中科大固体废物污染控制工程课件10污泥处理与利用

第十章污泥的处理处置技术第一节

概述

一、城市物流系统与污泥

城市是人类生产与生活活动的集中所在，维持城市生产与生活活动的依据是城市物流系统的运作。城市从自然与农业生态体系中输人大量的物资(物流)和能源(特殊的物流）；城市的工业部门以输入的物流为原料，加工制造成各种人类生产．生活所需的商品；城市的商业部门将商品和服务销售给消费者(城市与乡村）；城市居民在各种场所(主要是家庭)消费各种消费品；最后，城市的工业、商业与生活活动将各种输入的物流转化为废物输出至自然(环境)和农业生态体系。这就是现代城市物流系统流转(过程）的基本程序。城市环境问题的根本来源是城币产生的废物流对环境的危害，控制与优化城市环境质量，则应对各种城市废物流进行有效的管理，使其以量与质均与环境相容的方式排人环境。所谓相容指的是废物流不损害自然环境生态的质量与物流循环过程。污泥是按废物相态特征分类的一类废弃物。污泥的相态特征首先是固液混合，即污泥是固体和液体的混合物，且所含的固体和液体依然保持各自的相态特征，这一点可以区别于含结晶水的无机盐和细胞组织含水的生物质(如新鲜的动．植物体等)。其次，污泥的固液组成比有一定的稳定性，在无外加作用力的条件下，其固液比例能保持相对的稳定，这构成了污泥应按其特殊的混合相态进行处理的依据。如果一种废弃物尽管产生时有固液相混合的特征，但排出后能自发地进行较彻底的固液分离，如矿物浮选排出液，在重力作用下，可自发地分离成尾矿砂和选矿液，则两者可分别按固体废物或液体废物进行处理。最后，污泥中所含的液体通常是水，这既是由于地球上水是丰度最大的液体所导致的，也由于水是人类生产与生活活动中应用最广泛的液体。城市物流系统包括生产与生活两种类型的物流过程，它们都有可能产生污泥类废物。生产过程中产生的污泥有：纸浆污泥．石化工业产生的油泥、电镀污泥及生产废水处理(如重金属废水混凝沉淀处处理）产生的污泥等。这些污泥类废物．尽管就产生区域而言是在城市的范围内，但从污染物组成特征上却更多的是反映了相关产业技术过程的特点，与城市特征的相关性反而不如产业的特征这么明显。另一种类掣的污泥则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，这些污泥具有鲜明的城市特征，甚至有些污泥仅产生于城币物流过程中，因此，该类型的污泥可称为城市污泥。城巾朽泥不仅是产生在城市这一特定的区域中，还具有城市活动的共性，即产生于城市市政(环保)与公用设施的运行和维护过程中。二、城市污泥包含的种类

根据上述对城币污泥特征的定义，在现代城市物流系统中产生如下种类的城市污泥：1.城市污水厂污泥

城市物流系统中有难以胜数的用水环节，使用后的水大多转化为含不同种类与浓度污染物的污水。城市所产生的污水基本可以按来源分为两类：①工业污水，来自城巾的工业部门，污染特征由相应的产业技术、过程决定；②城币污水，来自城市的居民区，商业服务业等非工业部门，其污染特征与具体的来源（如商业、居住区)关系较小，也就是说，不同来源的城市污水共性是它的主要方面。

城市污水的净化处理也是按来源分别安排的，城市污水处理厂的主要处理对象是城市污水。在实行城市排水合流制的城市或区域，一部分城市降雨产生的径流排水也在城市污水处理厂中处理；同时，部分城市的工业污水也汇人城市污水处理厂处理，但接入前均有对工业污水顶处理的要求，使进入城市污水处理厂的工业污水的污染特征接近于城市污水(如对含重金属工业污水，应预处理去除其中大部分重金属污染后，方能汇入城市污水处理厂)。

城市污水处理厂在对污水的处理过程中，污水中的部分污染扨转化为可沉降物质排出，这股排出的物流是以固液混合为特征的所谓城市污水厂污泥。2.城市给水污泥

现代城市使用的大部分水是以管网分配形式供应的所谓自来水绐水，目前绝大部分城市的给水水源(原水），均仅能在进行必要的净化处理后，才能达到绐水的水质要求。原水的净化在专门的绐水处理厂(自来水厂）完成，主要的处理工艺是混凝沉淀(将原水中的颗粒物、胶体和部分可溶态杂质转化为可沉降或可滤除的颗粒或胶体物质）和过滤(与沉淀一同完成对上述颗粒和胶体的最终去除)，被去除的颗粒和胶体构成了城市给水污泥的固相部分．用于从沉淀池和滤池中排除这些固相物的水则构成了该污泥中的液相部分。

3.城市水体疏浚淤泥

城市水体指的是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、航运等功能外，主要的功能是城市排水的通道与调蓄容量的组成部分。由于汇水区的特征，城市水体可能受纳的水流包括城市地表径流、城市污水和工业污水等。这些水流中所夹带的颗粒物、胶体，在一定的水力、水文条件下成为城市水体的沉积物，同时上述水流中的可溶性物质在一定的生物、化学作用过程中也会生成可沉降物质，转化为水体沉积物。水体沉积物的积累将威胁到城市水体正常功能的维持，因此，城市水体有持续性的养护（疏浚）的需要，疏浚后的水体沉积物即为固水混合的城市水体疏浚淤(底)泥。

即使不考虑城市污水和工业污水进入城市水体对其沉积物的生成的加速影响，因城市汇水区的下垫面状况与农业或自然生态体系的不同，以不透水性与粗糙度低的表面为主，地面沉积物易被径流夹带，下垫面的不透水性又放大了径流的强度；加之径流主要以管道流方式汇入水体，缺乏非城市河道岸区植被带对径流中颗粒物的滤除缓冲，所以，城市水体的沉积物生成率高于农业或自然生态体系中的水体，城市水体的疏浚养护需求带有明显的城市特征，其疏浚淤泥成为城市污泥的构成之一。

4.城市排水沟道污泥

现代城市排水方式是以管道化为特征的；按排水对象和排水体系设置原则(排水体制)的不同，城市排水沟管道可分为污水沟道、雨水沟道和合流排水沟道三种。按水流在沟道内流动动力的不同选择，排水沟道也可分为重力式和压力式两种类型。无论何种城市排水对象，均不同程度地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道内的环境条件及生物作用下产生可沉降物质的可能，这些可沉降物质在一定的沟道水力条件下，全沉积于沟道内，成为影响沟道正常排水功能的因素。为了维持城市排水沟道的正常功能，需定期对沟道系统进行养护，此过程所产生的沟道污泥也成为城市污泥中的一种。5.城市建筑工地泥浆城市建筑工地泥浆是城市建筑废弃物的一种，主要产生于城市建筑工程的基础施工(如混凝土灌注桩基施工）和建筑地质勘查(勘探井钻挖）过程中。尽管就严格的意义上讲，建筑活动是一种产业生产活动，但城市建筑活动的区域分布(随机地出现于整个城市区域）和排出废物特征(不同建筑工地产生的废弃物特征基本是相同的)，均更多地带有城市的共性，因此，城市建筑废弃物一般作为城市垃圾(固体废物）的一种，当然城市建筑工地泥浆也应是构成城巾污泥的一个部分

城市污水厂污泥的来源与分类

污水厂污泥(或污水污泥）是各种污水处理过程中产生的泥状物质。其中工业污水处理污泥，由于污水本身的性质多变，相应的污水处理工艺也变化很大，因此，其污水污泥在处理过程中具体产生(来源)环节较难定义，而城市污水厂污泥，则因污水性质和工艺的相似性，其在污水处理过程中的产生环节相对确定。有关城市污水厂污泥在污水处理厂中的产生环节与特征见表2-1。

表10-1传统城市污水处理厂中污泥的来源

城市污水厂污泥可按不同的分类准则分类，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，可打为栅渣、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。

城市给水污泥的来源与分类

城市给水污泥来源于原水净化过程中产生的沉淀物和滤除物。污泥的产生环节主要是沉淀池排出泥和滤池反冲洗水(污水）澄清排泥(污水沉淀泥)，在数量上以沉淀池排出泥为主。

沉淀池的排出泥分不投药沉淀池排泥和投药沉淀池排泥两种。不加药剂的沉淀池现在使用得越来越少，且均在规模不大的给水厂中使用，排泥量通常不大。投药污泥又分为石灰—苏打软化污泥和化学凝聚沉淀污泥两种。给水厂污泥分类如图2—1所示。

图10-1给水厂污泥分类

石灰—苏打软化污泥主要产生于地下水的软化，主要由碳酸钙(占干污泥质量的85％-95％）、氢氧化镁、淤泥、过剩石灰和有机物组成；化学凝聚沉淀污泥主要是向浑浊的地表水加入混凝剂(铝盐或铁盐）形成，其中主要有原水中的悬浮物、溶解状胶质、有机物、微生物、胶状的金属氢氧化物，是给水厂污泥的主要处理对象。

给水厂的污水沉淀泥主要是给水厂滤池反冲洗水沉降浓缩(澄清）处理的产物，其固相由滤池中截留的颗粒物组成，颗粒物的物质组成与沉淀池排泥相似，但一般粒径更为细小。有些给水厂还利用该澄清过程(设施)净化厂内产生的其他污水(如地表径流、职工生活污水等)，则污水沉淀泥的组分会发生相应的变化。

城市排水沟道污泥的来源和分类

城市排水沟道圬泥是城市排水管道系统中的沉积物（也可称为城市排水管道污泥）。城市污水(包括生活污水、工业废水）和城市雨水径流，在进入排水系统后，其所含有的固体和其他物质，经重力沉降、吸附、拦截、络合和反应转化等物理、化学和生物过程在管道中沉积下来，即形成了沟道污泥。因此，排水沟道污泥的根本来源是排水中的可沉降与可转化沉降物质，而管道的水力、生化环境则对其产生具有显著的影响。城市排水沟道污泥的分类主要可依据排水管道的类型来划分，城市排水管道的类型有：分流制污水管、分流制雨水管和合流制排水管。它们相应地产生性质上有明显差异的排水沟道污泥。不同类型管道污泥的具体来源也有所差异。

生活污水中的固体物质(如粪便、卫生用纸、食品残余、洗涤碎屑等)和工业废水中的可沉降物是合流污水管道污泥的主要来源。同时污水中可被生物利用的溶解性物质，也会通过管道内的生物过程转化形成一部分污泥。合流制雨水管道污泥主要源于雨水径流中夹带的地面沉积物，雨水中的生物可利用物质少，也使这些沉积物几乎是此类污泥的惟一来源。合流制排水管道污泥的来源在晴天期类似于污水管道，雨天期则近似于雨水管道，但合流制管道晴天与雨天的水力条件差异很大，雨天期时，管道内存在较强的水力冲刷作用，可以使相当数量的晴天期沉积的有机物重新再悬浮随水流排出，因此，合流制管道污泥组成相对地具有更多的不稳定性。

对排水管道污泥(沉积物)的研究存在两种不同的视角：其一以考察管道沉积物与排水水质的关系为主，研究的重点在于沉积物的形成与再悬浮过程，及其影响因素：其二，以排水管道沉积物清理过程的排出物(也称通沟污泥)的污染控制为目的，研究重点是排水管道污泥的可处理性质和相应的处理与利用技术。尽管两者的研究对象基本相同，前者还是后者研究的基础，但毕竟二者侧重点下同，当以分析污怩的处理与利用为目的时，研究的重点显然是在后者。由此带来对排水沟道污泥的另一个分类是由清理方式不同划分的，分为水力通沟和机械通沟。水力通沟对管道污泥有机部分清理较有效，污泥的有机物含量也较高，而机械清理更适用于无机物，污泥中的无机物含量也高些。

城市水体疏浚淤泥的来源与分类

1．城市水体沉积物与疏浚淤泥的来源城市水体沉积物主要来自于工业废水、生活污水、城市地表径流和大气降水中的颗粒物和胶体物质。这些物质进入水体后，经过相互吸附、络合和化学反应等物理化学过程，并在水力条件允许时沉积到水体底部，便形成了沉积物。对于城市水体，有机生活垃圾、植物组织(如树叶)和水生生物的残余物也是沉积物的重要来源之一。城市水体疏浚底泥则是为清理水体沉积物而进行的疏浚工程所产生的半固半液的泥浆态物流。沉积底泥与疏浚淤泥的关系类似于前述排水管道沉积物与排水管道清理污泥的关系。2.城市水体疏浚淤泥的分类城市水体疏浚淤(底）泥按其分类标准不同，可有不同的分类方式。（1）按照疏浚方式的不同，可分为水力疏浚底泥和机械疏浚底泥。水力疏浚是应用水力疏浚较疏松的底泥层，适合于疏浚城巾水体沉积物表层浮动性底泥。水力疏浚底泥含固率较低(一般为10—20%），疏浚相同体积的水下底泥比机械疏浚产生的疏浚底泥体积大得多。机械疏浚是应用机械力疏浚疏松或密实的水体沉积物，其所产生的疏浚底泥含固率近似等于水体沉积物原地含固率(40％—60％），相应产生的疏浚底泥体积较小。（2）按疏浚目的不同，可分为航道疏浚底泥和环境疏浚底泥。航道疏浚是为了修建和维护航道而进行的疏竣工程，其产生的疏浚底泥一般含污染物浓度较低；环境疏浚是为了清理水K体受污染底泥而进行水体修复的一种工程措施，其产生的底泥相应含有较高浓度的污染物质。（3）按疏浚底泥是否受污染，可分为受污染疏浚底泥和未受污染疏浚底泥。疏浚底泥中是否含有重金属、PAHs(多环芳烃)和PCBs(多氯联苯)等有毒有害物质将直接影响疏浚底泥的处理、处置和利用。未受污染或轻度污染的疏浚底泥可以不进行复杂的处理而直接进行处置或利用，而受污染的疏浚底泥一般都需要经过一定的物理、化学或生物的处理过程，以防止或降低其处置对环境和生态造成危害。城市水体由于处于人口密集、工业发达的城市建成区，大多受到一定程度的污染，城市水体疏浚产生的疏浚物大部分属于受污染疏浚底泥，这也增加了其处理、处置和利用的难度。（4)疏浚底泥按其所含固态物质的粒径特征，可分为黏土质、粉砂质和砂质疏浚底泥。一般而言，污染物质倾向于富集于细粒的颗粒物，如黏土质和杨砂质疏浚底泥中。砂质疏浚底泥一般所含污染物较少。

城市建筑工地泥浆的产生特点

城市建筑工地泥浆主要产生于建筑桩基施工和地基勘察施工中钻(成)孔环节，是由孔内泥土液化输送所产生的。泥浆的产生量与钻孔的土方工程量有一个较稳定的比例，一般泥浆量为土方量的6倍左右。显然影响其产生量的直接因素就是相关建筑工程的土方工程量，而一个城市此类土方工程量的多少，则与其宏观建筑市场容量，城市区域建筑地基土方状况等有关。上晦币近几年登记外运的建筑工地泥浆量为5000-8000t/d。

第二节

城市污泥的产生量分析

一、影响城市污泥产生的因素1．城市污水厂污泥

城市污水厂污泥的产生主要受到污水水质、污水处理工艺的各个工艺环节运行情况的影响。污水水质与部分操作工艺条件(化学沉淀）对污泥产生的影响参见表2—2；污水处理工艺与污泥产生量的关系见表2-3；污水处理和污泥处理环节的工艺选择与污泥产生时含固率的关系(在固体产生率相同时，含固率影响实际产生的污泥流量）参见表2-4。

表2-2污水处理过程中污泥的产生及其影响因素

表2-3不同污泥处理工艺的污泥产生量（干污泥/污水）（单位：g/m3）

表2-4不同处理工艺的排泥浓度（含固率）（单位：%）

2.城市给水污泥城市给水污泥的产生主要受原水的类型、原水的水质、给水处理的工艺和工艺运行条件的影响。城市绐水的原水类型可分为地下水源和地表水源两类，两类原水在给水净化过程需净化的对象物质有较大的差异，因此需选择不同的处理工艺。通常地下原水的净化目的是降低硬度(软化），因此其给水污泥主要是软化药剂与原水中的钙离子、镁离子等反应后的可沉降性物质，污泥从澄清池中排出的流量一般为原水处理量的0.3—5%。地表原水的净化目的则是去除悬浊物质(主要是颗粒物和胶体，水质差时也包括藻类等微小生物)，处理投加的药刑以化学混凝剂为主，污泥(包括沉淀池排泥和污水沉淀泥）由混凝剂和去除的悬浊物组成，产生量一般以沉淀池排泥为主。每立方米净水量的污泥干固体产率0．05—0．2kg/m3，但排泥流量与排泥浓度有关，平流式沉淀池排泥浓度为：含固率1O000—40000mg/L，高速澄清池为2000—5000mg/L。

原水的水质决定了给水处理需去除的物质的量和去除的难易程度，同时也对处理药剂用量具有重大影响，原水中需去除的杂质量越多，杂质的可混凝沉降性越差，则处理药剂用量越多，相应的给水污泥产率也越大。原水水质是决定给水污泥产率的最主要影响因素。给水处理工艺因素主要包括沉淀工艺、过滤工艺和处理药剂种类，其中沉淀与过滤工艺对给水污泥干固体产率的影响不大，但对排泥浓度与排泥流量有明显的影响；处理药剂的种类不同，其在原水水质相近的情况下，所需药剂量也不同，因此对给水污泥的干固体产率有明显影响，同时不同药剂形成胶体颗粒具有相异的沉降特性，药剂因素对排泥浓度与流量也有影响。在绐水处理的工艺运行条件中，药剂投加量控制方式、沉淀池排泥间隔时间和滤池反冲洗周期等也对给水污泥的产率和流量有相当的影响。3.城市排水沟道污泥城市排水沟道污泥的产生量主要受两个方面因素的影响：其一是“源”的因素，即进入排水管系内，具有在管道内沉积可能性的物质的量；其二是“沉”的因素，即排水管道内的沉积条件。源的因素主要是接入管系的排水量和其水质，进入排水管系的水量通常是由排水管系的服务区域和服务人口数量来决定的，而单位区域面积产生的径流量与当地的气候条件有关，人均的污水排放量则与社会经济状况有关。排水水质中与沟道沉积物产生关系最为密切的是颗粒物的浓度，雨水径流的颗粒物浓度与用地类型(径流下垫面状况）和地面保洁条件等有关；城市污水的颗粒物浓度则与当地居民的生活习俗和污水中的工业废水的种类、数量有关。排水水质中另一项与沉积物源相关的指标是有机物浓度，有机物既是可能经沟道内生化过程转化为沉积物的沟道污泥源，也具有促进沟道内生物生长，形成沟道内更有利和稳定的沉积条件的作用。沉积条件方面，对排水管道内颗粒物沉降过程影响最大的沉积条件因素是流速。一般而言，管道内流速越大，越不利于沉积物的形成，但不同类型管道的沉积物组成与水流变化条件不同，因此流速对管道污泥产生的影响也因排水管道类型而异。分流制污水管道的沉积物中的有机物比例高，易受水流影响，但此类管道的水流速度主要由水力设计条件规定，运行中的变化幅度较小；分流制雨水管道的流速变化幅度大，但沉积物多为无机物，雨天期流速升幅很大，因此沉积物在晴天期与雨天期会产生明显的差异。管道污泥的另外两个沉积条件影响因素是集水构造和污泥清理周期，集水构造指的是汇水口或井是否设置格栅和沉降箱．有此构造则可对排水中的沉降性物质进入排水管道起一定的拦截作用，减少管道内污泥的沉积量。一般地，管道污泥清理周期短，管道的水力条件利于沉积物的悬浮流出，但清理周期短会使更多的沉积物通过清理而转化为通沟污泥。

4.城市水体疏浚污泥城市水体疏浚淤泥的产生取决于城市水体沉积物的生成量和疏浚工程计划，故影响城市水体疏浚淤泥产生的因素也可从影响城市水体沉积物产生的因素和疏浚工程两个方面进行分析。(1)影响城市水体沉积物产生的因素由对城市水体沉积物的来源分析可见其与排水沟道污泥有类似之处，具体影响因素及其影响如表2-5所示。

表2-5影响城市水体沉积物产生的因素

（2）疏浚工程城市疏浚淤泥来自对城市水体沉积物进行清理的疏浚工程。疏浚方式、疏浚机械、疏浚操作的不同都会影响疏浚淤泥的含固率，从而影响产生的疏浚淤泥的体积。目前常用的疏浚机械产生的疏浚淤泥含固率如表2—6所示。

表2-6常用的疏浚机械产生的疏浚淤泥含固率

城市污泥产生量测算

1.城市污水厂污泥

污水污泥中栅渣、无机固体颗粒、浮渣量可参考表2-2进行估算，化学沉淀污泥量可参见绐水污泥量的汁箅。城市污水厂污泥的主要组成部分：初沉和剩余污泥量的计算方法如下（1）初沉污泥体积流量V1

（2）剩余污泥体积流量V21）剩余污泥干质量

每日排除剩余污泥干重△XT(kg/d)等于活性污泥系统中每日产生的活性污泥干质量。2)剩余污泥的体积量V2（3）浓缩剩余污泥体积流量V3

（2）水体淤泥中磷的赋存状态磷是所有形式生命的必需元家，疏浚底泥中的总磷可分为有机磷和无机磷两大类．其中，无机磷主要与钙、镁、铁、铝等金属化合为磷酸盐，有机磷则以核酸、磷脂为主，此外，还有少量吸附态和交换态的磷。一般在中性和碱性条件下，疏浚底泥中的金属磷酸盐难溶于水，而在酸性条件下，其溶解度增大，因而在利用疏浚底泥作为植物培养土时．在PH=5．5—6．5的酸性条件下，磷的生物有效性最理想。磷是造成水体富营养化的关键元素，因而水体沉积物和疏浚底泥中磷的释放成为人们广泛关注的一个问题；大量研究结果表明，沉积物中磷的释放作用与磷的赋有形态相关，与铁磷的关系最为密切。日本学者在霞浦湖试验中证明了这一点，在好氧条件下，总磷量从1.14mg/g降至0.96mg/g，减少0.18mg/g。在相应的磷形态各组分的变化中，铝磷和钙磷几乎没有什么变化，而铁磷却从0.3mg/g降至0.13mg/g，减少了0.17mg/g，这正反映了底泥总磷量减少的量，基本上是铁磷减少的结果。磷的形态分析方法很多，常用的（国际广泛采用）方法是把底泥中磷首先分为有机磷和无机磷两大类，无机磷还可细分为铝磷、铁磷、钙磷和闭蓄态磷等。这种划分是很有意义的，因为磷酸铝、铁和钙是有利于生物吸收的有效成分，它们在不同的湖泊环境中的释放速率也不相同。上述化学分析方法，通常可采用连续萃取技木，但该技术较繁琐，目前也有采用同位素交换法和阴离子树脂文换法的，用不同时间内交换的磷作为形态分析基础。农业上也常用根据24h和150h交换测定结果，把土壤中磷分为三级：快速交换态磷(速效态磷）、慢交换态磷(迟效态磷）、难交换态磷。还有人在0.5-24h内测定更多的点，绘制交换态磷与时间的曲线，这对说明底泥中磷的转比及其对水生植物的肥效是很有帮助的，但形态分类对了解磷的理化性质对交换态的影响不令人满意。在此介绍一下采用连续萃取法分析底泥中磷的形态这一方法，它是目前国内外被较广泛采用的分离程序，如图3-5所示。

第二节

城市污泥处理和利用的基本方向

一、城市污水厂污泥

对污泥进行处理和利用的目的主要是为了头现污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化。除了通过源控制实现污泥的减量与减毒化外，目前，污泥的减量化、稳定化和无害化是主要通过污泥处理来完成的，资源化则是通过污泥的有效利用来实现。1)减量化。由于污泥的含水量很高、体积很大且呈流动态，经污泥处理后，体积可减至原来的十几分之一，且由液态转化成固态，便于运输和消纳。2）稳定化。污泥中有机物含量很高，极易腐败并产生恶臭，经过污泥消化阶段的处理后，易腐败的部分有机物被分解转化，污泥的易腐败性减轻，恶臭大大降低，方便运输及处置。3)无害化。污泥中，尤其是在污水污泥的初沉污泥中，含有大量病原菌、寄生虫卵及病毒，易造成传染病大面积传播，经消化阶段可以消灭大部分的蛔虫卵、病原菌和病毒，大大提高污泥的卫生指际。4）资源化。污泥是一种资源，其中含有丰富的氮、磷、钾、有机物及热量，污泥消化阶段产生的沼气也可以进行能量利用。上述对污泥进行处理和利用的目的决定了污泥处理和利用的基本方向，即污泥处置的最终出路。污水厂污泥处理和利用的基本方向包括以下三个方面：

1.资源化利用（1）土地利用污泥中含有丰富的氮、磷、钾及植物生长所需的所有营养元素。其中，污泥中的氮能促进植物叶和茎的生长，初沉污泥中含有的大量有机氮，适用于做底肥；消化污泥和活性污泥中的氨氮、硝酸盐氮较多，适用于做追肥。磷肥能促进植物根部的生长，加速成熟和增加对病虫害的抵抗力。钾肥促进植物生长活力。此外，污泥中的腐殖质，可有效改善土壤的团粒体结构，增强土壤的保水保肥能力，是一种良好的土壤改良剂；污泥灰分中的—些矿物质使植物生长茂盛、木质部增大，促进结出果实，同时还起形成叶绿索、防止病害的作用。我国城市污水污泥的肥分如表3—13所示。当然，污泥的肥效比化学肥料低得多，化学肥料通常含有5—10%的氮、10%的磷、5-10%的钾。然而，用污泥调理土壤，减少化学肥料的施用，可以减轻由于过多的营养物质进入环境而产生的影响。并且，污泥中的氮元素释放速度缓慢，有助于植物长时间的利用，同时污泥还有助于为植物提供一个健康的微生物群落，防止作物出现病害。污泥的土地利用包括农业利用、绿地利用、森林利用和土地恢复四种类型。

(2)材料利用污泥可用于制砖、制纤维板材、生产水泥、做混凝土的填料。污泥制砖的方法主要有两种：一种是用干化污泥直接制砖；另一种是用污泥灰渣制砖。用干化污泥直接制砖时，应对污泥的成分进行适当调整。使其成分与制砖黏土的化学成打相当。当污泥与黏土按质量比l：10配料时，污泥砖可达普通红砖的强度。利用污泥焚烧灰渣制砖时，灰渣的化学成分与制砖黏土的化学成分较接近，制坯时只需添加适量粘土与硅砂。污泥制生化纤维板，主要是利用活性污泥中所含粗蛋白（有机物)与球蛋白(酶）能溶解于水及稀酸、稀碱、中性盐的水溶液这一性质，在碱性条件下加热、干燥、加压后，发生蛋白质的变性作用，从而制成活性污泥树脂(又称蛋白胶)，使之与漂白、脱脂处理的废纤维压制成板材，其品质优于国家三级硬质纤维板的标准。污泥焚烧灰可以作为混凝土混料的细填料，研究表明，污泥灰可替代高达30%混凝土细填料(按质量计），具有很高的商业价值。将污泥干化磨细后，与石灰按1：1(质量比)配合，控温l000℃，焚烧4h，制得的水泥是一种有潜在价值的建筑材料。此外，污泥可改性制活性炭，制得的吸附剂有很高的COD去除率，是一种性能优良的有机废水处理剂。（3）热能利用污泥做焚烧处理的尾气可当作余热回收，通常以通蒸汽或蒸汽发电的方式当作热能利用。(4)沼气利用污泥厌氧消化产生的沼气以甲烷为主要成分。在常温下，沼气为无色无味气体，燃烧热值为21000—25000kJ/m3，容重1．1—1．2kg/m3，微溶于水，其与空气以(5—14)：1(体积比)混合时，如遇明火可引起爆炸。沼气主要用于动力和工业方面。以沼气为燃料发电是大多数污水处理厂采取的沼气利用形式，燃气发动机—般有两种形式。1）火花点火式燃气发动机。当其带动发电机时，消耗的热量为llO00—12000kJ/(kW.h)，总的余热回收量为5000—6000kJ/(kW·h).2)压缩点火式双燃料发动机。这种发动机把沼气和空气吸入气缸，并加以压缩，用柴油引火、所需液体燃料相当于通常燃料消耗量的8％一15％，还可作为普通的柴油发动机使用，当带动发电机时，消耗的热量为10000—11000kJ(kW.h)，总的余热回收量为4000-4600kJ(kW.h)对于大、中型一级污水处理厂，沼气发电所提供的电能不仅可满足厂内的动力和照明用电，还有盈余；对于二级污水处理厂，为了提高能量的利用率，可将发电机与鼓风机(或空压机）房合建在一个动力站内，鼓风机由气体发动机直接驱动，沼气产生的60％以上的动力可直接利用，其余部分转换成电能后还可供其他功力没备使用。此外，沼气在内燃机中燃烧时，仅有约25%的热能转换成机械能，有约10％消耗于摩擦，其余的都以废热的形式通过废气(约占总热值的33％)和冷却水(占总热值的30-35%）的形式排出，将废气与内燃机排出的冷却水在热交换器中进行热交换，提高冷却水水温，再以此冷却水与新鲜污泥进行热交换(或直接加热消化池)，经热交换冷却后的冷却水重新回到内燃机循环利用，这样理论上可使沼气热能的利用率提高到75%。目前沼气热值的利用率一般只达到50-60%，其中废热部分回收的能量只达到总热量的28-33%，有进一步提高的潜力。沼气的工业利用即将沼气作为化工生产原料利用，其中的可行途径包括用沼气通过热氯化法生产四氯化碳；沼气加氨和氧，合成氢氰酸，再经醇化和酯化，可合成有机玻璃树脂。此外，经氧化可制取甲醛及甲醇。利用沼气中的CO2可制纯碱或于冰。甲烷在高温和纯氧作用下，可转化得到炭黑。用苛性钠或苛性钾去掉沼气中的CO2，使甲烷含量富集至80％—90％，可代替乙炔进行焊接，能切割10-20mm厚的钢板2.填埋当污泥不能当作资源化利用时，通常的、最为经济的出路就是填埋。污泥可单独填埋，也可与垃圾等其他固体废弃物一起填埋，填埋场通常分为无人工衬层（隔离填埋污泥产生的渗滤液进入地下水体的通道)的填埋场和有人工衬层的卫生填埋场，其填埋操作要求与垃圾填埋场类似。3．焚烧一般地，当污泥不符合卫生要求、有毒物质含量高、不能作为资源化利用时，同时污泥具有自身的燃烧热值高，可以自燃的特性并可利用燃烧热量发电时，才考虑采用污泥焚烧并回收能量，污泥焚烧尢其适合于大型污水处理厂的污泥。

二、城市给水污泥城市给水污泥的处理与利用同样是遵循减量化、无害化、资源化的原则，根据其性质特点，基本的处理与利用方向为资源化利用和最终处置(填埋)。

(1)土地利用给水厂污泥的主要组成组分是无饥物及较稳定的有机物．包拈黏土、腐殖物质及其他悬浮的或不溶干水的物质，其有机碳含量约为3%(质量分数)，有机氮含量约为0.5％(质量分数)，此值与农业土壤中的相关含量相当，比污水厂污泥相应的组分要低得多，其结构类似于粉砂质土壤。由表3—16可以看出，绐水污泥肥效很低，但当污泥适度施用于土地上，由于发生了类似于水处理过程中发生的絮凝反应，污泥继续在土壤中絮凝胶状颗粒，从而提高了土壤的凝聚程度，改善了土壤的物理条件，利于耕作。同时，绐水厂污泥中的含有结晶水的金属氧化物可吸附痕量金属，这对土壤也是有利的。此外，可能由于水源较洁净、处理过程中经过消毒步骤、污泥在储存塘中长时间堆置等原因，给水污泥中很少发现大肠杆菌。同时，由于绐水污泥中的大部分重金属均是由添加物(如絮凝剂)中的杂质引起的，Cr、Cu、Cd、Ni、Pb、Zn的量仅为相应的污水厂污泥的10-35%，它相比于污水污泥，对环境更具有安全性。(2)再生回收1）再生铝盐大概有70%的绐水厂使用硫酸铝作为混凝剂来去除原水中的浊度，硫酸铝的消耗量依据水源水质的不同，从30mg/L到60mg/L，甚至更高，因而混凝剂费用在制水成本中占很大的比例。给水厂沉淀池的排出底泥中一般都含有较多的氢氧化铝沉淀物，尤其是低浊度原水的污泥中氢氧化铝的比例更高，氢氧化铝的存在往往绐污泥脱水带来困难。从污泥中回收铝盐，可以使污泥更容易浓缩和脱水．同时也可以大大减少污泥的总固体量，降低后续污泥脱水设备的规模，减少投资。回收的铝盐可以循环利用，降低部分给水厂混凝剂的开支。从沉淀污泥中回收硫酸铝，可使用碱法或酸法(硫酸或盐酸）回收。①碱法回收铝盐的途径。在浓缩污泥中，先加入NaOH，生成铝酸钠再加氯化钙使磷酸盐生成沉淀，铝酸钠和氯化铝可回收作为混凝剂。

碱法回收的优点是回收的铝盐混凝剂不含磷，因此在使用时，不会

将磷重新带人污水中。

②酸法回收铝盐的途径。在浓缩污泥中，加人硫酸或盐酸生产铝盐，直接回收作为混凝剂。酸法回收铝盐的成本低，约为新鲜明矾的1／3。酸法回收中，最适宜当作再生的沉淀污泥是含固率为1％一1．5％的污泥。再生程度（沉淀污泥中氢氧化铝转化为氧化铝的百分率）取决于酸的投加量和所得溶液的pH。最有利的再生条件是：用硫酸再生沉淀污泥时，溶液的pH为2．5—3；用盐酸再生沉淀污泥时，pH力2。再生沉淀污泥的耗酸量取决于沉淀污泥的性质和结构，对不同的沉淀污泥，要通过实验来确定酸的最佳投加量。

实际上，污泥中的铝分不能全部溶出，因力从浓缩池排出的浓缩污泥和未被脱出的水分，也含有再生的硫酸铝，且还有未起作用的Al(OH)3态的铝，因此，实际的回收率比理论值要低。通常，当浓缩池排出泥的含水率为82-87%时，硫酸法回收铝分的回收率在60-80％．由于混凝剂的循环使用形成一个封闭的循环系统，在加酸溶解氢氧化铝的同时，污泥中的其他杂质，如金属沉淀物(铁、锰、铬等）、各种有机物质，也可能重新溶解到水中。这些从原水中或硫酸中进入该系统的杂质，经过多次的循环，可能得到富集和浓缩，从而影响出厂给水的水质。为了克服上述缺点，美国从20世纪70年代初进行了离子交换萃取法从沉淀池污泥中回收铝盐的研究，其方法是：将萃取剂加入到沉淀污泥中，进行充分搅拌、混合，然后在固液分离池中将含铝萃取剂和泥垢分离，分离后的含铝萃取剂流八酸化池中，和硫酸混合。含铝萃取剂和硫酸作用后，生成硫酸铝，而使萃取剂获得再生，又可重新加入到新的沉淀污泥中使用；用离子交换法制取的再生硫酸铝纯度高、浓度高、是一种很有发展前途的回收工艺。2)再生铁盐铁盐在给水净化中常作为混凝剂加以应用，它的净化效率和稳定性均比铝盐强，例如，在地表水软化处理中，水中由有机物形成的色度可用铁盐去除。另外，当原水用石灰—苏打软化后，用铁盐做混凝剂对其进行澄清处理，可得到铰好的效果。铁盐经使用后，基本上变成沉淀物，混合在沉淀污泥中。与铝盐的再生相类似，再生铁盐也可用加酸法：在沉淀污泥中加人一定量的酸，使污泥的pH降低，此时，污泥中的+3价铁会变成溶解态，当pH控制适宜，溶液中会有一定量的再生铁盐。

加酸法再生沉淀污泥中的铁盐再生率最高可达60-70%。但是，要达到这个再生率，需向沉淀污泥中加人大量的酸。使其PH降到1．5-2．0，用酸量太大是该方法的一个主要缺点。此外，经酸处理后的沉淀污泥，需对之做其他化学处理后，才能使污泥进行有效的脱水和做最终处置。从沉淀污泥中再生铁盐的另一种方法，是采用增溶溶解法：先向污泥中加人少量的硫化物，使污泥中的+3价铁变成+2价铁，+2价铁的溶解度大大高于+3价铁，因此，此时只需加入少量的酸即可得到大量的再生混凝剂铁盐。

用酸和增溶剂对沉淀污泥进行再生处理，可提高铁盐的再生率，当沉淀圬泥的pH为3时，再生率可达60%，而不加增溶剂只加酸时，需将污泥的PH降到1．5以下(投人大量的酸)才能取得较高的铁盐再生率，但再生率仍比使用增溶剂要小。在各种增溶剂中，以硫化钠为最佳。用酸和硫化钠再生处理后的污泥，浓缩沉降性能很好，经30min静止沉淀后，污泥体积可减少到原来的20%，大大减少了污泥后续处理和处置的工作量。再生的铁盐在净水处理中，可得到较佳的净化效果。2.填埋

大多数情况下，绐水厂污泥属于无毒害固体废弃物，多采用填埋作为其最终处置方式，可单独填埋，也可与城市垃圾或污水厂污泥混合填埋。

污泥的辐射处理

常规的厌氧法、石灰消毒法只能起到大量减少污泥中病原菌的作用；加热干燥法和巴氏消毒法虽然能控制污泥的卫生学质量，但能耗大；高温发酵虽能耗小，但污泥的性质不稳定；相比之下，污泥的辐射处理杀菌彻底，橾怍方便，耗能最小，不产生二次污染，完全能保证污泥产品的质量。所以，20世纪70年代后，原联邦德国、美国等很多国家都相继建造了一批污泥辐照装置，运行都很成功。并证明这种技术安全可靠，操作方便，处理后的污泥可作为农田肥料和土壤改良剂，又能作为家畜的辅助饲料。用于污泥的辐射处理的辐射源通常有60Co、137Se和高速电子束等。

一、污泥辐射杀菌效果表4—12总结了污泥中7种微生物在进行不同照射剂量、剂量率等辐射条件下的灭菌结果，从表4—12中数据可以看出，虽然，不同强度的辐射剂量、剂量率、有机物含量和氧气含量等条件都对生存在—个生态环境中的各类菌群产生不同程度的影响，但是起主要作用的是照射剂量，杀菌效果随照射剂量的增加而增加，只要达到一定的照射剂量，就能杀死各种微生物，在达到农业应用卫生学标准对，污泥杀菌的最佳剂量在3kGy左右。辐射消毒与化学法消毒相比，不但可以避免化学累积效应，同时还能提高污泥的稳定性，并且可以有效地防止病原菌的传播。表4-12污泥在不同辐射条件下的灭菌效果

二、辐射处理后的污泥稳定性未处理的污泥很不稳定，在放置过程中会产生物理和化学方面的变化，出现细菌和藻类繁殖，污泥上浮、变黑等现象，而污泥经过辐射处理之后就可以改变这种情况。1.辐射对厌氧菌的影响未照射的污泥和照射过的污泥在静置放置一段时间后，已经沉淀在底部的污泥开始有规律地上浮，从上浮的时间看，未照射的污泥首先上浮，然后是辐射后的污泥由受低剂量照射的开始，每隔几天或十几天陆续上浮。当照射4kGy或6kGy的污泥开始上浮时．未照射的污泥又一次下沉。这种情况受温度影响很大，温度越高，污泥上浮的时间越快。在低温环境中基本不发生这种现象。产生这种现象的主要原因是厌氧菌在污泥底部不断繁殖所造成的。污泥本身含有大量的厌氧菌，在放置过程中，沉下来的污泥隔断了与大气的复氧传递条件，而污泥上覆的叠清水中的好氧菌在繁殖和分解有机物的过程中又牦掉了水中的溶解氧，为污泥底部的厌氧菌创造了良好的繁殖环境。它们在分解有机物时所产生的气体又很难穿过污泥层进人大气，当不断积累起来的气体达到一定程度后，就将污泥慢慢顶向水面，而经过辐射的污泥，由于射线杀死厌氧菌的程度不同，导致厌氧菌恢复和繁殖起来的时间不同。照射剂量越高，杀死厌氧菌的效果越好，超过6kGy剂量照射后的污泥几乎不发生上浮现象．说明辐射杀死厌氧菌是有效的。采用高剂量照射可彻底杀死污泥中的全部厌氧菌。

2.辐射对好氧菌和兼氧菌的影响

在污泥放置过程中，当环境温度较低时，污泥澄清后的上清液变色是放置过程出现的主导性转化现象，这时几乎不发生污泥上浮现象，但上清液由浅色变成黑色，并且发臭。变色首先是从未照射的污泥开始，然后从低剂量到高剂量照射的污泥逐次发生变化。当照射6kGy剂量的污泥澄清水变成黑色时，前面的未照射和低利量照射的污泥澄清水又开始由黑色逐渐变成黄色。这一过程一般需要1-3个月。温度越低，这一过程越长。造成这一现象的原因主要是好氧菌和兼氧菌在繁殖和分解有机物时消耗了上清液中的溶解氧使其变成黑色（但当上清液中的有机物被充分分解后，由于上清液表层复氧速率超过了微生物利用溶解氧的速率，上清液中溶解氧缓慢升高，使其中黑色的硫化物等再次转化为硫酸、亚硫酸盐的浅色物质）。因此，经过照射的污泥上清液变黑的时间能随着照射剂量的增大而延长，这就说明了辐射能有效地杀死水中的好氧菌和兼氧菌，并且照射剂量越大，杀菌越彻底。

3.辐射对藻类的影响辐射可以杀死污水厂污泥中的藻类，防止其繁殖生长。例如，在长期放置的污泥上清液中，未照射的污泥首先开始生长绿色的藻类，经过镜检，发现大部分是小球藻，又经过一段时间后，照射1kGy和2kGy剂量的污泥也相继开始长藻类，镜检后发现大部分也是小球藻，而照射剂量超过3kGy的污泥始终没有发现藻类生长。这说明辐射对藻类是有影响的，只要达到一定的照射剂量，就可以彻底杀死污水污泥中所有的藻类。以上三种情况说明，辐射不但对病原菌杀死效果好，而对杀死好氧

菌、厌氧菌及藻类也是有效的，因此，辐射能提高污泥长时间放置的稳定性，减少污泥在放置或排放过程中绐环境带来的污染。

三、污泥辐射除臭效果城市污水处理厂排放的污泥本身就带有一定的臭味，如不经任何处理排入干化场后．在微生物的作用下，会产生更加强烈的臭味，严重污染周围的环境。然而像巴氏消毒法等热处理工艺在处理污泥的过程中不但去除不了臭味，相反还会产生令人厌恶的臭味直接影响操作环境和工人的健康，并且对设备腐蚀严重。相比之下，辐射技术除臭效果明显，对周围环境影响很小；当污泥照射4kGy以上的剂量时，可使污泥从有强烈臭味降低到仅可以察觉的程度，基本上可降低1个臭气强度等级。在低于4kGy以下的剂量时，除臭效果不明显。辐射除臭的主要原因是，辐射能够破坏和分解一些产生臭味的物质，杀死污泥中各种细菌和藻类，从而消除了产生臭味的根源。因此，在较长时间的放置过程中，污泥也很稳定。另外，由于污泥采用辐射技术处理是在常温常压下进行的，所以对设备腐蚀性很小。四、辐射能促进污泥中速效性氮、磷量的增加污