剩余污泥的资源化分析

华东理工大学2013 -2014 学年第 1 学期研究生《能源与环境》课程论文2013 年11 月

开课学院(School)：资环学院课程编号（course code）008M083001C009成绩(Remark)：学生姓名(Name)：__王璐__ 学号(Student ID)：030131215 任课教师(Instructor)：周彦波

剩余污泥资源化分析及小球藻处理污泥的应用

王璐

（华东理工大学资源与环境工程学院上海200237）

摘要：本文综述目前城市污水处理厂剩余污泥的处置方法，分类探讨传统的剩余污泥处理与处置，剩余污泥的能源化利用，以及处理新技术；并概括总结污泥处理处置时存在的问题以及新的解决思路。

关键词：剩余污泥；处理处置；资源化

0 前言

随着污水处理设施的普及、处理量的增加、处理标准的提高和处理功能的拓展，污泥的产生量将会大幅度地增加[1]。剩余污泥的处理费用占污水厂运行费用的25％～40％，甚至高达60％。在我国污泥处理可占整个污水厂投资及运行费用的25％～65％[2]。因此，污泥的处理与处置一直以来都是城市污水处理厂亟待解决的问题，而剩余污泥的资源化也成为能源与环境的一个重要研究方向。

1 剩余污泥的来源及特征

剩余污泥是指污水处理过程中所产生的固态、半固态及液态的废弃物，是污水处理厂的必然产物[3]。其主要来自活性污泥法的沉砂池、初沉池和二沉池，其中二沉池污泥约占80％以上。这些污泥大部分排放到工艺系统外，污泥成分复杂，对综合利用造成了很大的困难[4]。

混合液悬浮固体浓度（mixed liquor suspended solids，MLSS），又称为混合液污泥浓度，表示在曝气池单位容积混合液内所含的活性污泥固体的总重量，用下式计算。

MLSS=Ma+Me+Mi+Mii （1）Ma--具有代谢功能活性的微生物群体；

Me--微生物（主要是细菌）内源代谢、自身氧化的残留物；

Mi--由原污水挟入的难为细菌降解的惰性有机物质；

Mii--由污水挟入的无机物质。

2传统剩余污泥的处置方法分析

污泥处理与处置的目的主要有：稳定化、无害化、减量化、资源化。在处理污泥的同时实现化害为利、循环利用、保护环境的目的[5]。剩余污泥在浓缩、脱水、稳定等预处理后的最终处置方法可分成四类，见图1[6]。

图1 剩余污泥最终处置方法

2.1剩余污泥的土地利用

土地利用是目前发达国家使用最广泛的剩余污泥处置方法之一。根据城市污水处理厂剩余污泥的性质，其含有植物以及农作物需要的大量营养成分和微量元素，其中有机物含量约为55％一60％，其中N、P以有机态存在，可以缓慢释放而且肥效具有长效性。施用于农田或园林后会提高土壤有机质和氮、磷、钾等的含量，增加土壤的肥力，从而促进作物的生长，并可用于受损土壤的修复改良和制作有机复合肥。

但是剩余污泥中含有比污水中数量更多的有害物质，污泥中的这些有害物质不仅能残留在土壤中，还能被农作物吸收，有毒有机物会积累并影响人体健康[5]。由于堆肥工业受到堆肥处理量、处理周期、成本的限制，所以目前欧洲只有l％的污泥用于堆肥，美国也只有4-5％[7]。

2.2 剩余污泥的填埋

在我国，填埋是最主要的污泥处置方式，而且多数采用混合填埋。污泥的填埋一直是最经济的一种剩余污泥处置方法，它投资少、容量大、见效快，而且对于不能资源化利用的废物，也是目前唯一的最终处置途径[8]。

但因污泥含水量高，且渗沥水属高浓度有机污水，必须收集处理以防止二次污染；填埋场压实机械工作难度加大；填埋场的卫生状况恶劣[9]。

2.3剩余污泥焚烧/热处理

污泥焚烧法是利用污泥的有机成分较高，具有一定热值等特点来处置污泥。焚烧的技术优势在于其处理的彻底性，减量率可达到95％左右，其有机物被完全氧化，重金属

（除汞外）几乎全被截留在灰渣中。干燥污泥焚烧从技术要求来说比垃圾焚烧简单，接近于劣质煤燃烧。为防止焚烧过程中产生二噁英等有毒气体，焚烧温度应高于850℃[9]。

但是焚烧一直存在以下几个问题：投资和操作费用较高；焚烧过程中产生飞灰、炉渣和烟气对环境影响大；污泥中的有用成分未得到充分利用。

2.4剩余污泥的海洋投弃

是靠海的污水处理厂将液态剩余污泥直接排海的污泥处置方法。此方法简单，在一定限度范围内利用了水体自净能力，经济费用低。但是没有从根本上解决环境污染问题，在某种程度上只是一种将污泥有陆地转移到海洋的消极方法，污泥进入水体后导致水生环境恶化[10]。随着生态环境意识的加强，人们越来越多地关注污泥海洋倾倒对海洋生态环境可能造成的影响。美国已于1988年禁止污泥海洋倾倒，1991年时全面加以禁止；日本对污泥的海洋投弃作了严格的规定；中国政府于1994年初接受3项国际协议，并承诺于1994年2月20日起不再在海上处置工业废物和污水污泥；1998年年底，欧共体城市废水处理法令（91／271／EC）禁止其成员国向海洋倾倒污泥，在此之前，海洋倾倒曾在英国极为流行[11]。

以上污泥的处理方式，基本存在投资和运行成本较大等问题[12]，容易造成二次污染。因此，寻找更加安全合理的污泥处置和利用方式具有十分重要的意义[13]。

3 能源领域剩余污泥处置分析

3.1 污泥厌氧消化制沼气

污泥通过厌氧消化可产生沼气。沼气的主要成分是甲烷，可将其收集后用作清洁燃料。对温室效应而言，CH4的温室效应为CO2的25倍[14]，在处理污泥的同时，采集、利用含甲烷达50％左右的沼气，除具有一定的经济效益外，对减轻温室效应具有重大意义。因此，剩余污泥厌氧发酵产沼气，从能源以及CO2减排的角度都有重要意义。但是目前污泥厌氧消化中有机物的沼气转化效率一般在30％～45％以下[15]，有待于开发高效的污泥厌氧消化产气技术。每立方米纯甲烷的发热量为34千焦，每立方米沼气的发热量约为20.8～23.6千焦，即1立方米沼气完全燃烧后,能产生相当于0.7公斤无烟煤提供的热量，相当于0.7公斤汽油或0.8公斤煤油燃烧所发出的热量[16]。厌氧消化制沼气，不仅可以治理固废的污染，还有助于大气污染的治理。但是沼气的收集与净化技术需要进一步的改进，而且由于城市能源管网的限制，沼气的规模化生产与长距离运输都是需要解决的问题。

3.2 污泥低温热解制油

污泥低温热解制油技术是在300～500℃，常压或高压缺氧条件下，借助污泥中所含的重金属和硅酸铝，尤其是铜的催化作用将污泥中的脂类、蛋白质等有机物经过蒸馏和