城市污泥特性及资源化利用途径

城市污泥特性与资源化利用途径

在城市污水处理中，通常要截留相当数量的悬浮物质，这些物质统称为污泥固体，与水的混合体叫污泥。污泥通常是指主要含有各种微生物以及有机、无机颗粒组成的絮状物，含有大量的有毒有害物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子；植物营养素（氮、磷、钾）、有机物及水分等。另外污泥易于腐化发臭、颗粒较细，相对密度较小（约为1.006~1.02），含水率高且不易脱水，属于胶状结构的亲水性物质。因此，对污水需要及时处理和处置。污泥处理、处置的目的和原则是：一是稳定化，通常稳定化处理是消除恶臭；二是无害化，通过无害化处理，杀灭生物固体中的各类虫卵及致病微生物；三是减量化，通过减量化处理，使之易于运输与输送处置；四是利用，实现污泥资源化。四者关系密切，其处理（置）的基本流程见图1-1。本节主要介绍污泥资源利用途径、技术要求与标准等有关容。关于污泥的处置、处置的加工技术，只结合相关容与章节进行简介，请参考相关书籍，不再赘述。

一、城市污泥的组成与特性

污泥的种类是多种多样的，污泥的组成、性质和数量主要取决于废水的来源，同时也和污水处理工艺有密切关系。污水来源不同，污泥的组成、性质和数量也截然不同。同一种污水采用不同的处理工艺，其污泥的组成、

性质与数量也会有很大的差异。城市污泥处理与利用技术措施选择的依据是城市污泥性质（物理、化学和生物），污泥组成这是污泥性质的基础。

污泥组成固相

有机相

无机相

元素组成：C、H、N、O、S、Cl

化学组成

毒害性有机物组成：毒害性有机物含量

有机官能化合物组成：

有机生物质组成：

微生物组成

致病菌、病毒

寄生虫卵

昆虫卵

指示性生物含量

毒害性无机物组成：As、Cd、Cr、Hg、Pb、Cu、Zn、Ni

植物养分组成

磷、钾及其可溶态

无机矿物组成：Fe、Al、Ca、Si等的氧化物、氢氧化物等

流动相

水分：自由水分、间隙水分、表面（附着）水分、结合水分

水溶性组分

醇、酸、酯、醛、醚、烃；

芳香化合物；腐殖质等

可溶性糖类；纤维素、木质

素；脂肪；蛋白质等

氧及其化合态

城市污泥体系基本描述见图1-2。其主要组成相的组成特点如上。

（一）污泥有机物组成

污泥有机物组成首先是它的元素组成，一般按碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、氯（Cl）六种元素的构成关系（如质量分数）来考察污泥的有机元素组成。

污泥有机物另一种组成描述方式是化学组成（或化合物组成、分子结构组成），由于污泥有机物分子结构组成状况十分复杂，因此应按其与污染控制与利用有关的各个方面来描述其化学组成。其中包含：①毒害性有机物组成；②有机生物质组成；③有机官能化合物组成；④微生物组成。

毒害性有机物组成，描述的是污泥中的毒害性有机物含量，所谓的毒害性有机物是按其对环境生态体系中的生物毒性达到一定的程度来定义的，各国均已公布的所谓环境优先控制物质目录中可找到相应的特定物质。污泥中主要的毒害性有机物有PCBs、PAHs等。

有机生物质组成，是按有机物的生物活性及生物质结构类别对污泥有机物组成进行的描述。前者可将污泥有机物划分为生物可降解性和生物难降解性两大类：后者则以可溶性糖类、纤维素、木质素、脂肪、蛋白质等生物质分子结构特征为组分分类依据，对污泥有机质进行组成描述。这两种生物质组成描述方式，能有效地提供污泥有机质的生物可转化性依据。

有机官能化合物组成，是按官能团分类对污泥有机物组成进行描述的方法，一般包含的物质种类有：醇、酸、酯、醚、芳香化合物、

各种烃类等。此组成状况与污泥有机物的化学稳定性相关。

微生物组成，描述污泥的微生物组成主要是为了揭示污泥的卫生学安全性，用于描述的组成指标则应是相关致病、有害的生物含量（如各种致病菌、病毒、寄生虫卵和有害昆虫卵等）。由于污泥所可能含有的各种微生物种类繁多，为使组成描述更为高效，一般采用所谓生物指示物种的含量来描述污泥的微生物组成。我国一般采用大肠杆菌值、粪大肠杆菌菌落数和蛔虫卵等生物指标；国外为能间接地检查病毒的无害化处理效果，多将生物生命特征与病毒相似的沙门氏菌列入组成分析围。

（二）污泥无机物组成

污泥的无机物组成野生按其与污染控制与利用有关的各个方面来进行描述的，其中包含：①毒害性无机物组成；②植物养分组成；

③无机矿物组成等三个主要的方面。

污泥的毒害性无机物组成，是按其毒害性元素的含量对污泥进行组成描述的，无机毒害性元素主要包含：砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、汞（Hg）、铅（Pb）、铜（Cu）、锌（Zn）和镍（Ni）8种元素。考虑到无机元素的生物可利用性，除了按固相总含量进行组成分析外，还可按各毒害元素的生物水溶态、酸性水溶态和络合可交换态的比例进行相关元素含量的描述。

污泥植物养分组成，是按氮（N）、磷（P）、钾（K）3种植物生长需求的宏量元素含量对污泥组成进行的描述，既是污泥肥料利用价值的分析，也是对污泥进入水体的富营养化影响的分析。对污泥植

物养分分组组成的分析，除了总量外也必须考虑其他化合状态，因此氮可分为（NH3-N）、亚硝酸盐氮（NO2—）、硝酸盐氮（NO3—）和有机氮（Org-N）四类；磷一般分为颗粒磷和溶解性磷两类；钾则按速效和非速效分为两类。

污泥的无机矿物组成，主要是铁（Fe）、铝（Al）、钙（Ca）、硅（Si）元素的氧化物和氢氧化物。这些污泥中的无机矿物通常对环境而言是惰性的，但它们对污泥中重金属的存在形态（影响可溶性比例）以及污泥支建材的适用性有较大影响。

（三）污泥流动相组成

污泥流动相主要由水以及溶于水中的各种有机物和无机物质组成，污泥中的水溶性污染物组成与城市污水中的相似，但一般浓度稍高，如污泥机械脱水上清液的溶解性COD在数百至数千的围，比城市污水高数倍。

值得注意的是，污泥中水的存在状态组成。Vesilind等认为污泥中的水有自由水分、间隙水分、表面水分和结合水分4种存在状态。自由水分是污泥中流动不受限制的水分；间隙水分以毛细管力受污泥固体限制；表面水分以吸附力与固体结合；结合水则是固体的一部分。污泥中水的存在状态是污泥可脱水性的依据，利用机械应力脱除污泥水分的极限部分是全部自由水分和一部分间隙水分，其他存在状态的水分只能以热力干燥等方式才能脱除。