污泥处理处置及资源化途径与新技术研究

污泥处理处置及资源化途径与新技术研究

马江游

海南省水务集团有限公司海南省海口市571126

摘要：随着经济与社会的快速发展，近年来我国城市化进程不断加速，污水处理厂污泥的处理处置及资源化利用的受关注程度也不断提升。基于此，本文将简单介绍污泥处理处置及资源化途径，并深入探讨微生物燃料电池技术的优势与应用要点，希望研究内容能够为污泥的减量化、资源化、稳定化、无害化处理和利用实现带来一定启发。

关键词：污泥；资源化；微生物燃料电池技术

前言

在处理城市污水的过程中，污水处理厂会形成大量由微生物菌胶团、无机物、有机物组合成的剩余污泥。作为污水处理的副产物，剩余污泥同时含有病菌、重金属等有害物质，以及各类有机物质和营养元素，如不能实现有效处理和利用，污泥不仅会污染环境，还会造成严重的资源浪费，由此可见本文研究具备的较高现实意义。

1.污泥处理处置及资源化途径

1.1常用处理处置途径

在污泥处理处置，干化处理、原位减量处理、减容处理、卫生填埋、投海处理均属于常用的处理处置技术，具体技术应用如下：（1）干化处理。在污泥脱水后，可采用加热方式降低污泥含水率，由此实现的污泥干化可降低最少60%的水分，虽然干化处理会大量消耗能量，但后续污泥处理成本将因此大幅降低。干化处理在节能领域具备显著优势，基于太阳能的污泥干化处理更是能够有效降低能源消耗，热泵干化与微波干化均属于污泥常用干化处理途径。（2）原位减量处理。通过促进微生物的呼吸和自身分解，即可有效降低污泥含量，实现污泥的原位减量处理，一般可实现85%的污泥减量化。（3）减容处理。在生物固体总量不变的前提下，减容处理可有效降低污泥含水率，缩小污泥体积，污泥处理过程的药品消耗可实现大幅降低，含水率的优良性也能够得到较好保障，一般采用电渗透技术或射流技术实现污泥的减容处理。（4）卫生填埋。在污泥经过简单灭菌处理后，直接倾倒填埋属于长期以来我国主流的污泥处置技术，这一处置技术具备成本较低、见效较快、处理容量较大、处理时间较短等优势。但值得注意的是，该技术在有机质等养分物质回收利用层面存在不足，且污泥渗滤液可能引发严重的环境污染，因此必须逐渐淘汰卫生填埋的污泥处置方式。（5）投海处理。不处理污泥直接将其倾倒入大海同样属于常见的污泥处置方式，这一方式在成本、处理容量等层面具备显著优势，但会对海洋生态造成严重威胁，并最终危害人类健康发展，因此应逐步淘汰污泥的投海处理方式[1]。

1.2资源化利用途径

在污泥的资源化利用中，土地利用、堆肥制复、材料利用均属于其中典型，具体的资源化利用途径如下：（1）土地利用。污泥可用于农业利用、森林利用、绿化利用、土地修复，这是由于污水处理剩余污泥多含有氮、磷、钾、有机质等养分，通过回收利用污泥中的营养元素，即可有效改良土壤结构，增加土壤保肥能力，并可用于改良和修复受损土壤。在污泥的土地利用过程中，病原微生物、重金属、有毒有害化合物可能引发的“二次污染”需得到重点关注，这很可能威胁人类健康。（2）堆肥、制复混肥。在适当通风、C/N比、水分条件下，可利用微生物将不稳定的污泥转化为稳定腐殖质，微生物的生长繁殖和新陈代谢由此即可生成可用于改良土壤或农田的堆肥产品。污泥制复混肥、好氧发酵堆肥工艺、厌氧发酵堆肥工艺均属于典型的堆肥制复技术，污泥可由此实现减量化、资源化、稳定化、无害化处理和利用。污泥堆肥具备经济实用等优势，但由于堆肥过程产生的臭气往往会引发二次污染，且处理工业污水产生的污泥将影响堆肥化产品的品质，污泥堆肥的实用性往往会受到一定影响。（3）材料利用。如满足相关规范要求，经过处理的污泥可直接用于制作轻质骨料、砖、水泥添加剂，作为制砖原料或水泥熟料生产原料，即可实现高水平的污泥资源化利用。但值得注意的是，在污泥的建材化利用过程中，需重点关注生产和使用过程可能产生的二次污染。此外，污泥还可通过化学改性和高温碳化制作环保材料，如污泥制可降解塑料、污泥制活性炭，污泥的资源化利用可由此较好服务于环境保护，因此该利用具备较高市场价值。

2.污泥处理处置及资源化新技术探索

2.1脱水污泥厌氧堆肥-微生物燃料电池耦合技术

作为一种潜力较高的新能源技术，微生物燃料电池技术可通过微生物作用将污泥中的有机物化学能转化为电能。对于含有50%—70%有机质的剩余污泥来说，微生物燃料电池技术可与污泥厌氧堆肥技术共同应用，污泥的资源化利用效率可由此实现长足提升。在经过脱水处理后，污泥中居于细胞间的间隙水、处于自由状态的自由水均可得到有效去除，但仍存在少量与细胞紧密结合的毛细水和间隙水，因此可采用图1所示技术进行污泥的资源化利用。在厌氧堆肥过程中，污泥可实现复杂有机物向简单小分子水解转化，通过微生物的代谢作用，可生成有机酸、多糖、醇类、小分子蛋白，这类小分子有机物可作为产电原料物质满足MFC产电菌的生长需要，MFC产电菌则能够同时实现污泥厌氧降解过程的加速，微生物燃料电池技术与脱水污泥厌氧堆肥技术由此即可实现较好融合[2]。

图1脱水污泥厌氧堆肥-微生物燃料电池耦合技术应用流程

2.2技术的具体应用

在脱水污泥厌氧堆肥-微生物燃料电池耦合技术的应用中，图2所示的污泥处理系统属于其中关键，该系统的阴阳两室由Nafion117质子交换膜分割构成，采用密闭式圆柱体型的反应器阳极室，采用一定长度的钛金属丝和石墨纤维扭制而成的石墨刷作为阳极材料。采用密闭长方体型的阴极室，采用铁氰化钾化学阴极，采用与阳极相同的电极材料，外界对系统阴极的影响可由此降到最低。

图2污泥处理系统

在污泥处理系统的具体应用中，系统的启动阶段较为关键，该阶段需将脱水污泥与剩余污泥混合物填充入反应器阳极，以此用于接种，由此排除空气后密封，即可确保厌氧环境，此时剩余污泥的占比高于脱水污泥，为培养电子传递细菌，需向阳极投加一定量营养液，并采用铁氰化钾化学阴极，阴极液需随时更换，阳极底物每3d更换1次，以此针对性控制KH2PO4、K3[Fe（CN）6]的浓度，分别控制为23.9g/L、27.2g/L，阳极底物脱水污泥的填入占比应不断扩大，最终做到仅投加脱水污泥，随着阳极电势逐步稳定，便代表阳极启动成功，系统可由此进入正常运行状态。结合相关实践可发现，脱水污泥厌氧堆肥-微生物燃料电池耦合技术的产电效果较为优秀，且能够获得腐熟度较高的堆肥产品，微生物燃料电池技术在应用中可实现的脱水污泥有机物水解和降解速度提升属于其中关键。

结论：

综上所述，污泥处理处置及资源化途径的合理选用较为关键。在此基础上，本文涉及的干化处理、减容处理、土地利用、材料利用、脱水污泥厌氧堆肥-微生物燃料电池耦合技术等内容，则提供了可行性较高的污泥处理处置及资源化利用途径。为更好满足污泥处理和利用需要，各类新技术的研发和应用需得到更高程度重视。

参考文献：

[1]章婷婷，刘霞，何群彪.城市污水污泥处置技术及资源化利用研究进展[J].轻工科技，2019，35（06）：94-95+106.

[2]董信光，张利孟，李荣玉.城市污泥资源化处置在大型电站锅炉的应用与分析[J].山东电力技术，2019，46（02）：33-37.