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污泥处置及资源化利用综述

时间:2022-04-25 14:44:05 来源:千亿国际娱乐官网 作者:千亿国际平台下载 浏览量:

  市政污泥为污水处理过程中的副产物,主要性质包括:高含水率、含有有机毒性物质、比表面积和孔隙率较大、易产生刺激性气体等。利用市政污泥的复杂特性对其进行合理处理处置以及资源化利用具有重要现实意义,本文针对市政污泥的发展及应用相关问题进行综述。

  随着城市发展不断加快和人民生活水平不断提高,人类产出的废弃物也越来越多,其中,对人类影响最直接和最难处置废弃物—市政污泥,已经成为环境学者关注重点。市政污泥为城市污水处理厂污水处理过程中的副产物,其中包含浮渣和经不同方式凝结而成的絮状物、沉淀物,污泥组成成分与城市污水处理厂处理工艺和污水性质有关,属于较顽固废物。

  随着环境问题的日益加剧,人们都纷纷对自己赖以生存的自然环境条件堪忧,都自发地提升了环保意识,在此基础上,城市污水处理设施建设便得到了空前发展。随着近年来我国城市污水排放量和处理量的逐年增长,大量处理污泥便给城市环境保护带来了不小的压力。据统计,2019年全国全年湿污泥产生量就高达595万吨,如果将城市污水全部处理完,所产生的污泥量将突破840万吨,约占全国总固体废弃物的3%。污泥中除包含大量水分外,还包含有大量难降解的有毒成分,如有机物、重金属、盐类、病原微生物及寄生虫卵等,因此,将其进行资源化处理亦是困难重重。

  从当前我国城市污泥资源化处理现状来看,主要无害化处理技术有农用、堆肥燃烧、制备建筑材料以及填埋等,其中农用处理约占4成左右、填埋约占3成,其他处置方式约占1成、其余都是还没有经过任理的。为妥善处理掉这些污泥,污水处理厂需多耗费掉 20%-50%资金,这对于污水处理厂来说,是极其大的一笔开支,但相对于耗费更高的西方国家来说( 50%-70%) ,我国对于污泥处理明显处于滞后状态。

  不同城市污水处理厂虽然产出的污泥不同,但其主要特性包括:(1) 具有高度不均匀、外观形状不规则特点,比表面积与孔隙率较高,类似泡沫状和网状结构,呈现胶体性质;(2) 高含水率,且水在污泥中存在的形式不同,可以分为:表面吸附水、间隙水、毛细结合水和内部结合水,研究学者表明各组分水在去除阶段的蒸发速率不同,不宜脱水;(3) 存在不稳定有机化合物苯并芘、多氯联苯类、有机农药等和有机衍生物,这些物质在不同状态下易分解、易变质并产生其他有害物质;(4) 污泥在堆放时,易产出氨气、硫化氢、硫醇等刺激性气体;(5) 含有病原微生物、病毒、细菌、寄生虫卵。市政污泥的特性对其资源化利用有着重要影响。

  国内污泥处理工艺起步较晚,主要存在以下几个问题:(1) 污泥处理效率低下。早期城市污水处理厂忽视处理阶段产出的污泥,只对污水进行有效处理,造成市政污泥随意堆放,污染环境;(2) “重水轻泥”现象严重,污泥处理措施落后。近几年污水处理技术迅速发展,而污泥处理技术却停滞不前,相对于十几年前的技术没有太大进步;(3) 技术方案陈旧老套。个别企业以营利为目的,对于较高成本新技术和新工艺难以实施下去,污泥处理措施停滞不前;(4) 监督管理部门制度问题。对于长期污泥处理忽视,政府有关部门制度不完善,对污泥监管困难;(5) 收费机制不合理。污泥为污水处理过程中的副产物,在污水处理费用中附加污泥处理费是必然,但从实际情况来看,征需污泥处置费用困难,政府对于污泥处理补贴也存在不合理现象,造成企业更多以实际效益为目标。

  卫生填埋技术是早期国内外处理污泥常用方法,优点包括:处理效率高,速度快,处理量大和填埋成本低等优点,其缺点是: 运输和建设成本高、占地面积大,填埋环境复杂的地区要充分考虑填埋技术措施。

  在填埋之前对市政污泥进行减容和降低含水率预处理,将预处理的污泥运输到填埋场填埋。同时污泥填埋场的建设要充分考虑其环境、水文地质、土壤等问题,在建设过程中涉及污水污泥防渗和卫生措施也是影响填埋场正常运行的关键条件。随着污泥产量不断增加、国内可用土地资源逐渐减少,卫生填埋技术将逐渐被其他技术替代。

  利用污泥中铁、钙、铜、钾等元素和有机质、腐殖质是实现资源化利用的方法之一。污泥中微量元素可以保证农作物正常生长以及水分吸收,同时有机质和腐金属离子直接与土壤接触,污染种植物以及地下水,并产生危害。污泥制肥料不仅可以代替耕种肥料还可以对污泥资源化利用,但也要考虑生产工艺以及费用。因此,农业利用技术是一项有待评估的技术措施。

  污泥焚烧是最直接、有效减量污泥方式之一。高温促使污泥中有机物燃烧释放高热量,可用于发电与供暖,同时高温可以杀死并分解病原微生物和毒性化学物质。目前在水泥厂、发电厂应用污泥焚烧技术较多。虽然污泥焚烧技术在减量化、稳定化方面存在较大优势,但在处理过程中产生飞灰、烟尘颗粒如果处理不当会污染大气环境,需处理达标后进行排放。另外,焚烧技术对设备、施工工艺要求较高,投入成本较大。

  市政污泥通过热解后在无氧、厌氧菌环境下,产出甲烷、二氧化碳等气体,且有学者研究表明产出甲烷含量达到60%,利用产出的气体进行工业发电、供暖等途径;污泥制油作为一种新型技术,在工艺中对生产条件要求较高,在常压或高压下,惰性气体为保护对象,500℃以上的温度环境中污泥热解生产出生物油。

  在污泥处理过程中,应用最广泛的方式就是生物制氢法。而生物制氢法的应用实践中,就包括厌氧发酵制氢和厌氧光合制氢。其中厌氧发酵制氢工艺简单,便于操作,同时还能无害化处理掉更多种类的有机物。著名学者汤桂兰等通过试验对酸碱处理、热处理等对厌氧污泥发酵产氢量的影响进行了专门研究,试验结果表明当处理条件不同时,产氢量也大不相同,其中,产氢量最大的要数热处理方式。另外,致使污泥发酵主要存在三方面因素,即 pH 值、底物浓度和温度。作为一种低成本、低能耗低的新能源生产技术,污泥制氢具有良好的环境效益和经济效益,因此,该技术的发展前景非常广阔。

  运用厌氧消化法处理污泥时,会产生大量沼气,但当前国内技术不是很成熟,将污泥中有机物转化成沼气的效率较低,还不足 50%,仍需开发出更高效的处理技术。环境学家潘志勇等曾在某套 30m3 的污泥厌氧消化装置中开展试验研究试验,发现影响污泥厌氧发酵的核心因素就是投配率。在城市污泥处理过程中,所采用的方式不同,沼气产量也略有差异,但经超声波预处理,就可以大大提高污泥转化成沼气的产量。经特殊处理后,污水污泥中的某些微生物是可被转化为生物柴油的油脂,王怡等通过污泥脱水干化处理后,制取了一定量的生物柴油,说明该技术应用前景还是非常广阔的。

  学者洪刚等为进一步探索污泥资源化处理,先后进行多次微生物水解破壁和固液分离试验,表明运用水解技术,可提取部分微生物蛋白液,这些蛋白液作蛋白质发泡剂和有机肥之用,大大提升其附加值。当前,我国绝大多数中小型水厂的净水污泥都是直接排入市政下水道,而大型水厂的处理方式都是经脱水处理后进行填埋。研究表明,净水污泥中的金属盐絮凝剂可达到给水污泥干基的 36%,对此,可有效运用酸化法进行回收,实现变废为宝,所以说这一处理方式极具发展潜力。学者王东田等采用超声辅助回收絮凝剂,回收的絮凝剂对去除污水中的污染物使是很有帮助的。

  污泥中含有大量无机物和金属离子,与部分建筑材料性质相近,通过将污泥与其他材料混合加工生产陶粒,代替传统黏土材料,不仅增大污泥的资源化利用同时又可以避免黏土污染环境,是一种以废治废的新途径;将污泥进行不同程度处理与筛选,与其他制砖辅料混合,在高温环境下烧制成型,采用合适生产工艺可以将砖块达到普通烧结砖块国家标准;由于污泥复杂组成成分,在经过高温灼烧后废渣的矿物成分与水泥相似,可以用作水泥熟料代替黏土生产硅酸盐水泥,成品的水泥和凝结时间满足工艺要求,但此项技术生产成本较高,不利于推广使用。

  利用污泥制作活性吸附材料对生产条件以及污泥的成分与种类有严格要求,以氯化锌为催化剂的生产工艺可以有效降低工程成本,在另一种以温度180℃-220℃,30MPa压强条件下污泥水解后干化,再经300℃-700℃、无氧环境下制备的活性炭,当温度越高生产的活性炭品质越高。

  市政污泥作为城市废弃物处理过程中的重要部分,越来越多环保从业者将污泥进行资源化利用,应当以“减量化、无害化、资源化”作为处理处置原则。虽然处置污泥的新工艺受环境、成本、运行条件限制,但管理者更应该最大程度地发挥污泥的剩余价值,为人类生活提供更多帮助,实现经济与环境双赢目的。返回搜狐,查看更多