和高浓度消化的有机结合、搅拌和热效的改善、完全的厌氧二项消化法（发酵工艺甲烷发酵工艺的分离法），使发酵时间大大缩短，甲烷发生量和消化率提高。国内有的污水处理厂把污泥进行消化脱水后农用，一方面可以产生部分能源回用，另一方面可以减少污泥中的部分有害细菌，增加污泥的稳定性。这样，污泥在农用中其负面影响相对小一些。2.制成复合肥料使用污泥与城市垃圾、通沟污泥等堆肥后农用。污泥经过堆肥发酵后，可以杀死污泥和垃圾中绝大部分有害细菌，还可以增加和稳定其中的腐殖质，应用风险性较小。这种方式解决了污泥在使用中科技含量不高的问题，存在的问题是应用量较少，国内也有一些报道，但目前推广应用程度还远远不够。1）污泥堆肥要求污泥的含水率要低于70%，所以污泥要预先做干化处理。另外要加入堆熟后的污泥或木屑作分散剂。木屑与污泥的重量比为1：5，孔隙率1.56%，堆高24m，底部布气管间距2m，堆肥周期1215d，堆肥温度可达5560，污泥体积可减少25%。堆肥温度达5560，持续57d可有效的杀灭各种病原菌与寄生虫卵，无恶臭。堆肥成品仍保持原污泥的水平。2）污泥与城市垃圾混合堆肥污泥与垃圾混合堆肥的体积比为4：7，含水率和孔隙率约为50%，有机质含量约20%时，堆肥的效果较好，周期较短。污泥与垃圾混合高温堆肥的工艺流程分预处理、一次堆肥、二次堆肥和后处理4个阶段。一次发酵在发酵仓内进行，污泥与垃圾的混合比为1：3.52.8，混合料含水率50%60%。二次发酵经过一次发酵后，从发酵仓取出，自然堆放，堆成12m高的堆垛进行二次发酵，使其中一部分易分解和大量难分解的有机物腐熟，温度稳定在左右即达腐熟，此过程大概一个月。腐熟后物料呈褐黑色，无臭味，手感松散，颗粒均匀。后处理去除杂质，破碎，装袋。3)污泥与粉煤灰混合堆肥脱水污泥按1:0.6的比例掺混粉煤灰，降低含水率，可使污泥的含水量降至20%。然后自然堆肥发酵，其中加有锯末和秸秆作为膨胀剂。肥料可做成5mm柱状，在大葱、芥菜等蔬菜田上试用效果明显。4） 污泥与化肥制作复混肥新鲜污泥泥饼经自然风干，使含水率降至15%左右，将干化污泥与1.5到4倍体积的氯化铵、过磷酸钙、氯化钾等养分单价较低的化肥混合，用链磨机破碎、过筛，按配方分别称量和混匀，然后造粒。造粒采用圆鼓滚动法、圆盘滚动法和挤压法进行造粒，前两者属团聚造粒，物料加水增湿下滚动造粒、烘干、筛分、冷却，合格部分装袋入库，粉料回转到前段工序重新破碎造粒。挤压法则将粉料直接输入挤压造粒机，使用强力挤压成圆柱状，再切成5mm长的段。相对来说，挤压法的成粒率、含水量和平均抗压强度较好，且加工成本低。复混肥在盆栽试验中比化肥有增产效果，但在水稻与小麦的田间试验中增产效果相同。3.污泥制作饲料污泥中含有大量有价值的有机质（蛋白质和脂肪酸等），据报道污泥中含有28.7%-40.9%粗蛋白，26.4%-46%灰分，其中70%的粗蛋白以氨基酸形式存在，以蛋氨酸、胱氨酸、苏氨酸为主，各氨基酸之间相对平衡，是一种非常好的饲料蛋白。据日本科学技术厅资源调查会的报告，当污水来源是有机性工业废水以及食品加工、酿造工厂和畜牧厂的废水时，剩余污泥中含有大量细菌类和原生动物，很有希望作为鱼、蟹的饲料。采用活性污泥法处理，污泥经过灭菌等过程，制成饲料，污泥与饲料成品的投入产出比为1：0.6。如果都用嗜气性微生物制成饲料，将成为水产养殖业的丰富的饲料来源。因污泥中含有蛋白质、维生素和痕量元素，利用净化的污泥或活性污泥加工成含蛋白质的饲料用来喂鱼，或与其他饲料混合饲养鸡等，可提高产量，但肉质稍差。1.2 回收能源污泥的主要成分是有机物，其中有一部分能够被微生物分解，产物是水、甲烷和二氧化碳；另外干污泥具有热值，可以燃烧，所以通过制沼气、燃烧及制成燃料等方法，可以回收污泥中的能量。1 利用污泥生产沼气沼气是有机物在厌氧条件下经厌氧细菌的种比较清洁的燃料，1m3沼气燃烧发热量相当于1煤或是0.7kg汽油。沼气中甲烷的含量约占5060，二氧化碳的含量占30左右，另外还有一氧化碳 、氢气、氮气、硫化氢和极少量的氧气。污泥进行厌氧消化 即可制得沼气。目前污泥厌氧消化的主要工艺有：高负荷消化池、两级消化法、 氧接触消化法和二相消化法等。对日处理能力在l0万rn3以上的大型二级污水处理设施产生的污泥，宜采用厌氧消化制沼气。沼气的利用途径很多，在实际工程中主要用于沼气发电和用沼气发动机带动鼓风机。在污水处理厂的运行费用中，电费开支始终占了很大部分，而按我国目前的技术水平，利用沼气解决污水厂30的能源需求是可以做到 的，国内已有不少成功的先例。因此，利用污泥制沼气，不仅可以解决污泥出路问题，而且对节能和降低污水厂运行费用都有很大意义。2通过焚烧回收热量污泥中含有大量的有机物和部分纤维木质素，脱水后具有一定的热值。污泥的燃烧热值与分解作用产生的以甲烷为主的可燃性气体。可以看出，干化污泥作为燃料，开发潜力很大。通过焚烧既可以达到最大程度的减容，又可以利用热交换装置(如余热锅炉)回收热量 ，产生的蒸汽用来供热采 暖或驱动汽轮机发电。污泥焚烧过程的核心设备是焚烧炉，目前使用的焚烧炉有立式多层炉、回转窑炉、流化床炉、喷射焚烧炉等 ，应用最广泛的是流化床焚烧炉。污泥焚烧成本较高，在污泥的性质或量大不能农用时可考虑采用。另外，还可用污泥、煤及其他添加剂配制成“合成燃料”，作工业窑炉或生活锅炉的辅助燃料。3低温热解目前正在发展一种新的热能利用技术一低温热解，即在400一500、常压和缺氧条件下。借助污泥中所含的硅酸铝和重金属(尤其是铜)的催化作用将污泥中的脂类和蛋白质转变成碳氢化合物 ，最终产物为燃料油、气和碳。热解前的污泥干燥就可利用这些低级燃料 (燃料气、碳)的燃烧来提供能量，实现能量循环 ；热解生成的油(质量上类似于中号燃料油)还可用来发电。第一座工业规模的污泥炼油厂在澳大利亚柏斯，处理干污泥量可达 25t/d。1.3 建材利用污泥中除了有机物外往往还含有2030的无机物，主要是硅、铝、铁、钙等，与许多建筑材料常用的原料成分相近，可以分别利用污泥中的无机成分和有机成分制造建筑材料。1污泥制砖污泥制砖的方法有两种，一种是用干污泥直接制砖；另一利，是用污泥焚烧灰渣制砖。用干污泥。接制砖时，应该在成分上做适当调整，使其成分与制砖粘土的化学成分相当。当污泥与粘土按重量比 l：10配料时，污泥砖可达到普通红砖的强度。将污泥干燥后，粉碎成制砖的粒度要求，掺入粘土与水 ，混合搅拌均匀，制坯成型焙烧。一般情况下 ，污泥焚烧灰的成分与制砖粘土成分接近，制坯时只需添加适量粘土与硅砂，比较适宜的配料重量比为：焚烧灰 ：粘土：硅砂 =100：50：(15 20）。2生产水泥日本从1994年起就开始了以污泥、垃圾焚烧灰作为原料生产生态水泥的研究 ，2001年在千叶县建成世界上第一条生态水泥生产线。生态水泥的制作工艺与普通水泥基本相同。一般生产1t生态水泥需用：垃圾灰0.5t、脱水污泥0.3t、石灰石及粘土等原料 0.3t。上述原料经粉磨、均化、成粒 ，在 1350oC温度下煅烧成熟料，再加入石膏，粉磨制成生态水泥。生态水泥的性能与普通水泥相近，只是凝结时间短，在配制混凝土时须加入缓凝剂，另外该水泥含Cl较高，只能配制素混凝土。我国近年来也开展了利用污泥生产水泥的研究。污泥具有较高的烧失量，扣除烧失量后其化学成分与粘土质原料相近，进行生料配料计算，理论上可以替代30粘土质原料。上海新型建材研究开发 中心在充分论证及实验室试验成功基础上，分别在湿法回转窑和四级预热器回转窑水泥厂进行了多次工业试验，分别将污泥从窑尾、窑头、窑中加入进行 比较，共处理污泥500多吨，生产熟料 3000多吨，生产水泥4000多吨，取得了有益的经验，为工业化大规模利用污泥奠定了基础。试验结果表明，采用污泥配料后，熟料的矿物组成 、岩相结构、物理性能没有发生大的变化，该熟料生产的水泥对混凝土性能也未产生大的影响。对这种水泥熟料进行重金属浸出毒性试验，结果符合(GB508585）有色金属工业固体废弃物污染控制标准的要求。由于污泥含水率较高，更适合湿法水泥窑处理。3生产陶粒如前所述，污泥扣除烧失量后其化学成分与粘土相近 ，理论上可代替粘土参与陶粒的配料。目前国内研究者研制了污泥一粉煤灰陶粒、污泥一粘土超轻陶粒等。其主要工艺过程为：粉煤灰(粘土)、脱水污泥、外加剂一配料一混合均一造粒一干燥一预烧一烧结一冷却一产品。4制生化纤维板活性污泥巾的有机成分粗蛋白(约占30一40)与酶等属于球蛋白，能溶解于水及稀酸、稀碱、中性盐的水溶液。在嫩性条件下 ，加热、干燥、加压后，会