污水处理固体废弃物污泥处理方法研究

2023-03-24王金

皮革制作与环保科技 2023年3期

王金

（广东健恒环境产业有限公司，广东东莞 523000）

污泥是生活污水处理时形成的产物，不仅容易腐烂、有机物含量高、臭味严重，还含有大量重金属、病原菌以及寄生虫等有害物质。如果没有做好污泥处理工作，将严重破坏周围的生态环境。而对污水处理固体废弃物污泥的处理方法进行研究分析，则能为污泥处理提供依据，进而为保护周围的生态环境、减少污染奠定基础。

1 污泥分析

1.1 污泥产生环节

一般来说，污泥的主要来源有：第一，工作人员在对污水进行预处理时，格栅会拦截固体废弃物的滤渣，而大量滤渣堆积后便逐渐形成了污泥；第二，在沉淀环节中，沉淀池中的污泥通常为矿物碎屑渣及砂粒煤粉等无机固体废弃物，这种废弃物不容易被处理，因此也会被沉降在沉淀池内；第三，当污水传送到沉淀池后会形成沉淀，从而形成初沉污泥；第四，沉淀完的污水会传送到二次沉淀池中进行二次沉淀，并形成生化腐质污泥与剩余污泥；第五，经过二次沉淀的污水会被传送到终沉池中，然后对污水进行深度处理，并在处理期间形成化学污泥[1]。

1.2 污泥污染环境的因素

污泥污染环境的主要因素为：第一，污泥中的含盐量相对较高，使土壤的电导率不断提升，抑制了植物的生长，因而对周围的生态环境造成了破坏；第二，由于污泥中含有大量病原菌和寄生虫，因此当污泥进入土壤及水源中后，污泥中的病原菌和寄生虫会对土壤以及水源造成污染，从而破坏了生态环境。第三，因污泥中含有很多氮、磷等营养物质，所以当污泥进入地表水后，会使水体出现富营养化的现象，导致水体中的溶解氧出现饱和情况，因而造成水生生物大量死亡。第四，工作人员在进行污水处理时，固体废弃物中70%～90%的重金属都会转移到污泥中，并具有稳定的性质，难以将其去除。同时，重金属中潜在的毒性会进入到动植物体内，并在动植物体内不断积累，这不仅会导致动植物死亡，还会危害生态安全，加重环境污染[2]。

1.3 污泥处理成本及影响因素

现阶段，在大量的污泥处理方法中，土地成本最低，焚烧成本最高。影响污泥处理成本的主要因素包括污泥处理前后的运输成本和场地成本，项目投资、维护和摊销成本，劳动力、水、电和行政费用，污泥回用成本等，这些因素也应该得到相关部门及企业的重视[3]。

2 固体废弃物污泥处理方法对比

2.1 传统污泥处理方法

2.1.1 堆肥处理法

所谓污泥堆肥处理法是指微生物在适宜可控的情况下通过发酵作用，将污泥中的各种有机物进行转化，使其变为腐殖质的过程。相较于其他污泥处理方法，堆肥处理方式不仅可以使污泥的容重减小，消除污泥中的恶臭气味，还可以将污泥中的病原菌与寄生虫消灭干净。同时，堆肥处理法对污泥进行处理时所产生的堆肥产品还可以作为肥料，对农田进行施肥，从而改良农田土壤，不仅可以增加土壤的肥力，提高农作物的产量，还可以实现资源再利用的目标。然而，与其他污泥处理技术不同，堆肥处理法需要有极大的场地空间，而且处理污泥的时间相对较长，因而导致污泥处理效率低。同时，污泥的运输和处置成本也较高，因此，在此过程中，如果控制不当，就会对周围的土壤和空气造成二次污染，从而破坏周围的生态环境[4]。

2.1.2 卫生填埋法

所谓卫生填埋是指把经过脱水和消毒处理的污泥运输到合格的填埋场，通过填埋方式对污泥进行处理，可以消除污泥对周围环境的污染，加强对生态环境的保护。卫生填埋法主要分为单独填埋和生活垃圾混合填埋两种。目前，我国在应用卫生填埋处理方法时，主要采用混合填埋的方式，并在填埋完成后用土壤对污泥进行分层覆盖，从而提高污泥处理效果。当填埋场被填满后，工作人员还可以在上面种植各种植物，这不仅可以恢复生态，还可以加强对环境的保护。

此外，相较于其他污泥处理方法，卫生填埋法具有见效快、处理量大、成本低以及操作方便等优点，因此被广泛应用于污泥处理中，并发挥着非常重要的作用和价值，能够有效提高污泥处理水平与质量。但需要注意的是，由于垃圾填埋场的占地面积相对较大，会加剧土壤资源的紧张，再加上利用卫生填埋污泥处理方式，很容易出现渗滤液污染的情况，从而对周围土壤造成污染。另外，污泥在发酵时所产生的温室气体会对动物、植物以及人类健康造成危害。

2.1.3 焚烧处理法

由于污泥中有机质的含量较高，部分热值甚至可以和泥炭相媲美，因此工作人员在对污泥进行处理时，可以采取焚烧方式进行处理。所谓污泥焚烧是指工作人员将污泥脱水后放入高温焚烧炉中进行焚烧，使污泥在高温焚烧炉中出现热解和氧化反应，通过这种方式碳化污泥中的有机质，并将污泥中含有的病原菌以及虫卵彻底消除，最终把污泥分解为气体或灰烬的过程。

相较于其他污泥处理方法，焚烧处理法可以使泥浆体积最小化，通常情况下，经过焚烧处理后的污泥，其灰渣体积只有原来体积的十分之一，而且焚烧处理法还具有占地面积小及处理周期短等优点，不仅可以缓解土地资源紧张的情况，还可以提高污泥处理效率，并且污泥在焚烧处理过程中产生的残渣也能够用于建筑材料的制作，同时其产生的余热也能够用于热蒸汽或发电。但需要注意的是，这种污泥处理方式的能源消耗极大、处置费用较高，对处理技术也有极高的要求，而且在焚烧过程中会产生大量的有毒有害气体，从而污染大气，破坏周围的生态环境。

2.1.4 厌氧消化法

所谓厌氧消化是指污泥在厌氧菌和其他微生物的作用下发生生化反应，从而将污泥中的有机质进行分解，以此来减小污泥体积的一种工艺。通过厌氧消化方式对污泥进行处理，能够在处理过程中产生大量沼气，实现资源再利用的目标。同时，工作人员利用厌氧消化技术处理完污泥后，会留下大量的污泥残渣，将这些残渣处理后能够作为肥料和土壤改良剂应用于土壤中，从而增加土壤的肥力。

相较于其他污泥处理方式，厌氧消化方式可以达到污泥资源化、稳定化以及减量化的目标。但由于污泥的来源不同，因此经处理后的污泥中甲烷气体含量高，同时某些废渣内还含有可溶性磷酸盐、有毒有机物以及重金属等污染物，若不进行筛选便将其应用到土壤中，不仅不会改良土壤，反而还会加剧对土壤的污染。不仅如此，该污泥处理技术的投资较大、处理成本较高，在某种程度上影响了该处理方式的普及和应用。其工艺流程如图1所示。

图1 厌氧消化工艺流程

2.2 资源化处置方法

2.2.1 在农业方面的应用

污水污泥在农业上的应用通常是指在对污泥展开堆肥和其他无害化处理后，将处理后的污泥制成有机肥，并将其应用于农业生产中，提高农作物的产量与质量，从而促进农业的发展。由于污泥中含有大量的磷、钾、氮、镁等元素与有机质，因此处理后的污泥应用到土壤中，不仅可以改良土壤结构，使土壤质量得到改善，还可以修复受损的土壤。同时将处理后的无害化污泥作为肥料应用于农业生产中，能够最大程度上提高土壤肥力，促进农作物的生长，再加上这种肥料对于土壤没有过多的要求，因此能够被广泛应用于菜地、林地以及草地等农业用地当中。将处理后的污泥应用于农业中，不仅投资少，而且处理工艺相对简单。但需要注意的是，如果污泥中含有重金属等难以去除的污染物，将其应用于农业生产中，很容易造成二次污染。因此，在使用过程中，工作人员必须要严格控制污泥的来源和重金属离子的含量，确保其符合相关标准后，才能应用于农业生产中。

2.2.2 生产建筑材料

污泥中不仅含有很多有机质，还含有30%以上的无机质，所以污泥中的大部分成分都与某些建筑材料十分相似，因而污泥经处理后也可应用于建材生产。现阶段，污泥在建筑材料中的应用主要为制陶粒、制砖以及制水泥等。工作人员需要先将污泥进行干活或者焚烧处理后，才能按照相关流程将其制作成建材主料与辅料，然后再合成建筑材料。但所制作的建筑材料必须要符合相关标准，只有这样才能在建筑行业中使用，保证施工质量，否则会给施工带来隐患，稍有不慎就会导致安全事故的发生。与其他污泥处理方法相比，该方法可以使污泥中的无机质得到最大化利用，因而提高了污泥的利用率。

2.2.3 在燃料方面的应用

在燃料方面的应用是指把污泥与生物质燃料、煤以及燃油等辅助燃料按照适当比例混合在一起，制作出热值高且具有良好稳定性的新型燃料，其中包括在污泥中添加半焦、环保型粘结剂以及低变质煤等，通过这种方式制作处理的燃料，不仅具有良好的燃烧性、热值高，而且还可以有效加强对生态环境的保护，防止出现破坏生态环境等情况，甚至处理后的污泥，还能够制作成发电燃料，用于发电，这样不仅节约了煤炭资源，还有效提高了污泥利用率。

2.2.4 用于制作化工原料

由于污泥中含有多种化学成分，因此充分利用污泥中的化学成分，可以制作出各种化工原料，从而满足工业生产对化工原料的需求，实现资源再利用的目标。现阶段污泥在制作化工原料方面的应用主要有以下几方面：利用污泥中的化学成分制作活性炭，用于吸附抗生素、金属离子以及燃料等物质，具有良好的吸附效果，而且这种方法能够有效降低成本，从而实现以污治污的目标；可以将污泥制作成能够被生物降解的塑料；可以利用污泥制作絮凝剂；可以利用污泥制作粘合剂。用污泥制作的絮凝剂见图2。

图2 絮凝剂

3 固体废弃物污泥源头减量处理方法

传统的污泥处理方法和资源化利用方法属于最终的污泥减量化方法。另一种污泥处理方法是对污泥源头展开减量处理。源头减量处理是利用物理、化学以及生物处理技术相结合的方式处理等量污水，从而减少污泥产生的一种技术。按照污泥减量原理可以分为溶胞隐性生长、解耦联技术以及微型动物捕食。

3.1 溶胞隐性生长

隐性生长是指微生物借助细胞溶解后形成物质的生长方式。通常情况下需要利用化学、物理以及生物等方法加速污泥中生物细胞的降解，从而达成溶胞的过程。但在实现溶胞后，工作人员需要将处理完成的污泥回流到生物反应器当中，以促进微生物的隐性增长，从而加强对污泥源头的控制，实现污泥源头减量处理的目标，提高污泥处理效果，加强对环境的保护。此外，溶胞隐性生长技术是使污泥中溶胞减少的数量低于新生成的数量，从而实现污泥减量的目标。

3.2 解偶联技术

解偶联技术是指将细胞外的代谢环境进行调整，使细胞分解代谢与合成代谢遭到破坏与干扰，并同时利用新陈代谢产生的部分能量来满足生物体的合成需求，剩余的能量则会以热量以及其他形式流失，使得细胞合成的速度变慢，从而实现污泥减量的目标，并提升污泥处理效果，加强对生态环境的保护。解偶联技术在污泥减量方面的应用主要为添加化学解偶联剂、高化学需氧量/生物量（S0/XO）值解偶联以及细胞分解与合成代谢等方法。

3.3 微型动物捕食

该技术基于污水处理厂的微型生态系统，通过增加系统食物链、减少合成物能力的消耗以及增加能量损失等方式实现污泥源头减量的目标，以加强对污泥的处理与控制。例如：在活性污泥反应器中培养红蚯蚓以改善污泥的沉淀特性，从而在不影响污水处理效率的情况下减少剩余污泥量。

3.4 超声波处理技术

现阶段，关于超声波污泥处理技术的研究相对较多，其污泥处理效果也较为显著。在运用相关仪器在指定区域进行预处理时，仪器产生的超声波会破坏菌胶团的整体结构，并将大量菌胶团内所挟裹的有机物排放出去，从而有利于河流内部微生物的生长，使用112 W/mL低频处理可大大提高可溶性COD及可溶性N的比值。因厌氧发酵的关键在于水解效果，在将不可溶性颗粒通过化学反应转化为有机可溶物时，其水解过程十分漫长，因而延长了厌氧处理时间。通过合理运用超声波技术可在一定程度上减短水解过程，大大缩短污泥处理时间。超声波技术除了可以破坏污泥结构外，还能改变污水中微生物的活性。适当进行超声波处理，还可有效促进酶活性的增长，提升微生物的生长速度及其吸收和分解能力。通过持续45 min的超声波线性处理可加快酵母细胞的生长时间及生长数量，还能提升细胞干重，其根本原因在于由超声波相关设备产生的微冲力流，能够彻底增强细胞内外的传质作用，从而加快了有机质进入细胞和代谢产物排出细胞的进程，提高了污泥处理效率。如国外某污水处理厂，曾因其本身管网改造和扩建等原因致使每日污泥量成倍增长，在对资金和处理效率进行综合分析后，该厂引进了4台超声波仪器对污泥实施预处理。在经过3个月连续运行处理后，其沼气产量相比之前提升了30%，污泥滞留时间也从原来的24天降至17天左右，又经过几个月的持续处理后，工作人员对各项性能进行了测试，通过对测试结果进行分析可知，该污水处理厂各项污水处理指标均符合相关法律法规的要求，从而实现了在无需新建污泥灌的情况下，保障整体污泥处理效率的目标。