楊 帆, 趙 華

（天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院,天津 300457）

引 言

近些年,伴隨著城市化進(jìn)程加劇,生活用水量逐年增多,大量城市污水產(chǎn)生,城市污水處理廠的數(shù)量和規(guī)模也在不斷擴(kuò)大,從而產(chǎn)生大量的污泥。目前,世界上污水處理廠年產(chǎn)污泥量,以含水率約80%計(jì),大約8億t左右［1］。產(chǎn)生的污泥,如果不經(jīng)處理直接排放,將會(huì)造成環(huán)境污染,占用土地,甚至傳播疾病。據(jù)統(tǒng)計(jì),2015年全國(guó)年污泥產(chǎn)生量突破4 500萬(wàn)t。以天津市為例,天津市現(xiàn)已建成的污水處理廠有60余座,中心市區(qū)的年排污泥量近40多萬(wàn)m3,大量的污泥處理問(wèn)題多年來(lái)一直未能得到很好的解決,倘若處理不當(dāng),還會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成不良影響,破壞周邊地區(qū)生態(tài),造成二次污染。

我國(guó)對(duì)于污泥工業(yè)化處理研究和技術(shù)的推廣晚于發(fā)達(dá)國(guó)家,至今主要以借鑒國(guó)外污泥處理技術(shù)經(jīng)驗(yàn)為主來(lái)發(fā)展我國(guó)的污泥處理方法。污泥處理主要是以減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化、資源化4個(gè)方面為主要目的,因此,研究安全、高效、經(jīng)濟(jì)的污泥處理技術(shù),既可減少污泥對(duì)環(huán)境的污染,又可實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用。

1 污泥的常用處理方式

目前,國(guó)內(nèi)外污泥處理方式主要有土地填埋、污泥二次利用和焚燒3大類。土地填埋操作相對(duì)簡(jiǎn)單,處理費(fèi)用較低,但隨著污泥量的增加,由于體積大、含水量高等因素的限制,導(dǎo)致其土地占用面積增大。與此同時(shí),由于污泥中的各種有害成分未作處理,會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成不利影響。污泥二次利用是對(duì)污泥經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后,用作農(nóng)用土壤進(jìn)行作物或者植物景觀的種植。由于污泥中有機(jī)質(zhì)含量較高,可以為植物生長(zhǎng)提供充足的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。不過(guò),由于污泥中重金屬含量可能超標(biāo),也會(huì)對(duì)植物本身或者周邊環(huán)境形成潛在危害。焚燒處理是一種比較快速、徹底的處理方法,但由于污泥中水分含量較高、灰分含量高、熱值低,因此需要加入大量的輔助燃料,才能使污泥燃燒較充分,從而使得焚燒的投資和操作費(fèi)用都很高［2］。因此,污泥的處理必須先經(jīng)過(guò)減量化和穩(wěn)定化的階段。

1.1 污泥減量化和穩(wěn)定化的常用技術(shù)

干化和堆肥是實(shí)現(xiàn)污泥減量化和穩(wěn)定化的兩大技術(shù)手段。

污泥干化是通過(guò)污泥水分的蒸發(fā)或者滲出作用,除去水分,降低污泥含水率。污泥含水率的降低,會(huì)使污泥體積大大下降,不僅可以降低運(yùn)輸成本,而且能提高污泥的穩(wěn)定性。此外,污泥含水率的降低,使得污泥熱值升高,再進(jìn)一步去進(jìn)行土地填埋或者焚燒,可以極大地降低投資成本。

堆肥是一種可實(shí)現(xiàn)無(wú)害化、減量化和穩(wěn)定化的綜合處理技術(shù),微生物在一定環(huán)境中對(duì)污泥中的有機(jī)質(zhì)、重金屬和其他物質(zhì)進(jìn)行代謝分解或者合成利用,轉(zhuǎn)化為類腐殖質(zhì)。在堆肥的過(guò)程中,還能有效抑制一些病害菌或者原始生物的繁殖,其產(chǎn)物可以作為苗圃用的肥料或者種植土壤等。

1.2 干化

污泥干化可以分為傳統(tǒng)干化方式和生物干化。傳統(tǒng)干化又可以分為熱干化和自然干化。熱干化是通過(guò)人為對(duì)污泥進(jìn)行升溫操作,加速污泥水分蒸發(fā)進(jìn)程。這種操作雖然能快速降低污泥含水率,但會(huì)消耗大量熱能,且排出的廢氣需要進(jìn)行二次處理,加大投資成本。自然干化就是太陽(yáng)能及溫差使污泥中的水分自然蒸發(fā)的過(guò)程,投資和運(yùn)行成本低,不需要消耗額外的能源,但占用面積大、處理周期長(zhǎng)、效率低。

生物干化是利用微生物代謝活動(dòng),提供微生物一個(gè)適宜的生長(zhǎng)繁殖環(huán)境,利用生物熱使污泥中的水分蒸發(fā)。同時(shí),微生物代謝活動(dòng)也會(huì)消耗水分,并分解污泥中的有機(jī)物,配合通風(fēng)條件能有效提高水分散失效率,最終達(dá)到降低污泥含水率的效果。此種處理方式能量消耗較低、處理效果好,還能提高污泥穩(wěn)定性,具有堆肥和干化的雙重特點(diǎn)。污泥生物干化在歐美等國(guó)家應(yīng)用較為普遍,并進(jìn)行了更加深入的研究,將其作為污泥預(yù)處理手段,對(duì)污泥進(jìn)行焚燒或者衍生燃料（RDF）處理［3］

2 城市污泥在國(guó)內(nèi)外的處理方法

國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)污泥的研究較為深入,研究時(shí)間也比較早,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究和探索,形成了較為成熟的污泥處理方法。由于各個(gè)國(guó)家、地區(qū)的具體情況不同,法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)向不同,所以在污泥處理處置工藝選擇上各有側(cè)重。

2.1 控制污泥中的成分含量

通過(guò)控制污泥中的某些成分含量,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥中某種微生物數(shù)量的控制,以此改善污泥質(zhì)量。例如,Edmunds S等通過(guò)對(duì)污泥中含磷量的控制,成功抑制了污泥中病原體、微生物的數(shù)量,為污泥的資源化利用奠定了基礎(chǔ)。

2.2 改良污泥熱處理設(shè)備

污泥熱處理效率高,見(jiàn)效快。Zizmann R利用自身改良的污泥干燥裝置,有效提高了污泥處理效率,并大大提高了脫水效果,縮短了干化時(shí)間。

2.3 優(yōu)化干化條件

污泥干化容易受外界環(huán)境的影響,特別是生物干化。影響污泥生物干化的條件很多,如溫度、通風(fēng)量和接種量等。Zhao等［4］研究了通風(fēng)速率和翻堆頻率對(duì)污泥生物干化工藝的水分去除和能源利用的影響。結(jié)果表明,通風(fēng)速率越高,干化效果越好；翻堆頻率越高,干化效果越高,同時(shí)能量損失越大。

2.4 其他方法

處理過(guò)的污泥可以應(yīng)用到建材領(lǐng)域。例如,日本利用污泥焚燒材料成功生產(chǎn)出“生態(tài)水泥”,國(guó)內(nèi)也有將污泥用于城市建材的報(bào)道。此外,如果能將干化后的污泥運(yùn)用于生物質(zhì)的發(fā)電,不僅解決了污泥的處理問(wèn)題,而且進(jìn)一步為國(guó)家生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的發(fā)展提供了更為經(jīng)濟(jì)、充足的原料。用于苗圃用土、林地、綠化、森林土地施用等也是良好的污泥利用方式。

3 展望

污泥處理方式多樣,而且各有利弊,如何將多種方法進(jìn)行整合,趨利避害,達(dá)到污泥處理的減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化和資源化的目的,才是我們不斷研究的內(nèi)容。同時(shí),經(jīng)過(guò)處理的污泥有著巨大的潛能,除了本文中提及的應(yīng)用前景外,還可以將其用于制磚、陶瓷工藝和衛(wèi)生填埋等多個(gè)方面。污泥是放錯(cuò)了位置的寶藏,將污泥真正地變廢為寶,建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)將是我們要重點(diǎn)研究的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 李亞?wèn)|,李海波,梁浩.污水處理廠污泥的再利用集成技術(shù)［J］.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2005,6（5）：56－58.

［2］ Ndaji F E,Ellyatt W T,Malik A.Temperature programmed combustion studies of the co－processing of coal and waste materials［J］.Fuel,1999,78（5）：301－307.

［3］ 吳文偉,馬婧一,李榮平.垃圾處理前沿技術(shù)的比較分析［J］.城市管理與科技,2010（1）：18－21.

［4］ Zhao L,Gu W M,He P J,et al.Effect of air－flow rate and turning frequency on bio－drying of dewatered sludge［J］.Water Research.2010,44（20）：6144－6152.