污水处理厂剩余污泥资源化技术研究

摘要：污水处理厂剩余污泥的处置一直是困扰污水处理厂运行者和管理者的问题。在资源和能源日益紧张的今天，如能将污泥进行合理利用将是一件利国利民的举措。

关键词：污水 剩余污泥 资源化

中图分类号：TU992文献标识码： A

1 污泥土地利用

由于剩余污泥含有丰富的氮、磷、钾等植物生长所必需的营养元素，因此可将污泥土地利用。污泥土地利用已有多年的发展历史，在工业化国家，自20世纪70年代以来，人们就开始堆制高品质的污泥肥料为农业和园林等应用。污泥的土地利用主要有农田利用和城市绿化或林地利用。

目前实现剩余活性污泥无害化农用技术是将剩余活性污泥经过一系列处理后，达到无害化，并添加物质（其成分主要为菌种、粉煤灰及氮、磷、钾等营养元素等）混合，制成有机、无机复合颗粒肥。其工艺是将脱水污泥按一定比例与添加物质均匀混合，在一定温度条件下，通过好氧发酵堆肥完成对污泥的进一步脱水（污泥含水率可降至50%～80%）和有机物熟化处理;熟化后污泥与粉煤灰、营养元素和添加剂按一定比例混合、造粒、干燥、装袋，制成生物有机肥;在生产过程中实现杀菌、杀虫卵和固化重金属。堆肥方式主要有污泥堆肥、污泥与城市垃圾混合堆肥、污泥与粉煤灰混合堆肥。

在我国采用污泥无害化农用技术研制开发了两个系列的有机复合肥：土壤改良剂，其主要成分为有机质25%～38%，氮、磷、钾≥7%，主要用于改良土壤、林业种植；颗粒复合肥，主要成分为有机质10%～20%，氮、磷、钾20%～25%，用于大田种植。污泥的农用资源化是一种具有广阔前景的污泥处置方法。由于其处理量大，环境安全，经济可行，因此一直深受各国重视。田间试验表明，污泥用于农田后可增加农作物产量，提高土地肥力。

城市绿化、林地利用土地利用是一种积极有效而安全的污泥资源化方式。我国主要用于城市绿化及林地改造。华南农业大学与广州市园林研究所合作，把污泥与木屑、绿化公司修剪下来的树枝粉碎、混合堆肥，作为育苗和花卉基质，效果不亚于用泥煤土开发的花卉基质，污泥或污泥堆肥产品应用于城市园林绿地建设，只要对堆肥等进行适当的处理，控制污泥中的污染物含量，保证污泥的质量，并科学合理地施用，一般不会引起土壤、地表水和地下水的污染。而且污泥用于园林绿地建设，避开了食物链，一般不会影响到人体健康。

2污泥制动物饲料

污 泥 中 含 有 大 量 有 价 值 的 物 质 。 粗 蛋 白 占28.7%～40.9%，灰分占26.4%～46.0%，纤维素占26.6%～44.0%，脂肪酸占0～3.7%。其中，70%的粗蛋白以氨基酸形式存在，包括蛋氨酸、胱氨酸、苏氨酸等。污泥蛋白中含有几乎所有家畜饲料所需的氨基酸，且各种氨基酸之间相对平衡，因此可以作为饲料蛋白加以利用。

3 污泥制燃料

3.1 污泥低温热解制油

目前正在发展一种新的热能利用技术――污泥热解制油，即在300℃～500℃、常压（或高压）和缺氧条件下，借助污泥中所含的硅酸铝和重金属（尤其是铜）的催化作用将污泥中的脂类和蛋白质转变成碳氢化合物，最终产物为油、碳、非冷凝气体和反应水。第一座工业规模的污泥炼油厂建在澳大利亚的珀斯，处理干污泥量可达25吨/天[18]。

3.2 污泥直接油化

鉴于污泥低温热解制油需要对脱水污泥进行干燥处理，需要很大的能量以及相应的投资。在250℃～350℃、5.0MPa～15MPa的条件下，在催化剂（通常是Na2CO3）的作用下，通过加水分解、缩合、脱氢、环化等一系列反应，污泥中有近50%的有机物能转化为低分子油状物。该工艺是在高压下操作，对设备要求较高，产品在分离、加工过程中产生的异味也较难解决。

3.3 污泥消化制沼气

污泥厌氧消化是利用无氧环境下生长于污水、污泥中的厌氧菌菌群的作用，使有机物经液化、气化而分解成稳定物质，病菌寄生虫卵被杀死，固体达到减量和无害化的方法。污泥消化过程分两个阶段：第一阶段是酸性消化阶段，即高分子有机物首先在胞外酶的作用下水解与酸化；第二阶段是碱性消化阶段，即专性厌氧菌将消化过程第一阶段由兼性厌氧菌产生的中间产物和代谢产物分解成二氧化碳、甲烷和氨。污泥厌氧消化过程中产生的能量（甲烷）可供污水处理厂污水处理过程所需的能量，也可以为厂区及附近居民提供生活及生产能源。当污水处理厂规模较小污泥数量少时采用污泥厌氧消化制沼气综合利用价值就不大。

4污泥制建材

4.1 污泥制水泥

近年来，利用城市垃圾（污泥）焚烧灰和下水道污泥为原料生产水泥，用这种原料生产的水泥叫做“生态水泥”。日本在2001年已建成世界第一座“生态水泥厂”，设计年生产能力为11万吨。在我国，胡芝娟等对污泥在水泥窑上资源化处理的可能性及半工业试验研究结果表明，城市污水处理厂剩余污泥在水泥生产中完全能够得到无害化、资源化的生态处理。检测表明，污泥焚烧后的残渣进入水泥熟料中，其主要有害物――重金属固溶在熟料矿物中，其对熟料及水泥强度稍有影响，但对水泥安定性无影响，且熟料中的重金属尤其是对人体有害的砷、铅、镉、铬浸出液含量远小于国家标准。

4.2 污泥制陶粒

近年来，开发了直接从脱水污泥制陶粒的烧结术，它是将粉末状物料加热到熔点以上，使一部分物料变成液相，冷却后成为有相当强度的固体。污泥制轻质陶粒一般可做路基材料、混凝土骨料或花卉覆盖材料使用，也可作为污水处理厂快速滤池的滤料代替常用的硅砂、无烟煤，效果良好。污泥制陶技术应该注意和需改善的主要问题是，当污泥中含有大量的重金属时要注意窑炉的烟气治理与控制以及产品重金属浸出性能的监控。

4.3 污泥制砖

剩余污泥可直接用干化污泥制砖，或用污泥焚烧灰制砖。浙江大学省级重点项目“污水处理中污泥资源的开发与利用研究”利用污泥资源具有热值较高和轻质地的特点，成功地开发出了一种轻质砖。该轻质砖体的放射性指标符合《建设材料放射卫生防护标准》要求，砖

体主要指标达到普通烧结砖的国家标准，具有高抗压强度、节省能耗10%、重量比同体积的普通砖轻，并节省黏土资源10%～15%等优点[17]。另外，任伯帜等以城市污水处理厂剩余污泥为研究对象，进行粉煤灰-黏土砖烧制过程处理城市污泥的试验研究。结果表明：煤中掺入20%左右含水率80%的污泥，可改善和提高煤的燃烧特性；粉煤灰-黏土砖中掺入30%左右含水率80%的污泥不影响烧制成品的各项性能；整个过程中可资源化利用50%左右城市污泥。

4.4 污泥制纤维板

活性污泥中的有机成分粗蛋白（约占30%～40%）与酶等属于球蛋白，能溶解于水及稀酸、稀碱、中性盐的水溶液。在碱性条件下，加热、干燥、加压后，会发生一系列的物理、化学性质的改变，称为蛋白质的变性作用。利用这种变性作用能制成活性污泥树脂（又称蛋白胶），然后与纤维胶合起来，压制成板。

5环保利用

5.1 污泥制活性炭

剩余活性污泥中含有较多的碳（活性污泥的组成可用分子式C5H7NO2表示，理论含碳量53%），人们选择污泥的最佳炭化、活化条件采用传统的高温炭化或用工业废弃的硫酸来催化炭化。受污泥含碳量的限制，污泥活性炭的质量低于传统活性炭，其碘值为177～700mg/g，但用其处理有机废水时，化学需氧量吸附容量和吸附平衡时间优于商品活性炭，因此有一定的应用前景。

5.2 污泥制黏结剂

污泥本身含有机物，如蛋白质、脂肪和多糖，具有一定的热值，又有一定的黏结性能。活性污泥做黏结剂将无烟粉煤加工成型煤，而污泥在高温气化炉内被处理，防止了污染：污泥做型煤黏结剂，替代白泥可改善在高温下型煤的内部孔结构，提高了型煤的气化反应性，降低灰渣中的残炭，提高炭转化率，并无二次污染。

总结：减少污泥中重金属等有害物质的含量，用污泥生产用于生产和改优计划进一步实施。且规模越大，产生的能量越多，经济效益也越高。因此，我们国家应尽快建立污泥处理处置的有关标准，并将污泥进行集约化处理。