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城市污水厂污泥综合利用途径浅析

  【摘要】 近年来,随着社会经济发展、人口增长及城市化水平的日益提高,我国城市污水处理厂迅猛增加,导致大量污水厂污泥产生,给污泥最终处置带来了新的难题。本文从污泥综合利用角度出发,在认真分析其组分的基础上,探求污泥资源化、无害化利用的良好途径,提出可以通过堆肥、生物转化等手段,有效降低污泥中有害成分的含量,减少其对人类、动物和周围环境的危害,最终达到污泥可持续循环利用的目的。
  【关键词】 污水处理 污泥 处置 综合利用
  引言
  污泥是城市污水处理厂在净化污水过程中的副产物,是由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。近年来经济的发展带动了城镇常住人口增长,随着我国污染减排工作的不断稳步推进,许多城市、集镇、工业园区的污水处理厂建设纷纷上马。然而,污水处理厂的增多必将导致污水厂污泥的增加,不断增加的污泥又带来了二次污染环境的危机。可以说,污泥问题日益显得突出的原因在于早期建设的一批污水厂,在长期的摸索和试验后,仍然没有找到好的处置方案。而用于污泥堆放、填埋和弃置的资源越来越少,由于污泥造成的二次污染问题日趋严重。特别是随着污水处理厂不断发展与扩大,污泥处置和综合利用己成为一个亟待解决的环境问题。
  1. 污泥背景现状
  目前对污水处理厂的方案设计,重点只在确定污水处理的工艺,而对污泥的最终处理与处置方案没有做出深入的研究。污泥处理大多采用的主要方式为机械浓缩脱水,污泥经过浓缩脱水后,形成含水率80%左右的污泥运往附近的垃圾填埋场与垃圾一并填埋。
  污泥直接填埋存在三个实际问题:一是管理体制上的问题,垃圾中转站和填埋场的布点、设计及投资,属环卫局管理;而污水厂的污泥属市政系统管理,设计垃圾填埋场使用年限和布点距离时,并未考虑接纳污水厂的污泥;由于从污水处理厂出来的污泥具有很高的含水率,在运输中转过程中难免给城市市容造成不良的影响;其二,脱水污泥含水率过高,运往垃圾填埋场的污泥要求含水率不大于30%,目前污水厂的脱水污泥含水率普遍在70%~80%,这类污泥非常不易碾压和填埋,尤其是遇雨季污泥更是难以压实,必须将污泥作适当干化或加石灰、絮凝剂处理。因此,无论作何种填埋,污泥均需采取高干度脱水方案;第三,污泥卫生填埋占地面积巨大,基础设施的建设必须与城市未来的发展的步伐相协调,由于城市用地紧张,同时污泥最终处置投资和占地面积都较大,使得污泥的集中处理面临着极大的难题;污泥处理应是使污泥的产生与处置以及环境保护之间达到一个良好的平衡,要达到这种平衡最佳的途径是污泥的资源化利用。
  2. 污泥无害化处理
  城市污水厂污泥无害化、资源化利用的主要途径就是循环利用,转化为肥料,而此用途的瓶颈之一便是污泥中的有害组分及其含量。污泥是污水处理的副产物,污水中的污染物在污水处理过程中部分会转移到污泥中。重金属是污泥中最主要的污染物之一。重金属由于具有难迁移、易富集、危害大等特点一直是限制污泥有效利用的最主要因素。
  重金属能够在土壤和生物体中不断富集,对植物幼苗有一定的毒害作用,同时,其通过食物链进入人体后,产生致病、致畸等毒害作用,危害人类健康。陈同斌等[1]对国内(1994~2001)报道的城市污泥重金属的资料进行统计分析表明,我国城市污泥的Ni、Pb、Cr、Cu、Zn含量变化幅度很大,极差最高达几千mg/kg。从统计结果和根据污泥农用标准进行分析来看,其中Cu和Zn是我国污泥中含量最高的元素,也是限制其土地利用的主要因素之一。李季和吴为中[2]对我国44个城市污水污泥重金属含量进行了统计分析,Cu和Zn的含量低于陈同斌等[1]的对我国部分污水处理厂污泥统计结果,而对于毒性较大的Hg和As,含量则较高。污泥能否有效综合利用,取决于污泥无害化处理的程度。采用堆肥、生物转化和碱性稳定等方法,降低污泥中重金属等有害组分的含量,将无机物转化为可被植物利用的有机质,实现污泥有效综合利用。实验前后污泥组分变化情况见表1。
  标准参照GB4284-84《农用污泥中污染物控制标准》,pH<6.5土壤。
  由上表可知,经过约7天堆肥生物处理后,污泥中有机质含量有了一定提高,组分中重金属除了镉(Cd)、锌(Zn)指标略微超标外,其余指标均稳定达标,欲做农用肥还需进行深度处理;然而,用于园林花卉等其他观赏性植物肥料,适宜度较高。
  3. 污泥综合利用
  对污泥组分的研究大大开拓了污泥综合利用研究的思路。通过对实验经验的总结,我们可通过采用喷洒投加特效生物菌种对含水率80%的剩余污泥先进行堆肥发酵熟化,然后密闭热风干化使含水率降为60%以下,污泥体积总量减少50%,最后进行堆肥、碱性稳定、肥分调配、造粒烘干,成为适合植物使用的复合肥料。
  污水处理厂干污泥中有机质平均占68.7%,氮、磷、钾,换算成N、P2O5、K2O分别为5.18%、9.3%、0.9%,三样总和为15.38%,可以进一步加工成我国现行的复混肥国家标准中的低浓度三元肥的含量25%标准第复混肥。其中N为5.18%、P2O5为9.3%、已经超过标准中“组成该复混肥料的单一养分最低含量不得低于4.0%”的规定;K2O为0.9%,达不到标准中“组成该复混肥料的单一养分最低含量不得低于4.0%”规定,需另外补加K的成分。
  有机-无机复混肥原料的制备生产复混肥的原料 (过磷酸钙、尿素、氯化钾等)如不进行粉碎,颗粒较大,造粒不好,肥料混配不均匀,会直接影响到复混肥的质量和外观。因此,在造粒之前,必须分别进行粉碎,保证各种物料粒度小于1毫米。过磷酸钙、尿素可用链式粉碎机粉碎。尿素不能用高速磨粉机粉碎,以免温度高,物料黏度大,粉碎效果差。氯化钾可用高速磨粉机粉碎,也可用链式粉碎机粉碎。经粉碎后的物料经振动筛筛选后,小于1毫米的物料用来混合造粒,大于1毫米的物料返回再次粉碎。
  混合就是大量、微量元素化肥和有机复混肥料,按照拟好的配方,输送于混合机内进行。混合机可用滚筒式或立式圆盘。混合必须充分,即混即用,不宜混合后放置太久,以免受潮。对于直径为2米的混合机来说,转速为24~30转/分为宜,混合时间30分钟左右。微量元素肥料用量少,掺混不均匀不仅影响其使用效果,还容易产生肥害,可采取逐级放大掺混。先将粉碎的细微量元素肥料与少量粉碎的有机复混肥料掺混均匀,再用掺微肥的有机复混肥料向大量有机复混肥料中掺混,最后掺入大量元素化肥,混合均匀。
  污泥综合利用处理工艺如下图所示。
  4. 结论与探讨
  综上所述,为了实现城市污水处理厂污泥的有效循环利用,必须去除或降低其组分中重金属等有害物质含量;实验证明,通过堆肥、生物转化和碱性稳定等手段,能较好的达到这一目的。同时,通过投加有针对性的辅料,按一定比例进行配比造粒,最终得到适合植物使用的高效肥料。污泥无害化、资源化利用是一项长期、复杂的课题,要想真正实现循环综合利用,做到产业化生产,还需要更大的研究和努力。但是,污泥制肥已经成为当今城市污水厂污泥资源化、无害化利用的一种良好途径,不久的将来也将成为污泥处置的主要方式,改善环境,造福人类。
  参考文献:
  [1] 陈同斌,黄启飞,高定,等.中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势[J].环境科学学报,2003,23(5):561-569.
  [2] 李季,吴为中.国内外污水处理厂污泥产生、处理及处置分析[A].污泥处理处置技术与装备国际研讨会文集,2003.

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