1、城市污泥特性与资源化利用途径在城市污水处理中，通常要截留相当数量的悬浮物质，这些物质统称为污泥固体，与水的混合体叫污泥。污泥通常是指主要含有各种微生物以及有机、无机颗粒组成的絮状物，含有大量的有毒有害物质，如寄生虫卵、病原微生物、细菌、合成有机物及重金属离子；植物营养素（氮、磷、钾）、有机物及水分等。另外污泥易于腐化发臭、颗粒较细，相对密度较小（约为 1.0061.02），含水率高且不易脱水，属于胶状结构的亲水性物质。因此，对污水需要及时处理和处置。污泥处理、处置的目的和原则是：一是稳定化，通常稳定化处理是消除恶臭；二是无害化，通过无害化处理，杀灭生物固体中的各类虫卵及致病微生物；三是减量化，
2、通过减量化处理，使之易于运输与输送处置；四是利用，实现污泥资源化。四者关系密切，其处理（置）的基本流程见图 1-1。本节主要介绍污泥资源利用途径、技术要求与标准等有关内容。关于污泥的处置、处置的加工技术，只结合相关内容与章节进行简介，请参考相关书籍，不再赘述。一、城市污泥的组成与特性污泥的种类是多种多样的，污泥的组成、性质和数量主要取决于废水的来源，同时也和污水处理工艺有密切关系。污水来源不同，污泥的组成、性质和数量也截然不同。同一种污水采用不同的处理工艺，其污泥的组成、性质与数量也会有很大的差异。城市污泥处理与利用技术措施选择的依据是城市污泥性质（物理、化学和生物），污泥组成这是污泥性质的基
3、础。预处理浓缩 脱水 有害性判别无害化处理 填埋干燥焚烧湿法氧化螺杆压榨机有害与塑料熔融集料资源填埋海洋还原醇、酸、酯、醛、醚、烃；芳香化合物；腐殖质等可溶性糖类；纤维素、木质素；脂肪；蛋白质等氧及其化合态城市污泥体系基本描述见图 1-2。其主要组成相的组成特点如上。（一）污泥有机物组成污泥有机物组成首先是它的元素组成，一般按碳（C）、氢（H）、氧（O ）、氮（N）、硫（S ）、氯（Cl）六种元素的构成关系（如质量分数）来考察污泥的有机元素组成。污泥有机物另一种组成描述方式是化学组成（或化合物组成、分子结构组成），由于污泥有机物分子结构组成状况十分复杂，因此应按其与污染控制与利用有关的各个方面
4、来描述其化学组成。其中包含：毒害性有机物组成；有机生物质组成；有机官能化合物组成；微生物组成。毒害性有机物组成，描述的是污泥中的毒害性有机物含量，所谓的毒害性有机物是按其对环境生态体系中的生物毒性达到一定的程度来定义的，各国均已公布的所谓环境优先控制物质目录中可找到相应的特定物质。污泥中主要的毒害性有机物有 PCBs、PAHs 等。有机生物质组成，是按有机物的生物活性及生物质结构类别对污泥有机物组成进行的描述。前者可将污泥有机物划分为生物可降解性和生物难降解性两大类：后者则以可溶性糖类、纤维素、木质素、脂肪、蛋白质等生物质分子结构特征为组分分类依据，对污泥有机质进行组成描述。这两种生物质组成描
5、述方式，能有效地提供污泥有机质的生物可转化性依据。有机官能化合物组成，是按官能团分类对污泥有机物组成进行描述的方法，一般包含的物质种类有：醇、酸、酯、醚、芳香化合物、各种烃类等。此组成状况与污泥有机物的化学稳定性相关。微生物组成，描述污泥的微生物组成主要是为了揭示污泥的卫生学安全性，用于描述的组成指标则应是相关致病、有害的生物含量（如各种致病菌、病毒、寄生虫卵和有害昆虫卵等）。由于污泥所可能含有的各种微生物种类繁多，为使组成描述更为高效，一般采用所谓生物指示物种的含量来描述污泥的微生物组成。我国一般采用大肠杆菌值、粪大肠杆菌菌落数和蛔虫卵等生物指标；国外为能间接地检查病毒的无害化处理效果，多将
6、生物生命特征与病毒相似的沙门氏菌列入组成分析范围。（二）污泥无机物组成污泥的无机物组成野生按其与污染控制与利用有关的各个方面来进行描述的，其中包含：毒害性无机物组成；植物养分组成；无机矿物组成等三个主要的方面。污泥的毒害性无机物组成，是按其毒害性元素的含量对污泥进行组成描述的，无机毒害性元素主要包含：砷（As ）、镉（Cd）、铬（Cr）、汞（Hg）、铅（Pb）、铜（Cu）、锌（Zn）和镍（Ni）8 种元素。考虑到无机元素的生物可利用性，除了按固相总含量进行组成分析外，还可按各毒害元素的生物水溶态、酸性水溶态和络合可交换态的比例进行相关元素含量的描述。污泥植物养分组成，是按氮（N）、磷（P）、钾
7、（K ）3 种植物生长需求的宏量元素含量对污泥组成进行的描述，既是污泥肥料利用价值的分析，也是对污泥进入水体的富营养化影响的分析。对污泥植物养分分组组成的分析，除了总量外也必须考虑其他化合状态，因此氮可分为（NH 3-N）、亚硝酸盐氮（NO 2）、硝酸盐氮（NO 3）和有机氮（Org-N）四类；磷一般分为颗粒磷和溶解性磷两类；钾则按速效和非速效分为两类。污泥的无机矿物组成，主要是铁（Fe）、铝（Al）、钙（Ca）、硅（Si ）元素的氧化物和氢氧化物。这些污泥中的无机矿物通常对环境而言是惰性的，但它们对污泥中重金属的存在形态（影响可溶性比例）以及污泥支建材的适用性有较大影响。（三）污泥流动相组成
8、污泥流动相主要由水以及溶于水中的各种有机物和无机物质组成，污泥中的水溶性污染物组成与城市污水中的相似，但一般浓度稍高，如污泥机械脱水上清液的溶解性 COD 在数百至数千的范围，比城市污水高数倍。值得注意的是，污泥中水的存在状态组成。Vesilind 等认为污泥中的水有自由水分、间隙水分、表面水分和结合水分 4 种存在状态。自由水分是污泥中流动不受限制的水分；间隙水分以毛细管力受污泥固体限制；表面水分以吸附力与固体结合；结合水则是固体的一部分。污泥中水的存在状态是污泥可脱水性的依据，利用机械应力脱除污泥水分的极限部分是全部自由水分和一部分间隙水分，其他存在状态的水分只能以热力干燥等方式才能脱除。
9、二、城市污水处理厂污泥特性（一）污泥中营养物质含量我国城市居民饮食结构有别于发达国家。居民住宅的卫生设施仍不十分完善，这部分污水大多未接入城市下水工程。因此造成城市污水污泥的有机物含量较低。除了有机物外，污泥中含有大量植物生长所必需的肥分，如氮、磷、钾等微量元素及有机腐殖质，这是城市污泥农业利用的基础。（二）污泥中重金属离子含量污泥中的重金属可分为两部分，一部分为水溶性的，可被植物吸收；另一部分为非水溶性的，不易被植物吸收。通常以土壤中可被 0.5mol 醋酸萃取的重金属量作为水溶性重金属离子含量可被植物吸取量指标。各种重金属对于动、植物的作用各不相同。微量重金属是动、植物必不可少的生长助剂，
10、浓度超过一定值后即产生毒害作用。主要表现为：抑制植物的生长，可使土壤贫瘠；在植物中，特别是在淀粉类块根中积累，然后经食物链进入人体或动物体内。城市污水、污泥中的重金属种类繁多，主要有Cu、Pb、Zn、Ni、Cr 、Hg、Cd 等。不同城市污泥中重金属离子含量存在着很大区别。城市性质、工业布局、地理位置等都会导致其重金属含量的差异。以处理生活污水为主所产生的污泥，重金属含量通常较低；以处理工业废水为主所产生的污泥，重金属含量则往往较高。（三）污泥中有毒有机物与微生物污泥中含有比污水中数量高得多的病原物主要有细菌类、病毒与虫卵等。常见的细菌有沙门氏菌、志贺氏菌、致病性大肠杆菌、埃希式杆菌、耶尔森氏
11、菌；常见的病毒有肝类病毒肠道病毒、脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒、轮状病毒等；常见的虫卵有蛔虫、绦虫卵等。各种病原体在环境中的存活力取决于病原体本身生存能力，也与环境的温度、湿度、光照、pH值等因素密切相关，有的仅存活几个小时，有的可存活数月直至数年。这些有毒物质与寄生虫卵与病毒，主要来自生活污水，在污水处理过程中，它们 50%以上浓缩到污泥中。污泥中所含细菌总数、大肠菌群、寄生虫卵及肠道致病等见表 1-24。城市污水厂污泥细菌与寄生虫卵均值表 表 1-24污泥种类细菌总数103 个/g（干）大肠菌群103 个/g（干）寄生虫卵103 个/g（干）肠道传染病析出率初沉污泥 471.7 200.1
12、23.3（活卵率 78.3%） 100%活性污泥 738.0 18.3 17.0（活卵率 67.8%） 66.7%消化污泥 38.3 1.6 13.9（活卵率 60%） 0任何进入环境的有机化合物均可能在污泥中发现。20 世纪特别是 50年代以来，化学工业的发展使人工合成的有机物种类与数量与日俱增，目前全球合成有机物总量已达 2.5 亿 t。这些有机物已经并正在通过各种途径进入环境，现已发现的就有数十万种，对人类生活环境造成了种种影响。在德国城市污泥中，已发现 332 种可能危害人体与环境的有机污染物，其中有 42 种被经常检出，而且很多是属忧控污染物。1989 年，美国环保局提出的污泥农用处
13、置规范中，曾特别提到需要监测的 25 种毒性有机物，并于 1993 年重新予以修订。其中有毒污染物主要是难分解有机氯杀虫剂，如艾氏剂、狄氏剂（Aldrin、Diedrin）、苯并芘（Benzopyrene）、氯丹（ Dimethyl-nitrosamine）、七氯（Heptachlor）、六氯代苯（Hexachlorobutaclience）、多氯联苯（polychorbiphenyls）等。由于这类优控污染物含量较高，农用后作物中的含量可能比未施用时土壤培养物高出 10 倍以上，因此可能对环境和人类具有长期危险性。我国在这方面研究工作起步较晚，但北京高碑店污水处理厂的污泥中已经检测到 35
14、种含氯芳香族化合物，并有 7 种已经定量化。广州市大坦沙污水处理厂的污水中已检测毒性有机污染物 54 种，主要包括邻苯二甲酸酯类、单环芳烃、多环芳烃、苯酸类、芳香胺类、芳香酸类、氨基甲酸甲脂衍生物和杂环化合物等，其含量在数十 ，最高达 80 。这些L/gL/g有机物通过颗粒吸附大量富集于污泥中，因此，污泥必须经过妥善处置后方可资源化用于农业。（四）污泥的 C/N 比与 pH 值和碱度我国城市污泥虽属高碳水化合物型，但由于工业废水占的比重较大，尤其轻纺工业发达，污泥中的氮含量较高，所以污泥碳氮比（C/N）仍可保持（1020 ）：1 的水平，污泥消化效果较好。pH 值是反映污泥消化过程中重要的指示
15、指标，原污泥和处于酸性发酵阶段的污泥 pH 值一般为 5.06.0，轻度偏酸；处于碱性发酵阶段的污泥pH 值一般为 7.08.0，中性轻度偏碱，各种污泥的 pH 值情况详见表 1-25.如果原污泥的 pH 值低于 5.0，应慎重考虑是否向消化池中投配污泥。如果消化后的污泥 pH 值低于 7.0，一般来说，消化过程受到了破坏。碱性发酵要求的 pH 值范围是很小的，一般消化池的负荷越高，碱性发酵阶段的 pH值也越大。消化池内 pH 值较高时，氨铵平衡会朝生成氨的方面发展，过多的氨会一致甲烷菌生长，使消化过程受到破坏。各种污泥的 pH 值 表 1-25污泥类型 新鲜初次沉淀污泥 新鲜二次沉淀污泥 消
16、化不好 的污泥 消化一般 的污泥 消化好的 污泥 消化很好 的污泥pH 5.07.0 6.07.0 6.57.0 6.87.3 7.27.5 7.47.8在污水处理厂污泥中存在有不同的碱度缓冲系统，主要有 CO2/HCO3碱度系统、NH 3/NH4+碱度系统、蛋白质化合物碱度系统等，各种污泥的碱度详见表 1-26。在污泥处理中，这些碱度系统对稳定的 pH 值的变化有重要意义。特别是在污泥消化处理过程中，正常情况下会有适量的有机酸生成，而碱度的存在中和了所生成的酸，使 pH 值得以稳定，保证碱性发酵的进行。各种污泥的碱度 表 1-26污泥类型 新鲜初次沉淀污泥 新鲜二次沉淀污泥 消化不好 的污泥
17、 消化一般的 污泥 消化好的 污泥 消化很好 的污泥CaCO3（mg/L）50010005001000有时50010002500 20003500 30004500 40005500碱度mmol/L 20402040有时2040100 801400 120180 160220（五）污泥的肥效与可燃性和热值污泥中含有大量的植物营养素、有机物及腐殖质等。污泥中的有机物、腐殖质能明显地改善土壤的物理、化学性能。提高土壤微生物的活性，改善土壤的结构，提高保水能力和抗蚀性能，是良好的土壤改良剂。污泥中的营养元素主要包括 N、P、K 等。氮能促进植物茎叶的生长，其中的硝态氮可被植物直接利用与吸收，氨氮在土壤中分解氧化后可被植物利用；
