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　　城市污泥是城市污水處理廠運(yùn)行的必然產(chǎn)物。大量剩余污泥的產(chǎn)生已經(jīng)成為污水處理廠必須面對的棘手問題。當(dāng)前我國廢水處理的主流模式是集中生化處理，由于污泥處置的投資大，故往往把污水處理和污泥處置分開，形成先污水處理后污泥處置的局面，污水處理廠產(chǎn)生的大量剩余污泥沒有引起足夠的重視，再加上長時(shí)間來我國片面強(qiáng)調(diào)污水處理重要性，忽略對污泥處理技術(shù)的發(fā)展和資金投入，使得我國的污泥處理與處置水平嚴(yán)重滯后于污水處理的發(fā)展。

　　剩余污泥通常含有相當(dāng)量的有毒有害物質(zhì)(如寄生蟲卵、病原微生物、重金屬)及未穩(wěn)定化的有機(jī)物，如果不進(jìn)行妥善的處理與處置,將會對環(huán)境造成直接或潛在的污染。但剩余污泥的處理處置工藝的投資和運(yùn)行費(fèi)用昂貴，一般約占污水處理廠總投資的 30%～40 %，甚至能占到 60 %，污泥處理費(fèi)用占據(jù)污水處理廠總運(yùn)行費(fèi)用的 20 %～50 %。城市生活污水生物處理工程中污泥產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)為：格柵、沉砂池、初沉池和二沉池。目前城市污水處理場大多數(shù)采用二級處理工藝。城市污泥按處理方法可分為初沉污泥、剩余污泥、消化污泥，其基本理化性質(zhì)見表 1。

　　表 1 城市污水處理廠污泥的基本理化性質(zhì)

　　1 污泥減處理與處置的目標(biāo)

　　污泥處理與處置應(yīng)首先考慮到污泥的減容和利用。污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化處理后作為資源已經(jīng)成為一種主流。所以污泥處理與處置主要有以下四大目標(biāo)：

　　(1)減量化：減少污泥最終處置前的體積，以降低污泥處理及最終處置的費(fèi)用;

　　(2)穩(wěn)定化：通過處理使污泥穩(wěn)定化，最終處置后不再產(chǎn)生污泥的進(jìn)一步降解，從而避免產(chǎn)生二次污染;

　　(3)無害化：達(dá)到污泥的無害化與衛(wèi)生化，如去除重金屬或滅菌等;

　　(4)資源化：在處理污泥的同時(shí)達(dá)到變害為利、綜合利用、保護(hù)環(huán)境的目的，如產(chǎn)生沼氣等。

　　1 常見的城市污泥處理處置方法及存在的問題

　　1.1 填埋

　　污泥衛(wèi)生填埋技術(shù)始于20 世紀(jì)60 年代是根據(jù)環(huán)境保護(hù)要求，對傳統(tǒng)埋方的改進(jìn)。污泥可單獨(dú)或與其他固體廢棄物(如城市垃圾)一起填埋，今已經(jīng)是一種比較成熟的污泥處置技術(shù)。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是投資少、容量大、見效快。但其中存在著以下問題：

　　(1)污泥填埋對污泥的土力學(xué)性質(zhì)(以剪切強(qiáng)度表示：橫向剪切強(qiáng)度>25kN/m2)要求較高，需要有大面積的場地和大量的運(yùn)輸費(fèi)用;

　　(2)剩余污泥脫水后，一般仍然具有 75 %左右的含水率，因此污泥填埋場地基必須作防滲濾處理，否則就會污染地下水資源;

　　(3)污泥填埋將會加大埋場壓實(shí)機(jī)械工作難度，同時(shí)使填埋場的衛(wèi)生狀況愈加惡劣，也給周圍環(huán)境帶來極大的影響;

　　(4)近年來各國出于對土地和環(huán)境保護(hù)的角度，提高了填埋場選址、工藝和污染物處理標(biāo)準(zhǔn)等方面的要求和管理，導(dǎo)致了污泥填埋成本的顯著升高。污泥的土地利，有兩種方式：農(nóng)用及園林綠化。污泥的土地利用既可以充分利用 污泥中的養(yǎng)分，又可以解決污泥的最終出路問題，減少污泥對環(huán)境造成的二次污染。尹軍等研究認(rèn)為污泥土地利用過程中，應(yīng)該通盤考慮重金屬、病原菌及有毒有機(jī)物等污染物質(zhì)對環(huán)境和人類造成的影響，確定合理的污泥施用量與施用年限，使污泥土地利用工作能夠合理而安全地進(jìn)行。

　　1.2 堆肥

　　堆肥是利用自然界廣泛存在的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物。有控制地促進(jìn)固體廢物中可生物降解的有機(jī)物向穩(wěn)定的類腐殖質(zhì)生化轉(zhuǎn)化的微生物學(xué)過程，在一定溫度、濕度和 pH 條件下，使有機(jī)物發(fā)生生物化學(xué)降解，形成一種類似腐殖質(zhì)土壤的物質(zhì)。在堆肥過程中，微生物分解有機(jī)質(zhì)是一個(gè)放熱過程，使得堆體溫度升高，可以殺死污泥中大部分病原菌和寄生蟲，達(dá)到無害化的目的。堆體升溫還有助于堆體水分的散失，減小堆體體積，達(dá)到減量化的目的。另外，堆肥成品中的速效養(yǎng)分更有利于農(nóng)作物吸收同時(shí)堆肥成品中的腐殖質(zhì)能改良土壤，使得污泥堆肥達(dá)到資源化。污泥堆肥與其他處理方法，如填埋、焚燒相比，具有建設(shè)投資少、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)適合我國的國情。

　　1.3 焚燒

　　污泥焚燒作為一種比較徹底解決城市污泥處理之路，使污泥中的可燃成分在高溫下充分燃燒，最終成為穩(wěn)定的灰渣。處理速度快，無害化比較徹底，余熱可以用于發(fā)電或供熱等優(yōu)點(diǎn)。但焚燒過程中會產(chǎn)生廢氣，處理不好的話會引起二次污染，目前需要研制更先進(jìn)的處理工藝和焚燒方法。預(yù)計(jì)不久的將來，焚燒工藝會更多的應(yīng)用于污泥處理過程中。

　　1.1 厭氧消化工藝

　　20 世紀(jì) 80 年代以前，大多數(shù)的活性污泥均采用厭氧消化法處理，殺滅微生物病菌并生產(chǎn)部分可利用的沼氣。影響厭氧消化的影響岡素主要有溫度，分為低溫、中溫和高溫二種消化溫度;酸堿度，堿度一般應(yīng)在 100～150 度(以CaO 計(jì));攪拌方式，攪拌可以縮短消化時(shí)間，并在一定程度上提高產(chǎn)氣量;生、熟污泥配比，投配率一般在 5 %～12 %;碳氮比，一般碳氮比為(10～20)∶1 時(shí)，消化效果較好;有毒物質(zhì)，主要是重金屬離子和某些陰離子。在常溫厭氧污泥消化的停留時(shí)間分析研究中發(fā)現(xiàn)，常溫消化的反應(yīng)速率、產(chǎn)氣率、有機(jī)物分解率均明顯低于高、中溫消化，為獲得同一程度的產(chǎn)氣率和有機(jī)物分解率，常溫消化需 150 d 以上的停留時(shí)間，而中、高溫則為 12～30 d。由于污泥水解速率低，傳統(tǒng)的厭氧消化存在消化速率低、停留時(shí)間長(20～30 d)、處理效率低(揮發(fā)性固體VS 的去除率 30 %～40 %)等不足。近年來，人們對污泥的預(yù)處理進(jìn)行了大量研究，以期改善污泥的厭氧消化性能，提高處理效率，增大甲烷產(chǎn)量。

　　1.2 城市污泥好氧消化

　　污泥好氧消化的實(shí)質(zhì)就是是微生物處于內(nèi)源呼吸階段，微生物利用氧氣、分解可降解的有機(jī)物。污泥好氧消化技術(shù)早在上世紀(jì) 60～70 年代就已經(jīng)得到了發(fā)展，起初是為了減少污泥中的有機(jī)物而限制污泥發(fā)酵作用，起減少臭氣，穩(wěn)定污泥的目的。污泥好氧消化同時(shí)可以減少污泥中的致病微生物數(shù)量。另外無你在好氧消化過程中，微生物細(xì)胞發(fā)生自溶反應(yīng)是污泥減量，并釋放出能量有助于保持較高的溫度(40～60 ℃)，導(dǎo)致二氧化碳釋放銨態(tài)氮的增溶溶解。污泥好氧好氧消化工藝曝氣時(shí)間長，能耗大，在反應(yīng)后期由于硝化反應(yīng)積累產(chǎn)生大量的酸性物質(zhì)使反應(yīng)體系內(nèi)的 pH 降低，抑制消化反應(yīng)的順利進(jìn)行，因此必須向體系內(nèi)投加堿維持反應(yīng)進(jìn)行。目前新研發(fā)的適用于中小型污水處理廠自動(dòng)升溫好氧工藝(Auto-Thermophilic Aerobic Digestion，ATAD)不僅能克服傳統(tǒng)好氧消化工藝的缺點(diǎn)，而且還具有消化速度快、占地少、構(gòu)造簡單等優(yōu)點(diǎn)，但是產(chǎn)生的泡沫太多，不易控制且產(chǎn)生的臭味較大。

　　2 城市污泥處理處置的新技術(shù)

　　2.1 污泥缺氧/好氧消化技術(shù)

　　污泥的好氧/缺氧消化工藝適用于小型污水處理廠(≤20000m3/d)，與好氧消化工藝比較，其曝氣時(shí)間縮短，能耗降低，同時(shí)反應(yīng)過程中可以利用缺氧段反硝化作用所產(chǎn)生的堿度緩沖好氧消化反應(yīng)過程中產(chǎn)生酸性物質(zhì)，防止反應(yīng)器中 pH 下降。張艷萍、彭永臻研究表明好氧/缺氧消化能夠滿足污泥穩(wěn)定的要求，在常溫條件下，消化 16 d，VS 去除率即可達(dá)到 38.2 %，同時(shí)好氧/缺氧消化對污泥中總氮的去除率高于傳統(tǒng)的好氧消化，達(dá)到 36.4%，而且能夠降低消化污泥上清液中的氨氮和硝態(tài)氮濃度。因此污泥好氧/缺氧在節(jié)能、提高總氮去除率、維持 pH 和堿度平衡等方面優(yōu)于傳統(tǒng)的好氧消化。

　　2.2 細(xì)菌捕食

　　有些細(xì)菌對污泥減量化能起促進(jìn)作用，例如乳酸菌，乳酸菌最大的特點(diǎn)就是能產(chǎn)生大量的乳酸降低周圍環(huán)境的 pH 呈酸性可抑制污泥系統(tǒng)中某些菌群大生長。乳酸菌能利用污泥中的某些還原性物質(zhì)進(jìn)行生長代謝，從而起到了降解污泥的作用。污泥中大多存在腸道病原菌和寄生蟲，乳酸菌能分泌抑菌素，降低污泥的毒性但其作用效果受污泥濃度和發(fā)酵時(shí)間制約。由于其本身分解代謝時(shí)所需的營養(yǎng)物質(zhì)如葡萄糖等。從污泥中都得不到有效滿足，妨礙了正常的生長。所以若只用乳酸菌處理污泥，其處理效果維持時(shí)間一般不會太長這一點(diǎn)看乳酸菌在污泥處理中實(shí)際是起輔助作用。姚飛等研究表明在研制的復(fù)合菌劑中，乳酸菌將是保證環(huán)境 pH 穩(wěn)定的菌，同時(shí)也具有一定的污泥降解能力及除臭能力。與其他有益菌綜合作用，相輔相成，更有效地降解污泥;

　　2.3 生物細(xì)胞溶解系統(tǒng)

　　通過強(qiáng)化細(xì)菌的隱性生長也可以達(dá)到污泥減量的目的。所謂隱性生長是指細(xì)菌利用衰亡細(xì)菌所形成的二次基質(zhì)生長。整個(gè)過程包含了溶胞和生長。利用各種溶胞技術(shù)，使細(xì)菌能夠迅速死亡并分解成為基質(zhì)再次被其他細(xì)菌所利用，是在污泥減量過程中廣為應(yīng)用的手段。促進(jìn)細(xì)胞溶解，在傳統(tǒng)模型中可以認(rèn)為是增大了細(xì)胞衰減速率，這樣可以降低剩余污泥的產(chǎn)量;

　　2.4 臭氧減少剩余污泥量

　　臭氧氧化使污泥減量的機(jī)理是：臭氧的強(qiáng)氧化性能通過各種作用破壞污泥中微生物的細(xì)胞壁，使細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入到污泥中。對回流污泥使用臭氧氧化，能使回流中 COD 增加，加大了細(xì)胞的可生化性，使剩余污泥量減小。污泥臭氧氧化期間，生物體的降解可用兩種機(jī)理描述：

　　(1)污泥中的生物細(xì)胞被破壞分解;

　　(2)礦化，即溶解的有機(jī)物在后續(xù)氧化時(shí)轉(zhuǎn)變成 CO2。

　　溶解的有機(jī)物在后續(xù)氧化時(shí)轉(zhuǎn)變成 CO2。王琳等用接觸反應(yīng)柱對污泥在臭氧氧化過程中性質(zhì)的變化進(jìn)行了研究。在臭氧投量為 0.1 g 時(shí)，污泥中的溶解性 COD 質(zhì)量濃度從 256 mg/L 增加到 2126 mg/L，污泥沉降速度由初始的 0.19 cm/min 增至 1.43 cm/min，濾餅的含水率由初始的 76.6 %降至 70.6 %。臭氧氧化后污泥絮體被分解，產(chǎn)生大量懸浮粒子，使污泥上清液的濁度和懸浮物濃度增加。

　　臭氧氧化處理后污泥的過濾性能惡化，污泥比阻增大。在日本的 Shima 污水處理廠應(yīng)用臭氧技術(shù)運(yùn)行了 9 個(gè)月而沒有剩余污泥產(chǎn)生。這一運(yùn)行效果是由于臭氧對部分回流污泥進(jìn)行臭氧氧化所致，由此提高其生化降解性并在曝氣池中強(qiáng)化生物氧化降解。該廠處理污水量為 450 m3/d。試驗(yàn)證明，污泥減少量與臭氧投加劑量和被處理的污泥量成比例。該廠試驗(yàn)證明，為完全消除剩余活性污泥所需的臭氧劑量為每千克污泥 0.034 kg 臭氧，而需要處理的回流污泥量為常規(guī)污水處理廠剩余污泥量的 4 倍。

　　4 結(jié)語

　　城市污泥的處理和處置要充分考慮社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等各方面因素。城市污泥作為一種固體廢物，其自身潛在的價(jià)值有待開發(fā)。目前中國常見的處理處置措施是填埋和堆肥，其它技術(shù)如污泥厭氧中溫消化發(fā)展迅速，已經(jīng)開始大規(guī)模應(yīng)用。而發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)由于土地的限制，也有將其進(jìn)行焚燒處理的?？傊勰喟踩行У靥幚硖幹眯枰?、科研機(jī)構(gòu)以及社會大眾的共同參與才能完成。