市政污泥特性与处理技术

内容摘要：摘要：市政污泥产量巨大、环境压力大。本文分析了市政污泥产生现状、成分与特性，综述了国内外主流处理方式

摘要：市政污泥产量巨大、环境压力大。本文分析了市政污泥产生现状、成分与特性，综述了国内外主流处理方式，总结了我国市政污泥处理现状和资源化处理技术新方向，提出了未来亟待加强的领域。本文为市政污泥处理处置技术发展提供借鉴。

关键词：市政污泥；资源化；市政污泥特性；市政污泥处置

中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）12-0304-02

1 市政污泥及我国产生现状

市政污泥是由城市污水处理厂通过活性污泥法处理市政污水而产生的必然产物，是一种由细菌菌体、无机颗粒物、可降解有机物、污泥胶体等组成的一种成分极其复杂而较难处理的非均质体的沉渣，含有病原微生物、多种无机污染物和有机污染物，以及重金属污染物，其主要来源于城市污水处理厂、自来水厂、排水管网等市政设施。由生活污水产生的市政污泥主要为有机污泥，而有机污泥按生成方式不同又可划分为初沉污泥、剩余活性污泥、腐殖污泥、化学污泥以及消化污泥。

初沉污泥：污水一级处理过程（初次沉淀池的沉淀、过滤等物理方法）中产生的沉淀物；

剩余活性污泥：指活性污泥法为主的污泥二级处理工艺（二次沉淀池）产生的沉淀物；

腐殖污泥：指生物膜法（如生物滤池、生物转盘、部分生物接触氧化池等）为主的污泥二级处理工艺产生的沉淀物；

化学污泥：污水通过化学反应（如絮凝等）产生的污泥；

消化污泥：指污泥浓缩消化池浓缩后的污泥，含水率相比其他污泥有所降低。

随着我国经济的高速发展和城镇化的快速推进，城市污水排放量和市政污泥不断增加。至目前，我国城镇污水处理厂总计约4000座，日均污水处理能力达到1.9亿m3/d。污泥的产量与污水的水质和处理工艺相关，按含水量80%计平均污泥年产量达到4500多万吨。巨量的污泥产出构成严重的环境压力。

2 市政污泥成分与特性

市政污泥的来源是多方面的，其形成过程复杂多变，其成分复杂多变，其性质也因而存在较大差异。如果污水厂污水来源比较稳定，则污泥所含的主要成分也能基本保持稳定。一般而言，市政污泥含有泥沙、无机颗粒、纤维、细菌菌体、动植物残体、丰富的有机物等。市政污水在通过好氧方法处理时产生污泥副产物时，在菌胶团的吸附作用下，富集了大量病原微生物、重金属、有机物等有毒有害物质。各种市政污泥具有颗粒较细，含水率高，且不易脱水，含有有机物容易腐化发臭等共同的基本特性。

市政污泥中的泥沙和无机颗粒主要为硅、铝、钙和铁氧化物等，其中，铝和铁氧化物多来自于污水处理沉淀过程中加入的絮凝剂。市政污泥的含水率很高，初沉池污泥含水率一般在95～97%（平均96%），二沉池剩余污泥含水率高达99%以上，因此需要对污泥进行减容处理（浓缩、脱水、干化等），将污泥的含水率通常可降至60～80%。

重金属是污泥主要的有毒有害的物质。污泥中的重金属主要包括As、Cd、Cr、Hg、Cu、Pb、Ni、Mn、Sn和Zn等。不同地区、不同来源的污泥重金属含量相差较大，我国城市大量使用镀锌的管道因而Zn含量通常处在较高水平。值得注意的是，在城市污水处理过程中若混入工业污水，处理后所得污泥的重金属含量将增加。污泥重金属元素超标，是污泥处理面对的严重问题。

我国市政污泥有机物含量低，一般约约为50%左右，而发达欧美国家的市政污泥有机物含量高达60～80%。有机物中含有蛋白质、脂肪、矿物油、洗涤剂、高分子材料的残渣，有机溶剂残余，生物体残骸、细菌以及细菌的各级代谢产物，并含有大量的N、P营养物质。其中，N含量1.5～7.0%，平均一般在3.0%左右，P含量0.8～3.0%。我国市政污泥中碳水化合物含量高，据报道，污水厂的二次沉淀池污泥中，有机物中一般碳水化合物占40～50%，蛋白质含量占40～50%，脂肪占10%；而污水厂的初沉池污泥有机中，碳水化合物（淀粉、纤维、糖分）含量高于50%。因此，我国市政污泥的消化性能低。市政污泥的有机物易腐化产生恶臭气体，分解还释放温室气体，燃烧产生致癌气体二噁英等。

市政污泥的pH值基本在6.5～7.0之间，C/N比大致维持在（15～25）∶1的范围，适于厌氧消化和好氧发酵。

污泥中有一些可以资源化利用的方面，如因含有植物生长所需的氮、磷、钾和和微量元素等矿质养分可供植物吸收利用，所含有机质可增加土壤有机质含量提高土壤肥力，改良土壤防止土壤板结；干燥后的污泥具有一定的热值，可以作为燃料燃烧，因此干化污泥作为能源幵发潜力大。

未经过处置的市政污泥会因含有大量富集而成的致病菌、寄生虫（卵）、重金属恶臭气体以及致癌芳香烃（二噁英、多氯联苯）等自然环境难降解的有毒物质，对自然环境和人类身体健康造成巨大危害。

3 市政污泥处理方式

污泥处理技术主要遵循对污泥进行浓缩、调质、脱水、稳定、消化、干化或焚烧等减量化、稳定化、无害化及资源化等原则进行的加工处置过程。主要处理方式为：填埋、投海、污泥干化、污泥消化、土地利用与堆肥（污泥农用）、制造建筑材料。

4 我国市政污泥处理

4.1 历程与现状

我国污泥处理与处置起步晚，存在“重水轻泥”的现象，污泥处理技术、装置和处理水平相对较低。至2010年，在全国现有污水处理设施中有污泥稳定处理设施的还不到一半，处理工艺和配套设备较为完善的不到10%，能够正常运行的为数更少，且主要集中在日处理量超过150000m3的大型污水处理厂。全国城镇污水污泥中有55.7%未经任何稳定化处理，通过简单的污泥脱水后便直接进行填埋、焚烧等方式处理。至2014年，我国约65%市政污泥通过填埋的方式处理，10～15%污泥发酵堆肥和农用，2～3%的污泥以好氧堆肥和焚烧的方式实现资源化，约4～6%的污泥采用自然风干，而15～20%的市政污泥未得到任何有效处理处置，表明我国市政污泥并未做到合理、安全处置，给环境隐患巨大。据十二五规划中《全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》的要求，2015年省会城市及直辖市要求达到80%以上的污泥处理处置率，而其他城市的污泥处理处置率也需达到70%以上，县级市要求在30%以上。在2015年新常态环保产业大环境下，我国颁布了一系列的国家政策和行业标准，其中的水十条更是明确现有的污泥处理和处置设施要求在2017年达到基本标准，城市污泥无害化处理处置率在2020年需達到90%以上。

4.2 资源化利用技术新方向

近年，针对市政污泥，我国涌现出相关研究和技术创新的热潮。通过中国知网对中国专利数据库、期刊和学位论文数据库的检索发现，专利名称和论文篇名含“污泥”的文献数量快速增加（见表1），反应国内科技创新和相关研究处于高热度状态，涉及污泥处理的前端、过程和末端利用，涉及工艺流程中减量化、稳定化、无害化及资源化的技术各环节，有传统方案的技术改进，也有新领域的技术拓展，还涉及涉及运行设施、设备和装备技术等。其中，脱水减容、热解、热水解、消化、堆肥、干化等领域都有新方法、新工艺或新装备出现，资源化利用尤其耀眼。以下列举几个典型方面。

4.2.1 市政污泥+餐厨垃圾

将市政污泥+餐厨垃圾，或联合其他不同有机废弃物如秸秆、木屑、菌包等，探索适当配比，研究适宜的新工艺，获得更好厌氧消化产气、堆肥等效果，使减量化、资源化最大化。

4.2.2 多工艺集成

重庆将厌氧消化与好氧堆肥发酵集成。重庆将市政污泥联合餐厨垃圾进行厌氧发酵，取得较好的产气效果，在此基础上，将厌氧发酵固态产物，按一定比例混入园林废弃物（树木枝叶粉碎物料）等，再次好氧发酵，制成符合标准的有机肥。

市政污泥厌氧消化工艺，集成酸化去重金属工艺，末端产物中可以有效降低重金属含量。

干化工艺减量后，集成堆肥工艺，终产物农用或制成土壤调理剂；干化工艺集结烧结等工艺制成陶粒、地砖、水泥等。

4.2.3 干化新工艺利用太阳能，建立阳光温室

王森等利用太阳能进行污泥干燥，夏季太陽能温室内空气温度可以上升至60℃左右，5d的时间内可将20mm厚、含水率高达83%的污泥干燥至含水率为30.5%。对处于太阳能丰富地区，在拥有足够场地的中小城市的污水厂，不失为一个节能环保的处理选择。

4.2.4 微波、超声波在处理中的利用

利用微波或声波的能量，处理污泥，诱导干化。微波是一种频率为300MHz～300GHz的电磁波，可转化为热能对污泥加热，比传统加热更加均匀且内部温度更高，提高加热效率、缩短反应时间。微波可有效破坏污泥细胞结构，释放胞内溶解性化学需氧量，微波处理可提高产气量，缩短污泥停留时间，提高污泥中溶解性化学需氧量、总固体物质和挥发性固体物质的去除率。

超声波是指频率超过20kHz的机械波，超声波作用于污泥中的水分，选择一定频率和振幅的超声波，利用其在液体中产生的“空穴”作用，形成极端的物理和力学条件，局部的高温和高压，同时产生强力喷射形成巨大的水剪切力，将微生物细胞壁击破，释放出胞内结合水，提高污泥的脱水效率。

4.2.5 基于能源利用

市政污泥的能源化利用是兼具污泥量削减和新附加值产生的发展方向。在这方面，企业有动力，近年有长足发展，主要包括厌氧消化产甲烷、热解制燃油燃气、微生物燃料电池、焚烧发电等工艺。

5 展望

市政污泥产量巨大、污染严重。我国“十三五”期间污泥无害化处理任务艰巨，展望未来，任重道远，亟待从以下方面加强。

5.1 前端分类

在处理前端，将“水”“泥”处理协同一体考虑，将污水处理按污水来源分类细化进行，不同污染类型的污水彻底分离，彻底解析不同细分来源污泥的基本性质，在此基础上，依据市政污泥细分类别及其特性，采取对应处理工艺和相应的末端利用方案，真正做到减量化、无害化。

5.2 政策方面

污水污泥处理公益属性，加强政策系统研究和指引，形成高强度、长时期稳定的政策支撑，鼓励多主体、多渠道资金参与。增加科研环节投入，鼓励技术创新。

5.3 资源化利用

在加大治污投入前提下，充分利用污泥中具有经济属性成分，努力开发新技术、新工艺，尽可能减少末端剩余量，因地制宜地选择最佳末端处置手段，以此将污泥资源化利用，真正实现将市政污泥化害为利、变废为宝。

参考文献