污泥资源化利用

污泥处理技术大致可归结为两大类：一是抛弃型技术，污泥作为废物不利用；二是资源化技术，充分利用污泥中的有用成分，实现变废为宝。

它符合可持续发展的战略方针，有利于建立循环型经济，近年来得到广泛关注。

国外大多数国家的污泥采用焚烧、填埋、堆肥农用等实用性方法。

如[2]美国，目前污泥土地利用已经代替填埋成为最主要的污泥处置方式，重心从处置改变到利用；欧洲的卢森堡、葡萄牙、西班牙、英国、瑞典、荷兰、比利时等大多数国家的污泥处置主要用于农业；希腊、德国、意大利等国家的污泥处置主要采用填埋；日本、奥地利等国家污泥处置主要采用焚烧。

有关资料显示，目前中国大约有45. 0 %的污泥用作农业利用，34. 4 %的污泥进行土地填埋，污泥绿化和焚烧各约占3.5 %。

本文在阅读大量中外文献的基础上，阐述了污泥的资源化利用方式，包括污泥的农业资源化利用、能源化技术、建材化利用、以及材料化技术、等，通过这些方法实现污泥的变废为宝。

一．污泥的农业资源化利用污泥中含有大量的有机质、氮、磷、钾等植物需要的养分，其含量高于常用牛羊猪粪等农家肥，可以与菜籽饼、棉籽饼等优质的有机农肥相媲美[8]。

但是污泥中往往也含有有害成分，因此在土地利用之前，必须对污泥进行稳定化、无害化处理，如好氧与厌氧消化、堆肥化等，其中堆肥化处理是较多采用的一种方法[6]。

堆肥化是利用微生物的作用，将不稳定的有机质降解和转化成稳定的有机质，并使挥发性有机质含量降低，减少臭气；物理性状明显改善（如水含量降低，呈疏松、分散、粒状），便于贮存、运输和使用；高温堆肥还可以杀灭堆料中的病原菌、虫卵和草籽，使堆肥产品更适合作为土壤改良剂和植物营养源。

我国农村利用杂草、秸秆等和禽兽粪便混合，制成有机肥料的做法已有很长的历史，但这种堆肥过程主要靠自然通风或表面扩散向堆料供氧，由于供氧不充分，不能作为大规模处理处理、生产高质量堆肥产品的手段[5]。

现代堆肥化制好氧快速堆肥过程，污泥堆肥过程的主要技术措施比较复杂，主要包括：调整堆料的含水率和适当的C/N比；选择填充料改变污泥的物理性状；建立合适的通风系统；控制适宜的温度和pH值等。

污泥堆肥产品还可与市售的无机化肥（尿素、氯化铵、碳酸氢铵、磷酸铵、过磷酸钙、钙镁磷肥、氯化钾和磷酸钾等）共同生产有机—无机复混肥。

它集生物肥料的长效、化肥的速效和微量元素的增效于一体，在向农作物提供速效肥源的同时，还能向农作物根系引植有益微生物，充分利用土壤潜在肥力，并提高化肥利用率；另外还可根据不同土壤的肥力和不同作物的营养需求，合理设计复混肥各组分的比例，生产通用复混肥及针对不同作物的专用复混肥。

其主要生产工序为：堆肥、无机化肥、添加剂→粉碎→配料混合→造粒（圆盘造粒机、挤压、喷浆）→干燥→成品。

二．污泥的能源化技术污泥的能源化利用是污泥资源化技术的一种，指通过生物、物理或热化学的方法把污泥转变成为较高品质的能源产品，同时可杀灭细菌、去除臭气。

目前较成型的技术有：①污泥发酵产沼气发电；②污泥燃料化技术；③污泥热解与制油技术；④污泥制氢技术①污泥发酵产沼气发电污泥厌氧消化不仅是现在，而且也是未来应用最为广泛的污泥稳定化工艺。

厌氧消化较其他稳定化工艺获得广泛应用的原因是它具有如下优点：1、产生能量（甲烷），有时超过废水处理过程所需的能量；2、使最终需要处置的污泥体积减少30%-50%；3、消化完全时，可消除恶臭；4、杀死病原微生物，特别是高温消化时；5、消化污泥容易脱水，含有有机肥效成分，适用于改良土壤[7]。

但当处理厂规模较小，污泥数量少，综合利用价值不大时，也可采用污泥好氧消化。

它的主要优点是：运行操作比较方便和稳定、处理过程需排出的污泥量少。

但运行费用大、能耗多。

在具体工程实践中，污泥处理采用哪种工艺，厌氧消化还是好氧消化，应视具体情况而定，如污泥的数量、有无利用价值、运转管理水平的要求、运行管理与能耗、处理场地大小等。

有机污泥经消化后，不仅有机污染物得到进一步的降解、稳定和利用，而且污泥数量减少（在厌氧消化中，按体积计约减少1/2左右），污泥的生物稳定性和脱水性能大为改善。

这样，有利于污泥再作进一步的处置。

污泥消化制沼气的基本原理：利用无氧条件下生长与污水、污泥中的厌氧菌菌群的作用，使有机物经过液化、气化而分解成稳定物质，病菌、寄生虫卵被杀死，固体达到减量化和无害化的方法，对污泥进行厌氧消化制取沼气。

污泥消化过程分为两个阶段：污泥循环泵初沉污泥浓缩池均质池污泥泵热交换厌氧消化池贮泥池剩余污泥浓缩机房热水循环泵脱水机房废气排放锅炉房储气室脱硫塔泥饼外运废气排放燃烧塔图2污泥厌氧消化处理工艺流程第一阶段：酸性消化阶段。

高分子有机物首先在胞外酶的作用下，水解、液化。

这一过程把多糖水解成单糖，蛋白质水解成肽和氨基酸，脂肪水解成丙三醇、脂肪酸[9]。

然后渗入细胞体内，在胞内酶的作用下转化为醋酸等挥发性有机物和硫化物，其过程中常有大量的氢和少量的甲烷游离出来。

第二阶段：碱性消化阶段。

专性厌氧菌将消化过程第一阶段由兼性厌氧菌产生的中间产物和代谢产物分解成二氧化碳、甲烷和氨。

②污泥燃料化技术随着污泥量的不断增加及污泥成分的变化，现有的污泥处理技术逐渐不能满足要求，例如燃烧含水率80%的污泥，每吨污泥（干基）的辅助燃料需消耗304-565L重油，能耗大[10]；污泥填埋必须预先脱水到含水率至少小于70%，而达到这样的含水率目前的污泥脱水技术需要消耗大量的药剂，既增加了成本，也增加了污泥量；土地还原是目前污泥消纳量最大的处理方法，但很多工业废水中含有重金属和有毒有害的有机物，不能作肥料或土壤改良剂。

因此寻找一种适合处理所有污泥，又能利用污泥中有效成分，实现减量化、无害化、稳定化和资源化的污泥处理技术，是当前污泥处理技术研究开发的方向。

污泥燃料化被认为是有望取代现有的污泥处理技术最有前途的方法之一。

污泥燃料化方法目前有两种，一种是污泥能量回收系统，简称HERS法（Hyperion Energy System），第二种是污泥燃料化法，简称SF法（Sludge Fuel）[11]。

1） HERS法HERS法工艺流程如图1所示。

它是将剩余活性污泥和初沉池污泥分别进行厌氧消化，产生的消化气经过脱硫后，用作发电的燃料。

混合消化污泥林、离心脱水至含水率80%，加入轻溶剂油，使其变成流动行浆液，送入四效蒸发器蒸发，然后经过脱轻油，变成含水率2.6%、含油率0.15%的污泥燃料。

轻油再返回到前端做脱水污泥的流动媒体，污泥燃料燃烧产生的蒸汽一部分用来蒸发干燥污泥，多余用来蒸汽发电。

HERS法所用的物料是经过机械脱水的消化污泥。

污泥干燥采用的多效蒸发法一般是用蒸发干燥法，不能获得能量收益，而采用CG法可以有能量收益；污泥能量回收两种方式，即厌氧产生消化气和污泥燃烧产生热能，然后以电力形式回收利用。

图3 HERS法工艺流程2) SF法SF法工艺流程如图2所示。

它将未消化的混合污泥经过机械脱水后，加入重油，调制成流动浆液送入四效蒸发器蒸发，然后经过脱油，变成含水率约5%、含油率10%以下，热值为23027kJ的污泥燃料。

重油返回作污泥流动介质重复利用，污泥燃料燃烧产生蒸汽，作为污泥干燥的热源和发电，回收能量。

图4 SF法工艺流程图HERS法与SF法不同，一是前者污泥先经过消化，消化气和蒸汽发电相结合回收能量。

后者不经过污泥热值降低的消化过程，直接将生成污泥蒸发干燥制成燃料；二是HERS法使用的污泥流动媒体是轻质溶剂油，黏度低，与含水率80%左右的污泥很难均匀混合，蒸发效率低，而SF法采用的是重油，与脱水污泥混合均匀。

三是HERS法轻溶剂油回收率接近100%，而SF法重油回收率较低，流动介质要不断补充。

③污泥热解与制油技术污泥热解与制油技术主要由污泥的热分解技术与污泥的油化处理技术2个部分组成。

1)热分解技术1970年美国EAP公司开发研究出一种新的城市废弃物处理技术，即热分解技术，使得垃圾处理向着“无害、安全、减容、资源化”方向又迈出了可喜的一步。

随后，各国环境保护工作者竞相开展该项研究工作，有的已达到实用化阶段。

热分解技术不同于焚烧，它是在氧分压较低状况下，对可燃性固形物进行高温分解生成气体产油分、炭类等，以此达到回收污泥中的潜能。

也就是通过热分解技术，废弃物中含碳固形物被分解成高分子有机液体(如焦油、芳香烃类)、低分子有机体、有机酸、炭渣等，其热量就以上述形式贮留下来。

热分解处理工艺技术核心部分是热分解气化炉，废弃物在此得以干燥和热分解，产生可燃性气体(热分解生成气)、各种液态产品及固态物如焦渣等。

2)制油技术。

可以分为2种方法，即低温热解法和直接热化学液化法[14]。

(1)低温热解法。

简述：污泥低温热解制油是目前正在发展的一种新的热能利用技术[15] ，即在300～500℃、常压(或高压)和缺氧条件下，借助污泥中所含的硅酸铝和重金属( 尤其是铜)的催化作用将污泥中的脂类和蛋白质转变成碳氢化合物，最终产物为燃料油、气和炭。

热解前的污泥干燥可利用这些低级燃料(燃料气、炭)的燃烧来提供能量，实现能源循环。

热解生成的油(质量类似于中号燃料油)可以用来发电。

浓缩污泥离心脱水热风干燥热解质炭蒸汽油保湿分液冷凝反应水不冷凝气体图6低温热解制油反应过程(2)热化学液化法。

美国、日本和英国在该技术方面研究相对较多。

该法是将经过机械脱水的污泥(含水率约为70%～80%)，在含有N2、温度为250～340℃环境下加压热水，并以碳酸钠作为催化剂。

污泥中有近50%的有机物能通过加水分解、缩合、脱氢、环化等一系列反应转化为低分子油状物，得到的重油产物用萃取剂进行分离收集。

反应过程可得到热值约为33MJ/kg的液体燃料，收率可达50%左右(以干燥有机物为基准)，同时产生大量非凝性气体和固体残渣。

日本Shinji Tton等采用该法对活性污泥进行热解制油，试验表明，污泥中48%的有机成分可转化为重油[21]。

贺利民对炼油厂废水处理污泥也进行了催化热解试验，以Na2CO3为催化剂，以CH2Cl2为萃取剂，总压强为1.4MPa，产油率随温度的升高而增加，当温度为300℃时产油率大于54%[22]。

④污泥制氢技术氢能是最理想的清洁能源，具有资源丰富、燃烧热值高、清洁无污染、适用范围广等特点。

从未来能源的角度来看，氢是高能值、零排放的洁净燃料，特别是以氢为燃料的燃料电池，具有高效性和环境友好性，将成为未来理想的能源利用形式。

利用污泥来制取氢，不仅可以解决污泥的环境污染问题，还可以产生氢气，缓解能源危机。

污泥制氢技术主要有：污泥生物制氢，污泥高温气化制氢，以及污泥超临界水气化制氢[23]。

1)污泥生物制氢。

污泥生物制氢是利用微生物在常温常压下进行酶催化反应可制得氢气的原理进行的。