引言近年来,城镇污水的排放量持续增长,大量污水处理厂建成并投入运行。随着污水排放量的增加,处理过程中产生的污泥量增多,城镇污水厂污泥处理脱水情况达到含水80%,将污泥直接排入环境会造成二次污染,威胁生态环境以及人们的健康。因此,相关部门和污水处理厂必须对污泥的科学合理处置给予充分重视。污泥是由有机物、无机物(吸附)、菌胶团(微生物)共同组成的一种集合体,含有重金属以及无法轻易降解的盐类物质,此外还含有一定的病原微生物以及寄生虫卵[1]。污泥经过减容处理再进行处置,才能够保证资源化和无害化。污泥处置指污泥、污泥产品经过处理后能够在环境中实现长期稳定,对环境以及人体不会产生负面影响的消纳方式[2-4]。现阶段,污泥处置的方式种类较多,总体可以划分为两种,即资源型和抛弃型。资源型包括综合利用、焚烧以及土地利用,抛弃型包括海洋投弃以及卫生填埋[5-6]。1抛弃型处置方法1.1海洋投弃海洋投弃是指利用海洋容量、海洋的稀释能力以及海洋自身具备的洁净能力有效处置污泥。通常,污泥处置的过程中不必完全进行无毒化、无害化处理,部分污水处理厂的地理位置靠近海洋,可以直接向海洋投弃液态污泥,具有一定的便捷性和经济性。但会对海洋产生污染,影响海洋的生态系统以及人体健康[7]。1994年2月20日起,我国不再将污水和工业废物进行海上处置[8]。1.2卫生填埋卫生填埋指将污泥运至特定场地的特定区域进行压实并覆盖土壤、种植绿色植物。卫生填埋法源自20世纪60年代,如今已经发展为较成熟的污泥处置方法,其基于传统填埋和环境保护,进行科学选址、场地防护、配备填埋气体和渗滤液、配备气体处理系统等。卫生填埋的优势是较为简便,投入成本较低,能够大量处理污泥,但是需要占用一定面积的土地资源,且对污泥中土的力学指标要求比较严格,此外地基也需要进行一定的防渗处理。污泥的防水量比较高,如果填埋未处理完全或防渗的效果欠佳,可能导致渗滤液外漏,对土地资源产生污染。应采取相应的方法处理填埋过程产生的温室气体,主要是甲烷气体,其会造成污染和火灾爆炸。卫生填埋的方法无法从根本上消除环境污染,其仅在一定程度上延缓了污染,存在一定弊端[9]。2资源型处置方法2.1焚烧污泥焚烧工艺的适用情况主要有三种,第一种是污泥的卫生指标不满足要求,含有较多的有毒物质,无法在农副业中使用;第二种是污泥本身具有比较高的燃烧热值,能够自燃,且其燃烧产生的热量能被用于发电;第三种是污泥能够与城镇生活垃圾进行混合后焚烧,将热量用于发电。焚烧污泥的处理方法较为彻底,在焚烧炉内加入污泥,给予相应的温度和过量的空气,通过蒸发、气化、燃烧等多个步骤完全焚烧,将污泥中的有机物碳化,生成水和二氧化碳、炉渣等,缩小污泥体积,便于对污泥进行最终处置。焚烧法速度较快,能够完全氧化有机物,且余热可以用于供热、发电[10-11]。焚烧主要分为两种,即混合焚烧和单独焚烧。混合燃烧能够与热电厂掺煤、水泥原料以及生活垃圾进行混合,单独焚烧主要使用流化床焚烧。应先对污泥进行干燥脱水,焚烧过程中会产生灰渣、飞灰、废气,废气中含有重金属烟雾、一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、悬浮的未燃烧物以及二噁英等[12]。因此,必须对焚烧条件进行严格控制,以免发生二次污染。应对设备收集的飞灰进行妥善储存,重金属含量不超标时可以进行综合利用,如作为回填土进行工程建设、造砖等,如果不符合则进行安全处理,灰渣中有大量重金属元素,应根据国家标准《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3—2007)进行毒性鉴别,如果不是危险废物则进行一般固体废物处理,如果属于危险废物应当按《危险废物焚烧污染控制标准》(GB 18484—2020)、《危险废物贮存污染控制标准》(GB 18597—2001)、《危险废物填埋污染控制标准》(GB 18598—2019)等的要求处理与处置。焚烧设备较为复杂、成本高,对人员的要求较高,因此应用较少,仅限于特殊行业使用。2.2土地利用污泥土地利用指通过播撒、深耕等方法将无害化、稳定化处理的污泥用于土地的处置方法。污泥中含有植物生长需要的钙、镁、氮、磷、有机质等元素和矿物质,能够改善土壤结构,提升土壤肥力,促进植物生长,是一种土壤改良剂。污泥土地利用的种类可以分为土壤修复改良、林地利用、园林绿化以及农业利用[13]。2.2.1土壤修复改良土壤修复改良指在严重受到扰动的土地中应用污泥进行改良,恢复土地并保护其不受侵蚀。污泥中含有氮、磷、钾等成分,吸水性和黏性较强,可以基于水土保持原理,通过污泥进行土壤改良,如用于垃圾填埋场、取土坑、采煤场等。直接在土地中施用污泥能够培肥土壤,具体表现为氮磷含量上升、有机质增加、水稳定性团粒增多、容重减小[14]。但是污泥中可能含有寄生虫卵,应提前进行无害化处理和稳定化处理,避免对土地造成二次污染。2.2.2林地利用林地利用指在密集经济林中施用污泥,如人工树林等。在森林土壤中施用污泥,泥中的营养成分能够促进树木生长,且林地不会进入食物链。此外,森林、林场等通常位于非人口密集区,安全性较好。2.2.3园林绿化园林绿化指在营养土和基质中施用污泥,如景观林、草坪等。污泥中的营养物质较为丰富,能够改善土壤结构,促进植物更好地吸收营养物质。唐鸣放[15]等在种植佛甲草的过程中,将污泥使用改性粉煤灰进行处理,试验显示经过处理后的污泥有利于植物的生长,促进植物进行光合作用,还能够使植物的色泽艳丽,大幅度提升景观效果。2.2.4农业利用农业利用指将污泥用于农业,作为土地调节剂和肥料。污泥中含有钾、氮等元素,能够用于农作物增产,腐殖质和有机质能够作为土壤改良剂,将污泥进行适当脱水、浓缩能够作为农肥进行使用。周立祥[16]等利用田间实验、动态监测对污泥组成成分的性质、特征进行研究,并分析不同污泥量对土壤、产量的影响。结果显示,施用未经过消化的生活污泥能够有效提升产量,但会导致作物中锌含量上升,加快土壤中镁元素和钙元素的流失,且土壤具有酸化的现象。王强[17]等采用污泥代替草炭作为基础培养草本花卉和小油菜,结果显示施用污泥能够保持土壤水分,提供速效养分,有效促进作物的生长。基于复混肥生产工艺,利用污泥替代糠醛渣复混肥开展实验,结果显示污泥能够增加产量、减少成本,有效改善肥料颗粒表面光洁度和抗压强度。施用污泥应根据作物种类调整污泥种类、施用时间和用量,特别是果蔬用地更应精确控制。2.3综合利用2.3.1污泥燃料化将固硫剂、疏松剂、催化剂、引燃剂等加入脱水污泥,制作合成燃料用于锅炉。污泥燃料具有较好的稳定性,燃烧产生的有害气体低于焚烧。张长飞[18]等将木屑、污泥、飞灰、铁元素、钙元素按照1.00∶40.00∶10.00∶0.24∶0.80的比例进行混合,在压力为1.2 MPa条件下制作合成燃料,热值为2 568.2 J/g,如果将木屑改用为煤粉,热值为3 462.3 J/g。经过燃烧实验,结果表明燃烧效果十分理想。近几年,污泥低温热解制油得到迅速发展,成为新兴的污泥热能利用方法。污泥低温热解制油是在一定的条件下(高温、常压、缺氧),催化污泥中蕴含的脂类以及蛋白质,将其转化为碳氢化合物,反应产物为非冷凝气体、水、碳和油等。此技术无须耐高压高温的设备,具有较高的回收率,且二次污染小。此外,还可以将污泥(厌氧消化和未消化)脱水至80%含水量,在未消化污泥中加入重油,在消化污泥中加入轻油,制作流动浆液,经过四效蒸发器制作而成。两种方法得到的污泥燃料含水率和含油率较低,分别为2.60%、5%和0.15%、10%,能够在造纸厂和水泥厂应用,减少能量消耗。2.3.2建筑材料污泥中通常含有20%~30%的无机物,主要成分为铁、铝、硅等,与建筑工程常用材料成分较为接近。俞锐[19]等分析了污泥热失重、热值、焙烧后成分等指标,分别进行添加助熔剂和不加助熔剂的焙烧实验,研究显示污泥在建筑工程材料方面具有一定价值。现阶段,建材方面对污泥的利用主要有轻集料、生化纤维板、玻璃态集料、污泥制砖(焚烧灰制砖、污泥灰制砖、直接制砖)等。污泥熔融后能够作为管道垫材、路基骨料。污泥的建材利用通常存在含杂质和重金属、烧损量较大等情况,应严格控制投加污泥的量和浸出的污染物。2.3.3动物饲料污泥中含有多糖、脂肪和蛋白质等有机物,污泥中70%的粗蛋白为氨基酸形式,主要为苏氨酸、胱氨酸和蛋氨酸。氨基酸较为平衡,有可能作为饲料[20]。净化后的污泥含有蛋白质等营养素,可以加工成饲料进行鱼喂养,能够增加产量,但会对肉的品质产生一定影响。3应重视的问题随着环境保护和污染治理的相关工作不断加强,污水处理厂数量不断增多,污泥处置已经成为重点研究问题。除文中提到的几种污泥处置利用方法,还有制备污泥活性炭、制成黏结剂等综合利用方法,暂未得到广泛应用,还需要进一步研究[21-22]。不同污泥的成分、性质有较大差别,应对污泥的微生物指标和理化指标进行测定,根据实际情况选择合理的处置方法,实现无污染、安全的污泥利用。4结语我国的农业较为发达,但近些年土地肥力下降的情况愈发严重,对于土壤改良剂和肥料的需求逐渐加大。利用污泥可以有效减少土地填埋用地,解决土壤改良的问题。在保证有害成分低于环境容量的基础上在土壤中施用污泥,具有较好的应用前景。污泥处置方法种类繁多,优势和弊端各不相同,应根据实际情况、经济条件等科学选择处置方式,保证生态效益、社会效益和经济效益。
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