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摘要：
随着城市生活污水处理率的逐渐提高，城市污泥产量也不断增加。本文分析了污泥的特性，论述了目前国内外污泥处置技术（土地填埋，堆肥化，焚烧，排海）与资源化利用主要方式（土地利用及建材利用）及存在的问题。
关键词：
城市污泥，重金属，资源化
中图分类号：B834文献标识码： A
Abstract:
With more and more wastewater being treated, the amount of sewage sludge has increased dramatically. This paper analyzed the property of sewage sludge and discussed the issues resulting from such treatment processes as landfilling, composting, incineration, sea discharge, and some utilization techniques.
Keywords:
Sewage sludge, heavy metals, utilization
前言：
随着经济发展、城市规模扩大和人口增加，城市污水处理厂的负荷迅速加大，污水处理产生大量的固体废弃物——污泥。截止2008年，全国日污水排放量达13.4×105万吨，经处理后约0.5%~1.0%转化为污泥[1]。随着城市污水处理厂的增多和污水处理率的提高，污泥排放量将持续增高。污泥处理处置也日益成为一大难题。
1、污泥特征：
污泥成分十分复杂，是由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物、无机物等组成。其中的固体物质由污水处理过程中截留下来的悬浮物、生物处理系统排出的生物污泥以及由于投加药剂而形成的化学污泥组成。包括混入生活污水或工业废水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒以及难降解的有机物、重金属、盐类及病原微生物和寄生虫等[1]。
污泥中含约70%~80%的水分，且难以去除，如果处置不当，污泥中的水除了一部分自然蒸发到空气中外，大部分将渗入地表土层，并在雨水等的冲刷下进入地表水系统或影响地下水，污泥中的污染物将沿着这两种途径进行传播。
污泥中有机物含量丰富，Min-jian Wang[2]通过研究中国七个城市市政污泥发现有机质含量平均为31.75%。主要营养元素N、P、K含量分别为：2.53%，1.05%以及0.74%。高的有机质含量使得使得污泥释放大量的恶臭气体的同时及容易腐化[3]。未经处理的城市污泥任意排放会对环境造成严重的危害。
污泥中不仅含有大量有机物，还含有N、P、K等植物营养元素，以及Ca、Mg、Zn、Cu、Fe等植物生长必须元素，同时还含有SiO2、Al2O3等矿物材料。如果能将污泥实现资源化利用，不仅可以减少污泥对环境所造成的不良影响，还能达到节约资源的目的。本文针对目前城市污泥处置方式以及资源化利用途径进行探讨。
2、污泥处理处置与资源化利用方式
目前，世界上大多数国家对城市污泥的处置普遍采用土地利用、堆肥、焚烧和排海四种方式。各国的国情不同，不同处置方式在不同国家所占的比例也不相同[4]。世界上发达国家对污泥的处置平均为45.3%为农用，38%为填埋，10.5%为焚烧，6.0%为排海。如，美国和英国以农用为主（30%和42%），加拿大以焚烧为主（40%），西欧以填埋为主（45%）。目前我国的污泥处置状况主要还是农业利用。各种污泥处置方法比例大致为：农用44.8%，填埋31%，无污泥处置占13.7%[5]。
2.1污泥处理处置方式
2.1.1土地填埋
土地填埋是处置城市污泥的基本方式之一。该法处理过程非常简单，适于质量较差的污泥。但是，这种處置方式在浪费了污泥中的有用成分的同时，有害成分的渗漏也会对地下水造成污染，而且污泥含水率高，使得运输和填埋场地建设费用较高，可供填埋的场地越来越少[6]。在美国，填埋造成的问题日益严重[3]。据美国环保局估计，今后十几年近80%的填埋场将关闭[7]。
2.1.2堆肥化
堆肥化是指依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐植质转化的微生物学过程。进行过堆肥处理的污泥质地疏松，阳离子交换量增加，容重减少，同时病原微生物能被有效杀灭。林云琴等[8]采用强制通风好养静态方式对城市污泥进行堆肥实验。当堆肥进行到第20天左右，已完成了一次发酵。污泥有机质发生降解，TN、TP和TK含量都成上升趋势，VS和有机碳分别达到60%和30%的稳定状态，小白菜种子发芽指数达到100%左右，并有效杀灭病原菌，实现城市污泥无害化、稳定化和减量化的要求。使得腐熟的污泥堆肥成为较高价值的农用产品。
2.1.3焚烧
城市污泥中含有大量的有机物和一定量的纤维素、木质素等，具有一定的热值，经脱水干燥后可用焚烧来加以处理。焚烧后产生无菌、无臭的无机残渣。污泥灰量大约是含水率75%的污泥的1/10，最大限度的减少污泥体积。是一种可靠而有效的处置方法。但是，城市污泥存在不易燃烧、产热量低、污染空气、操作管理复杂、能耗和运行费用高等缺点，使得污泥焚烧处置的投资巨大[3]。同时，在焚烧的过程中会产生大量酸性气体、颗粒物及二噁英等有毒污染物，造成大气污染[9]；另外，污泥中的重金属焚烧之后转移到底渣和飞灰中，限制了底渣和飞灰的进一步资源化利用。
2.1.4排海
这是一种操作简单而经济的处理方法。但是，污泥进入水体后，其中的有毒有害物质溶出，导致海洋环境的恶化。随着人类生态环境意识的加强，越来越多的人关注污泥投海对海洋生态环境可能存在的影响。1988年美国规定禁止向海洋倾倒污泥，并于1991年全面加以禁止[10]，欧盟规定2005年以后，有机物>5%的污泥禁止排海[11]。
2.1.5 污泥主要预处理技术
城市污泥若采用填埋处理一般要求污泥水分低于60%[12]，焚烧处理则要求污泥的水分低于40%，城市污泥只有经过预处理才能满足填埋或焚烧处理的水分要求。目前，城市污泥主要的预处理方法主要有热干燥法[13,14]（直接热干燥法、间接热干燥法、直接-间接联合式干燥法）、生物干燥法[15]、石灰干燥法、湿热水解脱水法以及太阳能干燥法[16]等。
2.2污泥资源化利用方式：
2.2.1土地利用
土地利用是把城市污泥应用于农田、菜地、果园、林地、草地、市政绿化、育苗基质及严重扰动的土地修复与重建等。污泥中的有机质、N、P分别可达厩肥的数倍[17]，可以用作肥料或者土壤调节剂。城市污泥中的有机质可促进土壤团粒结构的形成；提高土壤有机质的含量；同时可提供给植株所需的N、P、K、Ca、Fe、Mg、Cu、Zn、Mn等微量元素。污泥的农业利用逐渐发展为最具有潜力的污泥处置方式。孙永明等[18]将城市污泥应用在矿区废弃地复垦中发现，由于污泥中含有大量的N、P、K和有机质，同时污泥具有较强的粘性、持水性和保水性等理化性质，不仅可以提高矿区土壤的肥力、迅速恢复植被，而且可以改善土壤的结构，从而达到复垦的目的。
但是，污泥中含有多种有机污染物质（如氯酚、氯苯、硝基苯、多氯联苯、多环芳烃和有机农药等），重金属（如Pb、Ni、Cd、Hg等）和盐类等，如果随意施用，污泥中的营养元素在进入土壤的同时，有机污染物、重金属和盐类也迁移到土壤中[19]，造成土壤板结、重金属累积超标，甚至造成耕地的不可逆退化；另外，随污泥带入土壤的大量N、P，通过农田排水、雨水淋洗，地表径流等方式又被带入地表水和地下水，造成水体的污染；而污泥中的多氯联苯等有机污染物和病原菌则可能通过食物链造成危害[3]。
2.2.2建材利用
污泥成分中含有一定的SiO2和Al2O3，可以用来生产某些建筑材料如水泥、砖、轻集料等。
以城市污泥焚烧飞灰和下水道污泥为主要原料，经过处理、配料，并通过严格的生产管理可以制成水泥。俞锐等[20]对污泥热值、热失重、焙烧后的化学成分等进行测试，并进行了不加助溶剂和添加助溶剂的两种焙烧试验。结果显示在900℃下焙烧得到的污泥，具有很好的易磨性。通过水泥胶砂强度检验发现，该焙烧污泥的火山灰活性较高，可用作混凝土粘合料。具有建材化利用的价值。但是在水泥水化时，会溶出大量的氯离子，同时硬化体在养护的和使用的过程中也会释放出氯化物，造成水泥中钢筋等腐蚀。因此这种水泥只能用于建筑灰浆或者土壤固化材料等[21]。
利用城市污泥制砖有两种工艺方式，一种是污泥焚烧灰制砖；另一种是干化污泥直接制砖。陈胜霞等[22]采用这两种方式制砖发现：用焚烧污泥灰制砖，其污泥灰含量较高，甚至达到100%，含量低于10%的污泥灰砖其强度性能比粘土砖高；用干污泥制砖，其适宜干污泥含量为5%~10%，干污泥砖强度与粘土砖相当。利用污泥制砖不仅处理了污泥，而且能够是污泥中的重金属得到固化和稳定化，同时杀灭了有害病菌。具有轻质、多孔、隔音降噪等效果。
王慧萍等[23]利用污泥和粉煤灰的混合比为6:4成型的配体，通过控制焙烧制度，生产出了筒压强度高达7.10 Mpa，吸水率为7.0%的800级高强优质粉煤灰轻集料。Kae-long Lin等[24]进行污泥焚烧飞灰的烧结性质的研究发现，污泥焚烧飞灰的主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3以及P2O5，在焚烧温度为900~1000 ℃时，轻集料的抗压强度可以达到204 MPa，同时该轻集料的各种重金属浸出浓度都满足标准的要求。另有研究者[25,26]利用城市污泥烧结制陶粒，实验结果表明，在合适的配料或者污泥经过改性后可以烧制超轻陶粒。
3、结语
随着城市工业化的发展，污泥产生量也将大大增加。而污泥中的有毒有害化学物质和病原菌是制约污泥进一步资源化利用的限制因素。无论采用何种资源化利用途径，都必须防止其对土壤、地下水等造成二次污染，需兼顾环境生态效益、社会效益以及经济效益的均衡。
参考文献：
[1]孙长乐。城市污泥处理处置及有效利用的探索。阜阳师范学院学报（自然科学版）。2008，25（1）：52-54
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[5]杭世珺，刘旭东，梁鹏。污泥处理处置的认识误区与控制对策。中国给水排水。2004，20（12）：89-92
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[9]Goldstein, N. EPA tackles sludge rule comments. BioCycle .1989, 9: 56-59
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[13]丘锦荣，吴启堂，卫泽斌等。城市污泥干燥研究进展。生态环境。2007，16（2）：667-671
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[17]Guo, M.-L., K. Wang, Q.-X. Zhang, et al. Study of agricultural utilizaiton of sewage sludge in Taiyuan. Agro-environ. Protect. 1993, 12(6): 258-262,285
[18]孙永明，郭衡焕，孙辉明等。城市污泥在矿区废弃地复垦中应用的可行性研究。环境科学与技术。2008，31（6）：22-25
[19]M.Lundin, M. Olofsson, G.J.Pettersson, et al. Environmental and economic assessment of sewage sludge handling options. Resources, conservation and Recycling. 2004, 41: 255-278
[20]俞锐，叶青，叶文。城市污泥建材化的相关测试及研究。中国给水排水。2004，20（11）：1-5
[21]乔燕，陆文雄。城市污泥资源化处理技术。粉煤灰。2007，3：35-37
[22]陈胜霞，张亚梅。城市生活污泥在制砖工业中的应用。砖瓦。2004，（2）：3-5
[23]王慧萍，黄劲，丁庆军等。利用污泥和粉煤灰生产高强优质轻集料的研究。武汉理工大学学报，2004，26（7）：38-40
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[26]严悍东。生活污泥改性烧制超轻陶粒的研究。环境污染与防治，2005，27（1）：63-68
随着城市生活污水处理率的逐渐提高，城市污泥产量也不断增加。本文分析了污泥的特性，论述了目前国内外污泥处置技术（土地填埋，堆肥化，焚烧，排海）与资源化利用主要方式（土地利用及建材利用）及存在的问题。
关键词：
城市污泥，重金属，资源化
中图分类号：B834文献标识码： A
Abstract:
With more and more wastewater being treated, the amount of sewage sludge has increased dramatically. This paper analyzed the property of sewage sludge and discussed the issues resulting from such treatment processes as landfilling, composting, incineration, sea discharge, and some utilization techniques.
Keywords:
Sewage sludge, heavy metals, utilization
前言：
随着经济发展、城市规模扩大和人口增加，城市污水处理厂的负荷迅速加大，污水处理产生大量的固体废弃物——污泥。截止2008年，全国日污水排放量达13.4×105万吨，经处理后约0.5%~1.0%转化为污泥[1]。随着城市污水处理厂的增多和污水处理率的提高，污泥排放量将持续增高。污泥处理处置也日益成为一大难题。
1、污泥特征：
污泥成分十分复杂，是由多种微生物形成的菌胶团与其吸附的有机物、无机物等组成。其中的固体物质由污水处理过程中截留下来的悬浮物、生物处理系统排出的生物污泥以及由于投加药剂而形成的化学污泥组成。包括混入生活污水或工业废水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒以及难降解的有机物、重金属、盐类及病原微生物和寄生虫等[1]。
污泥中含约70%~80%的水分，且难以去除，如果处置不当，污泥中的水除了一部分自然蒸发到空气中外，大部分将渗入地表土层，并在雨水等的冲刷下进入地表水系统或影响地下水，污泥中的污染物将沿着这两种途径进行传播。
污泥中有机物含量丰富，Min-jian Wang[2]通过研究中国七个城市市政污泥发现有机质含量平均为31.75%。主要营养元素N、P、K含量分别为：2.53%，1.05%以及0.74%。高的有机质含量使得使得污泥释放大量的恶臭气体的同时及容易腐化[3]。未经处理的城市污泥任意排放会对环境造成严重的危害。
污泥中不仅含有大量有机物，还含有N、P、K等植物营养元素，以及Ca、Mg、Zn、Cu、Fe等植物生长必须元素，同时还含有SiO2、Al2O3等矿物材料。如果能将污泥实现资源化利用，不仅可以减少污泥对环境所造成的不良影响，还能达到节约资源的目的。本文针对目前城市污泥处置方式以及资源化利用途径进行探讨。
2、污泥处理处置与资源化利用方式
目前，世界上大多数国家对城市污泥的处置普遍采用土地利用、堆肥、焚烧和排海四种方式。各国的国情不同，不同处置方式在不同国家所占的比例也不相同[4]。世界上发达国家对污泥的处置平均为45.3%为农用，38%为填埋，10.5%为焚烧，6.0%为排海。如，美国和英国以农用为主（30%和42%），加拿大以焚烧为主（40%），西欧以填埋为主（45%）。目前我国的污泥处置状况主要还是农业利用。各种污泥处置方法比例大致为：农用44.8%，填埋31%，无污泥处置占13.7%[5]。
2.1污泥处理处置方式
2.1.1土地填埋
土地填埋是处置城市污泥的基本方式之一。该法处理过程非常简单，适于质量较差的污泥。但是，这种處置方式在浪费了污泥中的有用成分的同时，有害成分的渗漏也会对地下水造成污染，而且污泥含水率高，使得运输和填埋场地建设费用较高，可供填埋的场地越来越少[6]。在美国，填埋造成的问题日益严重[3]。据美国环保局估计，今后十几年近80%的填埋场将关闭[7]。
2.1.2堆肥化
堆肥化是指依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐植质转化的微生物学过程。进行过堆肥处理的污泥质地疏松，阳离子交换量增加，容重减少，同时病原微生物能被有效杀灭。林云琴等[8]采用强制通风好养静态方式对城市污泥进行堆肥实验。当堆肥进行到第20天左右，已完成了一次发酵。污泥有机质发生降解，TN、TP和TK含量都成上升趋势，VS和有机碳分别达到60%和30%的稳定状态，小白菜种子发芽指数达到100%左右，并有效杀灭病原菌，实现城市污泥无害化、稳定化和减量化的要求。使得腐熟的污泥堆肥成为较高价值的农用产品。
2.1.3焚烧
城市污泥中含有大量的有机物和一定量的纤维素、木质素等，具有一定的热值，经脱水干燥后可用焚烧来加以处理。焚烧后产生无菌、无臭的无机残渣。污泥灰量大约是含水率75%的污泥的1/10，最大限度的减少污泥体积。是一种可靠而有效的处置方法。但是，城市污泥存在不易燃烧、产热量低、污染空气、操作管理复杂、能耗和运行费用高等缺点，使得污泥焚烧处置的投资巨大[3]。同时，在焚烧的过程中会产生大量酸性气体、颗粒物及二噁英等有毒污染物，造成大气污染[9]；另外，污泥中的重金属焚烧之后转移到底渣和飞灰中，限制了底渣和飞灰的进一步资源化利用。
2.1.4排海
这是一种操作简单而经济的处理方法。但是，污泥进入水体后，其中的有毒有害物质溶出，导致海洋环境的恶化。随着人类生态环境意识的加强，越来越多的人关注污泥投海对海洋生态环境可能存在的影响。1988年美国规定禁止向海洋倾倒污泥，并于1991年全面加以禁止[10]，欧盟规定2005年以后，有机物>5%的污泥禁止排海[11]。
2.1.5 污泥主要预处理技术
城市污泥若采用填埋处理一般要求污泥水分低于60%[12]，焚烧处理则要求污泥的水分低于40%，城市污泥只有经过预处理才能满足填埋或焚烧处理的水分要求。目前，城市污泥主要的预处理方法主要有热干燥法[13,14]（直接热干燥法、间接热干燥法、直接-间接联合式干燥法）、生物干燥法[15]、石灰干燥法、湿热水解脱水法以及太阳能干燥法[16]等。
2.2污泥资源化利用方式：
2.2.1土地利用
土地利用是把城市污泥应用于农田、菜地、果园、林地、草地、市政绿化、育苗基质及严重扰动的土地修复与重建等。污泥中的有机质、N、P分别可达厩肥的数倍[17]，可以用作肥料或者土壤调节剂。城市污泥中的有机质可促进土壤团粒结构的形成；提高土壤有机质的含量；同时可提供给植株所需的N、P、K、Ca、Fe、Mg、Cu、Zn、Mn等微量元素。污泥的农业利用逐渐发展为最具有潜力的污泥处置方式。孙永明等[18]将城市污泥应用在矿区废弃地复垦中发现，由于污泥中含有大量的N、P、K和有机质，同时污泥具有较强的粘性、持水性和保水性等理化性质，不仅可以提高矿区土壤的肥力、迅速恢复植被，而且可以改善土壤的结构，从而达到复垦的目的。
但是，污泥中含有多种有机污染物质（如氯酚、氯苯、硝基苯、多氯联苯、多环芳烃和有机农药等），重金属（如Pb、Ni、Cd、Hg等）和盐类等，如果随意施用，污泥中的营养元素在进入土壤的同时，有机污染物、重金属和盐类也迁移到土壤中[19]，造成土壤板结、重金属累积超标，甚至造成耕地的不可逆退化；另外，随污泥带入土壤的大量N、P，通过农田排水、雨水淋洗，地表径流等方式又被带入地表水和地下水，造成水体的污染；而污泥中的多氯联苯等有机污染物和病原菌则可能通过食物链造成危害[3]。
2.2.2建材利用
污泥成分中含有一定的SiO2和Al2O3，可以用来生产某些建筑材料如水泥、砖、轻集料等。
以城市污泥焚烧飞灰和下水道污泥为主要原料，经过处理、配料，并通过严格的生产管理可以制成水泥。俞锐等[20]对污泥热值、热失重、焙烧后的化学成分等进行测试，并进行了不加助溶剂和添加助溶剂的两种焙烧试验。结果显示在900℃下焙烧得到的污泥，具有很好的易磨性。通过水泥胶砂强度检验发现，该焙烧污泥的火山灰活性较高，可用作混凝土粘合料。具有建材化利用的价值。但是在水泥水化时，会溶出大量的氯离子，同时硬化体在养护的和使用的过程中也会释放出氯化物，造成水泥中钢筋等腐蚀。因此这种水泥只能用于建筑灰浆或者土壤固化材料等[21]。
利用城市污泥制砖有两种工艺方式，一种是污泥焚烧灰制砖；另一种是干化污泥直接制砖。陈胜霞等[22]采用这两种方式制砖发现：用焚烧污泥灰制砖，其污泥灰含量较高，甚至达到100%，含量低于10%的污泥灰砖其强度性能比粘土砖高；用干污泥制砖，其适宜干污泥含量为5%~10%，干污泥砖强度与粘土砖相当。利用污泥制砖不仅处理了污泥，而且能够是污泥中的重金属得到固化和稳定化，同时杀灭了有害病菌。具有轻质、多孔、隔音降噪等效果。
王慧萍等[23]利用污泥和粉煤灰的混合比为6:4成型的配体，通过控制焙烧制度，生产出了筒压强度高达7.10 Mpa，吸水率为7.0%的800级高强优质粉煤灰轻集料。Kae-long Lin等[24]进行污泥焚烧飞灰的烧结性质的研究发现，污泥焚烧飞灰的主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3以及P2O5，在焚烧温度为900~1000 ℃时，轻集料的抗压强度可以达到204 MPa，同时该轻集料的各种重金属浸出浓度都满足标准的要求。另有研究者[25,26]利用城市污泥烧结制陶粒，实验结果表明，在合适的配料或者污泥经过改性后可以烧制超轻陶粒。
3、结语
随着城市工业化的发展，污泥产生量也将大大增加。而污泥中的有毒有害化学物质和病原菌是制约污泥进一步资源化利用的限制因素。无论采用何种资源化利用途径，都必须防止其对土壤、地下水等造成二次污染，需兼顾环境生态效益、社会效益以及经济效益的均衡。
参考文献：
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