城市污泥资源化循环利用研究

张贤平 李慧英

（1．江西理工大学应用科学学院，赣州 341000；2．浙江临安华汇净水剂厂，临安 310000）

城市污泥是污水处理厂在对污水处理的过程中产生的固体或半固体的沉淀物质，通常包括初沉污泥和剩余活性污泥。如何处理处置城市污泥，使之变废为宝，循环利用，达到污泥的减量化、无害化、资源化是摆在世界各国环保工作者面前的一项重要课题。

1 城市污泥处理技术进展以及存在的问题

1.1 城市污泥常用的处理方法以及资源化利用技术研究现状

（1）城市污泥的土地利用化，主要包括污泥农用，污泥用于森林与园艺、废弃矿场等场地的改良等。污泥中含有丰富的有机物和N、P、K等营养元素以及植物生长必需的各种微量元素Ca、Mg、Zn、Cu、Fe等，施用于农田能够改良土壤结构、增加土壤肥力、促进作物的生长。污泥的土地利用是一种安全积极的污泥处置方式。

（2）城市污泥填埋处置。其基本方式是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。此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，又可以增加城市建设用地。

城市污泥的卫生填埋始于60年代，是在传统填埋的基础上从保护环境角度出发，经过科学选址和必要的场地防护处理，具有严格管理制度的科学的工程操作方法。到目前为止，已发展成为一项比较成熟的污泥处置技术，其优点是投资少、容量大、见效快。

1992年欧盟大约40%的污泥采用填埋处置，因污泥填埋对污泥的土力学性质要求较高，需大面积场地和大量运输费用，地基需作防渗处理以免污染地下水等，近年来污泥填埋处置所占比例越来越小。美国环保局估计，今后几十年内美国6500 个填埋场将有5000 个被关闭。与1984年相比，欧盟国家污泥填埋量增加了4%，但同期污泥总量却增加了16%。这意味着填埋并最终不能避免环境污染，而只是延缓了产生时间。

（3）在城市污泥不能被农用的情况下，污泥进行焚烧处理。城市污泥中含有大量的有机物和一定量的纤维素木质素。脱水后的污泥发热量约836KJ/kg，可作工作炉窑或生活锅炉的辅助燃料。这种处置方法有利也有弊，既解决了污泥的出路问题又充分地利用污泥中的能源，而且污泥不需要作灭病原菌的处理。但是，污泥中的重金属却随着烟尘的扩散而污染空气。同时污泥必须保证在比较低的含水率才能制作“合成燃料”，因此污泥需要脱水。从目前技术水平看，机械脱水成本比较高，自然脱水虽然成本低，但时间长，占地大，且凉晒期间，污泥中的腐臭气污染空气。

（4）城市污泥资源化利用技术研究现状。近年来，各界工作者对如何减少城市污泥排放量和资源化进行大量研究工作，利用各种技术手段将城市污泥制备成可用的材料，主要的资源化利用技术研究主要有：台明青（2006）利用污泥厌氧发酵制氢，在降解有机物消除污染的同时又获取氢气。李雅琼（2008）以苏州工业园废水处理后的污泥为研究对象，利用浸出-溶剂萃取-电积法从水处理污泥中回收得到高纯度铜、铅等重金属。贾相如（2009）将城市污泥干污泥颗粒掺合发电厂燃料，提取焦油焦炭、燃料油和燃气等。杨雷等（2010）将城市污泥燃烧灰加入水泥添加剂，制备污泥砖、污泥陶粒等建筑材料。李亚东（2005）将城市污泥细菌蛋白制造蛋白塑料，胶合生化纤维板等。苏铭华（2009）将城市污泥气制备动力燃料、四氯化碳、氢氰酴、有机玻璃树脂和甲醛等化工产品。由于污泥热解产生的衍生物具有吸附性。Poazu 等（1960）、Beeckm ans和 Park（1971）提出，若控制一定的热解条件和经过化学处理。可以把污泥转化为有用的吸附剂，任爱玲（2004）等以天津市东郊污水处理厂污泥为研究对象，探讨了城市污泥制备活性炭的综合利用新技术。

1.2 城市污泥处理存在的问题

目前城市污泥的处置存在一定危害和潜在风险。

（1）对于采用污泥的土地利用化来说，尽管污泥的土地利用有能耗低、可回收利用污泥中养分等优点，但污泥中也含大量病原菌、寄生虫（卵）以及铜、铝、锌、铬、汞等重金属和多氯联苯、二恶英、放射性元素等难降解的有毒有害物。同时因污水处理时使用了高分子一类的絮凝剂，使用污泥土地化时，易使土壤板结。

（2）对于采用城市污泥填埋处置来说，因填坑中污泥含有各种有毒有害物经雨水的浸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，存在不安全卫生隐患。且适宜污泥填埋的场所因城市污泥大量的产出而显得越来越有限。据一份关于污水污泥情况调查报告预测，到2005年，欧盟国家污泥卫生填埋场所仅能容纳污泥总产量的17%。目前我国修建的卫生填埋场中，都用高密度聚乙烯为防渗层，避免了对地下水源及土壤的二次污染。

（3）对于采用城市污泥进行焚烧处理来说，焚烧方法产生的剩余物最少，焚烧的另一个优越性在于无异味。其缺点是高成本和可能产生的污染（废气、噪声、震动、热和辐射）。焚烧的成本是其他工艺的2~4倍。

（4）对于城市污泥材料化、减量化是一个积极的处理方法，也将是未来城市污泥处置的方向，但大部分技术还只是在实验室阶段，进行产业化还存在成本、安全和环境三者如何平衡，以及相关公益事业政府如何进行补偿的体制和机制等方面的问题，为此，本研究在城市污泥资源化时，力求能达到所制作的材料既能消化污泥又能使企业获得一定经济效益，并进行产业化实施。

2 城市污泥资源化循环利用途径

本研究采用污泥分类处理，经过无害化处理的城市污泥，以及经过去除重金属的工业污泥，可以实现污泥资源化。本工艺研究采用的临安市污水处理厂处置产生的污泥进行了材料化和资源化研究。

2.1 城市污泥资源化工艺流程研究

城市生活用水处理污泥含污泥水分、有害组分含量高，同时散发恶臭气体、污染环境，因此在进行材料化和资源化之前，需要进行无害化处理。污泥处理处置的目标是实现污泥的减量化、稳定化和无害化，并且回收和利用污泥中的能源和资源。试验方案和工艺流程见城市生活用水处理污泥工艺流程图，本工艺获得三种产品：有机碳、能源油以及花卉营养液。通过该生产工艺流程处理1吨干污泥，可生产约0.4吨有机炭、0.1吨能源油和0.1花卉营养液。

城市污泥资源化工艺流程图

2.2 关于城市污泥资源化添加辅料Y比率的对比试验

为实现城市污泥的减量化、材料化和能源化，在分析污泥成分以及物理、化学特性的基础上，设计实验方案。首先在污泥中添加辅料Y，使含水量控制在10% ~ 15%之间，进行辅料Y添加比例的对比试验，确定辅料Y添加的比例后，再将混合料进行活化处理。

2.3 关于制备有机碳的温度对比试验

确定了污泥及辅料Y添加比例后，将混合料送入混合池进行预处理，在氮气保护的环境下，利用高温回转窑进行高温活化处理，进行不同温度条件试验，在最佳控制温度下制备的有机碳。

2.4 关于制备能源油的添加剂对比试验

利用高温回转窑进行高温活化处理，获得有机碳的同时，还获得副产品—能源油，为了提高能源油的燃烧值，需要添加一种添加剂，为此，进行了添加剂A、B、C的对比试验，最后确定成本底、易获取的添加剂B，制得能源油。能够产生4000大卡的热量。

2.5 关于有机碳脱色、除杂效果试验

将制备的有机碳与活性炭进行脱色、除杂效果比对试验。制得的有机碳的脱色效果和除杂效果较好。

2.6 关于制备有机碳废水、废气的循环利用试验

为了解决有机碳制备过程中会产生含CO、H2、CH4的废气问题，由于煤气发生炉给高温回转窑加热时需要的水气和CO、H2、CH4，，可以将高温回转窑的废、烟气管道接入煤气发生炉的加气管道，这样一方面解决了废、烟气处理的问题，也解决了煤气发生炉燃料的问题，达到废、烟气循环利用的目的。

2.7 三种产品的质量验收标准

按照一类城市污泥生产工艺流程，生产获得的产品质量稳定的有机碳、能源油和花卉营养液，有机碳按照产品的质量标准（见表1）进行产品的过程检验和交付产品的检验。

表1 有机碳检验质量标准

制得的能源油产生的热量值大于4000大卡。花卉营养液的质量按照国家标准检验。

2.8 经济效益分析

采用由污泥及干粉料经预处理后，在氮气保护的环境下经高温活化而得的产品，因其具有丰富的孔隙，可用于污水处理或其它产品的脱色，对降低污水COD有较为明显的作用，同时对污染废水也有较好的净化作用。

日处理100t 污泥需50t 混合池二个，高温回转窑一台，煤气发生炉一台，粉碎机一台，各种规格活化池10 个，包装桶一批，设备投资共需120 万元左右。用电容量70kW 左右。生产用房2000m2，生产工人15名，管理人员5人，流动资金100万元。该产品的主要原料为污泥及辅料，原料成本为1500~200O 元/t，工厂综合成本约为300~400 元/t。产 品 市 场 售 价 为3000~4000 元/t，全年产值为2000万元左右。

3 结论

（1）该技术达到了“以废治废”、“变废为宝”的目的，实现了污泥的减量化、资源化和能源化，制备的有机碳脱色、除杂效果好，经济价值高；能源油的燃烧值高，有较高的经济价值。通过资源的循环利用，达到了废物零排放。

（2）通过试验研究和经济效益分析，使用该技术处理城市污泥的工艺流程简单、操作方便，生产过程操作安全，环境污染小，既减少了污泥的二次污染，又能够创造企业经济效益和社会效益。