城市污泥的特性及资源化利用技术研究进展
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摘要：城市污泥是城市生活污水处理过程中产生的剩余物，内含无机颗粒、有机物的残片、微生物菌体、胶粒及重金属和有机污染物等有毒有害物质。根据城市污泥的特性，实现城市污泥的无害化处置和资源化利用，是具有国际意义的挑战课题。本文分析了城市污泥的特性及资源化利用技术研究进展，为污泥的处理和处置提供技术参考。
关键词：城市污泥;污泥特性;资源化利用
Abstract：Municipal sludge is the residue produced during the treatment of domestic sewage. It contains inorganic particles， fragments of organic matter， microbial cells， colloidal particles， heavy metals， and organic pollutants. According to the characteristics of municipal sludge， the harmless treatment and resource utilization of municipal sludge is a challenge of international significance. This study analyzes the characteristics and the research progress of resource utilization technology of the municipal sludge. to provide technical reference for sludge treatment and disposal. The results from this study are expected to provide a scientific basis for the effective disposal of municipal sludge.
Key words：Municipal sludge;Sludge characteristics;Resource utilization
截至2020年1月底，全國城镇建成运行污水处理厂超过1万座，日污水处理量达2.2×108m3/d，日产生含水80%的污泥约6.1×107t，污泥大多未得到妥善处置。城市污泥富含有机质、氮、磷、钾等作物生长的物质，同时含有重金属及有机污染物等有毒有害物质，对其不合理的处置会导致环境污染，因此亟须开发污泥的无害化、减量化和资源化处理的新工艺。国内外学者均在不断开发和挖掘新的污泥处理技术，推动污泥的处理、处置与资源化利用。据《中国污泥处理处置市场调研与未来预测报告（（2019版）》显示：目前我国污泥处理方式主要有填埋（65%）、堆肥（15%）、自然干化（6%）、焚烧（3%）等方式，可见填埋仍然是我国污泥处置的主要方式。
1 城市污泥的主要成分及特性
1.1 城市污泥的主要的物质组成
城市污泥是城市生活污水处理过程中产生的剩余固体废物，城市污泥主要含有大量有机物，其次是泥沙沉积物、细丝纤维、动植物残体以及各种微生物、病原菌、寄生虫（或虫卵）和絮凝体等。例如，含有氮、磷、钾等植物性营养元素，同时含有铜、锌、铬等重金属元素，还有多氯联苯、多环芳烃、抗生素等有机污染物。
1.2 城市污泥的主要的特性
城市污泥的重要特性有以下几个方面：（1）含碳化合物及其衍生物的持久性有机物多，有些成分的化学性质不稳定，易挥发、易变质、易腐化，伴有刺激性恶臭;（2）有毒有害污染物的含量高，例如毒害性有机物PCBs、PAHs等;（3）含水率高，呈胶状结构，或发生污泥膨胀，大颗粒物质难以降解、絮凝体及胶体物质不易脱水;（4）含较多氮、磷、钾等植物营养元素，有促进植物生长的显著肥效;（5）含病原菌及寄生虫卵，例如丝状菌、菌胶团细菌、蛔虫卵，还含有麦地那丝虫、血吸虫、肝吸虫病原体等。城市污泥的组成和性质对污泥资源化利用有着重要影响。
2 城市污泥资源化利用原则
2.1 城市污泥资源化利用的原则
结合城市污泥中所含成分的特性，实现污泥的资源化是城市污泥处理的目标。城市污泥资源化利用原则在业界已经达成共识。其一，要求稳定化，主要任务是处理后的城市污泥稳定的消除恶臭，不再有臭味。其二，是要达到城市污泥的无害化，通过技术处理，杀灭城市污泥中的各类虫卵及致病微生物，使其失去再生毒害作用。其三，处理后的城市污泥减量化，要求通过技术处理后的城市污泥含水率大大降低，失去流体性质，便于运输处理。
2.2 国内外城市污泥处置的主要方法
国外的城市污泥处置大多采用高温焚烧、堆肥农用、外运填埋等实用性方法。美国最初采用简单的外运填埋污泥处置方式，但目前转变为侧重污泥的土地利用;欧洲大多数国家，如英国、瑞典等，城市污泥处置主要用于农业施肥;主要采用外运填埋的国家有德国和意大利等;主要采用焚烧方式处置城市污泥的国家有日本、奥地利等。我国属于发展中国家，污泥处理起步较晚，由于经济和技术上的原因，早期的污泥最终处置目标和技术路线方向不明确，城市污泥处置主要以农肥的形式用于农业。大多数污水处理没有达到稳定化、无害化的要求。因此不合理使用城市污泥导致食品污染和危害人体健康时有发生。2018年国务院发布《关于全面加强生态环境保护 坚决打好污染防治攻坚战的意见》起到了污泥处理“提质增效”的作用。目前，我国的城市污泥处理技术也在不断进步，城市污泥资源化利用技术日新月异，出现了各种污泥处理处置示范工程。
3 城市污泥资源化利用技术进展
3.1 高温热解 高温热解技术是将脱水干燥后的污泥经破碎后送入1300-1400℃高热熔融炉中，将污泥燃烧熔化后再冷却固化[1]。热解气中的可燃气体用于发电和加热，生成的炉渣性质稳定，重金属和有毒物质无溶出，可用作建材，也可以用作路面填充，无须填埋。日本大污泥处理中心是此项技术的成功案例。
3.2 厌氧消化
污泥厌氧消化是污泥减量化、稳定化、无害化和资源化利用的常用技术手段，厌氧消化一般分为水解、酸化、产乙酸和产甲烷等步骤。黄宇钊[2]等通过研究发现，污泥经热碱处理后可溶性有机物大量溶出，厌氧消化液中溶解性蛋白质及多糖浓度明显提高。厌氧消化产生的沼气可用于污泥厌氧消化池的保温，多余的部分用于给附近用户供热、发电或提纯制备生物天然气。
3.3 污泥堆肥
堆肥技术以通过微生物的代谢和繁殖，对污泥进行可控的生物降解。主要有好氧堆肥和厌氧堆肥两种方式。好氧堆肥的温度一般为50-70℃，张诗华[3]研究了城市污泥与菌渣混合堆肥的肥效和好氧堆肥可行性，发现好氧堆肥中的细菌、真菌、放线菌等微生物直接影响堆肥温度、pH、腐殖酸含量等理化指标，不同组合条件下苯并（a）芘、多环芳烃的降解率可达40%-80%。
3.4 生物处理
生物处理技术是利用土壤动物及昆虫等方法处理污泥，典型的有蚯蚓处理污泥法。蚯蚓体内有数百个体节，分泌不同的消化酶，吞噬污泥产生有机肥。蚯蚓处理城市污泥，每100t污泥可变成30t有机肥，宋海亮[4]研究了蚯蚓粪对城市污泥降解的影响，效果显著，蚯蚓适合处理有机质质量分数较低的重力浓缩污泥，蚯蚓粪是一种优质的有机肥料。
3.5 微生物炼制高附加值产品
污泥中富含有机物，利用污泥中的有机物生产高附加值的化学品是解决当前全球面临的资源、能源及环境问题的途径之一。杨高祥等[5]利用污泥生物发酵合成微生物油脂，章钦等[6]研究利用剩余污泥发酵产出挥发性脂肪酸，以上研究有效地利用了污泥中的碳源。目前利用污泥生产高附加值化学品方面仍然有较多的地方值得研究，比如高产菌株的选育、抗逆菌株的诱变及筛选、碳素转化原子经济性及能量效率的分析等，结合合成生物学的理念，构建利用污泥的人工多细胞体系是未来的发展方向。
4 总结
随着技术进步，更高水平的污泥无害化和资源化处置的技术必然出现，无论城市污泥采用何种资源化利用方法，减量化、稳定化和无害化是污泥处理必须面对的原则。本文从城市污泥资源化利用视角分析了污泥资源化利用技术的研究进展，在实际应用中，应根据城市污泥的性质，考虑环境、经济、技术等综合因素，选择合理的处理工艺和处置方法。
参考文献
[1]韩天雪.国内外污泥处理处置技术回顾与展望[J].环境与发展，2018，30（02）：92-93.
[2]黄宇钊，冼萍，李桃，等.热-碱联合处理改善污泥厌氧消化性能的研究[J].广西大学学报（自然科学版），2019，44（5）：1392-1398.
[3]张诗华.青霉素菌渣混合市政污泥好氧堆肥工艺效能研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2016.
[4]宋海亮.蚯蚓堆肥处理污泥的试验研究[J].科技创新与生产力，2019（03）：23-25.
[5]杨高翔，陈锐，沈子恒，等.剩余污泥微生物发酵合成微生物油脂制备生物柴油技术研究[J].环境科学学报，2017，37（08）：2918-2924.
[6]章钦，罗景阳，操家顺，等.生物炭对剩余污泥厌氧发酵产酸的影响[J].环境科技，2019，32（01）：1-6.
收稿日期：2020-06-28
作者簡介：曹斌（1986-），男，汉族，本科学历，工程师，研究方向为水处理及相关管理工作。
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