城市污泥治理的技术措施

杨 帆, 赵 华

（天津科技大学生物工程学院,天津 300457）

引 言

近些年,伴随着城市化进程加剧,生活用水量逐年增多,大量城市污水产生,城市污水处理厂的数量和规模也在不断扩大,从而产生大量的污泥。目前,世界上污水处理厂年产污泥量,以含水率约80%计,大约8亿t左右［1］。产生的污泥,如果不经处理直接排放,将会造成环境污染,占用土地,甚至传播疾病。据统计,2015年全国年污泥产生量突破4 500万t。以天津市为例,天津市现已建成的污水处理厂有60余座,中心市区的年排污泥量近40多万m3,大量的污泥处理问题多年来一直未能得到很好的解决,倘若处理不当,还会对周边环境造成不良影响,破坏周边地区生态,造成二次污染。

我国对于污泥工业化处理研究和技术的推广晚于发达国家,至今主要以借鉴国外污泥处理技术经验为主来发展我国的污泥处理方法。污泥处理主要是以减量化、稳定化、无害化、资源化4个方面为主要目的,因此,研究安全、高效、经济的污泥处理技术,既可减少污泥对环境的污染,又可实现污泥的资源化利用。

1 污泥的常用处理方式

目前,国内外污泥处理方式主要有土地填埋、污泥二次利用和焚烧3大类。土地填埋操作相对简单,处理费用较低,但随着污泥量的增加,由于体积大、含水量高等因素的限制,导致其土地占用面积增大。与此同时,由于污泥中的各种有害成分未作处理,会对周边环境造成不利影响。污泥二次利用是对污泥经过适当处理后,用作农用土壤进行作物或者植物景观的种植。由于污泥中有机质含量较高,可以为植物生长提供充足的营养基质。不过,由于污泥中重金属含量可能超标,也会对植物本身或者周边环境形成潜在危害。焚烧处理是一种比较快速、彻底的处理方法,但由于污泥中水分含量较高、灰分含量高、热值低,因此需要加入大量的辅助燃料,才能使污泥燃烧较充分,从而使得焚烧的投资和操作费用都很高［2］。因此,污泥的处理必须先经过减量化和稳定化的阶段。

1.1 污泥减量化和稳定化的常用技术

干化和堆肥是实现污泥减量化和稳定化的两大技术手段。

污泥干化是通过污泥水分的蒸发或者渗出作用,除去水分,降低污泥含水率。污泥含水率的降低,会使污泥体积大大下降,不仅可以降低运输成本,而且能提高污泥的稳定性。此外,污泥含水率的降低,使得污泥热值升高,再进一步去进行土地填埋或者焚烧,可以极大地降低投资成本。

堆肥是一种可实现无害化、减量化和稳定化的综合处理技术,微生物在一定环境中对污泥中的有机质、重金属和其他物质进行代谢分解或者合成利用,转化为类腐殖质。在堆肥的过程中,还能有效抑制一些病害菌或者原始生物的繁殖,其产物可以作为苗圃用的肥料或者种植土壤等。

1.2 干化

污泥干化可以分为传统干化方式和生物干化。传统干化又可以分为热干化和自然干化。热干化是通过人为对污泥进行升温操作,加速污泥水分蒸发进程。这种操作虽然能快速降低污泥含水率,但会消耗大量热能,且排出的废气需要进行二次处理,加大投资成本。自然干化就是太阳能及温差使污泥中的水分自然蒸发的过程,投资和运行成本低,不需要消耗额外的能源,但占用面积大、处理周期长、效率低。

生物干化是利用微生物代谢活动,提供微生物一个适宜的生长繁殖环境,利用生物热使污泥中的水分蒸发。同时,微生物代谢活动也会消耗水分,并分解污泥中的有机物,配合通风条件能有效提高水分散失效率,最终达到降低污泥含水率的效果。此种处理方式能量消耗较低、处理效果好,还能提高污泥稳定性,具有堆肥和干化的双重特点。污泥生物干化在欧美等国家应用较为普遍,并进行了更加深入的研究,将其作为污泥预处理手段,对污泥进行焚烧或者衍生燃料（RDF）处理［3］

2 城市污泥在国内外的处理方法

国外一些发达国家对污泥的研究较为深入,研究时间也比较早,经过长期的研究和探索,形成了较为成熟的污泥处理方法。由于各个国家、地区的具体情况不同,法律法规、标准导向不同,所以在污泥处理处置工艺选择上各有侧重。

2.1 控制污泥中的成分含量

通过控制污泥中的某些成分含量,可以实现对污泥中某种微生物数量的控制,以此改善污泥质量。例如,Edmunds S等通过对污泥中含磷量的控制,成功抑制了污泥中病原体、微生物的数量,为污泥的资源化利用奠定了基础。

2.2 改良污泥热处理设备

污泥热处理效率高,见效快。Zizmann R利用自身改良的污泥干燥装置,有效提高了污泥处理效率,并大大提高了脱水效果,缩短了干化时间。

2.3 优化干化条件

污泥干化容易受外界环境的影响,特别是生物干化。影响污泥生物干化的条件很多,如温度、通风量和接种量等。Zhao等［4］研究了通风速率和翻堆频率对污泥生物干化工艺的水分去除和能源利用的影响。结果表明,通风速率越高,干化效果越好；翻堆频率越高,干化效果越高,同时能量损失越大。

2.4 其他方法

处理过的污泥可以应用到建材领域。例如,日本利用污泥焚烧材料成功生产出“生态水泥”,国内也有将污泥用于城市建材的报道。此外,如果能将干化后的污泥运用于生物质的发电,不仅解决了污泥的处理问题,而且进一步为国家生物质发电技术的发展提供了更为经济、充足的原料。用于苗圃用土、林地、绿化、森林土地施用等也是良好的污泥利用方式。

3 展望

污泥处理方式多样,而且各有利弊,如何将多种方法进行整合,趋利避害,达到污泥处理的减量化、稳定化、无害化和资源化的目的,才是我们不断研究的内容。同时,经过处理的污泥有着巨大的潜能,除了本文中提及的应用前景外,还可以将其用于制砖、陶瓷工艺和卫生填埋等多个方面。污泥是放错了位置的宝藏,将污泥真正地变废为宝,建设环境友好型社会将是我们要重点研究的目标。

参考文献：

［1］ 李亚东,李海波,梁浩.污水处理厂污泥的再利用集成技术［J］.环境污染治理技术与设备,2005,6（5）：56－58.

［2］ Ndaji F E,Ellyatt W T,Malik A.Temperature programmed combustion studies of the co－processing of coal and waste materials［J］.Fuel,1999,78（5）：301－307.

［3］ 吴文伟,马婧一,李荣平.垃圾处理前沿技术的比较分析［J］.城市管理与科技,2010（1）：18－21.

［4］ Zhao L,Gu W M,He P J,et al.Effect of air－flow rate and turning frequency on bio－drying of dewatered sludge［J］.Water Research.2010,44（20）：6144－6152.