试论污泥处理处置及资源化方法
发布时间：2024-5-13 14:36:34 来源：北极星环保网 作者：
在污水处理技术创新、处理效率提升的背景下，污水处理厂排放的污泥如何进行科学处理，成为关注的焦点。由于污泥中含有较多的重金属、有机污染物、病原微生物，如果直接填埋必然会造成环境的污染和生态的破坏。本文首先介绍了几种实用性、无害化的污泥处置方法，包括污泥焚烧法、土地利用法、厌氧消化法等;随后介绍了污泥在农业、工业、环保等各个领域的资源化利用方法，并对污泥资源化利用的发展前景进行了展望。
在“十三五”期间，中央及地方政府对环保工作的重视程度和支持力度大幅度提升，并且提出了“地级及以上城市污泥无害化处理处置率达到90%”的目标。在政策导向下，近年来涌现了许多污泥处理处置的新技术、新方法。在污泥无害化排放的基础上，实现了污泥的资源化利用，在创造社会经济效益和促进生态文明建设等方面发挥了积极作用。在熟悉各类常用污泥处理处置方法和资源化利用方法的前提下，将这些方法尽快应用于实践，成为现阶段的一项重要工作。
1 污泥处理处置方法
1.1 卫生填埋法
卫生填埋是早期污泥处理处置的主要方法，根据填埋物成分的不同，又可以分成混合填埋和单独填埋2种形式。前者是将需要处理的污泥，与生活垃圾、建筑垃圾等进行充分混合后，在专门的填埋场分层填埋、层层压实;后者则是将污泥进行灭菌处理后，填入土坑，上面覆盖一定厚度的素土，栽种生命力较强的植物，通过生态修复减弱填埋污泥对土壤、地下水的污染。在城市化早期，需要填埋的污泥总量较少，卫生填埋法因为操作简单、成本较低，因此较为常用。但是其弊端也十分明显，例如近年来污泥量呈几何倍数增加，会占用大量的土地资源;还有就是污泥的渗滤液会对土壤、地下水造成污染。随着其他新技术的推广，卫生填埋已经很少使用。
1.2 污泥焚烧法
从组成成分上来看，污泥中含有較多的有机物和木质素。污泥焚烧主要分为两个步骤，预处理环节将污泥进行加热烘干、完全脱水;焚烧环节利用高温热处理，将污泥中的有机物、木质素等完全碳化，同时可以将残留的病菌、微生物等杀灭，从而实现了污泥的无害化处理。污泥焚烧法的优点在于处理速度快，处理更彻底;经过烘干脱水和焚烧碳化处理后，污泥的质量变轻、体积缩小，填埋时占用的土地面积更少。近年来，随着工艺的升级和设备的换代，污泥焚烧时产生的余热，还可以用于供暖或发电，实现了热能的回收利用。以青岛市污泥焚烧发电项目为例，自2005投入使用后，每日污泥量的处理量可以达到30t，每天发电可以达到1.8万度，完全可以满足污泥处理厂自身的用电需求。
1.3 土地利用法
污泥中各类成分复杂，除了重金属和病原微生物外，像氮、磷、钾之类的有机物，所占比例也较高，如果能够将这些有机物富集并利用，可以提高土壤肥力。另外，污泥本身具有较强的粘性和吸水性，将其与某些松散的土质进行混合，对提高土壤蓄水能力，加强土壤固结效果，避免水土流失也有积极的帮助。基于污泥的这些特点，土地利用也成为污泥处理处置的一种常用方法。例如，在盐碱地、沙地中使用污泥进行土壤改良，并栽种耐盐碱的沙枣、梭梭树、紫花槐等，可以逐渐修复受损土壤，对解决土地荒漠化问题有积极作用。需要注意的是，由于污泥中含有较多的寄生虫卵、有害微生物，以及高浓度的铅、铜等重金属，在土地利用前也需要对污泥进行必要的无害化处理，避免对土壤生态造成二次破坏。
1.4 厌氧消化法
该方法是利用厌氧菌在特定环境下发生厌氧生化反应，实现对污泥中各类有机物质的有效分解，从而达到污泥减量化、稳定化、资源化和无害化的一种技术。根据反应处理过程中温度的不同，又可以分成中温厌氧消化（30～40℃）、高温厌氧消化（50～60℃）两种形式。其应用优势主要体现在：其一，降解彻底，经过处理后污泥性质稳定，臭味消失，对环境造成的负面影响较小;其二，厌氧生化反应中会产生大量沼气，经过回收后可以作为能源进行使用;其三，改善了污泥的脱水性能，后期进行脱水处理时，可以减少脱水剂的用量，降低了成本。目前常见的厌氧消化反应系统主要包括浓缩系统、预处理系统、消化系统、沼气回收与利用系统、污泥脱水系统、余热利用系统等。
1.5 湿式氧化法
将污泥倒入密闭反应器内，提供反应所需的必要条件（高温、高压、有氧），经过水解、裂解、氧化等一系列反应后，可以将污泥中的各类有机物转化为无机物，最高转化率可以达到90%以上。在温度较高，压力一定、氧气充足、持续反应的条件下，可以取得较为理想的处理效果。有实验表明，对于城市污泥使用湿式氧化法，在200℃、1.2MPa的条件下，持续反应大约45～50min，COD去除率可以达到67%，污泥消化率可以达到72%。结合应用实践，该方法在处理化工污泥、炼油污泥等方面，也能够取得较为理想的效果。湿式氧化法的优点突出，例如反应时间短，通常在1h内可以较为彻底地完成污泥处理;适用范围广，可以对各类污泥进行处理;反应后剩余残渣不足原污泥的5%，减量化效果明显。但是其缺点也不容忽视，例如对反应器的损害较大，需要经常清洗，否则产生的酸性物质会造成严重腐蚀，增加处理成本。另外为了提供合适的反应条件，会有较高的电能消耗。
2 污泥的资源化利用
2.1 污泥在农业方面的应用
在农业领域，经过处理后的污泥，在提升土壤肥力等方面发挥了显著作用。目前农业领域的污泥资源化利用方式主要分为两种：（1）污泥堆肥化。向污泥中加入特定的调理剂、膨胀剂等，进行一次发酵、二次发酵后，微生物能够将污泥中的有机物转化为腐殖质，同时污泥中的多数病原菌、寄生虫卵等被杀死，最终得到含有较多腐殖质的堆肥产品，用于改良土壤或提高土壤肥力。目前，这种污泥资源化工艺已经在欧洲等国家得到广泛利用。（2）污泥农用。污泥经过简单的灭菌、脱水处理后，可以直接施用于农田。在2009年，南京农业大学选择一处地块，分成两片区域进行对比实验。实验结果表明，相比于未做处理的地块，施用污泥的地块，水稻籽粒增产达到了35%。另外，还可以将污泥用于牧场，对提高牧草的长势和质量也有显著效果。
2.2 污泥在工业方面的应用
将污泥进行特殊处理后，可以作为一种重要的工业材料，在工业生产、制造中带来一定的效益。现阶段，污泥制砖、污泥制沼、污泥制陶等，已经发展成为成熟的技术，创造了可观的经济价值。
（1）污泥制砖。污泥经过过滤、脱水等一系列处理后，与其他材料（如黏土、粉煤灰等）进行混合，加压成型，并放置于高温环境下焙烧，最终可以得到污泥砖。由于焙烧时的温度在500℃以上，可以将污泥中的病原微生物等全部杀死。下水道污泥可压制成普通的建筑用砖，在黏土砖中混入10%的污泥，并在900℃条件下烧制成污泥砖，强度与普通红砖相当。在污泥制砖过程中，通过调节污泥和掺料的比例，可以改善污泥砖的性能。通常污泥比例不得超过30%，否则会影响砖的强度和硬度。
（2）污泥制水泥。在绿色发展理念下，通过污泥资源化利用，制作生态水泥，成为一种新兴技术。主要流程为：将污泥倒入密闭储罐中，在特定条件下完成污泥的干燥、除尘，得到中间产物干污泥。将干污泥倒入水泥窑分解炉，向炉内加入特定的辅料或催化剂，对混合料进行焚烧。所得熟料进行研磨，形成水泥磨粉。在制作混凝土时，可以代替部分水泥，并且不影响混凝土的整体性能。这种方法的优点在于流程相对简单、使用成本较低、环保效益较好。日本早在2001年就建成了第一座生态水泥厂，利用污泥作为原料，年产水泥量达到10万多吨。近年来，我国的河南、河北、安徽等省份，也相继建成了生态水泥厂，利用污泥生产的水泥达到了国家相关标准。
2.3 污泥在环保方面的应用
（1）污泥制吸附剂。在净化水质、吸收粉尘等方面，以活性炭为主的吸附剂有着广泛应用。但是由于吸附剂是一类消耗品，活性炭的使用成本较高。将污泥作为原料，制作成为吸附剂，在吸附效果上与活性炭相差无几，但是成本几乎为0，因此综合效益更加显著。将剩余活性污泥与催化剂FeSO4、CuCl，3.0～5.0mol/L的活化剂ZnCl2充分混合，在550℃条件下炭化2h，冷却烘干后研磨制成吸附剂，该吸附剂应用于农药废水，对COD的去除率最高可达63%，同时对亚甲基蓝的吸附量为130.8mg/g，已接近优质活性炭，有很好的市场应用价值。
（2）污泥制粘结剂。型煤在工业和民用等领域有着广泛运用，但是传统型煤的粘结剂以白泥为主，不仅成本较高，而且导致型煤燃烧不充分，灰渣中仍然含有较高的残碳，造成了资源的浪费。污泥具有很强的粘结性，代替白泥作为型煤粘结剂，可以提高其燃烧率，灰渣中残留碳的含量不足1%。并且污泥的使用成本低，对降低型煤生产和使用成本也有一定的帮助。
2.4 污泥在其他领域的应用
现阶段，污泥在农业、工业等领域的资源化利用技术已经比较成熟。除此之外，在其他个别领域，在新技术的推动下，污泥的资源化利用前景也十分广阔。例如，污泥中含有较多的营养物质（新维素、粗蛋白、脂肪酸等），经过特殊处理后，可以作为饲料。以水产养殖为例，将污泥饲料和普通饲料按照7：3的比例混合，在降低饲喂成本的同时，也提高了养殖产量。需要注意的是，污泥制饲料，必须对污泥进行无害化处理，避免有毒物质危及养殖动物。
3 结语
在环保力度加大和治污水平提升的背景下，污泥产量越来越多。如果能够将污泥进行资源化利用，将会创造可观的经济效益，也有助于解决污泥随意排放导致的生态污染问题。焚烧、厌氧消化、湿式氧化等，都是目前常见的污泥处理处置方法。在处理过程中，运用特定的方法，将污泥转化为可利用的资源，真正实现变废为宝。从现有的技术来看，利用污泥堆肥，污泥制砖块、制水泥、制吸附剂等，已经在各行各业得到了推广。下一步还要继续做好相关技术的研究和创新，从而让污泥的综合价值得到开发，促进循环经济的发展。