【文章內(nèi)容簡介】 文 3 （ 2） 污泥對水體的危害 污泥含有大量的 N、 P、 K 等營養(yǎng)元素，極易導致水體富營養(yǎng)化；同時污泥中的大量有機腐敗物、毒性有機物以及致病微生物極易在水 體中擴散，污染并破壞徑流、湖泊、地下水等水體環(huán)境致使水生動物死亡，水體發(fā)臭。重金屬成分亦會在水體中擴散并經(jīng)生物食物鏈系統(tǒng)富集?？梢姡坏┪勰噙M入水體，將會產(chǎn)生極為嚴重的后果。 （ 3）污泥對大氣的危害 污泥中的大量有機物極易腐敗產(chǎn)生甲烷、二氧化碳等溫室氣體以及各種刺激性毒害物：氣體方面，如臭雞蛋味的硫化氫，爛洋蔥味的硫醇類，魚腥味的胺類，以及酰胺、吲哚、氮氧化物、硫氧化物、二噁英；液體方面，如 酚、醇、醛、酮以及有機酸等。 同時污泥中的鹵代烷烴類、 多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、致病菌以及重金屬等 各種毒害物 也極易以氣溶膠形式 隨空氣漂浮并擴散從而造成危害。 167。 污泥資源化利用研究現(xiàn)狀 污泥處置技術(shù)中最為傳統(tǒng)、最為經(jīng)典的就是填埋處置技術(shù)，然而該技術(shù)既浪費了污泥中可資源化利用的成分，又無法從根本上消除污泥的危害，是一種短淺并且有著許多不足的處置方法 [44,45]。在建立資源節(jié)約型社會背景下，隨著環(huán)保理念的普及和對污泥可資源化利用的深入認識，污泥的資源化綜合利用才是符合解決污泥環(huán)境污染和合理利用資源等理念的最佳處置方式。目前，國內(nèi)外污泥資源化利用技術(shù)主要有：土地利用、焚燒、熱解以及制備建筑材料等。 土地利用 污泥的土地利用包括農(nóng)業(yè)利用、綠地利用、森林利用和土地恢復(fù)等。污泥土地利用一般需經(jīng)過堆肥發(fā)酵進行穩(wěn)定化處理。何澤堅、劉慧慧、丁文川、何品晶等 [12,4649]對污泥堆肥發(fā)酵進行了深入的研究：污泥堆肥可以有效降解污泥中各種有機質(zhì)，消除其毒害性，殺死其中的大部分病原菌、寄生蟲卵、病毒以及植物種子，同時可優(yōu)化真菌、銨化細菌及硝化細菌等菌種菌落等，從而可以很好地消除污泥臭味、大大降低其毒害性。另外，堆肥熟化后的污泥含有豐富的氮、磷、鉀和腐殖質(zhì) 等 成分能夠很好地促進植物生長，并改善土壤的孔隙度，團粒體結(jié)構(gòu)，水力學性質(zhì)（如持水性、水分穩(wěn)定性），化學性質(zhì)（如吸附性、代換性、緩沖性）等，是一種優(yōu)良、廉價的有機土壤改良劑與增肥劑。 宋鳳敏 [50]利用堆肥后的污泥進行培植菠菜實驗，發(fā)現(xiàn)空白土壤試樣與堆肥污泥混合比為 3:1 時，菠菜產(chǎn)量顯著提高，且維生素 C 以及葉綠素含量均有所提高，硝酸鹽含量反而有所減低，提高了菠菜產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。趙曉莉等 [51]進行了利用污泥培育生菜的實驗，證實當利用堆肥污泥培育生菜時，施用量為 6~10gkg1 的污泥可促進生菜中類黃酮、水分 、可溶性蛋白、抗血酸等含量的增加以及硝酸鹽含量的降低，最終提高生菜的品質(zhì)和產(chǎn)量。曹春梅 [49]設(shè)計了利用污泥培育萵筍實驗，對比實驗發(fā)現(xiàn) 堆肥污泥培育出的 萵筍的株高、莖稈半徑、蛋白質(zhì)含量以及氮磷鉀等營養(yǎng)成分的含量都顯著增加。 Warman 等 [52]在加拿大的新斯科舍地區(qū)進行了利用堆肥污泥培育飼料用青草與谷物類（ corn）的實驗，并對作物中Ca、 Mg、 S、 Fe、 Mn、 Cu、 Zn 和 B 的含量進行了評估。 他 指出厭氧堆肥的污泥所培育的作物 Fe、 Cu 和 Zn 的含量較高，并且堆肥污泥的施用量必須考慮到土壤中一些重金屬的累積 中國地質(zhì)大學 全日制 碩士 專業(yè) 學位論文 4 程度。 隨著大量研究工作在污泥堆肥和農(nóng)用領(lǐng)域的開展與完善 [5360]，污泥堆肥與農(nóng)用技術(shù)以其在改良土質(zhì)和增強土壤肥效等方面的顯著效果必將在土地資源較多，經(jīng)濟狀況較為落后的國家和地區(qū)大放異彩。 焚燒 焚燒是利用污泥中有機成分含量較高、具有一定熱值的特點來處置污泥，該技術(shù)能迅速和最大程度地完成污泥減量化 (1t干污泥焚燒后僅產(chǎn)出約 )和無害化、資源化。由于焚燒后污泥中的各種病原菌、寄生蟲卵、病毒等以及毒害性有機物都能徹底滅殺，毒害性有機物也能夠被充分氧化分解，所以焚燒是處置污泥的一項較為安全的 污泥資源化技術(shù)。 陳曉平、贠小銀、秦翠娟、肖漢敏等 [6164]對利用流化床焚燒爐焚燒污泥進行了研究，當采取了適當?shù)姆贌に嚭蜔煔鈨艋到y(tǒng)后，污泥處理成本較低且能夠滿足苛刻的環(huán)保要求。上海市的石洞口、東莞的玖龍紙業(yè)公司以及無錫的榮成紙業(yè)公司等都采取了這種方式處置污泥，取得了一定的成果。當焚燒工藝設(shè)計得當時，污泥焚燒可得到相當可觀的熱量。江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)進行了利用污泥燃燒發(fā)電的試點實驗，綜合處理污泥的費用僅約 100元 /t，遠低于填埋處置成本，試點實驗取得了較大成功 [65]。合肥天源熱電有限公司于 2021年正 式建成了污泥焚燒系統(tǒng)，將污泥焚燒并用于發(fā)電，其污泥處理能力為 120t/d，設(shè)備運行狀況良好 [66]。日本神戶市利用冷卻水將污泥焚燒系統(tǒng)的余熱進行回收并用于居民熱水供應(yīng)系統(tǒng)，取得了比較理想的效果 [67]。 污泥的焚燒處置已成為當下污泥資源化處置方式中的研究熱點 [42,6873]。 熱解 將污泥于特定氣氛，在較高的溫度條件下（ 300~900℃ ）加熱并使之發(fā)生分解、縮聚等反應(yīng)而生成許多氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)產(chǎn)物的方法即為污泥的熱解。熱解過程中，污泥中的各種高毒性有機物以及致病生物均可被分解并解毒，生成特定產(chǎn)物。同時熱解產(chǎn)生的 CHCO 等各種氣體產(chǎn)物和焦油成分等液態(tài)產(chǎn)物均可以作為理想的氣體燃料，用于發(fā)電供熱等。 Khiari 等 [74]采用熱分析 質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（ TODSCMS）對污泥熱解過程進行了詳盡的研究，分析得出結(jié)論，污泥熱解主要分為三個階段：（ 1）低沸點有機物的揮發(fā)（ 200~300℃ ）；（ 2）難揮發(fā)有機物分解生成 CH CO、 CO2等小分子氣態(tài) 化合物以及焦炭、焦油等（ 300~450℃ ）；（ 3）焦油類物質(zhì)二次分解，產(chǎn)生 H2 以及各種烴類和芳香族化合物（ 450℃ 以上）。 Lutz 等 [75]利用氣相色譜法等對污泥低溫熱解后產(chǎn)生的各種成分含量進行了研究，表明污泥熱解后可得到數(shù)量相當客觀的焦炭（ ~%）、液態(tài)有機成分（ ~%）以及氣體燃料（ ~%）。隨著 1997年第一座污泥煉油廠（日消納干污泥約 25噸，可產(chǎn)生約 5000~7500L類柴油燃料以及大量的焦炭 [76,77]）在澳大利亞亞柏斯的建立，許多科研工作者對污泥熱解技術(shù)進行了研究和改善。邵敬愛 [78]進行了污泥固定床熱解實驗，指出 600℃ 是污泥熱解制油的最佳溫度，而熱解氣的產(chǎn)率在低于 600℃ 時產(chǎn)率增加緩慢，高于 600℃ 后熱解氣產(chǎn)率增加顯著。翟云波等 [79]利用管式電爐對污泥熱解進行了研究，結(jié)果顯示污泥熱解最大油產(chǎn)率的溫度區(qū)間為 400~500℃ ，油液成分主要為單環(huán)芳烴，脂肪族化合物，含氧有機化合物，含氮化合物，甾族化合物，鹵化物，含氮的雜環(huán)化合物，多環(huán)芳烴化合物等主要由長鏈烴 中國地質(zhì)大學 全日制 碩士 專業(yè) 學位論文 5 和帶環(huán)的芳烴組成的有機物。 制備建 筑材料 污泥中含有較多的以硅、鋁、鎂、鈣等為主的無機礦物 [12,2024,80]，這與許多建筑材料常用的原料成分相近，為此許多學者對利用污泥制備生態(tài)水泥、砌磚、陶粒以及陶瓷質(zhì)磚等建筑材料的資源化技術(shù)進行了研究。 生態(tài)水泥 生態(tài)水泥 (Ecocement)[81,82]是以城市垃圾焚燒灰和下水道污泥為主要原料，經(jīng)過處理、配料，并通過嚴格的生產(chǎn)管理而制成的工業(yè)制品。利用污泥制備生態(tài)水泥能夠滿足污泥處置減容、減量化特征，充分利用污泥中大量的粘土礦物，并且污泥中的難以處理的重金屬成分能被較為穩(wěn)定地固化。與此同時污 泥中高含量的各種有機物和病菌等也能夠被高溫分解并提供部分熱值。 寶志強 [83]對利用污泥制備生態(tài)水泥進行了研究，發(fā)現(xiàn) %的污泥摻量最有利于降低水泥燒結(jié)溫度，污泥的加入有利于產(chǎn)品抗壓強度，然而當污泥摻量超過 %時，產(chǎn)品的后期強度會有所降低。李樹霞 [84]研究證實，當干污泥的摻量到達 18%時，仍能在實驗室條件下制備出的生態(tài)污泥在物理性質(zhì)和礦物組分上與一般水泥產(chǎn)品并無明顯差別，并且產(chǎn)品的煅燒性能和強度都有所提高。 Malliou 等 [85]利用污泥制備出的生態(tài)水泥，其強度隨污泥摻量的增加而降低，同時 XRD 物相 分析和 SEM 電鏡圖片證實樣品含有鋁礬石成分， TCLP 淋濾實驗表明樣品對 Pb， Zn 和 Ni 等重金屬具有很強的固化效果。 砌磚 砌磚是 以粉煤灰、煤渣、煤矸石、尾礦渣、化工渣或者天然砂、海涂泥等作為主要原料，用水泥作凝固劑，加水攪拌，經(jīng)振動成型、蒸汽養(yǎng)護等工序制備而成的墻體材料。制備過程無需高溫煅燒，節(jié)約能源并且可以因地制宜、經(jīng)濟有效地就地取材、保護農(nóng)田。 利用污泥制備砌磚一般有以下兩種工藝：（ 1）將適量干化污泥摻入水泥或粘土等凝固劑中直接制砌磚，同時可摻入煤渣、粉煤灰、鋼渣、高爐渣等固體廢 棄 物；（ 2）將污泥焚燒后的灰渣加粘土調(diào)配后制砌磚。 謝學報 [86]利用水泥作為水泥膠凝材料，與干污泥進行混合，制備了砌磚。當干污泥與水泥的比例高達 :1 時，制備的砌磚仍有高達 40MPa 的強度和較好的凍融性能，并對污泥中的重金屬元素具有很好的固化效果；相應(yīng)的工業(yè)化應(yīng)用前景評估表明該技術(shù)抗風險能力強，具有較高的經(jīng)濟優(yōu)勢。徐子芳等 [87]將污泥、建筑垃圾以及粉煤灰混合經(jīng)配料、養(yǎng)護和陳化制備砌磚，當干污泥的摻量為 2%時產(chǎn)品的抗折強度為 ，抗壓強度為，導熱系數(shù)為 (mk)1。梁梅 [88]進行了利用污泥泥餅、粉煤灰、爐渣和水泥制備砌磚的系列實驗，實驗證實污泥與水泥的交互作用（蛋白質(zhì)與消石灰反應(yīng)生成具有膠黏作用的樹脂）可增強磚體斷裂模數(shù)和抗壓強度，并且污泥摻量高達 50%時，產(chǎn)品的斷裂模數(shù)、抗壓強度、淋濾性和凍融性均能達到國家標準。青島青華建筑科研所有限公司將污泥作為原料和燃料經(jīng)過 5 年努力，生產(chǎn)出了達到國家應(yīng)用標準的城市環(huán)保建筑砌塊，既節(jié)省土地，降低污泥的處置費用，又減少污泥的二次污染；該技術(shù)一旦實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，青島市將成為我國首個污泥不外運城市，每年還可提供 15 萬 m3 墻體材料。 相關(guān)研究表 明，由于污泥中的有機質(zhì)和油類物質(zhì)易對磚塊質(zhì)量造成不利影響，利用生污泥制備的砌磚質(zhì)量遠較由污泥焚燒灰渣制備的砌磚質(zhì)量差。 中國地質(zhì)大學 全日制 碩士 專業(yè) 學位論文 6 陶粒 陶粒是一種人造輕質(zhì)粗集料，外殼表面粗糙而堅硬，內(nèi)部多孔，具有密度小、強度高，保溫、隔熱性能好等優(yōu)點，一般由頁巖、黏土巖等經(jīng)造粒、焙燒制成，可作路基材料、混凝土骨料或花卉覆蓋材料使用 [8994]。利用污泥制備陶粒一方面可以利用污泥中的無機成分節(jié)約資源；另一方可以充分利用污泥中的有機物氧化燃燒釋放出的熱量，從而節(jié)約能耗。 陳偉等 [95]利用污泥、尾礦泥和粉煤灰經(jīng)過練泥、造粒、干燥和燒成 等工藝制備陶粒。實驗表明，有機物含量較高的污泥的摻入可較好地促進陶粒的燒脹，低于 10%的污泥摻量可明顯提高陶粒的筒壓強度；而高達 50%的污泥摻量則會降低熔體的粘度，增加陶粒的氣孔率，進而降低樣品的力學性能；污泥摻量為 30%的陶粒樣品可達到高強輕粗集料指標（密度等級 900，強度指標 ）；而污泥摻量為 40%~50%的樣品可達到普通輕集料優(yōu)等品的指標（密度等級 800，強度指標 ）。 Cheeseman 等 [96]利用旋轉(zhuǎn)管式爐展開了以污泥焚燒灰為原料，以 1%的有機試劑作為塑性劑燒制陶粒的實驗，得到的陶粒產(chǎn)品燒結(jié)溫度范圍較寬（ 1000~1080℃ ），其主要礦物成分為石英、白磷鈣石和赤鐵礦；當于 1060℃ 燒成時，陶粒的產(chǎn)品密度為 ，吸水率為 8%，掃描電鏡圖片顯示產(chǎn)品為多孔結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品的各項性能指標與市售陶粒相當。 陶瓷磚 利用干污泥或者污泥焚燒灰替代部分陶瓷原料生產(chǎn)陶瓷磚的工藝技術(shù)研究已在國內(nèi)外興起。 馬雯等 [97]進行了 以污泥和粘土為原料制備污泥陶質(zhì)磚的實驗研究，并研究了磚體在多種污泥摻量、成型壓力、燒結(jié)溫度以及保溫時間下的抗壓強度及吸水率，在滿足國家《燒結(jié)普通磚》 (GB51012021)標準前提下，總結(jié)出了污泥摻量為 10%，成型壓力為 60MPa，燒結(jié)溫度為 1050℃ ，保溫時間為 的最佳配方和工藝。方琳等 [98]利用污泥焚燒灰、粉煤灰以及粘土等制備陶質(zhì)磚，污泥焚燒灰摻量高達 30%，在 1050℃ 條件下焙燒 6h 時所得的產(chǎn)品抗壓強度為 ，抗折強度 ，吸水率為 %并且無泛霜和爆裂現(xiàn)象，滿足國標 (GB51012021)中中優(yōu)等磚的相關(guān)要求，并且其重金屬淋濾效果較好。 Jordan 等 [99]利用污泥和粘土制備陶瓷磚，隨著污泥摻量的增加陶瓷磚的吸水率逐漸增加，斷裂模數(shù)逐漸降低，當污泥的摻量達到 10%時，樣品的重金屬淋濾性能良好，最終指出污泥在陶瓷中的摻量必須控制在一定范圍內(nèi)。 167。 污泥資源化利用技術(shù)發(fā)展趨勢 現(xiàn)有技術(shù) 存在的問題 表 11 污泥資源化技術(shù)的特點和不足 技術(shù)名稱 干燥要求 難度 附加值 技術(shù)不足及應(yīng)用限制 焚燒 需干燥 較高 低 干燥能耗 和 尾氣處理成本高， 極易形成負效益 熱解制油氣 高 高 堆肥 不需干燥 低 低 含有重金屬，有機污染質(zhì)和病菌， 產(chǎn)品應(yīng)用受到限制 中國地質(zhì)大學 全日制 碩士 專業(yè) 學位論文 7 制陶粒 不需干燥 較低 低 產(chǎn)品附加值低， 經(jīng)濟效益不佳 制砌磚 較低 低 制釉面磚 不需干燥 中 高 釉面磚易鼓泡、瓷質(zhì)磚有氣孔、 微晶玻璃色澤暗淡， 產(chǎn)品質(zhì)量難以滿足市場需求， 技術(shù)實際應(yīng)用的可能性小 制瓷質(zhì)磚 不需干燥 中 高 制微晶玻璃 需干燥 極高 極高 雖然大量的科學工作者對各種污泥資源化處置技術(shù)進行了研究與