污泥資源化利用技術(shù)

目錄TOC\o"1-3"\f\h\u14195引言 I9112一、污泥處置技術(shù) 115667二、污泥資源化利用途徑 195872.1污泥低溫?zé)峤庵朴图夹g(shù) 181712.2污泥合成燃料技術(shù) 2244522.3污泥堆肥土地利用技術(shù) 3311432.4污泥活化制取吸附劑技術(shù) 4119412.5污泥制活性炭568892.6污泥制生物膜載體填料5133362.7污泥制微生物滅蚊劑639752.8污泥厭氧消化制沼氣6213692.9污泥燃料燃燒發(fā)電616567三、結(jié)語 732503參考文獻(xiàn) 7引言污水廠污泥是指水處理過程中產(chǎn)生的絮狀體,它含有大量水分、豐富的有機(jī)物及N、P、K等營養(yǎng)元素,同時還含有重金屬及病原菌等有害物質(zhì),如果任意排放不加處理,不僅對環(huán)境造成污染,同時也是對資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。據(jù)不完全統(tǒng)計,全國污水排放量為4474×107m3/d,不同規(guī)模、不同處理程度的污水處理廠有100多座。每天所產(chǎn)生的污泥量約為污水處理量的05%—10%,如果這些污泥還使用傳統(tǒng)的處置方法(如土地填埋、燃燒和海洋排放等)進(jìn)行處理,相對于當(dāng)今更加嚴(yán)格化的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn),顯然是不適宜的;同時,隨著資源短缺危機(jī)的加劇,人們不得不尋找新的資源,污泥由于其有機(jī)物、營養(yǎng)元素含量高而受到越來越多的關(guān)注。因此,如何解決污泥對環(huán)境的污染問題,使其化廢為寶,是擺在環(huán)境科學(xué)與工程界的一個重要課題。本文就傳統(tǒng)污泥處置方法及目前國內(nèi)外對于污泥的資源化研究的熱點(diǎn)進(jìn)行了綜述。一、污泥處置技術(shù)污水污泥處置技術(shù)不僅包括衛(wèi)生填埋、燃燒、填海和土地利等傳統(tǒng)方法,同時包括濕式氧化(WO法)、厭氧消化法及近年開展起來的新的處置方法,如:膜生物反響器、污泥酸化等工藝。一般來說,各國或各地區(qū)對于污泥處理方式的選擇,是根據(jù)各自地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)水平、技術(shù)措施和交通運(yùn)輸?shù)纫蛩囟_定的,而且會隨著公眾認(rèn)識的提高和興趣的改變而發(fā)生變化。這些污泥處置方式在實際應(yīng)用中發(fā)揮了一定的作用,但隨著環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的更加嚴(yán)格化,其應(yīng)用中的弊端就明顯暴露出來了。因此,污泥資源化利用應(yīng)該是污泥處置的最終目的。二、污泥資源化利用途徑隨著近年來對環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求的提高和污泥傳統(tǒng)處理方法弊端的逐漸顯露,以及污泥是非常有用的資源的觀點(diǎn)被廣泛接受,一些污泥資源化利用途徑的探討也就被提到日程上來。污泥的根本出路是資源化利用。目前,污泥資源化的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展和顯著的成果,污泥資源化利用途徑主要有:污泥熱解制油技術(shù)、污泥制取吸附劑技術(shù)、污泥合成燃料技術(shù)和污泥堆肥土地利用技術(shù)等。2.1污泥低溫?zé)峤庵朴图夹g(shù)近年來,許多國家都著手研究污泥的資源利用和新的處理方法,美、英、日等國主要研究的是熱化學(xué)液化法,即在300℃、100個大氣壓左右將脫水污泥反響成油狀物;而德國和加拿大以熱分解油化法為主,我們在這里主要介紹熱分解油化法。污泥低溫?zé)峤庵朴图夹g(shù)是通過無氧加熱污泥枯燥至一定溫度(<500℃),由干餾和熱分解作用使污泥轉(zhuǎn)化為油、反響水、不凝性氣體(NGG)和炭等4種可燃產(chǎn)物。污泥低溫?zé)峤庵朴图夹g(shù)的工藝流程如圖1所示。在此工藝中,干污泥在無氧環(huán)境下被加熱至300—350℃保持約30min,然后由冷卻器收集油、水混合物,在反響釜內(nèi)沒有壓力情況下,繼續(xù)加熱到450℃左右,由冷卻器收集輕油、焦油和氣體。燃料油的產(chǎn)率在16%—20%左右,熱值3313MJ/kg,衍生油的元素和化學(xué)組成分別如表1和表2所示。從表中數(shù)據(jù)可見,產(chǎn)油的熱值高,收集起來后可以作為能源儲存。油在熱解過程中以蒸氣相存在,可被明火點(diǎn)燃,性質(zhì)穩(wěn)定。同時,熱解也產(chǎn)生污泥炭,其性質(zhì)穩(wěn)定,可以用于摻煤或直接作為熱解補(bǔ)充能源。這種技術(shù)正逐步經(jīng)過實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用階段。該工藝技術(shù)可靠、本錢小于直接燃燒的80%,同時還可獲得油,本錢將更低,應(yīng)該具有很好的開展前景。2.2污泥合成燃料技術(shù)城市污泥中含有大量的有機(jī)物,約占70%—80%,脫水污泥發(fā)熱量也很高。我國局部城市污泥的熱值見表3。壩煤50%、消化污泥35%、添加劑(含固硫劑)15%配制的合成燃料,其熱效率比壩煤熱效率高14171%,環(huán)保測試結(jié)果說明,爐渣含碳量、二氧化硫排放量、林格曼黑度等級均比壩煤低。另外,污泥具有黏結(jié)性能,活性污泥作為黏結(jié)劑將無煙粉煤加工成型煤,而污泥在高溫氣化爐內(nèi)被處理,防止了污染;污泥作為型煤黏結(jié)劑,可改善在高溫下型煤的內(nèi)部孔結(jié)構(gòu),提高型煤的氣化反響性,降低灰渣中的殘?zhí)俊Ｌ评枞A的研究說明,污泥添加量為2%(干基),白泥添加量為013%(干基)時,所制型煤抗壓強(qiáng)度、跌落強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性與白泥型煤相當(dāng),且污泥型煤無二次污染,其氣化成分符合氨原料氣的要求。經(jīng)該技術(shù)合成的燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣,可以通過常規(guī)的氣體凈化裝置去除其中的酸性氣體及其他大氣污染物,為污泥處理提供了一條新的途徑。2.3污泥堆肥土地利用技術(shù)污泥堆肥土地利用與傳統(tǒng)的污泥直接土地利用明顯不同。在我國,污泥堆肥主要有兩種方式:一是污泥消化或污泥和垃圾等其他物質(zhì)混合堆肥后農(nóng)用;二是污泥經(jīng)過堆肥發(fā)酵制成復(fù)合肥農(nóng)用。污泥直接消化后農(nóng)用目前比擬成熟的方法是中溫厭氧消化處理,它具有產(chǎn)氣率高、含水率低等優(yōu)點(diǎn),但該方法由于一些病菌(如蛔蟲卵等)幾乎沒有減少,因此,其推廣應(yīng)用受到限制。而混合堆肥通過堆肥過程中的生化反響,使污泥穩(wěn)定化、無害化,這種處理方法我國已有相關(guān)的研究,它既殺死了污泥中的有害細(xì)菌,又能提高其肥效。只要控制好城市垃圾中的不穩(wěn)定成分,該方法是很有開展前景的。另外,還有人研究開發(fā)了污泥-化肥復(fù)合肥系列產(chǎn)品進(jìn)行農(nóng)用,該方法充分利用了污泥中的營養(yǎng)元素,實現(xiàn)了氮、磷、鉀的平衡、有機(jī)無機(jī)平衡,集用地養(yǎng)地功能與一體,較單純施用化肥或有機(jī)肥都更優(yōu)具有優(yōu)越性。其工藝流程為:污泥→風(fēng)干脫水→高溫脫水滅菌→化學(xué)脫水→投配無機(jī)肥→破碎篩選→造粒→烘干→冷卻篩選→成品。采用上述工藝生產(chǎn)的污泥-化肥復(fù)合肥,風(fēng)干脫水即自然涼曬,可節(jié)約能耗;而高溫脫水滅菌在烘干機(jī)中進(jìn)行,溫度控制400—420℃,既可以保證有機(jī)質(zhì)不會分解,又可以殺滅病菌、病毒和寄生蟲卵;化學(xué)脫水可以脫除多余的水分,又可以減少一直利用高溫脫水所消耗的能量。在經(jīng)檢驗重金屬等的污染物含量符合國家標(biāo)準(zhǔn),并通過了有關(guān)部門的鑒定。使用后作物產(chǎn)量提高5%左右,價格大致與無機(jī)復(fù)合肥持平。2.4污泥活化制取吸附劑技術(shù)近年來,一些學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),來源于污泥熱解的衍生材料可以作為很好的吸附劑,我國學(xué)者吳鍵等和馬志毅等也從污水污泥中制取了吸附材料,一般的工藝過程如圖2所示。從工藝過程可知,污泥制取吸附劑的途徑有3條,針對不同的污泥、所制吸附劑的不同用途,可相應(yīng)采用不同的制取方法,而不同的制取方法所產(chǎn)生的吸附劑的性能差異很大,一般所制得的吸附材料性能為:化學(xué)活化>物理活化>空氣中氧化。影響吸附劑性能的主要因素有:活化藥劑的種類、濃度、熱解時間、熱解溫度和活化溫度等。馬志毅等利用污泥制取的吸附材料性能如表4所示。對于該種吸附劑的應(yīng)用,由于其中含有大量的重金屬的氧化物,致使其不但可以作為吸附劑,同時也是良好的催化劑,所以,雖然從相關(guān)參數(shù)上比擬其不如商業(yè)活性,但應(yīng)用效果卻與商業(yè)活性炭效果接近,甚至有時會超過活性炭。作者也正在從事這方面的研究,通過化學(xué)活化法,選取氯化鋅作為活化藥劑,在不同的活化溫度、藥劑濃度及不同的熱解條件下,獲得的吸附材料經(jīng)過SEM電鏡微觀分析和ASAP2010外表分析,相應(yīng)的性能參數(shù)與商用活性炭相比很接近。利用制成的吸附劑對難處理的農(nóng)藥廢水,COD的去除率也可以到達(dá)63125%,此種吸附材料對有機(jī)和無機(jī)有害氣體的凈化研究正在進(jìn)行,實驗室初探效果顯著。2.5污泥制活性炭活性炭是以含炭物質(zhì)為原料，經(jīng)高溫炭化活化制成.目前活性炭的制造方法大體上可分為藥品活化法和氣體活化法。由于污泥含有一定的有機(jī)碳源,根據(jù)污泥的組成，適當(dāng)添加鋸末、果殼、果核等副料，提高炭含量，采用在污泥中添加無機(jī)鹽等活化劑(如ZnCl2、FeSO4、K2S等)浸漬活化處理，在一定溫度下炭化，再經(jīng)活化即可獲得活性炭。制備污泥活性炭時，活化劑濃度、固液比、活化溫度及活化時間這4個影響因素的控制對污泥活性炭的吸附性能起決定性作用[9-10]。以城市污泥為主要原料制備活性炭符合固體廢物污染控制的減量化、資源化、無害化原那么，利用現(xiàn)有的活性炭制備技術(shù)路線和設(shè)備即可滿足其生產(chǎn)要求，可以制備出用于去除污水中污染物的吸附劑，表達(dá)以廢治廢，化害為利的原那么，對污泥資源化有一定的指導(dǎo)作用。

2.6污泥制生物膜載體填料曹鳳云和單舒曼等研究了以污泥代替天然原料，在一定條件下可以燒制成填料，并能用作污水處理中生物膜載體。以脫水污泥為主料，添加適量粉煤灰和粘土，制備生物膜載體填料是實驗研究的主要內(nèi)容。實驗說明，污泥使用量為70%、粉煤灰和粘土各15%時，燒成溫度為1000±25℃、保溫時間為40min,燒制的填料抗壓強(qiáng)度能到達(dá)25mpa、吸水率17%；用于藥廠廢水處理測試，在常溫下的化學(xué)需氧量(CODcr)的平均去除率為74.0%、懸浮物(SS)的去除率為54.1%[11]。

2.7污泥制微生物滅蚊劑

污泥中含有大量可被微生物利用的碳、氮、磷以及其它營養(yǎng)物質(zhì)。已經(jīng)證實，可以利用污泥為唯一發(fā)酵原料生產(chǎn)蘇云金桿菌生物殺蟲劑[12]。羅剛和周順桂等以活菌數(shù)、芽孢數(shù)和毒效為參數(shù)，通過搖瓶發(fā)酵試驗探討了污泥為原料制備微生物滅蚊劑的可行性。其研究說明，在含固率適宜的條件下，污泥是微生物滅蚊菌株Bacillusthuringiensissubsp.israelensis187(Bti187)和Bacillussphaericus2362(Bs2362)的優(yōu)良產(chǎn)孢產(chǎn)毒培養(yǎng)基.Bti187和Bs2362在污泥中發(fā)酵42h,活菌數(shù)、抗熱性芽孢數(shù)均顯著高于常規(guī)培養(yǎng)基.毒力測定說明,在污泥中發(fā)酵42h后，Bti187發(fā)酵液、Bs2362發(fā)酵液對淡色庫蚊和白紋伊蚊的48h的半致死濃度與常規(guī)培養(yǎng)基相比，殺蚊幼蟲毒效顯著提高。采用污泥發(fā)酵制備微生物滅蚊劑可降低生產(chǎn)本錢，且發(fā)酵性能優(yōu)良，為污泥資源化開辟了新途徑[13]。2.8污泥厭氧消化制沼氣污泥處理過程中可以直接利用厭氧消化產(chǎn)生的沼氣燃燒產(chǎn)生的熱量加熱消化污泥，也可以利用沼氣內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電與廠內(nèi)供電并網(wǎng)，并利用余熱回收裝置回收沼氣內(nèi)燃機(jī)的余熱加熱消化污泥。資源化利用污泥厭氧過程中產(chǎn)生的沼氣，不但可以解決污泥出路問題，而且對節(jié)能和降低污水廠運(yùn)行費(fèi)用都有很大意義[17]。

2.9污泥燃料燃燒發(fā)電由于含有大量有機(jī)質(zhì)，污泥的熱值高達(dá)12.56MJ·kg–1，略低于煤餅。污泥可作為替代/輔助能源[18]。脫水污泥的含水率直接影響到污泥處理規(guī)模以及干化燃燒的熱量平衡，理論上越低越好，但是脫水程度越高，設(shè)備投資會增加，能量消耗也會增加，處理本錢隨之提高，因此，合理選擇設(shè)計含水率非常重要[19]。根據(jù)蘇丹等人的計算，污泥燃燒最高限含水率為67.7%，高于一般污泥機(jī)械脫水設(shè)備的水平，直接以脫水污泥為燃燒處理對象的燃燒爐，大多需要使用輔助燃料。污泥燃料燃燒所釋放出的熱能通過熱回收系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化。

三、結(jié)語如何處置城市污水廠產(chǎn)出的大量污泥,是一個值得深入研究的課題。對污泥的處置首先應(yīng)該注重?zé)o害化、資源化和能源化,對污泥的資源化利用本身就是節(jié)約能源和資源,為污水處理廠的污泥處置與處理找到一條化害為利、變廢為寶的合理出路,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益同步增長。目前污泥的資源化工藝,熱解制油技術(shù)、制燃料技術(shù)、堆肥土地利用技術(shù)和熱解制取吸附劑技術(shù),都是比擬好的資源化技術(shù),它們都能夠充分利用污泥中有機(jī)物質(zhì)含量高的特點(diǎn),不僅可以解決污泥出路的問題,還可產(chǎn)生大量有用物質(zhì)。上述方法雖然工藝過程已經(jīng)清楚,但真正能夠到達(dá)大規(guī)模處理污泥還應(yīng)進(jìn)一步研究探索。不過,可以肯定的是,污泥資源化具有很好的開展前景參考文獻(xiàn)[1]趙鳴，吳廣芬，李剛.污泥資源化利用的途徑與分析.再生資源研究.2004.5：28～29.[2]廣東省環(huán)保廳.關(guān)于加強(qiáng)我省城鎮(zhèn)生活污水處理廠污泥處置工作的意見.2010.10.[3]張增強(qiáng),薛澄澤.城市污水污泥的堆肥化和資源化[J].環(huán)境保護(hù),1997,7:12～15.[4]普大華,吳學(xué)偉.城市綜合污水處理廠污泥處理技術(shù)及應(yīng)用[J].廣州環(huán)境科學(xué),2006,21(4):14～16.[5]史昕龍,陳紹偉.城市污水污泥的處置與利用[J].環(huán)境保護(hù),2001,3:45～46.[6]林云琴,周少奇.我國污泥處理、處置與利用現(xiàn)狀[J].能源環(huán)境保護(hù),2004,18(6):15～18.[7]劉英對，王峰，溫瑣茂.城市污泥的資源化與防治措施[J].資源開發(fā)與市場,1998,14(6):271[8]李海波,柳青,孫鐵珩,徐新陽.中國城市污泥資源化利用研究進(jìn)展[J]三峽環(huán)境與生態(tài).2008,1(2):43[9]任愛玲,王啟山,賀君.城市污水處理廠污泥制活性炭的研究[J],2004,25:49～50.[10]趙毅,要杰,馬宵穎,韓鐘國.水處理污泥制備活性炭的實驗研究[J],2008,35(4):77～78.[11]曹鳳云,單舒曼,王巖.生物膜載體填料—污泥資源化研究[J],2009,24(1