探析城市污水处理厂剩余污泥的资源化途径*

酒泉职业技术学院 李辉

目前，国内最常见的污水处理方法为活性污泥法，此方法最大的痛点是会出现大量的剩余污泥，若不加以妥善处理而直接排放，不但会严重影响环境，而且也会造成资源的浪费。如今，随着城市的发展，城镇污水处理厂不断扩建，每天要处理的污水总量也在不断增加。据不完全统计，每日城市污水处理厂所制造的污泥量占当日污水处理总量的1%左右[1]。如果依旧采用以往简单的污泥处理方式，如投海、填埋等，不但可能会导致二次污染，并且还会带来更多处理区域的需求，导致处理成本不断增加，使污水处理厂运营压力逐渐加大。污水处理厂的剩余污泥因其富含有机物、营养元素的特征，逐渐引起了更多人的重视。控制和消除剩余污泥中的污染危害，有效发掘其使用价值，已经成为了节能环保与资源研究领域的重点研究课题。

一、剩余污泥的组成及环境问题

剩余污泥是通过水处理之后浓缩、脱水而生成的一种含水率在八成左右的泥块，富含较多的水分、有机物以及氮、钾等元素。此外，污泥中含有大量病原菌、寄生虫以及放射性核素等难以降解的有毒有害物质，不科学的处理将对水、土、大气、人类、动植物产生不利影响，主要表现为：

剩余污泥含有较多的金属盐类和非金属盐类，破坏了土壤本身的背景值，对植物的营养吸收具有一定破坏作用。此外，植物生长需要适量的氮、磷、钾等元素，但污泥含有大量的氮、磷、钾等物质，超过了植物利用限度，剩余大量的营养物质就会进入水体当中，极易造成水体的富营养化，进而影响生态系统平衡。

剩余污泥中的重金属很难溶于水，较容易在土壤和植物中富集，长此以往，会通过食物链危害陆生动植物以及人体的健康。此外，污泥中还有来自人畜粪便等的许多致病菌和寄生虫，如果不加处理再次进入水体和土壤，将会对动植物和人类造成严重威胁。

一般来说，城镇污水厂的处理水来自四面八方的居民区、化工厂区、电力公司等，成分复杂，其中含有大量的毒性有机物，许多有机污染物是国家优先处理的物质，含量比当地土壤背景值高出数倍。

二、常规污泥处理方法中存在的问题

填埋是最常见也是运用最多的一种污泥处理方法，此方法操作最为简单。剩余污泥一般要经过脱水，成为含水率在六成左右的泥块才可以进行填埋。填埋的副作用是会导致地下水污染问题，而且会消耗大规模的土地面积。对于一些人口密集的地区而言，埋放地点的选择是一个难题。在国内，虽然大部分地区采用填埋进行污泥的处理，但依旧有不少区域由于选址和运输成本过高而限制其运用。此外，因为我国污泥处理发展相对落后，有很多城市并未重视污泥处理，没有合理地进行地点规划，导致很多处理厂无法采用科学的方案进行处理，没有能够进行长期污泥处理的地点，多数都是选择与城市垃圾进行混合掩埋，最终使得填埋场周边的自然条件严重恶化，附近居民受到臭气、渗滤液的影响，苦不堪言，造成较为严重的负面影响[2]。填埋目前仍然是我国处理污泥的主流方法，但是一些发达国家陆续在关闭大量的填埋场。从长远来看，剩余污泥的填埋并不是长久之计，它只是延缓了环境污染的时间，并未从源头消除污染。

焚烧处理剩余污泥是相对其他传统方法来讲最彻底的方法，不但能够减少污泥，同时还能起到消毒灭菌的作用。一般来说，剩余污泥要经过脱水或脱水干化才可以进行焚烧，但是，脱水想要快速、高效，成本较高。脱水成本较低的方式是自然风干，但其占用土地面积大、消耗时间长、气味较大。此外，剩余污泥的焚烧处理伴随着二氧化硫等物质的出现，导致二次污染。同时，污泥焚烧处理方式还存在成本过高、热能利用率低的问题。

城镇污水处理厂剩余污泥成分较为复杂，部分厂家由于处理费用过高而未经处理直接还田或私自用于土地绿化、养殖等方面，未经科学处理的剩余污泥直接使用会对水源及土地造成二次污染，进而危害人体健康。不管是从城镇污水厂低成本处理剩余污泥的角度出发，还是从国家倡导的节能环保、绿色低碳的角度出发，剩余污泥处理方式要具有经济性、快速处理性以及资源化的实用价值。

三、剩余污泥资源化处理方式

（一）剩余污泥土地运用

剩余污泥内一般富含有机物、氮、钾等物质，如果加以科学处理，具有较高的土地运用价值。在世界上，污泥土地利用研究具有长久的发展历史，一些工业化国家的居民就已经尝试制作一些高质量的污泥肥料，促进农业的发展。现阶段，美国大多数城市污水处理厂都开始选用污泥土地的方式进行剩余污泥的处置，改变以往的处理思路，重点发展回收利用，提高剩余污泥的使用价值，如今最常见的污泥土地利用方式为农田利用与林地利用。

现阶段，为了将剩余污泥运用到农田当中，首先需要对污泥进行无害化处理，之后加入一些特殊材料，例如菌种等物质，最终生成有机复合肥料。具体加工方式为：首先，通过机械等多种综合方式去除污泥内部的水分，一般处理到四至六成含水率，再与一些有益材料进行组合，在合适的温度条件下，采用好氧方式进一步进行熟化处理，将熟化处理完的污泥、各类菌种以及添加剂根据一定比例进行混合、造粒、包装，最终生成有机肥。要注意的是，进行加工时一定注意有害菌等处理[3]。

剩余污泥在农田运用具有高经济效益、环境保护、加工量大的优势，有着较为长远的发展前景。因此，学术界对于此技术十分关注，在许多国家已经得到了有效运用。经过实践证明，通过污泥所生产的无害化肥料能够有效增强农作物生产效果、优化土地肥力。但是，在剩余污泥农田利用的研究中，一定要重视以下问题：污泥中的重金属二次污染问题，污泥内的病原体破坏环境问题，氮、磷等成分超标问题。

剩余污泥土地利用的另外一种方式是城市绿化利用。和农田利用一样，首先也需要经过科学的无害化、除臭处理。华南农业大学与广州市园林研究所通过将污泥与一些废弃木屑、树枝进行混合处理，最终生成育苗与花卉基质，其作用效果毫不逊色于基于煤泥土所制作的基质。只要对污泥进行科学处理，有效控制其中的污染物成分，提高有益成分的含量，便可以应用在城市绿化建设工作中，有效提高绿化水准，并且有效控制对于周边环境以及地下水的污染问题。在园林绿地建设中运用污泥产品，相对农田利用更加安全，对人体健康造成的影响较小。

（二）剩余污泥制作动物饲料或饲料添加剂

剩余污泥主要由微生物菌胶团、微生物代谢物、吸附在污泥上的有机物和无机物等几部分组成。菌胶团当中的细胞壁、细胞膜、细胞质等含有丰富的蛋白质、多糖、氨基酸等物质，因此，剩余泥污中存在大量且丰富的高营养物质，包括粗蛋白、脂肪酸、纤维素、动植物所需的微量元素等。七成以上的粗蛋白都是以氨基酸的形式存在，包括甘氨酸、谷氨酸等。有研究者将经过处理的污泥制作成富含蛋白质的饲料，用于喂鱼、喂鸡，能够大幅度增加产量。经过长达几年的验证，并未发现对动物存在负面影响，并且喂食混合饲料与污泥制作的无害饲料的家禽体重明显增加。

（三）沼气生产以及燃料制备

剩余污泥与煤进行掺烧发电和厌氧——好氧耦合发酵产沼气技术目前来说是两种新型的资源化污泥处理方式。前文提到，有些污泥来源不同，很多物质的指标无法达标排放，因此可以将污泥转化为燃料和沼气来加以利用。剩余污泥富含有机物，热值较高，也是一种新型能源。不管是土地填埋还是制作燃料发电，一般前处理都是脱水，只有脱水之后，很多工艺才可以继续开展。污泥厌氧——好氧耦合首先在无氧环境中的厌氧菌群作用下，将有机物液化分解为其他物质，并消灭各类病菌，降低污泥的危害性。厌氧其中分为两个环节：一是酸性消化环节，让高分子有机物在胞外酶的影响下水解以及酸化。二是碱性消化环节，通过专性厌氧菌分解上一个环节中所产生的各类物质，最终生成甲烷、二氧化碳等成分。之后通过好氧处理，所获得的能量能够应用在污水处理工作中，或者为附近的居民提供能源支持。但是，如果污水处理厂规模有限，生产的污泥数量不多，就无法有效发挥污泥厌氧消化制沼气方案的作用。

现阶段，国内外正在积极研发和完善一种污泥热解制油技术。具体是通过在高温环境下，借助常压与缺氧环境，利用污泥内部硅酸铝以及铜等金属的催化反应，转化污泥内的脂类以及蛋白质成分，输出碳氢化合物，最终生成油、碳以及反应水。世界上首座工业化的污泥炼油厂在澳大利亚，每日污泥转化量可达25吨。

由于低温热解制油方式要求对于污泥进行干燥处置，成本较高，美国与日本着手进行了污泥直接油化技术的研究。在高温、高压的环境下，利用添加催化剂，通过加氢、缩合等一系列操作处理，将污泥中一半左右的有机物转化为低分子油状物。该项技术需要在高压条件下进行工作，因此对于设备有着极高的要求，并且产品在分离、加工中所产生的异味问题也极难处理，所以使用程度十分有限[4]。

（四）剩余污泥制作建筑材料

城镇污水厂剩余污泥中除了含有植物生长的基本元素，还有一些钙、硅等物质，这与工业用水泥的原料基本相同。日本目前拥有世界上首座生态水泥厂，生态水泥的原料为污泥焚烧灰和污泥。在国内相关研究领域，通过一些科研人员的不懈努力，发现污泥在水泥窑中资源化处理的效果，剩余污泥材料完全可以实现在水泥生产过程中的无害化运用。经实验数据证明，将污泥的焚烧灰注入到水泥熟料中，污泥中的重金属成分能够溶解在熟料矿物内，虽然会对水泥造成一定程度的影响，但是完全不会干扰水泥的安定性，并且水泥熟料当中的有害物含量、浸出液含量远低于国家相关规定。近几年，为了实现碳排放的目标，国家积极鼓励减少二氧化碳的排放，生态水泥的制作将在较大程度上降低二氧化碳的排放。

随着科学技术的发展，有关学者还研发了基于脱水污泥制陶粒的烧结术和制纤维板技术，该技术主要是通过将粉末状物料升温至熔点之上，液化部分物料，再经过冷却形成具有较高强度的固体。有学者针对苏州河底泥替代普通黏土烧制陶粒技术进行研究，并取得了一些成绩。经过高温烧灼后，污泥内的重金属成分能够溶解到陶粒中，即使在普通水中浸泡一周以上也不会出现析出问题，能够有效避免对于环境所造成二次污染的问题。烧制成品在经过硝基盐酸的浸析后，重金属溶出量明显下降[5]。此外，利用污泥制纤维板技术在很大程度上能够减少对森林木材的砍伐。

四、结束语

长久以来，污水处理厂剩余泥污处理是相关领域一项重点研究项目。在如今资源更加紧张的背景下，提高污泥利用的资源化率，是一项有利于国家发展的研究。文章认为，污泥的土地利用方案是与国内发展国情最相符的运用方式，应当重点发展，因此，应当从根源上进行管理，有效降低污泥中各类毒害物质的含量，利用污泥来加工各类肥料，促进农业与林业的有效发展。