华北理工大学 河北唐山 063200
摘要：随着城市建设的逐步推进，市政污泥产量也随之增加。污泥处理处置也有了诸多的问题，引起了人们的广泛关注。针对这个问题，介绍了污泥堆肥技术、蚯蚓污泥稳定技术、人工湿地稳定技术、MFC污泥稳定技术以及污泥吸附剂，并对污泥处理发展趋势作了相关介绍。
关键词：污泥处理；新技术；发展趋势
一、引言
随着经济的发展，人民生活水平不断提高，城市建设规模也迅速扩大。这使得我国城市生活污水数量增长迅速，污泥的产量也随之增加。污泥中所包含的氮、磷、钾等营养物质经处理后利用到土壤中到可增加土地肥力，但是污泥中也含有病原菌、寄生虫、重金属等有毒有害物质，处理处置不当会导致环境污染，危害到人的身体健康，甚至破坏大自然。因此，世界各国开始着眼于污泥的处理处置方法并不断研发和完善新技术。传统的污泥处理方法主要是污泥卫生填埋、污泥的焚烧和投海、污泥的土地利用等处理技术。然而随着各国对环境污染问题的日益关注，人们注意到，这些传统方法因其特点与局限，所造成的环境问题较严重，难以符合现阶段污泥减量化、稳定化、无害化和资源化的“四化”方针，所以世界各国都在投入大量的人力物力开发完善污泥处理处置新技术，希望找到更加有效且经济环保的污泥处理方法。
二、污泥处理新技术
2.1污泥堆肥技术
污泥堆肥实质上是利用一些微生物促进污泥中有机物降解并完成转化的过程，这些微生物广泛生存在自然界，比如细菌、放线菌、真菌等。在这个过程中，设定温度、确定湿度再加上pH等条件的限定下，机物由不稳定状态转化为稳定的腐殖质物质，这种物质对表层环境尤其是土壤不会造成污染。同时污泥堆肥技术的投资建设成本小，运行费用低[1]。此技术的缺点是在自然环境条件下，堆肥技术有周期长，处理效果差，容易造成氮的大量等问题，添加调理剂能有效解决这些问题。柳青通过实验比较了锯末，稻壳，稻草秸秆三种调理剂，发现锯末当做调理剂污泥处理效果最好，添加比例为污泥：锯末：回流污泥=3：2：3；堆肥过程中含水率从初始阶段的54.6%下降到堆肥结束时的27.2%，下降了50.2%；有机质从开始阶段的59.8%下降到29.7%，下降了45.8%；电导率值不断上升，堆肥结束时为3.12mS/cm[2]。许民、杨建国等探讨了污泥堆肥影响因素，总结出污泥高温好氧堆肥较适合的工艺参数：初始含水率50%～70%；通气量200～250L•t-1•min-1或含氧量为5～15%；温度45～70℃，55℃以上至少保持3d；C/N比和C/P比分别为20～30，75～150之间；pH值6～8[3]。近几年来我国在污泥堆肥工艺取得了一些进步，但是有些方面仍然建立规范体系例如土地利用过程和污泥产物的评价等，因此需对这几个方面进行更为深入的研究，来完善我国的污泥堆肥处理技术标准，拓展污泥堆肥资源综合利用的实际应用规模[4]。
2.2蚯蚓污泥稳定技术
蚯蚓污泥处理方法属于生物化学处理技术，由于其利用蚯蚓和微生物协同作用，操作管理方便，建设投资、运行成本较低等优点，逐渐引起人们的关注与重视。现阶段蚯蚓处理污泥方法有三种：蚯蚓堆肥技术、污泥蚯蚓处理反应器和蚯蚓生物滤池系统。
蚯蚓堆肥技术是在污泥堆肥处理技术的基础上引入蚯蚓，在堆体里加入蚯蚓，蚯蚓有很强的消化能力，通过吞噬消化污泥，从而加速污泥堆肥化的进程。这一技术既有蚯蚓消化道的消化酶的化学作用，还有污泥微生物的作用，在他们共同的作用下加速了污泥中有机质的分解转化。杨臻通过实验研究得出蚯蚓的数量会对污泥的处理效果产生影响，在一定程度上蚯蚓数量越多，对污泥的吞噬消化效率也越高，污泥处理的周期越短，但并不是蚯蚓数量越多越好，因为蚯蚓也会吞食微生物，如果过多的投入蚯蚓会抑制微生物的生长，所以在投放蚯蚓时需要找到适当的数量。蚯蚓堆肥技术与传统污泥处理工艺相比成本较低，土地占用率相对较低。缺点是处理周期长易受天气影响[5]。
污泥蚯蚓处理反应器主要有三部分主体部分、加料部分和出料部分。反应器表面遮盖纱网遮光，从加料部分填入剩余污泥，同时放入适量蚯蚓，蚯蚓主要在反应器主体部分活动，所以需要提供蚯蚓生存的适宜条件，反应器底部为出料部分主题是包含蚯蚓粪的基质土。反应器放置在阴凉避光处进行培养。反应器内蚯蚓吞噬、消化污泥和微生物协同作用，分解转化污泥，使其中难降解的成分转化为易降解物质。污泥蚯蚓处理反应器优点是成本较低、方便操作、流程较短，将污泥转化为饲料和农肥用于农业生产，实现污泥的资源化利用[6-8]。
蚯蚓生物滤池是在生物滤池的基础上，添加了蚯蚓分解层，蚯蚓能疏松土壤提高土壤滤料的透水、透气性能，还吞噬消化有机物，进而促进了有机物降解。滤池中滤料有截留功能、蚯蚓和微生物协同分解污泥中的有机物和营养物并具有促进含氮物质的硝化与反硝化作用[9-10]。蚯蚓生物滤池中的蚯蚓吞噬分解有机物后成为蚓粪，蚓粪可以更好地被微生物吸收利用，同时微生物也降解有机物，从而覆盖在填料的表面繁殖形成生物膜；生物膜也会被蚯蚓吞噬，加快了微生物的更新换代，二者协同作用下，实现了污泥的减量化和稳定化。蚯蚓生物滤池处理系统中微生物和蚯蚓有着密不可分的协同共生关系，①蚯蚓的消化道内分布着大量的细菌，在肠道内由前向后移动，有些细菌的种群数量成倍增长。细菌随着蚓粪从蚯蚓肠道中排出接触外界环境后，种群数量随时间和有机质的增长而增加，有机物质分解速率越大[11]。②蚯蚓吞噬微生物，减少了微生物的世代时间，同时提高了微生物的活性，加速了微生物代谢。③蚯蚓在生物滤城内的蠕动疏松了填料，加大了填料之间的空隙率，有利于微生物转移和对污染物的降解。
郭一令等在实验中设置了无蚯蚓对照组，研究了污泥中各种元素存在形式、污泥的性状和稳定性、蚯蚓与微生物的协同作用。通过实验分析发现蚯蚓生物滤池处理后污泥有机质含量平均相对减少量为11.1%，溶解性化学需氧量（SCOD）增加，滤液中氨氮（NH3-N）含量由20.6—23.9 mg / L降至1.9—4.6 mg/L、滤液中硝态氮（NO3--N）含量由0.2—9.5 mg / L升高到42.0—50.8 mg / L，蚯蚓生物滤池能改善污泥脱水性能，大幅度提高污泥的稳定性，实现污泥减量化和稳定化。姚阔为实验发现生物滤池的滤料性质、滤池温度、蚯蚓有机负荷、滤池水力负荷影响蚯蚓滤池的污泥处理效果[12]。一般情况下生物滤池的滤料使用陶粒其对污泥的处理效果优于石英砂滤料，但陶粒滤料抗冲击性能要弱于石英砂滤料，所以在恶劣天气尤其是高强度降雨条件下生物滤池可使用石英砂滤料。蚓粪作为蚯蚓处理污泥中的一种产品，有着良好的应用前景，蚓粪可以有效的促进农作物的生长还可以改良土壤的，蚓粪土地利用使蚯蚓处理后的污泥的实现了资源化和无害化。
2.3人工湿地污泥稳定技术
人工湿地是指在自然湿地的基础上，人工建造并加以控制运行的系统。植物生长在填料表层，大量微生物会生长在植物的根系和填料表面。当污水污泥投配到系统中后，污泥渗滤液会渗透填料，有机质会被生长在填料、植物根系表层的微生物分解去除，污泥中悬浮的物质会被截留在填料表面。人工湿地处理污泥的优点是运行费用较低、处理效果较好，目前有很多国家都在研究采用这项技术，其缺点是负荷小，且气候对系统运行影响较大[13]。杨少华通过实验发现人工湿地处理污泥时，污泥渗滤液中的 COD、NH3-N、TN和TP可以得到有效去除，去除率最高达到 80%、95%、70%和90%NO3-N和NO2-N在经过积存污泥后明显升高，污泥负荷的增大对渗滤液硝化作用具有负面影响，可见污泥的投入量与质量影响人工湿地处理污泥的效率[14]。人工湿地的作用机理可以从微生物的本质上进行深入研究，同时进一步调节和完善系统运行参数，探讨如何稳定人工湿地系统的微生态环境和实现系统长期生态效应。
2.4 MFC污泥稳定技术
微生物燃料电池（Microbial fuel cells，MFC）是一种利用细菌通过生物质产生电能的生物处理技术。
微生物燃料电池由阴极和阳极构成，在阳极厌氧环境下，微生物催化氧化底物，释放出电子和质子，生成的电子通过外电路传递到阴极，而质子在燃料电池系统中通过质子交换膜传递至阴极，在阴极，从阳极传递来的电子、质子与阴极的电子受体结合发生还原反应。MFC反应的代表公式如下：
阳极反应：
C6H12O6+6H2O→6CO2+24H++24e-
阴极反应：
6O2+24H++24e-→12H2O
微生物燃料电池法中微生物将污泥中的有机质作为底物，完成了对有机物的分解，使污泥减量化，同时还可以产电，使污泥资源化。但是以污泥微生物燃料电池的输出功率密度还是相对较低、成本较高，距离应用到实际生产工作上还有一定距离，我们还需要进一步深入研究。
杨芳等人主要研究了污泥微生物燃料电池的产电过程、性能和机理，并进行了污泥MFC产电优化研究[15]。研究结果表明，污泥MFC可利用污泥产电，稳定期间电池的最高电压为0.467V，最大功率密度为39.20mW/m2，同时可实现一定的污泥减量（阳极室污泥TSS和VSS分别降低38.07%和38.72%。阴极室污泥的TSS和VSS分别降低42.02%和38.90%）。赵庆良实验研究发现向阳极底物投加营养盐缓冲溶液后微生物活性得以增强，降解污泥能力亦随之增强；搅拌阳极区可以降低底物以及代谢产物的积聚对微生物新陈代谢的抑制使有机物去除能力得到加强；在一定浓度范围内有机物的去除率和底物浓度正相关。总的来说，采用污泥为燃料MFC能源效率较低，产电周期长，输出电压较低，难以应用到实际应用。因此，如何有效提高能源利用率是污泥微生物燃料电池下一步的研究方向。
2.5污泥热水解技术
热水解是污泥厌氧消化的主要预处理技术之一，其原理是通过高温破碎有机质废弃物及污泥中的细胞结构（主要是细胞壁、细胞膜），并将破碎细胞释放出的部分高分子有机物（脂肪、蛋白质、碳水化合物等）分解为小分子的有机酸（乙酸、丁酸、氨基酸），从而强化产甲烷菌对污泥中有机物的利用，提高原料污泥的产气率。目前热解方法研究主要包括低温热解、高温热解和直接热化学液化法。污泥热水解技术优点在于：①占地面积小，无害化效果好。②减容量大，提高了污泥的稳定性。③能量可回收利用率高，污泥热解产物性质稳定、有效性好、易于储存和运输。缺点是污泥热水解技术处理运行费用较高，操作管理较复杂。
稂时光通过对剩余污泥进行热水解厌氧消化研究得出热水解预处理工艺能够有效改善污泥性质，水溶性易分解有机质得以大幅提高，表现为SCOD与稀释污泥相比提高5.2倍、VFA 提升7.6倍，明显改善污泥厌氧消化性，热水解污泥累积产气量为稀释污泥的2.1倍。高松峰通过研究发现，污泥的性质、种类、来源，污泥热处理的加热方式以及热水解的温度和时间都是影响污泥热处理效果的因素。在实际工程应用中我国污水厂进水水质不稳定，污泥性状存在大幅波动的可能，在使用热水解技术应综合考虑经济、环境和技术限制等因素，积极组合其他的污泥处理技术，实现经济效益和环境效益相统一。
2.6污泥吸附剂
污泥制备吸附剂主要有两种方法：物理活化法、化学活化法。物理活化法又称气体活化法，先在较低的温度（一般为500℃）提高污泥的含碳量，分解有机物使其发生热缩聚反应，之后在高温（600～1200℃）利用气体活化剂（如水蒸气、CO2、O2等），分解碳化材料中残留的焦油，扩大孔径，从而形成吸附剂；化学活化法是在原料中加入各种药品以进行活化。
余兰兰用化学活化法制备了污水处理的吸附剂。活化剂ZnCl2与H2SO4浓度均为5mol•L-1、固液比为1：2.5、热解温度和时间分别为550℃和2h条件下，制备的吸附剂性能最好。污水厂污泥制备吸附剂的研究及应用中包含了多种门类的学科知识如环境工程学、化学工程学和催化剂工程学等。同时污泥的组成非常复杂，在污水和烟气吸附处理过程中有许多影响因素，这些方面需要进一步的研究。
三、结语
污水厂污泥处理处置应严格遵循“四化”原则即污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化，把“资源化”作为四化重点，提高污泥的能量利用效率。如今污泥处理处置的技术不断发展，污泥的处理处置无非就是两种方式，一是控制污泥的产生，从源头遏制控制污泥的产生排放量，争取达到污泥的零产生、零排放，二是对产生的污泥进行处理处置使其达到“四化”的原则，这两种方式结合起来，应该就是污泥处理处置发展的有效途径。未来的污泥处理策略是在污泥减量化、稳定化处理的基础上，还要特别注重开发污泥的资源化、能源化技术，使污泥的产生和利用二者间达到平衡的状态。同时开发新技术的过程中还应注重保护环境、节约资源，符合我国的基本国情，实现经济和环境的协调发展。
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