15b污泥处理处置与资源化宜采用厌氧消化土地利用的技术路线

1、污泥处理处置与资源化宜采用厌氧消化+土地利用的技术路线摘要：城市污水的生化处理产生的污泥数量巨大，成分复杂，污泥的处理处置问题已成为目前的研究热点，也是阻碍城市污水处理厂正常运行的关键之一，而在处理处置过实现污泥资源化又是彻底处理处置污泥的有效途径之一。本文综述了污泥脱水、好氧发酵、厌氧消化、干化、土地利用等国内外的主流污泥处理处置技术，并简要介绍了污泥处理处置的发展趋势。在此基础上并结合污泥处理处置的工艺路线选择方法，提出了目前的污泥处理宜采用厌氧消化+土地利用的技术路线，并阐述了该路线的工艺原理、工艺流程和特点。关键字：污泥、处理处置、厌氧消化、土地利用、工艺方案1 污泥的产生与特性随着社

2、会经济的发展，水资源消耗日益增加，污水产生量也越来越多，水资源污染日益严重，水资源着消耗和污染加剧双重的局面，因此加强对污水的处理和净化是社会极其重要的环节。虽然城市污水的集中生化处理对防止日趋严重的水环境污染起到了重要作用，但随之而来且日益突出是，目前所采用的活性污泥法处理过程将产生大量需要妥善处理处置的剩余污泥。污泥是污水处理厂在处理过产生的沉淀物质，是污水处理之后的二次污染物，约占污水量的 0.3-0.5%，投资成本要占污水处理厂总成本的 12%-30%，运行成本更要占到污水处理厂总运行费用的 20%-50% 左右， 给污水处理带来了沉重的负担1。随着社会发展速度的加快，预计到 2020

3、 年污泥的年产量将会超过 6000 万吨2，据2015-2020 年中国污泥处理处置深度调研与投资规划分析统计，2010 年我国城镇污水处理厂已经建有 2500 多座，城市污水处理能力已达到每天 1.22 亿吨，为实现国家的减排目标和水环境改善，做出了巨大贡献。但是污水厂的建设及运行伴随产生了大量剩余污泥，以含水率 80%计，年污泥产量将很快突破 3000 万吨，污泥处理形势十分严峻3。剩余污泥产量较大，含水率高（99%），有机物含量高，富集了城市污水中大量的病原微生物、重金属等有害物质，如果处理不当极易造成“二次污染”4，剩余污泥的处理处置问题已成为阻碍城市污水处理厂正常运行的关键因一，并且

4、在处理处置过径之一。实现污泥资源化又是彻底处理处置污泥的有效途2 国内外研究与应用现状评述国外污泥通常都先经过厌氧消化或好养发酵稳定处理，再进一步的处置。国内对污泥处理处置的概念及重要性认识，“重水轻泥”的现象十分普遍，再加要求5。污上污泥的管理制度不完善，没有实现污泥的减量化、资源化、泥处理处置一般可分为处理与处置两个阶段。处理主要是指对污泥进行稳定化、减量化和堆肥、干化和泥处置过处理的过程。污泥处理包括浓缩、脱水、厌氧消化、好氧消化、等工艺过程6。处置是指对处理后污泥进行消纳的过程。在污，污泥将最终得以稳定。污泥处置包括土地利用、填埋、以及建材利用等不同的方式。由于国情不同，各国采用的处理

5、方式和技术也各不相同7，本文对国内外目前主流技术的发展应用进行了综述。污泥处理处置技术好氧发酵污泥好氧发酵技术是利用污泥中的微生物进行发酵的一项新的生物处理技术，在实际应用中可以达到、减量化、资源化的效果，并且具有经济、实用、不需外加能源、不产生二次污染等特点。目前，国内外研究学者针对堆肥过的条件控制、重金属控制、保氮技术以及技术工艺方面进行了大量的研究，取得了很多有价值的成果。早在 19世纪 60 年代初就有关于污泥农用的研究；于 20 世纪 50 年代建成第一座污泥堆肥中心，并开发出用污水处理厂的污泥进行短时间堆肥的技术；目前，欧美、普遍采用国际上较为先进的具有高效、防臭、成品质量高等特点

6、的污泥连续发酵工艺，利用回转仓完成中温、高温发酵过程。20 世纪 60 年代，我国首次在高碑店污水处理厂成功进行了污泥自然通风堆肥试验。50 多年来，国内学者对好氧发酵工艺进行了大量研究，先后建成了在产品质量、运行操作可控性、环境质量等方面均能达到较高水准的污泥堆肥处理处置项目，成功开发了污泥高效低耗堆肥与复合肥成套技术，实现了堆肥温度和通风控制的自动化，建立了适合我国的高效低能耗的污泥堆肥工艺。我国在机械翻堆工艺和强制通风静态堆肥工艺基础上，开发出了具有知识产权的 CTB 自动控制生物堆肥成套技术，该技术堆肥耗时短、占地面积小、无恶臭、废水等二次环境污染问题，技术的完整性和配套性好8。污泥好

7、氧发酵技术经过近几十年的发展，取得了很大的进步，但在技术理论和工艺上还存在一些瓶颈，如需要大量辅料、臭气控制难、存在人畜健康安全风险等，好氧发酵技术仍有很大的提高潜力9。2.1.2 厌氧消化污泥厌氧消化是指在无氧条件下，由兼性菌和厌氧菌将污泥中可生物降解的有机物分解成、甲烷和水等稳定物质，同时减小污泥体积，去除臭味，杀死卵，回收利用消化过产生的沼气的过程。污泥厌氧消化以其高效的能量回收和较低的化的处理方法。是目前国际上应用最为广泛的污泥稳定化和资源国际上众多学者一直致力于厌氧消化技术的研究，并使其获得了广泛的应用和长足的发展10。在工艺条件方面，研究发现通过加入稻秆提高污泥碳氮比可改善厌氧消化

8、性能，提高甲烷产量及溶解性 COD，污泥脱水性能也有所改善。在温度对高温厌氧消化的影响方面，国内外学者进行了大量研究，但在影响机理方面还有待进一步的研究11。在预处理方面，采用超声波预处理污泥，然后再厌氧消化是研究的较多的法。另外，国内外学者还对污泥加碱预处理12、臭氧氧化污泥前处理法、Fenton 试剂氧化预处理、 射线照射污泥前处理法和高能13。预处理法等研究，但这些方法大多数还停留在小试阶段迄今为止，我国污泥厌氧消化技术在甲烷生产效率提高、厌氧反应条件优化，相关设备也主要依赖进口。例如，在 20 世及污泥浓度控制等方面仍存在纪 90 年代前建设的污泥消化池的技术参数和搅拌设备只能参考国外

9、的一些文献资料来设计加工，如杭州四堡污水厂一期工程参考法国文献资料采用了气体导流筒式沼气搅拌器；纪污水厂参考和文献资料先后采用了气体导流筒式沼气搅拌器和竖管式搅拌器，其技术性能、运行效果、设备加工质量、自动控制水进口。均不够理想。另外，一些污泥消化相关的技术和设备也主要依赖总体来说，污泥厌氧消化技术在我国尚未取得突破性进展，主要依靠进口，投资相对较高，运行效果较差，沼气利用环节存在和设备，共同构成了该技术在国内推广应用的限制。但随着国家政策和的不断完善，同时为缓解我国能源资源严重短缺的状况，污泥厌氧消化技术将迎来广阔的市场前景14。2.1.3 干化污泥是指在空气供给过量的条件下，将污泥加热，并

10、在高温(850-1100)下氧化、热解并彻底破坏其中的有机物和病原体等物质的方式15。装置有炉等。因此，多种型式，目前使用较多的有竖式多级炉、转筒式炉、流化为了实现节能目的，需要将污泥先干化，大幅降低其含水率后再进行目前的污泥工程一般采用干化和联用的处理工艺。20 世纪 40 年代，欧美和等国家就开始将直接加热式转鼓干燥器用于污泥的干化处理，随后又研发出了更加安全、环保、经济可行的间接干化设备。90 年代以后，污泥干化技术均得到了迅速发展，现已成为污泥处理处置主流技术之一。目前在工艺方面的研究很多，如将灰作为沥青填料、砖瓦材料、路床和路基材料、水泥原料、熔融填料等；意大利研究Lotito 等针

11、对循环式流化床炉处理污泥的工艺进行了研究。总体而言，国内干化技术总体水平仍不高，虽然可以实现设备自给，但投资省、能耗低、效率高的国产设备仍然缺乏，依然主要采用国外的和设备。对大气污染控制的技术瓶颈依然存在，制约了干化的推广范围和应石洞口污水处理厂用规模。国内较大规模的污泥干化技术工程利用始于污泥干化处理工程，随后又兴建了竹园污泥干化工程项目、上洋污泥干化工程等项目。从我国国情出发，利用现有燃煤热电厂的污泥与煤混烧发电技术、污泥与生的混烧发电技术以及利用工业锅炉的协同处理污泥技术在国内有比较大活的发展空间和推广价值。2.1.4 土地利用土地利用是指将污泥直接或间接(经过好氧发酵或厌氧消化后)用于

12、农田、菜地、果园、草坪、绿化以及土壤改良，或将达到一定标准的污泥用作填埋场的覆盖土。近年来，、及一些欧盟国家鼓励采用土地利用技术将符合泥质要求的污泥直接或好氧发酵后用于绿化、土地修复等。很早就开展了污泥土地利用风险评价，建立了比较健全的研究体系，土地利用已成为最主要的污泥处理处置方式，并以农业用途的土地利用为主。欧盟对填埋、投海等简单的处置方式下发禁令，鼓励泥质符合公众健康和环境保护要求的污泥用于土地用途。为了与全球能源环境相协调对以方式占绝对主导的污泥处理处置技术路的比例，并将污泥的生物质和资源化利用线做了调整，逐渐降低了污泥作为了研究和发展重点。我国将污泥直接用于农田已有几十年历史，但近几

13、年才开始对污泥土地安全利用技术较系统的研究。研究内容主要集中在污泥的稳定化和土地利用方法、污泥的肥效和对农作物的增产价值等方面，在污泥对土壤质量、植物等的潜在影响以及污染控制方面也进行了相关研究3。经过多年的发展，国内在污泥土地利用上取得了一定技术进展北小河污水处理厂等纷纷开展了利用污泥制造有机肥料的尝试，积累了一定经验。但是由于我国生活污水和工业废水合并处理，污水处理厂污泥的成分非常复杂，尤其是重金属和持久性有机污染物含量较高，进而提高了污泥土地利用的环境风险。因此，目前我国真正意义上的污泥土地安全利用实现难度仍较大，切实做到的污泥土地利用实例较少。2.2 污泥处理处置技术发展趋势近年来，还

14、出现了一些新兴技术，如污泥的等离子体处理技术正逐渐应用于城市有机废弃物的处理，瑞典、德国、等国已建起了一定规模的等离子体处理厂，近年来在我国也有所发展。新发展起来的超声波污泥处理技术，由于声能利用效率和能耗而没有大规模使用，但与其他污泥处理工艺联合使用具有广阔的前景。污泥作为建材利用的多项技术在世界先进国家已经相对成熟，其中建筑砖块、轻质材料以及水泥材料等技术，已经在、德国等国家开始进行规模化生产应用或正在计划大规模生产再利用。污泥的其他处理处置方法如污泥改性制吸附剂、制活性炭、用作粘结剂、污泥油化、降解氯代化合物都有一定的研究，但还处于探索研究阶段。经过几十年的发展，欧美、等发达国家已形成了

15、相对完善的污泥处理处置技术路线，相关设备的应用也趋于成熟，相关的及已比较完善。目前有超过 16000 座污水处理设施在运行，日处理污水量 1.5 亿 m3，年产干污泥(干物质量) 约 710 万 t，其中大约 60% 农业利用、17% 填埋、20%，3%用于矿山恢复的覆盖。欧盟各国虽然对土地利用的限制越来越严格，但对该方式依旧保持大力支持的态度，使污泥土地利用成为欧盟污泥最重要的处理处置方式。目前，欧盟产生的污泥中大约 55%土地利用、26%、16% 填埋、3% 采用其他方式进行处理处置。总的来说，欧盟污泥利用率不断上升，各成员国的污泥资源化利用项目也大幅增加。近年来，对污泥处理处置技术路线进

16、行了材料16。调整，逐渐转向了污泥资源化利用，污泥灰分也用于生产建筑综上，欧美等发达国家污泥处理处置的总体思路是污泥的资源化利用，并将土地利用作为污泥处置的主要方式和鼓励方向。因此，厌氧消化、好氧发酵、土地利用、建材制造等资源化处理处置技术将会是国际上污泥处理处置的研究重点，在保证污泥的前提下，实现污泥的最大程度的利用已经成为了国际污泥处理处置领域发展的趋势。3.宜采用厌氧消化 + 土地利用的技术路线污泥的处理方案，是为了污泥的最终稳定而进行的必要步骤，因此在确定污泥处理处置方案时，应充分考虑污泥泥质特征，首先确定污泥的处置方式，然后根据不同的处置方式，确定对应的污泥处理方案。在众多的污泥处理

17、处置方法中，厌氧消化由于具备回收潜在能量和降低环境危害的功能成为目前国际上应用最为广泛的污泥稳定化和资源化的处理方法。通过直接厌氧消化或预处理后厌氧消化，可以极大降低污泥中有机质含量，使污泥稳定、易于脱水，并适合作为有机肥用于土壤改良、园林绿化;产生的沼气经提纯后可广泛应用于居民用气、并网发电、车用气体等，减少日益紧缺煤、石油、天然气等有限资源的消耗。我国典型城市污泥有机质含量普遍偏低，大部分在 30%60%17，因此现阶段主要采用卫生填埋、堆肥、资源化利用(如制水泥、砖等)污泥处置方式。但是，随着近年来国家环保部颁发的污水处理厂污泥处理处置最佳可行技术导则建议必要时将厌氧消化技术作为污泥处置

18、首选工艺，同时国分厌氧消化工程有所起色，厌氧消化正逐渐成为我国城市污泥处理处置技术的热点研究对象。因此选择厌氧消化作为污泥处理的首要。而城市污泥的土地利用符合中国发展中国家、农业大国的国情。污泥中含有的有机质，可以对植物的生长过程提供 N、P 等营养物质，具有良好促进生长的作用；污泥由于自身的含量特性，可以对土壤具有改良作用，污泥不仅可以加快土壤中腐殖质的形成，提高土壤的肥效；还可以通过污泥的性能，来降低土壤的密度，这样就可以促进土壤微团聚体的形成，有利于提高土壤的组成和性能，如改变土壤的空隙度和土壤导水率，改良土壤的结构。因此，在污泥处理处置中宜采用厌氧消化+土地利用的技术路线。3.1 工艺

19、原理图 1 厌氧消化原理图污泥的厌氧消化分为两种：3.1.1 直接厌氧消化直接厌氧消化即传统厌氧消化，通常不经过任何前期处理而直接进行厌氧消化反应的一种处理模式，多用于处理有机质较高的人畜粪便、秸秆等有机废物，后期也用于市政污泥处理，但通常适用于有机质较高的污泥或掺有高有机质废物的混合污泥。厌氧消化是利用兼性菌和厌氧菌进行厌氧生化反应，分解污泥中有机物质的一种污泥处理工艺。根据厌氧消化过甲烷菌的适宜温度范围，污泥厌氧消化可以分为中温(3540)和高温消化过程(5060)，高温消化速度快、负荷高、，国外较多使用，而我国受经济水平所限使用中温消化3。根据厌氧消化的工艺运行形式，分为两相消化(两个反

20、应器)和两级消化(一个反应器两环节)，现阶段国内外仍以两级厌氧消化运行为主19。污泥厌氧消化是一个多阶段的复杂过程，完成整个消化过程，需要经过三个阶段，即水解、酸化阶段，乙酸化阶段，甲烷化阶段18。各阶段之间既相互联系又相互影响，各个阶段都有各自特色微生物群体。水解酸化阶段一般水解过程发生在污泥厌氧消化初始阶段，污泥中的非水溶性高分子有机物，如碳水化合物、蛋白质、脂肪、 素等在微生物水解酶的作用下水解成溶解性的物质。水解后的物质在兼性菌和厌氧菌的作用下，转化成短链脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸等，还有乙醇、 。乙酸化阶段在该阶段主要是乙酸菌将水解酸化产物，有机物、乙醇等转变为乙酸。该过乙酸菌和甲烷

21、菌是共生的。甲烷化阶段甲烷化阶段发生在污泥厌氧消化后期，在这一过，甲烷菌将乙酸（CH3COOH）和 H2、CO2 分别转化为甲烷，如下：2CH3COOH2CH4+ 2CO24H2+CO2CH4+ 2H2O在整个厌氧消化过，由乙酸产生的甲烷约占总量的 2/3，由 CO2 和H2转化的甲烷约占总量的 1/3。3.1.2 预处理+厌氧消化由于传统厌氧消化普遍存在消化速率低、停留时间长(2030 d)、处理效率低(挥发性固体 VS 的去除率 30%40%)等泥的预处理技术开展大量研究20。，为改善这种现状，近年来人们对污厌氧消化的过程一般包括水解、产酸发酵和产甲烷 3 个步骤，其中水解过程是限速步骤，

22、水解过程将颗粒有机物变为可溶解有机物，污泥预处理的目的是加速和提高水解效率21。污泥的预处理方法包括加热处理、热化学处理、碱处理 和超声处理等。污泥高温预处理技术具有强化污泥降解、杀灭部分病原菌的功能，具有良好的应用前景22。3.2 工艺流程若污泥的处理采用厌氧消化+土地利用的技术路线，则处理工艺流程简图如下：图 2 污泥处理工艺流程简图3.3 特点采用污泥厌氧消化将污泥中可生物降解的有机物分解成、甲烷和水等稳定物质，同时减小污泥体积，去除臭味，杀死产生的沼气。污泥消化的特点如下23：卵，可回收利用消化过（1）减少污泥体积减少污泥中可降的有机物含量，使污泥的体积减少。与消化前相比，消化污泥的体

23、积一般可减少 1/21/3。（2）稳定污泥性质稳定。减少污泥中可分解、易物质的数量，使污泥性质（3）提高污泥的脱水效果未消化的污泥呈粘性胶状结构，不易脱水。消化过的污泥，胶体物质被气化、液化或分解，使污泥中的水分与固体易分离。（4）利用产生的甲烷气体污泥在消化过产生沼气，沼气中有用的甲烷气体约占 2/3，可做为用来发电、烧锅炉、驱械等。（5）消除恶臭污泥在厌氧消化过程，硫化氢分离出硫分子或与铁结为硫化铁，因此消化后的污泥不会再发出恶臭。（6）提高污泥的卫生质量污泥中含有很多物质如细菌、病原微生物、卵，极不卫生。污泥在消化过，产生的甲烷菌具有很强的抗菌作用，可杀死大部分病原菌以及其它有害微生物，

24、使污泥卫生化。4.结束语厌氧消化是能真正实现污泥“减量化、稳定化、资源化”的技术之一，但我国目前尚处于摸索阶段，大部分工艺及设备均由国外引进，实际应用中仍存在着较多问题，如投资高、技术复杂、大部分设备依赖进口、关键设备故障率高等。因此，加快厌氧消化工艺本土化及设备国未来一段时间亟需解决的难题24。发展进程将是我参考文献1，迟，等. 城镇污水污泥性质与处理处置概况J. 环境科学与技术,2010, (S2): 169-172. 我国城镇污泥处理处置现状及思考J. 给水排水, 2012, (02): 1-5.23刘，. 国情背景下我国城镇污水厂污泥土地利用的瓶颈J. 中国给水排水,2013, (20

25、): 1-4.4. 浅谈城市污泥的处理、处置与资源化利用J. 环境保护与循环经济, 2012, (01): 41-45. 城市污泥资源化利用研究进展J. 广西轻工业, 2009, (04): 113-114+167.56，新，等. 城市污水处理厂污泥脱水性能研究J. 环境科学与技术, 2008, (02): 108-111+131.Alexandros Keleis，A for treatment and final dis7nasios S. Stasinakis. Comparative study of the methods usedal of sewage sludge in Eur

26、opean countriesJ. WasteManagement, 2012, 32(6): 1186-1195.，郑国砥，. 污水处理厂污泥生物堆肥技术J. 建设科技, 2009, (07):56-57.Jiehong Cheng，Feng Kong，Jun Zhu，等. Effects of stabilization and sludge properties in89a combined pros of anaerobic digestion and thermophilic aerobic digestionJ.Environmental Technology, 2015, 36(

27、21): 2786-2795.10Lise Appels，Jan Baeyens，Jan Degreve，等. Principles and potential of the anaerobicdigestion of waste-activated sludgeJ. Progress in Energy and Combustion Science, 2008, 34(6): 755-781.11C. A. Wilson，S. M. Murthy，Y.，等. The effect of temperature on the performanceand stability of thermo

28、philic anaerobic digestionJ. Water Science and Technology, 2008, 57(2): 297-304.Joo-Hyun Jang，Johng-Hwa Ahn. High-Temperature Microwave NaOH Pretreatment ofWaste-Activated Sludge for Anaerobic DigestionJ. Journal of Environmental Engineering, 2015, 141(8)1213，贾东方，用, 2006, (12): 21-24.，等. 城市污泥厌氧消化处理研究进展J. 中国资源综合利1415邹宝华，. 污水污泥处理处置现状及研究进展J. 价值工程, 2012, (13): 30-31. 我国污泥技术的比较与分析J. 能源工程, 2011, (01):，李红军，52-56+61.，孙家瑛16，等. 污泥灰渣处理及其资源化利用技术研究J.混凝土与水泥制品, 2012, (05): 77-79. 我国市政污泥处理现状与发展探析J. 江西化工, 2010, (03): 24-32.P. Jenicek，J. Koubova，J. Bindzar，等. Advantages