污泥的資源化處理

(天津科技大學(xué) 天津 300450)

污泥的資源化處理

王孟祺

(天津科技大學(xué)天津300450)

污泥經(jīng)過微生物發(fā)酵后，其中的有機(jī)物質(zhì)和有毒物質(zhì)得到分解，其理化性質(zhì)得到改善，且其中本身含有氮、磷。鉀等微量元素，這些都是農(nóng)作物生長(zhǎng)所必須的生長(zhǎng)因子，因此可將污泥與秸稈、草炭、輸液、鋸末等植物殘?bào)w等混合，在潮濕的環(huán)境中好養(yǎng)發(fā)酵，借助其中微生物群落，將污泥中的有機(jī)物氧化分解，轉(zhuǎn)化為對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)有利的肥料。

資源化；農(nóng)林堆肥；建材利用

一、引言

傳統(tǒng)的對(duì)于污泥處理方法主要在于如何將其無害化，而隨著每年污泥量的不斷增長(zhǎng)，單純地將其無害化越來越困難，而且容易造成環(huán)境的二次污染。所以許多研究者返現(xiàn)將污泥合理地處理利用，轉(zhuǎn)化為其他過程的原材料，實(shí)現(xiàn)其資源化才是污泥處理的根本出路。目前污泥的資源化利用方式主要有土地利用、建材利用、環(huán)保材料和能源利用等。

二、土地利用

土地利用污泥的某些特性，將其施用于農(nóng)田、園林等，已達(dá)到降低育苗成本，提高土地生產(chǎn)力等目的，實(shí)現(xiàn)其資源化。主要分為農(nóng)林堆肥和土地修復(fù)兩個(gè)方面。

三、農(nóng)林堆肥

污泥經(jīng)過微生物發(fā)酵后，其中的有機(jī)物質(zhì)和有毒物質(zhì)得到分解，其理化性質(zhì)得到改善，且其中本身含有氮、磷。鉀等微量元素，這些都是農(nóng)作物生長(zhǎng)所必須的生長(zhǎng)因子，因此可將污泥與秸稈、草炭、輸液、鋸末等植物殘?bào)w等混合，在潮濕的環(huán)境中好養(yǎng)發(fā)酵，借助其中微生物群落，將污泥中的有機(jī)物氧化分解，轉(zhuǎn)化為對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)有利的肥料。經(jīng)研究表明，對(duì)毛白楊、松樹和榆樹施用適量污泥，可促進(jìn)其生長(zhǎng)，林木高度、地徑大幅增加，同時(shí)還能促進(jìn)灌木、草植被的生長(zhǎng)。廣州、上海等地也已推廣在園林綠化上施用污泥堆肥。我國(guó)東西部地區(qū)由于土地資源豐富、農(nóng)業(yè)較為發(fā)達(dá)，污泥堆肥技術(shù)比例達(dá)到50%以上。

陶先兵等人發(fā)明了一種城市生活污泥高效堆肥裝置及其處理方法，包括混料系統(tǒng)、快熟機(jī)、后熟倉(cāng)、篩分機(jī)、造粒機(jī)、除臭系統(tǒng)、自控系統(tǒng)；堆肥物料在混料系統(tǒng)中破碎、混合均勻，輸送至快熟機(jī)中；快熟機(jī)內(nèi)含攪拌、強(qiáng)制升溫、溫度傳感、通風(fēng)模塊，堆肥物料進(jìn)入快熟機(jī)經(jīng)堆腐后的污泥輸送至后熟倉(cāng)內(nèi)腐熟、翻拋、除臭；所述除臭系統(tǒng)為植物除臭系統(tǒng)。后熟后污泥可以直接作為園林綠化用營(yíng)養(yǎng)土，也可與殺菌劑、腐殖質(zhì)整合劑、特定速效肥料等物料混合經(jīng)造粒機(jī)制成肥料顆粒，作為有機(jī)肥施用。

四、土地修復(fù)

污泥中的大量有機(jī)物質(zhì)和腐殖質(zhì)除了可以作為農(nóng)作物生長(zhǎng)的肥料以外，還有作為良好的土壤改良劑，改善土壤結(jié)構(gòu)的作用。礦區(qū)，采石場(chǎng)等生態(tài)嚴(yán)重破壞的地方，地表已經(jīng)失去土壤正常特征，營(yíng)養(yǎng)貧瘠，植物難以生長(zhǎng)。而污泥具有一定的黏性和吸水性，可以改善土壤特性，防止水土流失；同時(shí)污泥中的負(fù)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以有利于微生物生長(zhǎng)，提高土壤微生物活性，對(duì)于恢復(fù)植被有重要的作用。與傳統(tǒng)的耕地取土相比，污泥來源更加廣泛，價(jià)格低廉，可就地取材。但需要注意的是，由于污泥中含有大量鹽分、重金屬和有毒有害物質(zhì)。

五、建材利用

污泥作為一種黏土質(zhì)資源，含有大量金屬元素，將其干化、磨細(xì)后與黏土或粉煤灰按一定比例混合，在高溫下烘焙可使其穩(wěn)定化，用于制作建筑材料，達(dá)到處理污泥和創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的雙重目的。依據(jù)其利用的初始形態(tài)可分為以下三種情況。

六、污泥干化后的利用

污泥中40%以上是由有機(jī)物組成的，燒制陶粒時(shí)能顯著增加陶粒燒脹系數(shù)，獲得超輕陶粒。干化污泥能用做燒結(jié)磚部分原料，可以顯著提高燒結(jié)磚混合料的塑性指數(shù)，顯著降低燒結(jié)磚的熱導(dǎo)率。所以，適量污泥摻量可以提高水泥強(qiáng)度。同時(shí)，有研究表明污泥中的鈉鉀等堿金屬和銅鋅等金屬元素可以起到礦化劑和助熔的作用，一定程度上能改善水泥的易燒性。但污泥摻量過量也會(huì)對(duì)水泥易燒性造成影響。因此，干化污泥在水泥生產(chǎn)中的摻量較低。

七、污泥焚燒后的灰渣利用

污泥經(jīng)過焚燒處理后具有一定的火山灰活性，非常適合作為水泥混合材料或混凝土的摻合料。但由于不同來源的污泥焚燒灰渣的化學(xué)組成差異極大。因此，污泥焚燒成的灰渣在水泥混凝土中摻量并不高，還有研究者嘗試將污泥焚燒灰渣用于制備輕質(zhì)保溫隔熱材料等。

八、脫水污泥直接利用

即利用一些建材生產(chǎn)過程中的加熱或鍛造工藝，不需要另增加干化或焚燒工藝，可直接利用高含水率的脫水污泥。

在水泥生產(chǎn)中，可利用本身生產(chǎn)產(chǎn)生的高溫熟料直接干化脫水污泥。如將脫水污泥直接密閉輸送如高溫傾倒區(qū)干化，冷卻后進(jìn)入熟料儲(chǔ)倉(cāng)，再和熟料一起分磨成水泥；也有將脫水污泥縣送入水泥生產(chǎn)中的分解爐下部煙室，再與預(yù)熱的生料一起送入水泥回轉(zhuǎn)窖，鍛造成熟料。

在陶粒、磚瓦以及陶瓷燈燒土制品制坯時(shí)通常還需要混合料中有一定的含水率和塑性，采用含水率較低的黏土原料時(shí)，即可膠乳少量脫水污泥，這對(duì)制品生產(chǎn)工藝和性能不會(huì)造成明顯的影響，尤其是采用頁巖等含水率非常低的原料時(shí)，脫水污泥加入量則可以比較高。

九、環(huán)保材料

污泥經(jīng)過一定人工途徑之后能制成吸附劑、絮凝劑、黏結(jié)劑以及可降解塑料等環(huán)保材料，為生化污泥的處置和利用提供更多的新途徑。

其中，其制得的吸附劑可用于除去污水中的懸浮物和有機(jī)物，COD去除率高，是一種性能良好的有機(jī)廢水吸附劑，而且，當(dāng)其吸附飽和之后，還可以在一定條件下用作燃料進(jìn)行燃燒，污泥中有害成分被徹底氧化分解。例如通過向污泥中加入化學(xué)藥品，然后在充入惰性氣體的條件下，使原料同時(shí)發(fā)生碳化和活化，最終得到多孔碳的活性炭。

由于污泥中含有的大量有機(jī)物質(zhì)，使其具有相當(dāng)?shù)酿そY(jié)性和熱值，即可作為制備黏結(jié)劑。例如在污泥作為黏結(jié)劑將無煙粉煤加工成型煤的同時(shí)，污泥在汽化爐中被分解，防止了二次污染，其次，它還能改善煤內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，提高碳的轉(zhuǎn)化率。

PHAs是一種利用大量細(xì)菌合成的聚合物，具有可降解性，是一種可替代化石塑料的環(huán)保產(chǎn)品。而從剩余活性污泥中挑選培養(yǎng)大量微生物合成PHAs，既實(shí)現(xiàn)了污泥的資源化又促進(jìn)了環(huán)保，但由于其成本的高昂，相對(duì)限制了其發(fā)展。

十、能源利用

污泥含有大量的熱值，因此在污水處理廠內(nèi)設(shè)置消化池，利用污泥發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣可作為燃料，能完全燃燒,是一種清潔燃料；將沼氣凈化后，還可作為化工原料，制成多種化工制品相當(dāng)于1kg煤，既可實(shí)現(xiàn)污泥熱值的利用，又降低了電耗和運(yùn)行費(fèi)用。國(guó)外一些學(xué)者還研究了以剩余污泥為燃料，利用微生物燃料電池將污泥中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。

十一、其他利用

城市污泥還有一些其他方面的應(yīng)用，例如Aharon等人污泥中提取出了再生纖維(主要是纖維素嫌惡)，這樣既能獲得相應(yīng)的所需原材料，又能降低污泥的污染。

[1]陳曉娟,呂小芳.淺談城市污泥的處理、處置與資源化利用[J].蘇州市環(huán)境科學(xué)研究所,2012,41(5):41-45.

[2]王菲,楊國(guó)錄,等.城市污泥資源化利用現(xiàn)狀及發(fā)展探討[J].南水北調(diào)與水利科技,2013,11(2):99-103.

[3]徐杰,高定,等.城市污泥土地利用的國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)與展望[J].中國(guó)給水排水,2012,28(20):28-30.

王孟祺(1992.11-)，男，漢族，四川成都人，碩士研究生，天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院，發(fā)酵工程專業(yè)，研究方向現(xiàn)代釀造技術(shù)。