城市污泥的处理及资源化研究 毕业论文.doc

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1、 毕业论文题 目：城市污泥的处理及资源化研究姓 名： 学 号：2010271204专 业：环境监测与治理系 部：化学工程系指导教师： 2013年4月24日摘要我国是一个经济基础较为薄弱、可耕地有限的农业大国，而污泥中富含植物生长必需的有机质、腐殖质和矿质元素，本文首先介绍了将污泥作为栽培基质部分或全部替代土壤，将污泥制成复合或生物复合肥料与无机或有机基质混配为复合基质等的可行性；然后指出使污泥处置与污泥稳定化、减量化、无害化及资源化相结合将成为解决城市污泥问题的最终出路。作为城市污水处理厂的副产物, 城市污泥产量巨大且成分复杂, 如何对它进行合理利用已越来越受人们关注. 根据目前我国城市污水处

2、理厂污泥处置的实际情况, 阐述了城市污水厂污泥处置应该遵循污泥处理处置工程必须与污水处理工程同步规划、同步建设、同步投产、同步运行和坚持污泥减量化、稳定化、无害化、资源化的原则, 介绍了污泥处理处置的方法, 其中污泥资源化包括污泥农林利用、环保材料、建材利用、污泥的高温堆肥以及其他综合利用等, 并指出污泥资源化是污泥处置的最终目的。关键词：城市污水厂 城市污泥 污泥处理与处置 污泥资源化 园艺作物目录第一章 绪论1.1 我国污水处理厂概况 1.2 污水处理厂污泥特性 1.2.1 污泥户量巨大 1.2.2 污泥相对稳定 1.2.3 污泥肥效较高 第二章 污水处理厂产生的污泥对环境的危害 2.1

3、污泥中病原微生物对环境的危害 2.2 污泥中重金属对环境的危害 2.3 污泥中有机物及高聚物对环境的危害 2.4 污泥中氮磷对环境的危害 2.5 污泥对大气的危害第三章 传统方法处理污水处理厂产生的污泥过程中存在的问题3.1 污泥填埋过程中存在的问题3.2 污泥海洋倾倒过程中存在的问题3.3 污泥焚烧过程中存在的问题第四章 污水处理厂污泥处置的必要性 4.1 污泥处置的现状 4.2 污泥处理的必要性第五章 污泥的处理与处置方法 5.1 污泥处理工艺概述 5.1.1 堆肥 5.1.2 加碱稳定 5.1.3 卫生填埋 5.1.4 污泥投海 5.1.4污泥干化造粒 5.2常用污泥处置方法 5.2.1

4、厌氧消化 5.2.2好氧消化 5.2.3自然干化 5.2.4热干燥法 5.2.5污泥酸化第六章 污泥处理处置应遵循的原则 6.1 污泥处理与污水处理“四同步”原则 6.2 坚持污泥“四化”原则第七章 污泥资源化的技术内涵和分类 7.1 污泥资源化技术内涵 7.2 污泥资源化技术分类第八章 污泥的资源化应用 8.1污泥制动物饲料 8.2沼气利用 8.3制造生态水泥 8.4污泥低温热解制油技术 8.5污泥制活性炭 8.6污泥制氢 8.7污泥蛋白质利用技术 8.8污泥对氯代化合物的降解作用 8.9替代部分纸浆用于造纸 8.10污泥制砖 8.11提取重金属 8.12污泥制纤维板第九章 污泥综合利用 9

5、.1 污泥的农业利用 9.2 污泥堆肥土地利用技术 9.3 污泥园林绿化利用 9.4 污泥在环境保护中的应用 9.5 污泥环保利用第十章 发展前景第十一章 结语 致谢 参考文献安徽职业技术学院毕业论文第一章 绪论1.1 我国污水处理厂概况 随着城市人口的增长、市政服务设施的不断完善、污水处理技术的不断提高，城镇污水处理厂的污水污泥产生量不断增加，污水污泥的处理效果如何成为关系人类环境的重要问题，目前世界各地对此均予以高度重视。污泥处理是城市污水处理厂环境功能的保障和深化。在污水的处理过程中产生的污泥中含有大量的有机物质、氮磷钾等植物所必需的营养元素、重金属，还含有许多病菌等。污水处理厂常常将这

6、些污泥的随意堆放，这样不但对环境造成了很大的污染，而且造成了资源的浪费。当今的世界，传统的资源逐渐枯竭，寻找新的资源正在成为人们共同的话题，为此将污泥资源化不仅可以解决污泥带来的环境污染，还可以解决资源短缺的问题。在我国,由于经费和技术上的原因,目前污泥尚无稳定而合理的出路,总的状况还是以农肥的形式用于农业。有资料表明1,在建成的污水处理厂中90%以上没有污泥处理的配套设施, 60%以上的污泥未经任何处理就直接农用,而消化后的污泥也由于未进行无害化处理而不符合污泥农用卫生标准。在一些地方,由于滥用污泥造成重金属、有机物污染以及病虫害等,导致严重的食品公害问题,直接危及人体健康2。我国于1984

7、年颁布并实施5农用污泥中污染物控制标准6(GB4284-84),这对于污泥农用的规范化起到一定的指导作用。 1.2 污水处理厂污泥特性 1.2.1 污泥户量巨大随着中国社会经济和城市化的发展,城市污水的产生及其数量在不断增长。中国的城市污水处理厂的数量从1977 年的35 座增加到2004年的667 座,城市污水处理能力达到3000104m3/d。按2004年中国的污水处理能力统计,每天约产生7000t的污泥饼,占中国总固体废弃物的3.2%,而且年增长率大于10 %。随着中国污水处理事业的发展污泥的处理处置问题在城市污水处理中占有的位置已日益突出。 1.2.2 污泥相对稳定一般城市污泥中都含有

8、一定量的重金属其含量的高低往往就决定它是否可以农用。中国污水处理厂污泥中含有多种重金属,其含量的性质较为稳定,主要以zn 和Cu为主，其他重金属含量较低。一般的城市污水处理厂污泥有害成分是比较低的,因此,城镇污水处理厂的污泥采用好氧堆肥之后土地利用是适宜的也是安全的。污泥的pH 值为67,一般不会明显影响后续处置及利用。随着人们环保意识的增强,污泥中重金属含量呈下降趋势。 1.2.3 污泥肥效较高 城市污水处理厂产生的污泥中含有大量的N、P、K及有机质,而且N、P以有机态为主,还含有植物所必须的多种微量元素。中国污泥的有机质平均含量为37. 18 %,N、P、K平均含量分别为3.03 %、1.

9、52%、0.69%,均超过国家堆肥需要的养分标准。在中国,不同地区污水处理厂污泥的养分含量相差较大,同一地区城市污泥中钾的含量变化并不大。从长远来看,中国污水处理厂的污泥中N、P的含量将随着脱氮脱磷等二级污水处理工艺的增加而增加,这将有利于污淞地利用和堆肥处理。 第二章 污水处理厂产生的污泥对环境的危害 2.1 污泥中病原微生物对环境的危害 污水中的病原体经过处理还会进入污泥。新鲜污泥中检测得到的病原体多达千种，其中危害较大的是寄生虫。污泥农用引起的潜在疾病的流行，被认为主要与沙门氏菌和绦虫卯有关。 2.2 污泥中重金属对环境的危害在污水处理过程巾，通过 吸附 或沉淀而转移到污泥中的重金属 占

10、7O90 。一部分重金属元素主要来源于工业排放的废水如镉 、铬；另 一部分重金属来源于家庭生活的管道系统如铜、锌等重金属。由于污泥施用于土壤后 ，重金属将积累于地表层 。所以重金属是限制污泥大规模 土地利用的重要因素 。同时重金 属一般溶解度很小 ，性质较稳定、难去除,所以其潜 在毒性易于在作物和动物以及人类中积累。 2.3 污泥中有机物及高聚物对环境的危害苯、氯酚等是城市污泥的主要有毒成分。尽管 目前 国内外对城市污泥中有机污染物的研究并不多，但是一些 国家对城市污泥中有机污染物的特征及其在农业环境中的行为、生态效应和调控措施等方面进行了一定的研究。我国还未能制订出较完善的城市污泥有机污染物

11、限制标准。 2.4 污泥中氮磷对环境的危害 在降雨量较大地区的十质疏松土地上大量施用富含N、P等的污泥之后，当有机物分解速度大于植 物对 N、P的吸收速度时，N、P等养分就有可能随水流失而进入地表水体造成水体的富营养化，进入地下引起地下水的污染。第三章 污泥过程中存在的问题3.1 污泥填埋过程中存在的问题 污水处理厂污泥主要的处置方法是土地填埋，所占比例较大，但是造成问题较多：一是消耗大量的土地资源，不少城市很难找到新的填埋场。二是由于填埋场大多为露天，经过雨水淋滤后，没有稳定和无害化的污泥很快会恢复原形，对填埋场地的安全构成严重危害。处理不到位的污泥还造成填埋场渗滤系统严重堵塞，严重污染附近

12、的地下水。由于污泥含水率较高，加剧了垃圾填埋场渗滤液的污染，大部分混合填埋的垃圾场存在拒收污泥的现象。三是对填埋产生的气体进行资源化利用的填埋场较少，填埋产生的气体不仅污染环境，还存在安全隐患。我国污泥目前主要的出路之一是直接或间接的土地利用。污泥含有丰富的氮、磷等营养元素以及各种微量元素，具有作为作物生长肥料的可能性。但是，在我国由于没有系统、科学的管理办法和农用控制标准，污泥在土地利用时，由于施用处理不到位，污泥在很多地区成了一种污染源 污泥土地利用的安全性正在受到人们的质疑污泥建材利用是污泥资源化方式的一种，主要包括利用污泥及其焚烧产物制造砖块、水泥陶粒玻璃生化纤维等。目前，污泥的建材利

13、用已被看作是一种可持续发展的污泥处置方式，在日本以及欧美等国的应用和研究较多。相对而言，我国在污泥建材利用发展方面较落后，虽然在污泥制砖方面的研究较多，但缺少实际的工程应用。总的来说，污泥建材利用大多还处于研究及尝试阶段，技术成熟和推广应用还需一段很长的时间。3.2 污泥海洋倾倒过程中存在的问题海洋倾倒在一些沿海国家曾采用较多，是一种简便经济的处置方法，但会造成海洋污染，已受到越来越强烈的反对。1991年和1998年，美国和欧盟成员国已经制定相关的法规禁止海洋排放。3.3 污泥焚烧过程中存在的问题污泥焚烧不仅可使污泥体积大幅度减少，而且还可以达到灭菌目的。但由于污泥焚烧产生二噁英、二氧化硫、盐

14、酸等气体容易造成二次污染，美国环保局一直准备按1990年制定的清洁大气修改法更严格地控制生物固体焚烧炉烟气的排放，这也将给剩余污泥的焚烧提出更高的要求1。而且，焚烧运行费用较高，且热能利用受到规模制约。该法对大型城市污水处理厂的污泥处置才具应用前景8。第四章 污水处理厂污泥处置的必要性4.1 污泥处置的现状 污泥含水率高、易腐败、有恶臭,含有一些有毒化学物质和病原生物以及一些有益成份。因此,污泥的处置与利用已是当前环境科学中的重要课题。国际上,西方发达国家经济雄厚、技术先进、处理程度较高。污泥的主要处置方式有农用、填埋、焚烧、排海等。各个国家和地区又根据自己的实际情况来选择某种较为合适的处理方

15、法。例如,西欧以填埋为主,美、英、北爱尔兰三国以农用为主,而日本主要采用焚烧。在我国,由于经费和技术上的原因,目前污泥尚无稳定而合理的出路,总的状况还是以农肥的形式用于农业。有资料表明5,在建成的污水处理厂中90%以上没有污泥处理的配套设施, 60%以上的污泥未经任何处理就直接农用,而消化后的污泥也由于未进行无害化处理而不符合污泥农用卫生标准。在一些地方,由于滥用污泥造成重金属、有机物污染以及病虫害等,导致严重的食品公害问题,直接危及人体健康6。我国于1984年颁布并实施农用污泥中污染物控制标准(GB4284-84),这对于污泥农用的规范化起到一定的指导作用。 4.2 污泥处理的必要性 污水处

16、理厂在处理污水过程中产生的沉淀物质形成的污泥含水量高、易腐烂,有强烈的臭味,并且含有寄生虫卵、.病原微生物及重金属,如不加以妥善处理,任意排放,将会造成二次污染。国内外对污水处理厂的污泥的一般处理是焚烧、填埋、排海、消化和堆肥等。我国现有的污泥处理方法主要是脱水后堆放或填埋,处理费用昂贵,由于处理污泥花费巨大,致使一些污水处理厂将污泥直接排放,给环境造成严重破坏。污泥已成为困扰污水处理厂和全社会的重大问题。污泥的成分很复杂,是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,除含有大量的水份外(可高达80%以上),还含有难降解的有机物、重金属和盐类,以及少量的病原微生物和寄生虫卵等

17、。大量的污泥若未经处理就任意堆放和排放将对环境造成新的污染。因此,如何将产量巨大,成分复杂的污泥,进行科学处理,使其无害化、资源化,已成为污水处理事业迅速发展过程中的关键课题之一。污泥在没有其他合适的处置方式时,一般均采取填埋处置,但直接填埋处置存在如下较突出的问题:(1)有限的填埋容量与不断增加的污泥之间的矛盾。(2)含水率较高的污泥填埋,增加了填埋场渗滤液,加重了渗滤液处理的负担。(3)由于污泥细小,容易堵塞渗滤液收集系统和排水管,加重了垃圾坝的承载负荷,给填埋场的安全和运行管理造成困难。(4)污泥的高粘度使垃圾压实机经常打滑和深陷其中,给填埋操作带来麻烦。污泥的流变性使填埋堆体易变形和滑

18、坡,给填埋场带来很大安全隐患。(5)生污泥中含有大量有毒、有害物质,未经无害化、稳定化处理而直接填埋会给环境卫生和人体健康带来不利影响。处置不当会严重污染地下水。(6)脱水泥饼直接填埋,其有用成分没得到充分利用,不符合资源化的策略。污泥中含有大量的有机物、重金属等有害物质,污泥投海某种程度上是一种污染由陆地转移到海洋的消极的方法,随着人们对海洋环境的逐渐重视,对污泥投海弊端的逐渐认识,污泥投海的处置方式正越来越被大多数国家所禁止。欧洲已于1998年停止采用投海的处置方式,广东省环保局已制定了类似的政策。这样,污泥处置不能继续沿用投海的处置方式。随着污水处理率的提高,处理量的增大,污泥产量将越来

19、越大,面临即将产生的大量污泥,有必要从长计议,结合国内外污泥处理、处置发展现状及趋势选择污泥处置方式。如何科学地、合理地处置污水处理厂的污泥,是污水处理行业面临的越来越突出的问题。第五章 污泥的处理与处置方法 5.1 污泥处理工艺概述 5.1.1 堆肥 堆肥技术是最常见的污泥稳定化、无害化处理方式之一,也是农业利用的有效途径。堆肥可以使富含氮、磷等元素的污泥应用于农业,作为肥料或者作为土壤改良剂。污泥堆肥处理实际上也是一种污泥处置方式和污泥综合利用的措施。生污泥、消化污泥或经过化学稳定处理的污泥都可以进行堆肥处理。堆肥过程中,利用好氧微生物进行的好氧发酵,将有机物氧化分解为类腐殖质。为了通气,

20、常在堆肥污泥中加入一定比例的蓬松剂和调理剂(如秸秆、稻草、木屑或生活垃圾等)。堆肥的工艺过程相对比较简单,在多数气候条件下可以在室外进行。但是,为了提高运行效率、控制臭气和降低运行费用,许多堆肥处理采用全封闭的方式进行。在堆肥过程中,微生物的活动需要氧气,而产物则是二氧化碳、水蒸气和热量。堆肥的温度可以超过70,但是常用的堆肥温度为5060,经过310d,堆肥温度逐渐下降。在堆肥过程中除需要供氧外,还需要曝气或搅拌以除去废气、水蒸气和热量。曝气量可以控制堆肥温度和干化速率。堆肥过程可以除去水分,污泥的含固率可以由40%提高到55%。经过堆肥化的污泥质地疏松、阳离子交换量(CEC)显著增加、容重

21、减少、可被植物利用的营养成分增加、病原菌和寄生虫卵几乎全被杀灭。污泥堆肥投资小,工艺简单,运行成本低,污泥可被资源化利用,并且污泥与城市垃圾混合堆肥实现了污泥与垃圾的同时资源化。但是堆肥技术所需场地面积大、处理周期长(一般为5060d)、臭味大,堆肥产品受市场影响较大,在土地有限的情况下,不适于大量污泥的处理。 5.1.2 卫生填埋 卫生填埋是指用过滤器或离心机进行污泥脱水并将脱水后污泥进行土地填埋。污泥可单独或与其它固体废弃物(如城市垃圾等)一起填埋。填埋操作简单、费用低、适应性强。但需要注意以下一些问题9:(1)渗沥水属高浓度有机污水,必须收集处理以防二次污染; (2)注意填埋场地的卫生,

22、以防鼠、蝇孽生和臭味扩散; (3)当焚烧灰的挥发分在15%以下时,可不进行分层填埋,否则需分层填埋; (4)如果填埋厂位于海边要严格遵守有关法规的要求。可见,填埋并没有最终消除污染,只是起到一个延缓的作用。 5.1.3污泥投海 历史上,某些沿海地区,采用污泥投海的方式处置污泥。但近年来受到强烈反对,主要是因为其污染海洋,危害海洋生态系统,引发全球环境问题14。欧共体规定污泥投海的最后期限是1998年,而美国早在1988年就已禁止污泥投海,并于1991年全面施行。 5.2常用污泥处置方法 5.2.1厌氧消化 厌氧消化是污泥处理的重要方法之一,它利用厌氧微生物分解污泥中有机物使污泥趋于稳定。目前,

23、已开发出多种工艺组合,如完全厌氧二相消化法、高浓度消化和机械浓缩有机结合等11。污泥经厌氧消化后,达到污泥减量化的目的,同时还回收一部分能源,减轻后续处理负担。虽然厌氧消化法的投资费用较低12,但消化后的污泥含水率较高,仍需要进一步脱水10。 5.2.2湿式氧化法(WO法) 湿式氧化法(WO法)是在高压高温下压入空气,将污泥中的有机物和还原性无机物氧化成CO2, H2O和少量固体残渣。WO法主要适用于处理各种难降解有机污泥,但需要高温(临界温度为150370e)和一定的压力,在300e以上并氧化30分钟后,污泥中82%的有机物被降解, 70%以上的MLSS被去除10。WO法的优点是适应性较强,

24、灭菌和除毒效果好,脱水性能极佳,处理周期短。污泥经处理后,重量和体积都大为减少。缺点是设备复杂,运行和维护费用高,因而限制了其广泛使用。 5.2.3热干燥法 热干燥法是指利用热和压力破坏污泥的胶凝结构,并对污泥进行消毒灭菌。干燥温度可达95e以上,能够有效的杀灭病原菌。干燥后污泥含水率在10%左右,污泥量仅为原泥量的415%,而且污泥发热量得到提高。因此,热干燥法往往和焚烧联用,作为焚烧的前处理16。其缺点在于初期投资费用高,每日耗能费过高10。一般仅用于受场地限制的设备和大型装置。 5.2.4污泥酸化 污泥酸化是基于剩余污泥有机物含量高的特点而开发的处理方法。其基本原理是将剩余污泥水解酸化后

25、返回到废水处理系统中一同代谢,从而达到减少或基本无污泥排放的目的17。这种方法正处于探索阶段。此外,象超声促进污泥消化,辐照促进污泥消化,臭氧消除剩余污泥,蚯蚓处理污泥,污泥制油等方法需要特定的技术和环境18,多处于实验阶段,离实用化还有一段距离。污泥处理处置方法的选择直接影响到污水处理厂的处理成果。从以上分析可看出不同的处理处置方法各有其优缺点,有关厂家应结合实际,选取经济、实用、合理的处理处置途径。表213还就污泥农用、脱水后填埋和焚烧后填埋的经济性进行了比较。不难看出污泥农用是最佳的处置途径。第六章 污泥处理处置应遵循的原则6.1 污泥处理与污水处理“四同步”原则 城市污水厂污水处理与污

26、泥处理与处置是两个独立的不同阶段又相互紧密联系的完整体系.污水处理是把城市原生污水通过/物化0处理与/生化0处理等措施,把原生污水中固相污染物质从污水中分离出来,被分离的污染物质称为原生污泥.污泥处理是把含水率较高的原生污泥通过浓缩、脱水/减量0化处理,和后续通过/生化0处理,进一步减少污泥中有机物含量达到/稳定0化处理,上述两个阶段统称为污泥处理,污泥处置则在污泥处理后,最终进行/无害化0和/资源化0处置.由此可见,污水处理是搞好污泥处理与污泥处置的前提与基础,而污泥处理与处置是污水处理的实现的最终目标的保证措施,这两者缺一不可.一个完整的城市污水治理工程,污水处理工程、污泥处理处置工程必须

27、同步规划、同步建设、同步投产、同步运行.只有这样才能充分发挥污水治理工程整体功能,达到保护环境造福人类的目的.目前在污水处理的项目立项,设计,建设、初期阶段往往没有综合考虑污泥处置的设施、资金、政策以及后处置的方案.所以当污水处理厂投入运行以后,产生了污泥往往没有处置的出路,全国大多数污水处理厂污泥是拉到农田、填埋或弃置的,没有做到稳定化、无害化和资源化.因此,为了达到污水、污泥同时处理的目的,必须坚持污泥处理处置工程与污水处理工程/四同步0的原则. 6.2 坚持污泥“四化”原则 目前的经济增长模式已经由传统的单向线型模式(即资源产品废弃物直接排放)转变成循环型经济模式(资源产品废弃物再生资源

28、利用).循环经济是一种新的、符合可持续发展理念的模式,在一些发达国家取得了明显成效.当前我国正处在一个全面建设小康社会关键历史时期,因此在城市污水厂污泥的处理处置过程中,必须坚持污泥的减量化、稳定化、无害化、资源化处置原则.第七章 污泥资源化的技术内涵和分类7.1 污泥资源化技术内涵学术界对以污泥资源化作为污泥根本出路基本达成了共识, 但是对污泥资源化的技术内涵尚缺乏总结和归纳, 造成人们对污泥处置与污泥资源化利用在概念上产生混淆。确切来讲, 污泥资源化的技术内涵应包括以下几方面: 1) 有用组分或潜在能量再利用, 2) 消除二次污染, 3) 所得产品获得市场认可。在此基础上, 可以初步提出污

29、泥资源化的定义:根据不同使用场合, 通过各种物理、化学和生物工艺, 提取污泥有价组分, 将其重组或转化成其他能量形式, 获得再利用价值, 并消除二次污染。污泥资源化技术发展存在两大基本驱动力, 一是国家环境标准越来越严格, 对污泥排放的约束不断提高到法律层面, 致使必须寻找合适的污泥出路,二是污泥后期处置造成污水厂运行成本高居不下,运营商迫切需求从污泥资源上获取二次利润, 以减少总的运行开支。7.2 污泥资源化技术分类按照所获产品种类不同, 可将污泥资源化技术分成: 建材化技术, 堆肥利用技术, 能源化技术, 材料化技术, 污泥蛋白质利用技术。7.2.1污泥建材化技术污泥建材化是污泥资源化技术

30、的重要发展方向之一。污泥约含有机物70 80%, 无机物( A l、Si、Fe、Ca) 20% 30%, 类似于常用建筑材料的原料成分, 这为污泥建材化提供了可能和条件。污泥建材化主要包括制造砖、水泥、陶粒、玻璃、生化纤维板等。 7.2.2污泥堆肥利用技术污泥堆肥就是将污泥与调理剂( 锯末、秸秆、树叶、粪便、垃圾) 及膨胀剂( 木屑、秸秆、花生壳、玉米芯等) 在一定条件下( pH、C/ N、通气、水分、温度) 进行堆沤, 利用细菌、放线菌、真菌等微生物作用, 促进可被生物降解有机物可控制地向稳定的腐殖质转化的生物学过程。污泥经堆肥化处理后, 病原菌、寄生虫卵、杂草种子几乎全部被杀死, 无臭味,

31、 重金属有效态含量降低, 速效养分含量增加, 是一种性质稳定的生物肥料。污泥堆肥除可施用于农田、园林绿化、草坪、废弃地等外, 还可用作林木、花卉育苗基质, 能降低育苗成本 , 有较好的经济效益、环境效益和社会效益 。7.2.3污泥能源化技术 由于含有大量有机质, 污泥的热值高达12. 56MJ kg - 1 , 略低于煤饼。污泥作为替代/ 辅助能源的关键是污泥引燃, 具体方法是: 在污泥中掺入煤粉、重油作为引燃剂 62 。包括两个独立的基本过程: 1) 将混合厌氧消化污泥( 含水率80%) 加入轻溶剂油, 蒸发脱油制成含水率2. 6%、含油率0. 15%的燃料; 2) 将未消化的混合污泥经机械

32、脱水后加入重油, 蒸发脱油制成含水率5%、含油率10 % 的燃料 12 。据文献报道, 常州市第一热电厂安装了7 台污泥燃料锅炉, 单机处理能力为20t 污泥/ h, 基本解决了常州市污水厂所有污泥 13 。研究还表明, 污泥中的有机质在低温无氧受热( 250 300 ) 条件下可发生部分热裂解, 转化为燃烧特性优越的油、炭和可燃气, 转化率可达70% 80% 。7.2.4.污泥材料化技术污泥经适当处理后, 可以作为多种复合材料的原料。张召述等采用热塑复合法利用污泥制备出聚合微孔材料, 污泥中的重金属经聚合物固化和表面处理后不会浸出 64 。此外, 由于污泥热解的衍生物具有很好的吸附性, 在6

33、50 对污泥进行热解炭化处理2h, 可获得比表面积为309m2 g1 的优质吸附剂。目前, 以脱水污泥滤饼为原料制备高性能活性炭也是污泥材料化技术的主流研究方向之一。7.2.5污泥蛋白质利用技术污泥含以蛋氨酸、胱氨酸、苏氨酸和缬氨酸为主的粗蛋白氨基酸28. 7% 40. 9%, 是一种潜在的畜禽饲料原料。李亚东和李海波研究了利用剩余污泥制备蛋白质泡沫灭火剂技术的可行性, 并测试了所得泡沫灭火剂的特性, 结果表明: 利用剩余污泥水解蛋白质液制备的泡沫灭火剂各项指标均达国家公共安全行业标准( GA219- 1999) 。另一方面, 作为一种微生物絮体, 污泥中的微生物胞内、胞外酶及其他代谢产物含量

34、非常高, 从中可提取微生物絮凝剂,作为水处理工艺的替代化学絮凝药剂, 不仅可以去除水体中悬浮物, 还同时避免了二次污染, 对后续水处理无不利影响 。第八章 污泥的资源化应用 8.1污泥制动物饲料 污泥中含有大量有价值的物质。粗蛋白28.7% 40. 9%，灰分占 26 . 4 % 46 .0 % ，纤维素占26.6%44.0%。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。有学者利用净化的污泥或活污泥加工成含蛋白质的饲料用来喂鱼，可提高产量。还有研究者用污泥制成的饲料养家禽

35、，经过1年多的实验，未发现对动物有有害作用，用活性污泥制成的这种饲料和一般饲料混合（混合比例为9:1），饲养的动物与完全由一般饲料饲养的动物对照，体重有所增加，鸡的产蛋率也有提高18。 8.2沼气利用 污泥消化处理可以产生沼气,沼气是可燃性气体,也是一种能源,可以加以利用。污水处理厂内产生的沼气,传统的利用方式是用于消化池加热和作为燃料(如取暖、热水供应和食堂做饭等)。目前,沼气发电是较为热门的话题,成功的例子也很多,例如四川荣县酒厂在八十年代就用沼气进行发电,运转良好。沼气发电可以解决污水处理厂部分电能消耗。但是,因为污泥的消化处理本身要消耗一部分热量,也就是要消耗一部分沼气,其消耗比例随气

36、温的变化而变化,使得污水处理厂的沼气产量是变化的,因而能够产生的电能也是变化的,这给实际运转带来一定的困难。因为外部电网对于供电质量要求较高,所以利用沼气所产生的电力一般只用于污水处理厂内部。沼气的主要成分是甲烷,因此也有人考虑提纯甲烷,将其作为天然气出售。但是,德中国斯图加特一家大型污水厂的中试是不成功的,主要是成本问题。还可以利用沼气直接对风机等设备进行驱动,以便节省电能。 8.3制造生态水泥污泥无机部分的化学特性与水泥生产所用的原料基本相似,污泥焚烧灰中,一般有80%以上的矿物质是水泥熟料的基本成分(CaO,SiO2,AL203和Fe2O3)。由污泥制造的水泥,与普通硅酸盐水泥相比,在颗

37、粒度、比重、波索等方面基本相似,而在稳固性、膨胀密度、固化时间方面较好。利用水泥回转窑处理城市污水厂污泥,不仅具有焚烧法的减容!减量化特征,且燃烧后的残渣成为水泥熟料的一部分,是一种较好的污泥处理处置方法。8.4污泥低温热解制油技术近年来,许多国家都着手研究污泥的资源利用和新的处理方法,美、英、日等国主要研究的是热化学液化法,即在300e、100个大气压左右将脱水污泥反应成油状物;而德国和加拿大以热分解油化法为主,我们在这里主要介绍热分解油化法。污泥低温热解制油技术是通过无氧加热污泥干燥至一定温度(500),由干馏和热分解作用使污泥转化为油、反应水、不凝性气体(NGG)和炭等4种可燃产物16。

38、我国学者何品晶和欧国荣等也对该技术进行了实验18,19,并对转化过程的机理进行了探讨17。污泥低温热解制油技术的工艺流程如图1所示。在此工艺中,干污泥在无氧环境下被加热至300350保持约30 min,然后由冷却器收集油、水混合物,在反应釜内没有压力情况下,继续加热到450e左右,由冷却器收集轻油、焦油和气体。产油的热值高,收集起来后可以作为能源储存。油在热解过程中以蒸气相存在,可被明火点燃,性质稳定。同时,热解也产生污泥炭,其性质稳定,可以用于掺煤或直接作为热解补充能源12。这种技术正逐步经过实验室走向实际应用阶段,该工艺技术可靠、成本小于直接焚烧的80%,同时还可获得油,成本将更低,应该具

39、有很好的发展前景。 8.5污泥制氢污泥制氢现主要有生物制氢,高温气化制氢和超临界水气化制氢。污泥生物制氢是利用微生物在常温常压下进行酶催化反应可制得氢气的原进行。根据微生物生长所需能源来源,污泥生物制氢包括光合生物制氢、发酵生物制氢两类21。然而生物制氢技术的研究水平仍处于基础阶段距生物制氢的工业化生产还有很大的距离13。污泥高温气化制氢是将污泥通过热化学方式转化为气体燃气或合成气,然后再分离出氢气。混合气体的发热量可达4 MJ/ m3,气化中氢气的体积分数为10 11 %。在超临界水中进行生物质(如污泥等)的催化气化,生物质的气化率可达10%,气体产物中氢的体积分数甚至可超过50 %,并且反

40、应不生成焦油、木炭等副产品,不会造成二次污染,具有良好的发展前景。8.6污泥蛋白质利用技术污泥中含有的细菌、原生动物、后生动物、藻类等。生物体内含有蛋白质，生物蛋白经过提取后可作为动物饲料的添加剂，是价值较高的可利用资源。利用酸水解法对剩余污泥蛋白质进行提取并对剩余污泥蛋白质作为动物饲料添加剂的营养性和安全性进行了分析，结果表明：该沉淀物蛋白质纯度较高，可检测到含量较高的种必需氨基酸色氨酸测定时被破坏和种非必需氨基酸；此外，沉淀物中重金属含量较少。从营养性和安全性两方面考虑，污水处理厂剩余污泥蛋白质提取分离后可作为动物饲料添加剂。8.7污泥对氯代化合物的降解作用氯代化合物毒性极强且降解非常困难

41、，不少研究表明污泥对氯代化合物的降解有一定作用。其中一项研究表明从未驯化污泥中接种的升流式厌氧污泥床反应器（UASB）中可形成降解五氯酚（PCP）的颗粒污泥，还有一些研究者利用亨盖特厌氧技术从污泥中分离得到一株氯苯降解兼性菌，它对氯苯等含氯化合物具有一定降解率。另外，经氯苯驯化的污泥对氯苯生物降解过程中有邻二氯苯、间二氯苯共存时，有利于整个体系降解14。8.8替代部分纸浆用于造纸许多研究表明:污水污泥实质是由直径25mm的胞外生物高聚物(Biopolymer)将微生物埋在一起形成的絮状体,外排剩余污泥的主要组成是微生物细胞间的胞间凝胶和一些老化的微生物细胞壳体,即主要是一种生物纤维,而造纸主要

42、是利用一些天然的纤维物质加工成纸。据此,中国环境科学研究院与中国制浆造纸工业研究所合作对污水污泥替代部分纸浆造纸的可行性进行了探讨。结果表明:当干污泥的添加量为5%时,各项性能指标几乎没有影响,但随着污泥添加量的进一步加大,纸板的裂断长、耐折度、环压强度和耐破强度等指标都逐渐下降,虽然添加量为20%时,其耐折度等指标仍满足国家标准要求,但浆料的滤水性能明显下降。因此,研究者考虑通过添加助剂改善纸浆的滤水性能,试验用助滤剂为阳离子淀粉(CS)和阴离子聚丙烯酞胺(APMP)试验结果表明,添加cs对浆料滤水性能的改善不尽理想,而添加APMP后,污泥的留着率变化虽末呈现规律性,但是浆料滤水性能明显改善

43、,打浆度下降量大,说明添加助剂能明显改善污泥纸浆的滤水性能,使其满足造纸工艺的要求,因此将污泥用于纸板基本可行。8.9污泥制砖生活污泥燃烧产物和粘土的化学成分基本接近,在适当调整以及混入适量添加剂后,可以制备建筑用砖。近年来,众多研究者在此方面进行了考察研究。张方梅和陈绍伟”将预处理后的城市排水管污泥与粘土混合,研究了不同混合比对烧制效果的影响,制备出性能优良的建筑砖。8.10提取重金属城市污水处理厂的污泥中还会含有部分重金属，如：Hg、Pb、Cu、Zn 等，可以通过对污泥的调理，向污泥中添加化学药剂等，改变污泥中重金属的形态，利用重金属或其化合物的特性从污泥中分离提取出来。向污泥中添加一些还

44、原剂可以将 Hg 等挥发性重金属还原为金属单质，然后对污泥低温加热使 Hg 等挥发性重金属挥发进行提取，从而回收利用。也可使一些重金属生成沉淀物沉淀下来，或利用离子交换对重金属进行分离提纯。但由于污泥中重金属的含量较低，分离提纯的成本较高，现在很少在城市污水处理厂里有实际应用，大多数还停留在研究阶段。Przemys taw Kosobucki 等15利用天然硅酸盐对污泥中的重金属进行提取实验表明，硅酸盐的粒径最好在 0.71.0mm 之间，硅酸盐与污泥的比例为 2/98 时，经过 5h 的混合摇动，对天然硅酸盐对污泥中的重金属的提取效率最高。第九章 污泥综合利用9.1 污泥的农业利用 目前实现

45、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16。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：（1）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；（2）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。预计高温堆肥工艺粗有机复合肥生产成本在300元/吨左右，市场价格在500元/吨左右；精加工有机复合肥生产成本在500元/吨，市场价格在800元/吨左右可以接受。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