城市污泥综合利用研究进展

李 慧

（青岛市城市排水监测站，山东 青岛 266002）

随着我国社会经济的迅速发展，城市化进程加速推进，城市污水处理厂的数量持续增加，规模不断扩大，污水处理产生的污泥量也在急速增加。2015年，我国污水排放总量达到735.32亿t，其中城镇生活污水的排放量高达535.2亿t。如何恰当地处置污泥并对其进行资源化利用成为污水处理厂面临的重要难题。研究表明，污泥中的污染物具有长期毒性，若随意排放，污染物通过大气、地下水、地表水和土壤介质进入食物链，会造成严重的生态风险，影响人体健康。但是，若污泥中的有机物、氮、磷等营养物质处理得当，则可作为很好的资源进行回收利用。本文从能源利用、建筑材料制造和土地利用三个方面综述了近年来污泥资源化利用的主要研究进展。

1 能源利用

1.1 热解油

生物质热化学转换技术主要包括4种：燃烧法、直接液化法、热解法和气化法。其中，热解法是最有前景的能量回收方法，可提高污泥的利用率。而低温热解是污泥处理最有效的方法，其可使污泥所含的有机物部分热解，所产生的污泥衍生燃料具有较好的燃烧特性。贾相如等采用流化床污泥热解制油系统进行了污泥快速热解制油的试验。结果表明，随着热解温度的升高，热解油的成分呈现出很强的规律性。在低温下，酯类含量最高，而温度较高时，热解油成分均匀，烯烃含量最高。姬爱民等采用蒸馏工艺处理污泥热解油，以获得较轻的类汽油组分。该研究通过气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）进行化学成分分析，发现该类汽油主要由烷烃、烯烃、芳烃和含氮氧的有机物构成，其有望成为汽油的替代燃料。

热解油的C、H元素含量高，对应的热值较高，以其代替化石能源，对于控制污泥对环境的二次污染具有重要意义。而如何将污泥热解的试验成果转化为规模化生产以及如何提纯热解汽油的组分并促进其商业化应用是目前亟待突破的难题。

1.2 沼气

在适宜条件下，通过厌氧消化过程生产沼气是污泥再利用的一种有效方法，有利于节约能源，降低污水处理厂运行成本。赵云飞等对餐厨垃圾和污泥厌氧发酵产沼气的性能进行了研究。结果表明，随着混合底物中污泥比例的增加，累计沼气产率先增加后减少，当餐厨垃圾与污泥的比例为1∶1时，累计沼气产率最高，达到612 mL/g。WERLE等通过本生灯法，利用Cosilab软件进行数值分析，基于GRI Mech 3.0甲烷燃烧反应机理，提出了污泥气化气体燃烧过程稳定且有效放热的参数集。

1.3 氢气

氢气资源丰富、燃烧热高、清洁无污染、应用范围广，一直被认为是21世纪的理想能源。而污泥含有大量的有机物，可用于制氢。目前，污泥制氢主要采用生物发酵、气化、热解等技术。刘常青等进行了批量试验，以研究碱预处理污泥厌氧发酵的产氢情况。结果表明，碱预处理的污泥pH越大，对耗氢菌的抑制效果越强，产氢率也越高。昌盛等通过摇瓶发酵法研究了预处理温度对活性污泥发酵产氢的影响。结果表明，好氧活性污泥在温度不低于65 ℃的条件下热处理30 min，可明显提升其在厌氧发酵产氢过程中的活性。

1.4 合成燃料

污泥含有大量的有机物和木质素，它们是可燃成分。污泥经过适当预处理可用作合成燃料的原料。污泥热值较低，其需要与辅助燃料混合制成混合燃料。SKOGLUND等用拆除木屑和城市污泥的混合物进行共燃试验，燃料混合物在12 h的连续燃烧中表现良好。污泥燃烧可以显著降低有害有机物的含量，燃烧过程产生的灰烬可直接用于农业或作为回收磷的原料。李建等研究了用水热法处理污泥与低品位褐煤混合物所制得的固体燃料的理化特性，提质后混合燃料疏水性增大，吸水能力下降，煤化程度加深，孔隙结构有所发展，燃烧或气化过程的活性增强。

2 建筑材料制造

2.1 陶粒

陶粒具有强度高、隔声好、耐火、耐化学腐蚀等优点，常用于建筑、冶金等行业。以污泥为主要原料，掺入适量的黏合剂和改性剂，经过混合、造粒、焙烧语冷却等工序，即可制得污泥陶粒。翁焕新等结合污泥低温干化的特点，建立了污泥干化和陶粒烧制一体化的工艺流程，并探究了污泥陶粒的性能特征。结果表明，污泥陶粒的抗压强度与表观密度成正相关，而烧制温度能显著影响陶粒的抗压强度和表观密度，温度为1 075 ℃时所制得的污泥陶粒抗压强度和表观密度最大。苏子艺等以污泥为主要原料，粉煤灰和膨润土为辅料，利用正交试验确定了获得轻质、高比表面积陶粒的烧制条件。

2.2 砖

污泥含有建筑材料成分，可用于生产普通砖块。徐子芳等有效利用固体废弃物开发新型建筑材料，基于正交试验原理，以污泥、建筑垃圾、石膏和粉煤灰为主要原料，制备出新型节能利废免烧砖。裴会芳等以城市污泥和煤矸石为原料，尝试制备轻质烧结砖。结果表明，在煤矸石∶污泥=60∶40（质量比）的条件下，加入稻壳作为造孔剂，若稻壳含量为6%，则制得的轻质烧结砖符合承重墙体材料抗压强度的相关国家标准要求；若稻壳含量为10%，则产品可满足非承重墙体材料抗压强度的相关国家标准要求。

2.3 合成水泥

污泥的灰分和化学性质与黏土矿物相近，因此污泥可以代替部分黏土原料参与水泥熟料的生产。林奕明等利用城市污水处理厂活性污泥生产生态水泥，研究发现，在水泥厂的现有生产线下，要严格控制污泥掺入量在10.0%以下。张坤等利用干污泥（石灰干化）作为水泥原料的部分替代物生产水泥，干污泥的掺入量可达15%。

2.4 可降解塑料

聚羟基脂肪酸酯（PHA）是一种可完全生物降解的材料，除了具有传统塑料的物理机械性能外，还具有生物可降解性、生物相容性、压电性等特点，是替代合成塑料的理想材料。细菌发酵是合成生物降解塑料的主要方法，但其生产成本相对昂贵。近年来，有学者发现利用活性污泥不仅可以合成PHA，而且可以大大降低生产成本。张波等提出了一种结合高浓度有机废水和生活污水合成可降解塑料的新方法。

3 土地利用

3.1 堆肥

污泥堆肥是一种很好的土壤改良剂，含有大量的有机物、多种营养物质和微量元素，当其应用于农田时，可以增加有机质，改善土壤结构，减少肥料的使用，并可以减轻土壤的潜在侵蚀，因此受到人们的广泛关注。温沁雪等开展了城市污泥与青霉素菌渣共堆肥的试验研究，结果表明，污泥与青霉素菌渣混合，可有效实现青霉素菌渣的无害化处理。

3.2 垃圾填埋场覆盖材料

改性污泥可用作垃圾填埋场覆盖材料，这样不仅可以充分利用垃圾填埋场的封闭特性，防止污泥对环境的污染，还可以实现污泥的资源化利用。何俊等用石灰、水泥、淤泥和飞灰对污泥进行改性，并将其用作垃圾填埋场覆盖材料。研究表明，当污泥∶石灰∶水泥∶淤泥∶飞灰的质量比为100∶15∶5∶70∶10时，经过3 d的自然养护，改性污泥的强度和渗透性基本可以满足填埋场覆盖材料的要求。

4 结论

城市污泥富含营养物质和可利用的无机成分，应该在兼顾环境效益、社会效益和经济效益的前提下，尽可能对其加以利用。在制度层面，我国还缺乏完善的污泥利用标准和法规。污泥的利用方式有很多种，如何选择具有针对性、经济性和可行性的污泥综合利用技术是首要问题，只有综合考虑污水处理技术特点、污泥性质和行业需求，才能科学地进行污泥资源化，从而避免盲目投资造成的环境和经济损失。