文 献 综 述 一、选题背景 城市生活污泥一般属于城市污水处理过程中出现的渣滓，主要在污水处理厂的生物处理阶段产生。因为污水排放量的急剧上升和处理标准的提高，污水的产量也自然随之增加。如果每对一万吨污水进行处理算是产生5吨的生活污泥，那么估计直到2020年全中国的生活垃圾年产量得接近6000万吨。对大量产生污泥的生活污泥进行有效管理俨然成为了我国乃至全人类的一个重大问题[1]。 城市污泥的成分一般很复杂，有机质含量偏高，很容易就腐烂，而且数量多，有很多重金属元素、致癌有机物、难分解的有机物、寄生虫和病原体等一系列非常有害的物质，往往对土壤和水环境造成比较严重的危害。然而城市污泥里却常常含有巨量的N、P、K、Ca、有机质，因此农业和工业的应用价值很高[2]。如果从这方面看，城市垃圾显然也是潜在的可以利用的生物资源。综上所述，寻找合理有效的生活污泥处理方法，不仅对环境保护是十分关键的，而且对资源化具有重要的现实意义[3]。 二、研究意义 （1）生活污泥在农业方面的资源和利用 通过研究，我们意识到生活污泥中含有富足的有机养分。这些养分是其他植物生长所需的不可或缺的养分，但为了通过实际应用把污水污泥应用在农业生产中，科学分离土壤中的成分对农业生产是非常有必要的[4]。我国农业的飞速发展确保了农作物的生长，而由于产量的增加，对肥料的需求也相应增加了，为此，为了有效地处理受污染的土壤，我们首先要干燥污泥，使细菌对其不再依靠，同时并使有机物质充分成熟，然后再添加一些添加剂。通过按照一定比例将其与养分均匀混合以制成有机肥料，从而就确保在加工过程中对脏污泥进行杀菌[5]。我国已经研究了针对污泥无害技术的肥料，它为生产和农业生产发展提供了资源保证，也为城市绿化提供了保证[6]。 （2）对生活污水污泥的处理中进行能源转化 由于城市的废水污泥成分相对较多，因此可以通过转化技术将其以能源利用形式输送到各个地区使用，在处理生活污泥的过程中，污泥里面中不含有氧气[7]。当其降解时，它表面内的有机物会在长时间缺氧的情况下变成还算稳定的物质。转化的过程里，微生物将从其自身的结构中逸出，厌氧变化后可能产生的燃烧气体一般被用作城市的燃料[8]。 （3）在生活污水污泥处理中的研究范围内进行建筑领域应用 生活污泥的组成部分中，建筑领域有许多具有水泥样性质的物质，如果将城市污水污泥用作合理的资源，则可以用于水泥建筑[9]。变废为宝在建筑材料中很常见。该技术表达了绿色生态理念，由污泥制成的水泥被称为生态水泥。目前，我国生态水泥生产技术尽管还没有达到比较成熟的水平，但发展潜力很大，城市废水污泥资源也时常被用于建筑纤维板的生产，进而就减少了建筑用木材的使用。这当然可以为城市生态的可持续发展提供更多的保障[10]。 三、城市污泥的资源化利用 （1）堆肥 我们知道污泥中含有 N、P、K 和微量元素，在适当的处理后必然可应用在土壤的改进中。污泥的堆肥也就是利用微生物的发酵把污泥里面的有机质变得腐殖化，同时把污泥里面的寄生虫和病原菌杀完，这就产生了化学品质比较稳定的腐殖质堆肥物[11]。我们在堆肥的时候一般加入破碎秸秆来对碳氮比进行调节，在这时鼓入量足的空气，把控好湿度、温度这些参数，并经常用机械翻抛，这种手段可以很大升高堆肥效果[12]。可惜的是堆肥也往往会占地不小，污泥里面难降解的有机物、重金属很难通过堆肥消除干净，所以对污泥堆肥的安全性尚还存在广泛的质疑[13]。 （2）厌氧消化 厌氧消化技术，也就是说我们采用厌氧、兼氧微生物在氧气很不充足的条件下特有的生命活动，来对污泥产生特定的生化反应，以此把有机物降解完全，在降解时出现的大多数代谢产物能够被当成能源或资源，进一步就回收利用[14]。依据厌氧消化工艺的不同和菌种的种类繁多，代谢产物自然也很不同，例如有CH4、H2、有机酸、乙醇这些有机物[15]。可惜的是我国污泥的有机质比发达国家的低很多，可生化性还是很差的。我们的目标自然是升高有机物转化程度，为此大量研究者做出了广泛研究，创造了各种工艺，比方说混合消化工艺、多级多相消化工艺及菌种工艺、预处理、生物酶等[16]。 四、城市污泥资源化利用要坚持无害化处置的原则 所谓的无害化处理，也就是说：当我们想资源化解决城市污泥的应用问题时，先得进行污泥，消毒，除臭等操作，而在使用处理技术过程中，也尽量不会污染环境，不会使人患病[17]。换句话说，在使用废料的过程中，不会发生二次污染，并且要实现科学利用以及废物利用。现在有很多企业使用生活污泥制作砖块时，并没有强调对污泥的无害处理[18]。这种情况下生产过程中的存储，运输，干燥和混合的生产过程都是非常不理想的，因为它是开放的并且缺乏保护措施的.我们必须尽全力调整这种情况，并确保污泥无害化。 五、城市污泥的传统处置方法 传统的处置方法里面，生活污泥就单纯被看作是一种污染物。一般第一步采用恰当的脱水方法让污泥减量，随后于处置过程里同时搞定稳定化和无害化。在所有方法里，焚烧和卫生填埋的处置方法有成本低、操作不难的优点，所以逐渐变成了最经常看到的传统处置方式。 （1）卫生填埋 卫生垃圾填埋是我国处理污泥的最开始的方法，填埋前，先对土壤进行物理处理或热处理以减少污泥的体积。之后再将其运到指定的垃圾填埋场用别的办法处理，在我国，污泥和生活垃圾被混合并填埋，填埋过程分层覆盖粘性和惰性土壤。可惜填埋方法也有明显的缺点，尽管这种方法很有效，但它却会占用大量土地资源，且处理周期长，造成滤液污染土壤和地下水，并且发酵产生温室气体。很多学者表明很多地方铬，铜，锌，镉和镍的含量超过了中国城市污泥的标准值，金属离子浸出后会破坏生态环境并在食物链中积累，从而为植物和人类的健康造成伤害[19]。 （2）焚烧 在污泥里面有机质大概占到污泥干重的60%，而干污泥的热值与褐煤类似。对污泥进行焚烧是意味着在一定充足空气的条件下对污泥加热，让它在800~1100℃的温度条件下热解和氧化，对污泥进行焚烧被认为最大程度的实现了减量化，并且处理周期还不长，我们同时可以回收余热利用于发电，在这时产生的灰渣就能够修造水泥这样的建材，是一种还挺彻底的处置方式。可惜的是污泥焚烧的技术要求很高，产生的包含二噁英、二氧化硫、N2O 等有毒气体的烟气十分容易造成污染，并且烟气和灰渣的额外管理都会消耗资源，这一切均为污泥焚烧技术所面对的困境[20]。 六、对污泥热解技术的初步探究 当今世界，对污泥燃烧的工艺处理从最开始简单的仅仅对污泥的处置发展进一步升级成为对污泥资源化利用的推广研究。我们用燃烧的副产物高温烟气来为装置自身的运行供能，同时用剩下能量产生的蒸汽发电；我们用燃烧的副产物灰渣烧制成了砖瓦等材料。燃烧的最大优势是：污泥体积会在燃烧过程中大量减少，与此同时能有杀菌、稳定的效果，可惜的是，燃烧也往往产生诸多有害气体。人们对大气污染的重视日益提高，这种情况下燃烧废气的处理成本经常是高昂的[21]。 热解技术也就是，于无氧或缺氧的环境里，我们使用热能来剪断大分子物质分子内与分子间的化学键，在此基础产生焦炭、可冷凝裂解油以及不可冷凝气体的化学过程。从对污泥、生物质的化学组成分析中可以得知，污泥、木屑中都具有足量挥发分，因此有着良好的热解特性，我们使用热解技术后不仅对污泥进行了安全经济的合理处理，并且符合变废为宝的理念。热解产生的油和燃气可以作为汽油、柴油的代替品，在特定程度上对当前的能源危机有缓解作用；而对木屑来讲，热解技术部分完成了了农林废物到到可用能量的转变。于是，对木屑的热解性能的研究有着巨大的参考和应用价值[22]。 一般认为，污泥热解可以分为两个温度段：低温热解（）和高温热解（5001000 ℃）。反应方程式可认为是：<v:shape id="_x0000_i1025" style="HEIGHT: 21pt; WIDTH: 162pt" type="#_x0000_t75" equationxml='16鏈夋満鐗?鑳介噺鈫?/m:t>CH4 CO H2 鐐?娌?鑳介噺'> 。图1.1表现出了热解过程里的主要产物和产物的应用。目前大多国内的研究专注于低温热解，一些研究表明，污泥在低温条件下热解转化率不高，抬高温度能够使污泥转化率提高巨大。有人认为当温度大于700 ℃时，油的转化率随温度提高而提高，而热解温度到达900 ℃时，油的转化率会达到90%。 下面介绍一些经典的热解工艺系统: （1）Effith工艺 由法国石油研究所开发，首先让生活污泥这类垃圾经过热空气干燥，再让垃圾们在外热条件下于回转窑中热解，最后利用燃烧发电来对垃圾进行最后的工艺处理。具体的处理流程呈现于下图[23]。 图1.1 Effith工艺具体处理流程 （2）热解-煤粉燃烧联合工艺 这个工艺的大概流程如下：首先采用热解的方法处理由生活垃圾产出的可燃气和焦炭，在可燃物独自进行燃烧后通过汽轮机进行发电。有代表性的是PYROPLED工艺以及ConTherm工艺，均由德国人发明。具体处理流程如下图[24]。 图1.2 ConTherm工艺具体处理流程 （3）SIEMENS Schwel-Brenn工艺 这个工艺由以下三个步骤组成，分别为生活垃圾的热解碳化、对可燃物进行燃烧处理、蒸汽发电。具体流程图如下[25]: 图1.3 ConTherm工艺具体处理流程 七．研究污泥热解技术的意义 许多研究表明，污泥与各种生物质的共热解有极为积极的协同作用，这对产物产率的提高以及热值的提升有重大的意义。可是不同的热解条件、反应器种类、生物质类型以及生物质添加比都会对研究结论产生影响，所以污泥和生物质共热的协同作用暂时没有统一结论，也就是说，促进作用和抑制作用均会出现。一些文献表明，温度升高的同时，污泥和木屑的相互作用或由促进更变为抑制，或由抑制更变促进，其中内部逻辑尚待探究；与此同时，木屑的掺混比例不同，会极大影响共热解过程中产生的相互作用。目前很多研究集中在含油污泥上，生活污泥与木屑的共热解特性研究不多。所以，研究生活污泥和木屑共热解过程是相当重要的。 参考文献： [1] 王东琴, 惠晓梅, 杨凯. 污泥处理处置技术进展[J]. 山西化工, 2016, 36 (3): 17-19, 49. 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