試論污泥處理處置及資源化方法
發(fā)布時(shí)間：2024-5-13 14:36:34 來(lái)源：北極星環(huán)保網(wǎng) 作者：
在污水處理技術(shù)創(chuàng)新、處理效率提升的背景下，污水處理廠排放的污泥如何進(jìn)行科學(xué)處理，成為關(guān)注的焦點(diǎn)。由于污泥中含有較多的重金屬、有機(jī)污染物、病原微生物，如果直接填埋必然會(huì)造成環(huán)境的污染和生態(tài)的破壞。本文首先介紹了幾種實(shí)用性、無(wú)害化的污泥處置方法，包括污泥焚燒法、土地利用法、厭氧消化法等;隨后介紹了污泥在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域的資源化利用方法，并對(duì)污泥資源化利用的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。
在“十三五”期間，中央及地方政府對(duì)環(huán)保工作的重視程度和支持力度大幅度提升，并且提出了“地級(jí)及以上城市污泥無(wú)害化處理處置率達(dá)到90%”的目標(biāo)。在政策導(dǎo)向下，近年來(lái)涌現(xiàn)了許多污泥處理處置的新技術(shù)、新方法。在污泥無(wú)害化排放的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了污泥的資源化利用，在創(chuàng)造社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)等方面發(fā)揮了積極作用。在熟悉各類常用污泥處理處置方法和資源化利用方法的前提下，將這些方法盡快應(yīng)用于實(shí)踐，成為現(xiàn)階段的一項(xiàng)重要工作。
1 污泥處理處置方法
1.1 衛(wèi)生填埋法
衛(wèi)生填埋是早期污泥處理處置的主要方法，根據(jù)填埋物成分的不同，又可以分成混合填埋和單獨(dú)填埋2種形式。前者是將需要處理的污泥，與生活垃圾、建筑垃圾等進(jìn)行充分混合后，在專門的填埋場(chǎng)分層填埋、層層壓實(shí);后者則是將污泥進(jìn)行滅菌處理后，填入土坑，上面覆蓋一定厚度的素土，栽種生命力較強(qiáng)的植物，通過(guò)生態(tài)修復(fù)減弱填埋污泥對(duì)土壤、地下水的污染。在城市化早期，需要填埋的污泥總量較少，衛(wèi)生填埋法因?yàn)椴僮骱?jiǎn)單、成本較低，因此較為常用。但是其弊端也十分明顯，例如近年來(lái)污泥量呈幾何倍數(shù)增加，會(huì)占用大量的土地資源;還有就是污泥的滲濾液會(huì)對(duì)土壤、地下水造成污染。隨著其他新技術(shù)的推廣，衛(wèi)生填埋已經(jīng)很少使用。
1.2 污泥焚燒法
從組成成分上來(lái)看，污泥中含有較多的有機(jī)物和木質(zhì)素。污泥焚燒主要分為兩個(gè)步驟，預(yù)處理環(huán)節(jié)將污泥進(jìn)行加熱烘干、完全脫水;焚燒環(huán)節(jié)利用高溫?zé)崽幚?，將污泥中的有機(jī)物、木質(zhì)素等完全碳化，同時(shí)可以將殘留的病菌、微生物等殺滅，從而實(shí)現(xiàn)了污泥的無(wú)害化處理。污泥焚燒法的優(yōu)點(diǎn)在于處理速度快，處理更徹底;經(jīng)過(guò)烘干脫水和焚燒碳化處理后，污泥的質(zhì)量變輕、體積縮小，填埋時(shí)占用的土地面積更少。近年來(lái)，隨著工藝的升級(jí)和設(shè)備的換代，污泥焚燒時(shí)產(chǎn)生的余熱，還可以用于供暖或發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了熱能的回收利用。以青島市污泥焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例，自2005投入使用后，每日污泥量的處理量可以達(dá)到30t，每天發(fā)電可以達(dá)到1.8萬(wàn)度，完全可以滿足污泥處理廠自身的用電需求。
1.3 土地利用法
污泥中各類成分復(fù)雜，除了重金屬和病原微生物外，像氮、磷、鉀之類的有機(jī)物，所占比例也較高，如果能夠?qū)⑦@些有機(jī)物富集并利用，可以提高土壤肥力。另外，污泥本身具有較強(qiáng)的粘性和吸水性，將其與某些松散的土質(zhì)進(jìn)行混合，對(duì)提高土壤蓄水能力，加強(qiáng)土壤固結(jié)效果，避免水土流失也有積極的幫助?；谖勰嗟倪@些特點(diǎn)，土地利用也成為污泥處理處置的一種常用方法。例如，在鹽堿地、沙地中使用污泥進(jìn)行土壤改良，并栽種耐鹽堿的沙棗、梭梭樹(shù)、紫花槐等，可以逐漸修復(fù)受損土壤，對(duì)解決土地荒漠化問(wèn)題有積極作用。需要注意的是，由于污泥中含有較多的寄生蟲(chóng)卵、有害微生物，以及高濃度的鉛、銅等重金屬，在土地利用前也需要對(duì)污泥進(jìn)行必要的無(wú)害化處理，避免對(duì)土壤生態(tài)造成二次破壞。
1.4 厭氧消化法
該方法是利用厭氧菌在特定環(huán)境下發(fā)生厭氧生化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥中各類有機(jī)物質(zhì)的有效分解，從而達(dá)到污泥減量化、穩(wěn)定化、資源化和無(wú)害化的一種技術(shù)。根據(jù)反應(yīng)處理過(guò)程中溫度的不同，又可以分成中溫厭氧消化（30～40℃）、高溫厭氧消化（50～60℃）兩種形式。其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：其一，降解徹底，經(jīng)過(guò)處理后污泥性質(zhì)穩(wěn)定，臭味消失，對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響較小;其二，厭氧生化反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生大量沼氣，經(jīng)過(guò)回收后可以作為能源進(jìn)行使用;其三，改善了污泥的脫水性能，后期進(jìn)行脫水處理時(shí)，可以減少脫水劑的用量，降低了成本。目前常見(jiàn)的厭氧消化反應(yīng)系統(tǒng)主要包括濃縮系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、沼氣回收與利用系統(tǒng)、污泥脫水系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)等。
1.5 濕式氧化法
將污泥倒入密閉反應(yīng)器內(nèi)，提供反應(yīng)所需的必要條件（高溫、高壓、有氧），經(jīng)過(guò)水解、裂解、氧化等一系列反應(yīng)后，可以將污泥中的各類有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物，最高轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到90%以上。在溫度較高，壓力一定、氧氣充足、持續(xù)反應(yīng)的條件下，可以取得較為理想的處理效果。有實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于城市污泥使用濕式氧化法，在200℃、1.2MPa的條件下，持續(xù)反應(yīng)大約45～50min，COD去除率可以達(dá)到67%，污泥消化率可以達(dá)到72%。結(jié)合應(yīng)用實(shí)踐，該方法在處理化工污泥、煉油污泥等方面，也能夠取得較為理想的效果。濕式氧化法的優(yōu)點(diǎn)突出，例如反應(yīng)時(shí)間短，通常在1h內(nèi)可以較為徹底地完成污泥處理;適用范圍廣，可以對(duì)各類污泥進(jìn)行處理;反應(yīng)后剩余殘?jiān)蛔阍勰嗟?%，減量化效果明顯。但是其缺點(diǎn)也不容忽視，例如對(duì)反應(yīng)器的損害較大，需要經(jīng)常清洗，否則產(chǎn)生的酸性物質(zhì)會(huì)造成嚴(yán)重腐蝕，增加處理成本。另外為了提供合適的反應(yīng)條件，會(huì)有較高的電能消耗。
2 污泥的資源化利用
2.1 污泥在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用
在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)處理后的污泥，在提升土壤肥力等方面發(fā)揮了顯著作用。目前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的污泥資源化利用方式主要分為兩種：（1）污泥堆肥化。向污泥中加入特定的調(diào)理劑、膨脹劑等，進(jìn)行一次發(fā)酵、二次發(fā)酵后，微生物能夠?qū)⑽勰嘀械挠袡C(jī)物轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，同時(shí)污泥中的多數(shù)病原菌、寄生蟲(chóng)卵等被殺死，最終得到含有較多腐殖質(zhì)的堆肥產(chǎn)品，用于改良土壤或提高土壤肥力。目前，這種污泥資源化工藝已經(jīng)在歐洲等國(guó)家得到廣泛利用。（2）污泥農(nóng)用。污泥經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的滅菌、脫水處理后，可以直接施用于農(nóng)田。在2009年，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)選擇一處地塊，分成兩片區(qū)域進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比于未做處理的地塊，施用污泥的地塊，水稻籽粒增產(chǎn)達(dá)到了35%。另外，還可以將污泥用于牧場(chǎng)，對(duì)提高牧草的長(zhǎng)勢(shì)和質(zhì)量也有顯著效果。
2.2 污泥在工業(yè)方面的應(yīng)用
將污泥進(jìn)行特殊處理后，可以作為一種重要的工業(yè)材料，在工業(yè)生產(chǎn)、制造中帶來(lái)一定的效益?，F(xiàn)階段，污泥制磚、污泥制沼、污泥制陶等，已經(jīng)發(fā)展成為成熟的技術(shù)，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
（1）污泥制磚。污泥經(jīng)過(guò)過(guò)濾、脫水等一系列處理后，與其他材料（如黏土、粉煤灰等）進(jìn)行混合，加壓成型，并放置于高溫環(huán)境下焙燒，最終可以得到污泥磚。由于焙燒時(shí)的溫度在500℃以上，可以將污泥中的病原微生物等全部殺死。下水道污泥可壓制成普通的建筑用磚，在黏土磚中混入10%的污泥，并在900℃條件下燒制成污泥磚，強(qiáng)度與普通紅磚相當(dāng)。在污泥制磚過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)污泥和摻料的比例，可以改善污泥磚的性能。通常污泥比例不得超過(guò)30%，否則會(huì)影響磚的強(qiáng)度和硬度。
（2）污泥制水泥。在綠色發(fā)展理念下，通過(guò)污泥資源化利用，制作生態(tài)水泥，成為一種新興技術(shù)。主要流程為：將污泥倒入密閉儲(chǔ)罐中，在特定條件下完成污泥的干燥、除塵，得到中間產(chǎn)物干污泥。將干污泥倒入水泥窯分解爐，向爐內(nèi)加入特定的輔料或催化劑，對(duì)混合料進(jìn)行焚燒。所得熟料進(jìn)行研磨，形成水泥磨粉。在制作混凝土?xí)r，可以代替部分水泥，并且不影響混凝土的整體性能。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于流程相對(duì)簡(jiǎn)單、使用成本較低、環(huán)保效益較好。日本早在2001年就建成了第一座生態(tài)水泥廠，利用污泥作為原料，年產(chǎn)水泥量達(dá)到10萬(wàn)多噸。近年來(lái)，我國(guó)的河南、河北、安徽等省份，也相繼建成了生態(tài)水泥廠，利用污泥生產(chǎn)的水泥達(dá)到了國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
2.3 污泥在環(huán)保方面的應(yīng)用
（1）污泥制吸附劑。在凈化水質(zhì)、吸收粉塵等方面，以活性炭為主的吸附劑有著廣泛應(yīng)用。但是由于吸附劑是一類消耗品，活性炭的使用成本較高。將污泥作為原料，制作成為吸附劑，在吸附效果上與活性炭相差無(wú)幾，但是成本幾乎為0，因此綜合效益更加顯著。將剩余活性污泥與催化劑FeSO4、CuCl，3.0～5.0mol/L的活化劑ZnCl2充分混合，在550℃條件下炭化2h，冷卻烘干后研磨制成吸附劑，該吸附劑應(yīng)用于農(nóng)藥廢水，對(duì)COD的去除率最高可達(dá)63%，同時(shí)對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量為130.8mg/g，已接近優(yōu)質(zhì)活性炭，有很好的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。
（2）污泥制粘結(jié)劑。型煤在工業(yè)和民用等領(lǐng)域有著廣泛運(yùn)用，但是傳統(tǒng)型煤的粘結(jié)劑以白泥為主，不僅成本較高，而且導(dǎo)致型煤燃燒不充分，灰渣中仍然含有較高的殘?zhí)?，造成了資源的浪費(fèi)。污泥具有很強(qiáng)的粘結(jié)性，代替白泥作為型煤粘結(jié)劑，可以提高其燃燒率，灰渣中殘留碳的含量不足1%。并且污泥的使用成本低，對(duì)降低型煤生產(chǎn)和使用成本也有一定的幫助。
2.4 污泥在其他領(lǐng)域的應(yīng)用
現(xiàn)階段，污泥在農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域的資源化利用技術(shù)已經(jīng)比較成熟。除此之外，在其他個(gè)別領(lǐng)域，在新技術(shù)的推動(dòng)下，污泥的資源化利用前景也十分廣闊。例如，污泥中含有較多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（新維素、粗蛋白、脂肪酸等），經(jīng)過(guò)特殊處理后，可以作為飼料。以水產(chǎn)養(yǎng)殖為例，將污泥飼料和普通飼料按照7：3的比例混合，在降低飼喂成本的同時(shí)，也提高了養(yǎng)殖產(chǎn)量。需要注意的是，污泥制飼料，必須對(duì)污泥進(jìn)行無(wú)害化處理，避免有毒物質(zhì)危及養(yǎng)殖動(dòng)物。
3 結(jié)語(yǔ)
在環(huán)保力度加大和治污水平提升的背景下，污泥產(chǎn)量越來(lái)越多。如果能夠?qū)⑽勰噙M(jìn)行資源化利用，將會(huì)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也有助于解決污泥隨意排放導(dǎo)致的生態(tài)污染問(wèn)題。焚燒、厭氧消化、濕式氧化等，都是目前常見(jiàn)的污泥處理處置方法。在處理過(guò)程中，運(yùn)用特定的方法，將污泥轉(zhuǎn)化為可利用的資源，真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶。從現(xiàn)有的技術(shù)來(lái)看，利用污泥堆肥，污泥制磚塊、制水泥、制吸附劑等，已經(jīng)在各行各業(yè)得到了推廣。下一步還要繼續(xù)做好相關(guān)技術(shù)的研究和創(chuàng)新，從而讓污泥的綜合價(jià)值得到開(kāi)發(fā)，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。