城市污水厂污泥处置及资源化分析.docx

1、城市污水厂污泥处置及资源化分析黄喜茹陈佳明彭翠燕李思颖陈瑞煌（福州大学土木工程学院福建福州350108）摘要城市建设与社会环境休戚相关，随着我国城市化建设进程的不断推进，污泥处置的方式对环境的影响举足轻重。本文基于传统污泥的三种处置方式,分析污泥卫生填埋、污泥焚烧及海洋倾倒对环境造成的潜在危害与影响，提出推行污泥资源化利用的必要性。污泥的资源化利用可分为堆肥利用与建材利用两个方面，其中，污泥的堆肥利用常见有直接施用'制造有机无机复合肥及作为栽培与育苗的基质三个用途。回顾国内外针对污泥堆肥利用的研究历程，污泥的堆肥利用仍有待改进之处。污泥的建材利用主要用于制砖、陶粒及水泥，具有经济、环境

2、双重效益。分析表明，传统的污泥处置方式对社会环境具有较大的危害与影响,探索污泥的资源化利用势在必然。关键词污泥处置；资源化：堆肥利用；建材利用ReviewofMunicipalSludgeDisposalandResourceanalysisAbstract:Urbanconstructioniscloselyrelatedtothesocialenvironment.WiihthedevelopmentofurbanizationconstructioninChina,thewaysofsludgedisposalhaveasignificantimpaclontheenvironmentB

3、asedonthethreetraditionaldisposalmethodsofthesludge,thispaperanalyzesthepotentialharmsandimpactsofsludgesanitarylandfill,sludgeincinerationandmarinedumpingontheenvironment,andputsfonvardthenecessityofpursuingsludgeresourceutilization.Theresourceutilizationofsludgecanbedividedintocompostingutilizatio

4、nandbuildingmaterialsutilization.Thecompostingutilizationofsludgehasthreeuses:directapplication,manufactureoforganic-inorganiccompoundfertilizerandsubstrateforcultivationandseedingraising.Reviewing:heresearchofsludgecornpostutilizationathomeandabroad,sludgecompos!utilizationslillneedstobeimproved.Sl

5、udgeusedasbuildingniaierialsismainlyusedformakingsludgebrick,sludgeceramsiteandsludgecement,whichhasbotheconomicandenvironmemalbenefits.Analysisshowsthatthetraditionalsludgedisposalmethodshavegreatharmsandimpactsonthesocialenvironment,anditisnecessarytoexploretheresourceutilizationofsludge.Keywords:

6、sludgedisposal,resourceutilization,composiutilization,buildingmaterialsutilization0引言近年来，随着污水处理标准的提高，污水厂所产污泥种类不断增加，污泥处置情况不容乐观。我国污泥处理设施建设较为缓慢，由于投入资金不足，常造成一些建成的污泥处理设施因运行费用问题而被闲置的局面。污泥本身是一种具有利用价值的资源，只有经妥善处理的污泥才可进行资源化利用。由于当前我国污泥处理手段比较落后，处置方式偏于单一，且污泥处理量远低于产量，污泥得不到有效处理而进入生态环境，易造成二次污染，威胁人体生命健康。因此，针对不同污泥的特性

7、，探索选取合理有效的污泥处理技术和工艺,有助于维护生态环境，推进解决环境污染与资源匮乏问题，具有重要的环保意义，1传统污泥处置方法及其对环境的潜在影响分析1.!卫生填埋法卫生填埋法是发达国家早期处理污泥的一种方式，与传统填埋法相比，该方法增加了地基防渗措施，需要大面积土地场所).冬加.卫生境怦仍星残田底圾效印的*耍方式.基金项目:福州大学本科生科研训练计划第26期S堆肥法污泥处置工艺优化研究3(项目编号:26086);福州大学横向课题£污泥处改技术适用性研究§(0050199916)作者简介:黄喜茹(1999-)，女，福建泉州人，福州大学在读本科生，给排水科学与工程专业.但

8、其对土壤、地表水和地下水、大气等周围环境会产生一定程度的影响。污泥填埋材料中包含若大量有机物、重金属、营养物质、盐类和病原微生物等，其中或金属排放是土壤遭受环境污染的主要原因，而污泥中含有的盐分物质会使得土壤的电导率受到破坏,加速淋失土壤中的有效养分，使土壤变得贫瘠L.根橄伽脱：.”年ftWrjff>200MI8,j*ft200KAK>I>.2017乡itfXJKti大块仙的土Hl仁;H妨Hl堪会怵1.7ffl*.12.8小支染尸成H).201H牛,孩构*州邮*坷区的土垠平灼含63.9mg/kg,蔬菜可食部分平均含神量:达0.74mg/kg.湖南省和河南省作为13前我国重要的

9、两个粮食出产地，受重金属污染的影响最为严重«1.2污泥焚烧法污泥焚烧法的工艺是将污泥脱水后置于焚烧炉中进行加温、干燥。在焚烧炉的高温作用下，大块的污泥被烧成小量的灰烬，污泥中原有的病原体等有害物质被高温杀灭,有机物质'水分也随之消散，但污泥焚烧时，污泥中仍存有某些重金属离子难以去除，残存的重金属是造成环境污染的重要原因。除了残渣,污泥焚烧出炉时产生的烟气也会威胁到周围的环境。研究显示，烟气中含有微量有毒有害性污染物，包括铅、镉等垂金属和多氯联苯等有机物5)灰活豚顿脩"虬的定布仕代总英习：次污处物.R>t£慰茶居的期蒸.也恍号放人体的*成停支.危涉人体

10、彼廊.1»»年.比伸，作4场发牛了二8英，*与耶竹.闵卸公81牛产mtfW中*。俎标.=8英.十灯盼可4簧率下0.肉妈牛长HM.1.3海洋倾倒法海洋倾倒法，这是在沿海地区比较直接有效进行污泥处理的方法，但是未经过处理的污泥中携带着大量的有害物质，在倾倒进海洋之后，对海洋形成严重的污染，甚至破坏海洋生态系统。污泥倾倒入海洋后对海洋生物起直接生物毒性作用。研咒表明，污水污泥对鱼类的孵化成功率利幼鱼存活率都有较大的影响6L谿炫啊用不月舞弗皱褂#生*>H拧混出柠的生物，性检m及夜出IMt金H台分析.的果表MWitr甫的WttttX.MM入*ttl#撬中有毒物炭、。会4在;生构

11、伟内不析枳娜.徉外境.人惨皱埃及1：恣安全昇有较大的潜在风险。由于海洋污泥倾倒量的不断增加，海洋污染的问题也逐渐显现.2010年,岳文艺等人将从无锡市芦村污水处理厂运来的约2700吨污泥倾倒至长江中，造成长江泰兴市滨江镇段团结闸水域水质污染，宜接引发了灌溉团结河水的滨江镇过船桥的大量水稻受灾、受损。2污泥的资源化利用随看国家的大力发展与国民生活水平的逐步提高，人们对周围环境提出了更高要求，传统的污泥处置方式无法适应当代社会发展，探究污泥的资源化利用势在必然。将生活生产中的废物作为原料加以利用，或对废物加工进行再生利用，是循环经济中废物资源化利用的重要内容：污泥的资源化利用主要有污泥堆肥利用及污

12、泥建材利用两个方面。2.I污泥堆肥利用污泥堆肥技术足土地利用的主要形式，同时也是区别于传统污泥处理的资源化利用.污泥若未经有效处理，极易产生二次污染，对人类造成危害。污泥的堆肥化利用，不但可以实现污泥无害化，更是发挥了污泥的利用价值，2.1.1污泥堆肥的常见用途污泥堆肥的常见用途大致分为三种：直接施用'制造有机无机复混肥以及做为栽培与育苗基质孔岫"邮颗由岫+土”壤所需的N、P、K等微量元索种类较为齐金，该方式能够增加土壤的缓冲容景,提高其各个方面的协调能力，使作物更好生长；制造有机无机复混肥是将污泥堆肥与无机化肥混合，使混合肥的养分更加全面，不仅减少了无机化肥的使用量，同时切

13、实达到增产、增收的效果；将污泥堆肥作为栽培基质的主要原材料，可以使污泥资源化，降低成本,减少不可再生资源如草炭、褐煤等的不必要使用。此外，这种基质的肥效也有所提高。图I污泥堆肥的常见用途A,霸特2翱皑似上骅要采用厌氧发酵技术,通过该方式可以收集Clh等生物能源，但其综合效果并不理想，传统厌氧发酵工艺巳不能跟上时代要求。在60年代初期，我国开展了污泥自然通风堆肥的相关试验,好氧发酵技术逐渐占据主导地位.其他国家也相继开展相关研究，开发出常规条垛堆肥化工艺、充气条垛堆肥化工艺及静态垛充气堆肥化工艺，大大增强了污泥的处理效果。随着科学技术水平的不断提高，堆肥化工艺也不再局限于传统的设计，而逐步向工业

14、化、系统化靠拢。在80年代，许多发达国家利用不同发酵装置开展封闭式的污泥发酵工艺试验。德国人提出了反应槽封闭充气式肥化系统，日本致力于机械化堆肥研究，目前己经开发出多种发酵仓系统的堆肥化工艺，并投入使用8L在我国，有关污泥堆肥利用的研究也在不断进行着，通过实验数据和系统的分析等方式，最大限度实现污泥的资源化利用。堆肥天数Compostingdays图2污泥堆肥不同通风条件卜挥发性硫化物累枳释放量刘瑞婉等人通过研究通风量对污泥堆肥过程中硫素转化和挥发性硫化物释放的影响，以提高堆肥产品中可直接被植物吸收的有效硫含量，充分发挥污泥的资源化利用，促进农业的可持续发展.B)2为化物的枳肝校H.查金等人的

15、研究表明污泥堆肥可.以改善矿山废弃地的土壤理化性质，快速恢复植被，重建生态功能。研究显示，当施用污泥堆肥75l/hm2后,土壤中NO,-和P03-离，子的含量均增加3070倍,N、P、K的含量平均提高1.4倍以上等。不难得出，污泥堆肥对酸、碱性土壤的理化性质都有-定程度的改盖（-I0J.RK所示为真IM士HHS：州国住m暮供矿山俊并地T化可花”1（明相弥侦3年丽的机祛生,情况"比.）修夏前（b）修岌3年后图3美国亚利桑那州图森市某铜矿山废弃地干化污泥修复前和修夏3年后的植被生长情况对比侯磊等人的研究显示，添加堆肥产物会增加基质的容重、降低总孔隙、提高保水性能、提高基质磷钾含量、降低貌

16、素含量，基质复配后理化性状整体协调。往水稻育苗基质加入一定含量的污泥堆肥产物，与未加污泥堆肥产物的对照组相比,幼苗的茎粗、叶龄、植株高度、根部长度及干物质积累量，分别增加图4不同配比基质对水稻种了萌发的影响传统的污泥处理方式忽视了污泥的利用价值，旦极易造成环境污染。相较于传统的污泥处理方式，污泥堆肥技术可实现污泥的资源化利用，有利于解决污水厂污泥的二次污染问题，推动污水处理行业的发展。针对有机肥产品不足的问题，污泥堆肥技术提高了土地的有机物含量及土壤微生物的活性、多样性,能够促进农作物生长，以达增产、增收的效果。同时，污泥堆肥技术能够有效固定土壤中的有机碳，推动农业的可持续发展，创造经济效益。

17、当污泥用作栽培与育苗基质时，污泥堆肥产物的加入可以改变基质的理化性质，如保水性能、氮磷钾的含觅等，使幼苗达到更好的生长效果，污泥用作栽培与育苗的基质对于规模化、工厂化育苗具有重大意义。此外，污泥的堆肥化利用能够快速恢复植被，重建生态功能,对恢复矿山废弃生态具有积极作用，2.1.3污泥堆肥利用仍需改进我国的污泥堆肥化技术现仍处于模仿与探索的阶段。尽管污泥堆肥技术在我国发展迅速，但仍有其不足之处，需不断创新进步。为使污泥堆肥更加适用于土地的利用，优化污泥堆肥工艺，向污泥堆肥中加入调理剂，有助解决由于污泥固有特性而不利于单独作为肥料的问题。目前，我国常用秸秆'稻壳等农业废弃物作为活性调理剂。

18、活性调理剂的加入可以增强堆肥微生物的活性，提升污泥堆肥的效果，更加有效解决农林业废弃物处置的问题。但秸秆、稻壳等常用的活性调理剂受季节、气候等自然条件变化的影响较大，供给地理位置的分散也导致其运输费用等成本增加。相较于活性调理剂,惰性调理剂在污泥堆肥过程中的用量较少。生物灰作为近年较为热门的惰性调理剂，它是对生物质资源化利用优越的一种污泥堆肥调理剂。添加生物炭的污泥堆肥产品总含氮量增加，能够增加污泥中微生物的代谢活性，显著提高微生物的醇活性。此外，添加生物炭的污泥堆肥在改良土壤肥力方面具有较大潜力，目前，污泥堆肥技术仍在不断地优化与改善，污泥堆肥可使废弃物资源化，对人类生态发展产生积极作用，但

19、污泥堆肥对于生态环境的负面影响亦尚未完全解决。2.2污泥建材利用根据E20研究院的数据（见图5）,2019年中，城镇产出湿污泥的量多达5000万吨,近乎为2010年的两倍。污水处理时有3050%的污染物会被转移到污泥中，附着有重金属、有机污染物等有毒有害物质的污泥具较高的二次污染风险rl2.KXfi.笏*内3叫再洗木花禁二种&污花村吸为JtMiS行利用的主要彩K.资料来源:枝0研究院技019中国污泥处理处置行业市场分析报告务.国海证券研无所膈图52010-2019年城镇污水产生敏与湿污泥产生量2.2.1污泥制砖污泥砖是将污泥经过处理、筛选后，与其他原料或外加剂混合、加压、烧焙后制得的。

20、通常可将干化的污泥直接用于制造污泥砖，也可将其燃烧成灰再制砖，各种制砖的生产工艺过程基木相同，对于城市污泥来说,其本身具有一定热值，降低了制作过程的能源消耗,促进循环经济模式的发展。污泥制砖见图6。2.2.2污泥陶粒陶粒足-种具有重量轻，强度高及较好保温特点的人造工业粗骨料,极具发展潜力，受到广泛关注。污泥陶粒以污泥为主要原料，并以炉渣和粘土为辅料，经焙烧、制粒成形后，制成了污泥陶粒，具有硬度和吸附性能，可作为废水的处理滤料，污泥陶粒见图7。2.2.3污泥水泥目福，水泥窑制水泥有了广泛应用。通常而言，利用污泥制备水泥有以下三种基本工艺：(1) 将污泥脱水，直接利用；(2) 人工干燥污泥再利用；

21、(3) 将污泥焚烧转化为灰烬再利用。研究显示，将水泥窑技术制造的水泥与普通硅酸盐水泥作对比分析，水泥窑制水泥的很多性能更为优越I?私艮*耻&2.2.4污泥建材化利用的效益传统的污泥处理方式容易造成环境的二次污染,而污泥的建材化利用可以有效避免这种情况：(1) 利用污泥制砖、制陶粒时，高温烧培的环境能够杀死有害细菌及病原体，而其中有毒的重金属则被固存于砖坯、陶粒之中.(2) 利用水泥窑技术制造水泥，水泥窑燃烧炉温度高、处理量大，高温处理下的污泥残渣顺势作为水泥熟料的一部分，无需再对残余灰烬进一步处理.除环境效益外，污泥的建材化利用也具有经济效益：(1) 污泥砖面量轻、孔隙多，具有一定隔音

22、、隔热等优点；(2) 利用污泥烧制陶粒，污泥中的有机物质及无机成分均得到了充分利用：(3) 污泥可以原料和燃料的形式生产，在改善水泥原料的易烧性、替代粘土烧制水泥方面有较大效用“。3结语污泥姑城市污水处理过程的必然产物，其中包含大量病原体、微生物，以及污水处理过程中无法降解的重金属等有害物质。倘若污泥不能得到有效的处理，将造成二次污染,其对环境的危害更是难以预料。就污泥的资源化利用而言，不同污泥处置方式各有其优缺点，在选择处理方法时需综合考虑各种有利的应用范围。选取合适的污泥处置方式是减少其对环境产生负面影响的重要手段，希望在不久的将来，污泥处置.技术可以逐步过渡,实现无害化、稳定化与资源化.参考文献吴妍.污泥处置路线图JL新经济导刊,2012,(10):61.(2 王社平，程晓波，刘新安,李立军，王怡，王同悦.污水处理厂污泥处理过程中的潜在危害分析J.市政技术,2015,33(02):164T6&'蔡保松'陈同斌&