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城市污泥特性与资源化利用途径

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城市污泥特性与资源化利用途径

在城市污水处理中，通常要截留相当数量的悬浮物质，这些物质统称为污泥固体，与水的混合体叫污泥。污泥通常是指主要含有各种微生物以及有机、无机颗粒组成的絮状物，含有大量的有毒有害物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子；植物营养素（氮、磷、钾）、有机物及水分等。另外污泥易于腐化发臭、颗粒较细，相对密度较小（约为~），含水率高且不易脱水，属于胶状结构的亲水性物质。因此，对污水需要及时处理和处置。污泥处理、处置的目的和原则是：一是稳定化，通常稳定化处理是消除恶臭；二是无害化，通过无害化处理，杀灭生物固体中的各类虫卵及致病微生物；三是减量化，通过减量化处理，使之易于运输与输送处置；四是利用，实现污泥资源化。四者关系密切，其处理（置）的基本流程见图1-1。本节主要介绍污泥资源利用途径、技术要求与标准等有关内容。关于污泥的处置、处置的加工技术，只结合相关内容与章节进行简介，请参考相关书籍，不再赘述。

一、城市污泥的组成与特性

污泥的种类是多种多样的，污泥的组成、性质和数量主要取决于废水的来源，同时也和污水处理工艺有密切关系。污水来源不同，污泥的组成、性质和数量也截然不同。同一种污水采用不同的处理工艺，其污泥的组成、性质与数量也会有很大的差异。城市污泥处理与利用技术措施选择的依据是城市污泥性质（物理、化学和生物），污泥组成这是污泥性质的基础。

污泥 硝化 水洗 加药 自然干燥 脱水 喷雾燃烧

离心 加压气浮 重力 加药

热调质

冷冻 带式压滤机

离心机

压滤机

带式过滤机 立式多段炉

回转炉

流动层

喷流层

机动炉排 烧固

与混凝土固化

其他固化处理 肥料、土壤改良剂

无害

预处理 浓缩 脱水 有害

性判别 无害化处理 填埋 干燥焚烧 湿法氧化

螺杆压榨机 有害

与塑料熔融 集料资源

填埋

海洋还原

污泥组成 固相 有机相

无机相 元素组成：C、H、N、O、S、Cl

化学组成 毒害性有机物组成：毒害性有机物含量

有机官能化合物组成：

有机生物质组成：

微生物组成 致病菌、病毒

寄生虫卵

昆虫卵 指示性生物含量

毒害性无机物组成：As、Cd、Cr、Hg、Pb、Cu、Zn、Ni

植物养分组成

磷、钾及其可溶态

无机矿物组成：Fe、Al、Ca、Si等的氧化物、氢氧化物等

流动相 水分：自由水分、间隙水分、表面（附着）水分、结合水分

水溶性组分 醇、酸、酯、醛、醚、烃；

芳香化合物；腐殖质等

可溶性糖类；纤维素、木质素；脂肪；蛋白质等

氧及其化合态

城市污泥体系基本描述见图1-2。其主要组成相的组成特点如上。

（一）污泥有机物组成

污泥有机物组成首先是它的元素组成，一般按碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、氯（Cl）六种元素的构成关系（如质量分数）来考察污泥的有机元素组成。

污泥有机物另一种组成描述方式是化学组成（或化合物组成、分子结构组成），由于污泥有机物分子结构组成状况十分复杂，因此应按其与污染控制与利用有关的各个方面来描述其化学组成。其中包含：①毒害性有机物组成；②有机生物质组成；③有机官能化合物组成；④微生物组成。

毒害性有机物组成，描述的是污泥中的毒害性有机物含量，所谓的毒害性有机物是按其对环境生态体系中的生物毒性达到一定的程度来定义的，各国均已公布的所谓环境优先控制物质目录中可找到相应的特定物质。污泥中主要的毒害性有机物有PCBs、PAHs等。

有机生物质组成，是按有机物的生物活性及生物质结构类别对污泥有机物组成进行的描述。前者可将污泥有机物划分为生物可降解性和生物难降解性两大类：后者则以可溶性糖类、纤维素、木质素、脂肪、蛋白质等生物质分子结构特征为组分分类依据，对污泥有机质进行组成描述。这两种生物质组成描述方式，能有效地提供污泥有机质的生物可转化性依据。

有机官能化合物组成，是按官能团分类对污泥有机物组成进行描述的方法，一般包含的物质种类有：醇、酸、酯、醚、芳香化合物、各种烃类等。此组成状况与污泥有机物的化学稳定性相关。

微生物组成，描述污泥的微生物组成主要是为了揭示污泥的卫生学安全性，用于描述的组成指标则应是相关致病、有害的生物含量（如各种致病菌、病毒、寄生虫卵和有害昆虫卵等）。由于污泥所可能含有的各种微生物种类繁多，为使组成描述更为高效，一般采用所谓生物指示物种的含量来描述污泥的微生物组成。我国一般采用大肠杆菌值、粪大肠杆菌菌落数和蛔虫卵等生物指标；国外为能间接地检查病毒的无害化处理效果，多将生物生命特征与病毒相似的沙门氏菌列入组成分析范围。

（二）污泥无机物组成

污泥的无机物组成野生按其与污染控制与利用有关的各个方面来进行描述的，其中包含：①毒害性无机物组成；②植物养分组成；③无机矿物组成等三个主要的方面。

污泥的毒害性无机物组成，是按其毒害性元素的含量对污泥进行组成描述的，无机毒害性元素主要包含：砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、汞（Hg）、铅（Pb）、铜（Cu）、锌（Zn）和镍（Ni）8种元素。考虑到无机元素的生物可利用性，除了按固相总含量进行组成分析外，还可按各毒害元素的生物水溶态、酸性水溶态和络合可交换态的比例进行相关元素含量的描述。

污泥植物养分组成，是按氮（N）、磷（P）、钾（K）3种植物生长需求的宏量元素含量对污泥组成进行的描述，既是污泥肥料利用价值的分析，也是对污泥进入水体的富营养化影响的分析。对污泥植物养分分组组成的分析，除了总量外也必须考虑其他化合状态，因此氮可分为（NH3-N）、亚硝酸盐氮（NO2—）、硝酸盐氮（NO3—）和有机氮（Org-N）四类；磷一般分

为颗粒磷和溶解性磷两类；钾则按速效和非速效分为两类。

污泥的无机矿物组成，主要是铁（Fe）、铝（Al）、钙（Ca）、硅（Si）元素的氧化物和氢氧化物。这些污泥中的无机矿物通常对环境而言是惰性的，但它们对污泥中重金属的存在形态（影响可溶性比例）以及污泥支建材的适用性有较大影响。

（三）污泥流动相组成

污泥流动相主要由水以及溶于水中的各种有机物和无机物质组成，污泥中的水溶性污染物组成与城市污水中的相似，但一般浓度稍高，如污泥机械脱水上清液的溶解性COD在数百至数千的范围，比城市污水高数倍。

值得注意的是，污泥中水的存在状态组成。Vesilind等认为污泥中的水有自由水分、间隙水分、表面水分和结合水分4种存在状态。自由水分是污泥中流动不受限制的水分；间隙水分以毛细管力受污泥固体限制；表面水分以吸附力与固体结合；结合水则是固体的一部分。污泥中水的存在状态是污泥可脱水性的依据，利用机械应力脱除污泥水分的极限部分是全部自由水分和一部分间隙水分，其他存在状态的水分只能以热力干燥等方式才能脱除。

二、城市污水处理厂污泥特性

（一）污泥中营养物质含量

我国城市居民饮食结构有别于发达国家。居民住宅的卫生设施仍不十分完善，这部分污水大多未接入城市下水工程。因此造成城市污水污泥的有机物含量较低。

除了有机物外，污泥中含有大量植物生长所必需的肥分，如氮、磷、钾等微量元素及有机腐殖质，这是城市污泥农业利用的基础。

（二）污泥中重金属离子含量

污泥中的重金属可分为两部分，一部分为水溶性的，可被植物吸收；另一部分为非水溶性的，不易被植物吸收。通常以土壤中可被醋酸萃取的重金属量作为水溶性重金属离子含量可被植物吸取量指标。

各种重金属对于动、植物的作用各不相同。微量重金属是动、植物必不可少的生长助剂，浓度超过一定值后即产生毒害作用。主要表现为：抑制植物的生长，可使土壤贫瘠；在植物中，特别是在淀粉类块根中积累，然后经食物链进入人体或动物体内。

城市污水、污泥中的重金属种类繁多，主要有Cu、Pb、Zn、Ni、Cr、Hg、Cd等。不同城市污泥中重金属离子含量存在着很大区别。城市性质、工业布局、地理位置等都会导致其重金属含量的差异。以处理生活污水为主所产生的污泥，重金属含量通常较低；以处理工业废水为主所产生的污泥，重金属含量则往往较高。

（三）污泥中有毒有机物与微生物

污泥中含有比污水中数量高得多的病原物主要有细菌类、病毒与虫卵等。常见的细菌有沙门氏菌、志贺氏菌、致病性大肠杆菌、埃希式杆菌、耶尔森氏菌；常见的病毒有肝类病毒肠道病毒、脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒、轮状病毒等；常见的虫卵有蛔虫、绦虫卵等。各种病原体在环境中的存活力取决于病原体本身生存能力，也与环境的温度、湿度、光照、pH

值等因素密切相关，有的仅存活几个小时，有的可存活数月直至数年。这些有毒物质与寄生虫卵与病毒，主要来自生活污水，在污水处理过程中，它们50%以上浓缩到污泥中。污泥中所含细菌总数、大肠菌群、寄生虫卵及肠道致病等见表1-24。

城市污水厂污泥细菌与寄生虫卵均值表 表1-24

污泥种类 细菌总数

103个/g（干） 大肠菌群

103个/g（干） 寄生虫卵

103个/g（干） 肠道传染病析出率

初沉污泥 （活卵率%） 100%

活性污泥 （活卵率%） %

消化污泥 （活卵率60%） 0

任何进入环境的有机化合物均可能在污泥中发现。20世纪特别是50年代以来，化学工业的发展使人工合成的有机物种类与数量与日俱增，目前全球合成有机物总量已达亿t。这些有机物已经并正在通过各种途径进入环境，现已发现的就有数十万种，对人类生活环境造成了种种影响。在德国城市污泥中，已发现332种可能危害人体与环境的有机污染物，其中有42种被经常检出，而且很多是属忧控污染物。

1989年，美国环保局提出的污泥农用处置规范中，曾特别提到需要监测的25种毒性有机物，并于1993年重新予以修订。其中有毒污染物主要是难分解有机氯杀虫剂，如艾氏剂、狄氏剂（Aldrin、Diedrin）、苯并芘（Benzopyrene）、氯丹（Dimethyl-nitrosamine）、七氯（Heptachlor）、六氯代苯（Hexachlorobutaclience）、多氯联苯（polychorbiphenyls）等。由于这类优控污染物含量较高，农用后作物中的含量可能比未施用时土壤培养物高出10倍以上，因此可能对环境和人类具有长期危险性。

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城市污泥的来源

城市污泥的来源

1.1 堆肥处理

我国近年发展了将污泥和城市垃圾等其它物质混合堆肥，一般和污泥进行混合堆肥的物质有城市垃圾、木屑、树皮、稻壳、稻草等有机调理剂或回流堆肥，一般城市垃圾使用较多。通过堆肥过程的生化反应，使污泥达到稳定化和无害化的要求，堆肥后无蚊蝇滋生，基本无嗅味，外观呈现较松散，已达到腐熟程度，既杀死了污泥中的有害细菌，又能提高其肥效。

1.2 卫生填埋

城市污泥经过简单的灭菌处理直接倾倒于低地或谷地制造人工平原是污泥填埋处置的基本方式。它的好处一是污泥无毒无害化处理成本低，不需要高度脱水（自然干化），二是既解决了污泥出路问题，又可以增加城市建设用地。然而，城市污泥卫生填埋也存在许多问题，如填坑中含有各种有毒有害物质，会通过雨水的侵蚀和渗漏作用污染地下水环境，这对以地下水为生活水源的地区来说是个严重问题。

1.3 焚烧处理

城市污泥中含有大量的有机物和一定量的纤维素木质素。焚烧正是利用污泥中有机成分较高、具有一定热值等特点来处置污泥。脱水后的污泥发热量约836 KJ/kg，掺入适量的引燃剂、催化剂、疏松剂和因硫剂等添加物配制成“合成燃料”，可做工业炉窑或生活锅炉的辅助燃料。

1.4 水体消纳

利用水体消纳城市污泥一般不需进行严格的无毒无害化处理，也不需要脱水就直接排入水体，而且容量大。但这种方法只能是解决污泥出路的一种权宜之计，并没有从根本上解决环境污染问题。污泥进入水体后，其中的有毒有害物溶入水环境，导致水生环境恶化；另一方面，污泥经长年累月进入水体，其中的泥沙会导致水位升高，甚至堵塞河道，对人类生存产生潜在的威胁。上个世纪90年代以来，大量城市污泥进入水体己经致使江河湖海污染问题日益突显，许多国家开始慎重考虑水体消纳污泥的方式。美国已经通过立法禁止这一污泥处置方式。欧盟认为海洋不是消纳污泥的最佳场所，建议成员国逐步减少污泥水体消纳量，并于1998年底停止这种行动。在我国，这种污泥处置方式也不被推荐。

城市污水处理厂污泥特性及资源化利用的发展对策

城市污水处理厂污泥特性及资源化利用的发展对策

第３ｌ卷第９期　２００６年ｌ２月　环境科学与管理　ＥＮＶｍｏＮＭ　ＮＴＡＬ　ＳＣⅡ　ＮＣＥ　ＡＮＤ　Ｍ＾ＮＡＧＥＭ［ＥＮＴ　Ｖ０ｌ＿３ｌ　Ｎｎ９　Ｄｅｃ．２ｏ０６　

文章编号：１６７３—１２１２（２００６）０９—００９９—０３　

城市污水处理厂污泥特性及资源化利用的发展对策　

史聿忠　，司铸惠　，赵全起　，王克云　

（１．２泗阳县环境监察大队。江苏泗阳２２３７００；３．唐山市丰润区污水处理厂，河北唐山０６４０００；４．泗阳县环境监测站，江苏泗阳２２３７００）　

摘要：分析了中国部分污水处理厂污泥的特性。借鍪部分城市污泥处置利用的先进手段和经验，提出了中国污泥资源化利　用应遵照“实事求是、因地制宜”的原则。政府提供优惠的产业政策。同时以示范工程为依托。污泥利用形成产业化．成为污水　

处理企业除污水处理费征收、中水回用之外的第三个经济增长点。弥补污水处理费用的不足，解决污水处理从业人员过多的　问题，而且还可以充分发挥污水处理厂社会效益和生态环境效益的发展对策。　关键词：污泥处理；特性；资源化；利用　中图分类号：Ｘ７０３　文献标识码：Ａ　

一般认为，污水处理过程产生的污泥量为污水处理量　

的１％，污泥中除含有大量的有机物，丰富的氮、磷等营养　

物质外。同时存在致病菌、寄生虫和重金属等其它有毒有　

害成分。且污泥产量有逐年递增的趋势，其处置费用可达　

污水处理成本的５０％左右。污泥处理处置的目的主要　

有：①稳定化。通过处理使污泥中的有机质得到降解，达　

到稳定的目的，避免二次污染。②减量化。通过减少污泥　

的含水率削减污泥的体积，降低污泥处理及最终处置费　

用。③无害化。通过消毒杀灭寄生虫卵和病原微生物，防　

止传染病通过污泥扩散。④资源化。在处理污泥的同时　

实现化害为利、回收资源、循环利用。资源化是最终解决　

污泥出路的有效手段，是实现循环经济的重要举措。　

１　城市污水处理厂污泥的特性　

１．１污泥量大　

随着中国社会经济和城市化的发展，城市污水的产生　

城市污水厂污泥资源化处理之路

城市污水厂污泥资源化处理之路

城市污水厂污泥资源化处理之路

[摘 要] 分析了目前污泥处理、处置中存在的问题, 通过对污泥特性的再认识和对原有技术路线的反思, 提出以无害化为主导、在坚持安全、环保的原则下实现污泥的资源化是我国今后污泥处理与处置的新思路。

[关键词] 城市污水处理厂 剩余污泥 污泥焚烧

随着世界工业化和城市化的不断发展，污泥的产量与日俱增。截至2008年3月底，我国已有1320座城市污水厂投入运营，处理能力达9725万吨/日，污泥年产量达532万吨干重，折合含水率80 %的湿污泥为2662万吨[1]。目前，全国每年产生含水率80 %的污泥约3000万吨左右。预测到2015年，我国城市污水处理厂的数量将达到2000座以上，污水处理能力将达到2亿吨/日，污水处理率将达到80 %以上，这意味着未来几年内，我国城市污泥的产生量将成倍地增长。

污泥含有大量的有机物和丰富的氮磷等营养物质，以及重金属、盐类、致病菌和寄生虫等有害成分，处置不当将会引发环境卫生和污染问题。污泥随意抛弃、倾倒, 没有得到妥善的处置引起的二次污染问题已不容忽视。

1. 污泥的传统处理处置技术

污泥处理处置的通常做法是经过浓缩、稳定和脱水等预处理后再土地利用、卫生填埋、焚烧和投海等[2-4]。其中，土地利用是将污泥用于农田施肥，垦荒地、贫瘠地受损土壤的修复及改良，园林绿化建设，森林土地施用等；卫生填埋始于20 世纪60年代，是把污泥运到土地填埋场的限定区域内压实，再在其上覆盖土壤，种植绿色植物；焚烧是在高温条件下将污泥中的有机质完全氧化的过程；而投海是未对污泥进行任何实质性处理便将其直接倾倒入海洋的方法。传统的污泥处理处置技术的优缺点详见表1所示。

在我国，尽管污水处理水平得到快速发展，但污泥的处理处置技术却发展迟缓。相比于发达国家污水、污泥处理处置同步进行的发展水平，我国的污泥处理处置还有很大差距。传统的污泥处理处置工艺费用高昂，通常占到污水处理总操作成本的50～60 %左右[5]，高昂的污泥处理处置费用给污水处理厂带来了巨大的经济压力；而且传统的污泥处理处置技术都存在一定的局限性。因此，开发污泥无害化、减量化、资源化处理新途径是各国研究者努力的目标。

城市污水厂污泥的处理处置与综合利用

城市污水厂污泥的处理处置与综合利用

城市污水厂污泥的处理处置与综合利用

所属行业: 水处理 关键词：污水处理 污泥处理 污水厂

城市污水厂 的污泥是指处理污水所产生的固态、半固态及液态的废弃物,是一种由有机残片、细菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。任意排放不加处理的污泥会对环境造成严重的污染。随着城市化的进展和环境质量标准的日益提高,污水处理 率和处理程度也日益得到提高和深化,因此污泥的产量也大大提高。据统计,2003年全国每年的污泥(干重计)产量约为130万吨,而且以每年10%的速度递增[1]。如果大量的污泥不加处置就任意堆放和投弃,会对环境造成新的污染。因此,如何将数量大、成分复杂的城市污水污泥进行处理处置,使其减量化、稳定化、无害化、资源化,已经成为全球广泛关注的课题之一。

1城市污水处理厂污泥的特点

城市污水污泥的成分复杂,由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物和无机物组成的集合体,含有水分、难降解的有机物、重金属、盐类以及少量的病原微生物和寄生虫等。中国城市污水厂污泥的成分特点如表1所示[2]。

污泥中重金属含量主要取决于工业废水排入污水处理厂的情况。中国污水中工业废水比重大,故污水厂初沉及二沉污泥重金属含量较高,某些重金属含量严重超标。

2污泥处理 处置的一般原则

城市污水厂污泥处理与处置必须遵循“减量化、稳定化、无害化、资源化”的处置原则,将“无害”作为污泥处置的重点,把“资源化”作为污泥处置的最终目标。为有效、彻底解决污泥的环境污染问题,可以通过技术开发将大量的废物变为可用物质,对污泥进行综合利用,取得良好的经济效益和环保效益。

2.1减量化

城市污水处理厂的污泥减量化就是通过采用过程减量化的方法减小污泥体积,以降低污泥处理及最终处置的费用。污泥减量化通常分为质量的减少和过程减量,质量减少的方法主要是通过稳定和焚烧,污泥体积减小的方法主要是通过污泥浓缩、污泥脱水两个步骤来实现,过程减量可通过超声波技术、臭氧法、膜生物反应器、生物捕食、微生物强化、代谢解偶联及氯化法等方法实现。