城镇污水处理厂污泥资源化利用技术研究

2022-12-19刘鹏鹏

科技与创新 2022年22期

刘鹏鹏

（河北冶金建设集团勘察设计有限公司，河北邯郸 056003）

目前，随着城镇的发展建设，排放的污水也越来越多，这对污水处理厂的处理效率以及处理质量提出了更高的要求。污泥中含有大量水分，热值比较大，其中包括许多具备二次利用条件的有机物与营养物，也存在各种金属离子和少量微生物等对人体有害的元素。因此，加强污泥资源化利用技术研究工作，有利于推动环境保护。

1 传统污泥处置方法存在的不足

目前，有几种类型的传统污泥处置方法在实际中应用较为频繁。这些处置方式存在一定的优势和劣势，但随着近些年来中国对于污泥处置的要求逐渐提升，传统污泥处置的不足之处逐渐显露出来。

1.1 填埋处理

填埋处理是中国对于污泥进行处置最早使用的方法之一，这项技术也在应用过程中变得逐渐成熟。污泥的填埋处理主要可以包含2 种方式，即对其进行单独的填埋和与其他的垃圾进行混合处理。其主要的优势在于可以投入少量资金并得到最好的效果。但近些年来，中国遇到的主要难题是污泥的产生量变得更多，在选择填埋位置时增加了更多的难度。与此同时，污泥填埋造成的环境污染问题，也成为众多国家在选择填埋方式时避免使用土地填埋的主要原因，对于中国的可持续发展来说，污泥填埋也不是最为合适的方法[1]。

1.2 污泥焚烧

由于污泥与其他的焚烧物相比有较为特殊的特征，处置其时可以通过焚烧的形式来完成。具体的焚烧方法可以包含2 种类型：第1 种是将其进行脱水处理之后进行直接焚烧，第2 种方式与第1 种相比在焚烧之前多了干化的步骤。焚烧方法与其他的处置方法相比，可以更好地体现其在处理过程中的无害化及无菌化的处理优势。但近些年来逐渐发现，在对污泥进行焚烧时，由于设备以及成本等各方面的限制，导致焚烧过程中容易产生大量的有毒、有害气体，对环境造成了严重的影响，并且产生的其他重金属物质对于环境的可持续发展，也带来了较大的安全隐患。

1.3 土地的利用

由于城市污泥中含有大量的无机成分和有机成分，使其在处理过程中可以应用在土地的营养施肥中。从某种程度上与农家肥进行比较，其有机物的含量均较高，对于土壤结构的优化以及加强作物的生长来说均具有优势，因此也成为将其作为土地肥料利用的主要原因。但污泥成分除了具备可以优化土壤的功能之外，也存在一些较为复杂的有害成分，可能会对土壤造成影响，使土地的使用存在无法预知的危险。例如污泥中存在的病原菌以及重金属物质等，都是近些年来造成土地污染较为严重的因素[2]。这类隐患的存在，使得人们在对城市污泥进行土地施肥利用时，需要更加仔细、谨慎地进行思考，非必要条件下尽量减少城市污泥的土地利用，避免城市污泥为土地带来不可逆的损害。

2 污泥处理情况

污泥是污水处理时的无法避免的物质，也是污水处理厂操作过程中的主要阻碍因素，它的有效处理是各个地区在处理水污染过程中面临的新型难题。从当前的情况来看，中国城镇污水处理厂的污泥处理少部分被埋到土里、进行焚烧等，整体有效处理率不到10%。从本质上看，污泥是一种能够被合理利用的资源，对其进行资源化利用就是要通过科学高端的技术，将污泥当作资源展开使用，这样一来，不仅能够处理好环境问题，而且还能够在一定程度上带来经济收益，进而推动城镇污水处理工作的发展。目前，中国大多数污水处理厂对污泥的处理途径主要包括焚烧、填埋、堆肥等。和其余的污泥处理途径比起来，通过堆肥的方式不仅能够对污泥问题进行处理，而且废料可供农业所用，总体上具有经济性、便利性、可资源化等特征。所以，污水处理行业应该重视污泥处理技术的研究，充分利用污泥这一资源。

3 污泥处理准则

对城镇污泥进行处理，达到污泥资源化利用的目标，这是维护城镇地区自然环境的关键所在。为了更好确保污泥处理工作的质量及效率，污水处理厂在进行污泥处理工作的时候需要遵循以安全为本、坚持绿色环保的准则，始终坚持可持续发展战略，保证污泥处理过程安全，根据每一个地区的不同环境以及经济发展状况使用相应的污泥处理技术。安全、绿色、环保是污泥处理过程中的根本准则，是明确处理技术的根据。相关单位在规划实际污泥处理方案时，应该从资金、技术、资源设备以及污泥总量等多个层面出发，这样才能够制定出良好的工作方案，确定长期工作目标、每一个环节的目标以及应急方案。另外，城镇地区环境保护工作以及污泥资源的再利用并不是通过单一的部门设置就能处理好的工作，要多个部门共同参与，必须严格规范污泥处理过程中的管理制度，按照要求开展监管工作。在选择处理技术的时候，需要结合城镇地区的发展趋势及建设目标，在大致明确污泥处理方法后，再进一步确定处理技术。通常来讲，城镇地区污泥处理过程中所采用的方法和工艺，应是广泛使用且经过大量实践之后证明能达到理想处理状态的[3]。

4 污泥处理技术选择标准

城镇污水处理厂进行污泥处理的目的就是经过减量化、资源化及无害化处置，让城镇地区在发展的同时保持优良的自然环境。污泥减量化及无害化处理后，给环境带来的影响有一定的限度，而资源化处理则是经过选择后采用污泥里的某些成分，实现对污泥资源的再利用。具体来说，在资源污泥处理时，需要对污泥的特征、技术规划、经济状况以及环境等多种要素进行全方位考量。在一些发展较好地区，通常采取资源化处理的方法，而经济比较落后的地区则多采取无害化、减量化的处理方法。当前，在城镇污水处理厂污泥资源化利用技术选取的时候，建议大型及中型城镇地区将污泥进行焚烧或再利用当作最终的处理目标，郊区可以采取厌氧还原以及土地利用相融合的技术手段，而那些小型城镇地区的合理处理方式是将好氧发酵和土地利用相融合。

5 城镇污水处理厂污泥资源化利用技术

资源化技术在应用过程中被不断创新和改进，主要的处理原则是保证在对污泥进行资源化利用时，可以应用更加简单、便捷的方式，做到无害化处理。其中需要减少在传统处理过程中可能应用的较为烦琐的方式方法。根据中国的实际国情及发展状态，近些年来更多的企业及研究所研发了具有创新性特征的污泥资源化处理技术，也不断地应用在社会生产及处理中，无论是在处理效率及处理质量上，都较传统的处理方式有更多的进步以及上升空间，这对于中国的社会经济发展及环境保护来说都是浓墨重彩的一笔。

对于污水处理厂而言，要想真正实现污泥的资源化利用，就一定要重视处理技术的研究与创新，这样一来，在保证污水处理工作效率与质量的同时，还可以使大量的污泥被资源化利用，实现了资源的节约。污泥作为污水处理时的一大难题也并非一无是处，其中的有机营养物、氮、磷等物质，如被合理转化也能发挥很大的作用。因此，如果能够研究出科学的污泥资源化利用技术，一方面能够大大节省资源，降低环境污染并带来经济收益；另一方面还可以避免污泥臭味带来的污染，让城镇的建设形象越来越好。

5.1 污泥厌氧消化产生沼气，沼气被再利用

如果污水处理厂的整体覆盖范围程度低，那么就能够通过污泥好氧进行消化，这种处理方式的优势是操作过程较简单，而且处理的结果较可靠，在花费较少时间的同时实现合理的处理效果。然而，这种处理方式也有缺点，它在操作过程中需要耗费很大的能量。反言之，如果污水处理厂的整体覆盖范围比较大，那么就能够通过污泥厌氧展开消化，同时产生沼气这种新的能源。所以，对于污水处理厂而言，在确定应该采取哪一种污水处理技术之前，需要结合自身的具体情况来明确手段。

具体而言，对污泥进行厌氧消化的机理如下：在无氧的状况下，利用厌氧菌把污泥里面包含的能被降解的有机物，依次通过液化、气化进而分解；通过这一过程，病菌和寄生虫卵等有害物质被杀灭，污泥整体发生了减量化与无害化变化；最后生成沼气等一系列能够被再次使用的资源，让污泥的处理过程趋于稳定化。就沼气而言，其应用的范围很广，不仅能为污泥的厌氧消化过程提供所需热量，而且还可以被投入到发电、沼气搅拌等过程中。另外，因为沼气中包含的主要组分是甲烷、二氧化碳等，而且还有一定量的氧气、氨气等气体，所以能够被应用在许多情况中。例如，甲烷这种有机物质能够作为四氯化碳生产的原材料；二氧化碳气体能够用于生产纯碱；硫化氢是应用在生物脱硫过程中，其中得到的硫污泥可以进行脱水提纯，最后得到的硫磺属于可利用的资源。这些都是沼气在化工方面的应用，且目前在国内外都取得了很好的成效。针对污泥厌氧消化处理技术得到的沼气，应该在重要的地方安装有关装备和仪表，了解不同阶段的操作情况，以保证沼气处理过程的高效性同时掌控沼气这种资源被利用的状况。另外，如果发现处理过程发生错误或是处理设备出现故障，工作人员应该在第一时间查看问题并及时整改，让设备的运行状况尽快恢复，同时提升设备自动化控制的水平，从而让各项资源达到最大化利用。

5.2 污泥和煤掺烧技术

就当前的状况而言，城镇污水处理厂的污泥处理技术并不符合社会的实际需求，导致很多资源被浪费，因此，污水处理厂必须把污泥处置过程和资源化利用操作很好地融合起来才能够从根本上处置污泥。就土地还原的污泥处理技术来说，由于大量工业废水中含有的污泥里包括许多重金属和有害物质，并且这些重金属的含量远远超过国家标准，如果直接进行利用根本没有办法对土壤情况进行优化。由此看来，污水处理厂有必要研究出能够高效率使用污泥里有用物质的同时完成对污泥“四化”的整体处置途径，这样一来就能够将污泥转变成燃料，这种处理结果也是非常有前景的。因为污泥中存在许多有机物质，所以它的热值比较大，仅比煤饼低，因此，污泥在一定情况下能够取代煤饼投入使用或者是作为一种辅助能源。

目前，有大量发电厂将含水量大约30%的干化污泥当作辅助燃料，把它和煤根据合理的比例混合在一起后放进焚烧炉，在燃烧过程中实现发电的目的。尽管项目投入的资金比较多，然而这种技术的使用可以减少发电厂的投入成本，而且有助于处理污水处理厂遇到的污泥难题，可以说是事半功倍。如果把污泥当作燃料使用，应该严格控制好污泥内的含水量，因为污泥的含水量和污泥处理的范围、焚烧热量平衡有非常密切的联系。需要加入辅助的燃料推动燃烧过程，同时提高热回收系统中能量的转换率，让能量的利用效率更高。

5.3 污泥堆肥

污泥并非毫无作用，其中包括许多有机物、氮元素、磷元素等一系列植物生长所需要的营养成分，并且这些成分的含量比一般的农用肥料还要高，能够和一些高端的有机农用肥料相比较。要想使城镇污水处理厂的污泥被用于农业工作及绿化工作等过程中，一定要符合以下条件：污泥中包含植物生长所需要的营养成分，污泥中包含的有害、有毒物质的含量不能比农业中的污泥标准高，污泥必须要通过无害处置过程。由此看来，将污泥投入土地使用前，必须对污泥进行稳定化及无害化的处理，比如好氧和厌氧消化、堆肥化等，堆肥化是被使用的比较多的一类方式。

目前，国内进行污泥堆肥操作主要包括2 种途径：①对污泥进行消化或是将污泥与垃圾等一系列物质混合起来后，再进行堆肥并应用到农业中；②将污泥通过堆肥发酵以后再用于复合肥还田的制造过程。污泥通过中温厌氧的方式完成消化以后应用到农业的途径，其中不足之处就是容易混入许多病菌，而且不一定能够杀灭所有细菌，大概率会导致二次污染，所以这种途径并未得到广泛的应用。混合堆肥这种处理方法是围绕无害化展开的，这样能够对污泥进行很好的处理利用，不仅可以将污泥中的细菌杀灭，而且可以提高废料利用率，这样一来，城市地区与农村地区都可以进行科学合理的堆肥。污泥堆肥复合肥这一途径能够实现污泥中营养物质最大化利用，促进营养均衡，可以应用到还田农用的过程中。

5.4 水泥原料

在对污泥进行焚烧后，发现污泥中产生的大量无机物的特征与中国生产的水泥的原材料具有较多的相似性，因此完成焚烧之后的污泥可以将其作为水泥进行应用。不仅可以满足中国对于水泥的数量上的要求，也可以大大减少城市污泥在处置过程中遇到的难题。中国有部分地区通过利用水泥回转窑，对污水厂中的污泥进行处理，不仅获得了更高的经济效益，也为社会作出了巨大的贡献，与其他处理方式相比是一类性价比较高且具有一定生态价值的处理方式。

5.5 陶粒烧结

陶粒的生产需要更多的原材料进行支撑，目前城市污泥具有较大的产量，由于两者之间存在一定的关联，将城市污泥作为陶粒生产的材料，可以更好地实现废物的转化和利用。将污泥在砖窑中进行一系列的处理后，生成的产物在多个方面作为陶粒的生产成分较普通的材料有更大的优势，不仅节省了原材料，在陶粒生产过程中投入的经济成本也有所降低，也为中国的环境优化提供了更好的方法和策略[4]。

5.6 制水泥砖

将污泥进行一定处理之后，可以制作为水泥砖，具有较大的用途。目前中国对于污泥制作成水泥砖的技术要求较低，可以通过干化污泥或污泥焚烧灰2 种形式来完成。通过多项研究发现，在对污泥进行处理时，可以根据制作的水泥砖的实际需要，对其进行适当及简单的优化，其中包括减少污泥中存在的油脂的成分比例以及所含的有机物的量，对于砖块中的水泥的比例也要进行适当的修改，使各项指标都满足国家对于水泥砖块的需要。目前中国通过多年的技术发展及创新，将污泥制作为水泥砖的技术也逐渐趋于成熟，在中国多个地区都有较为广泛的应用。