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关键词:电镀污泥;危害;重金属;固化稳定化;生物技术
Abstract: Electroplating sludge containing high chromium, cadmium, zinc and other heavy metals, to the pollution of the environment, at home and abroad in recent years on electroplating sludge treatment technology of solidification stabilization technology, a landfill and stacking, heavy metals, recycling technology. The main processing technology undertook an analysis, think biology technology will make the future treatment of electroplating sludge within the field of an important research direction.
Keywords: Electroplating sludge; harm; heavy metal; solidification stabilization; Biotechnology
中图分类号: V261.93+1 文献标识码:A文章编号:
电镀污泥是指电镀行业中废水处理后产生的含重金属污泥废弃物,被列入国家危险废物名单中的第十七类危险废物。作为电镀废水的“终态物”,虽然其量比废水要少得多,但由于废水中的铜、镍、铬、锌、铁等重金属都转移到污泥中,电镀污泥对环境的危害要比电镀废水严重。如果对这种危害性极大的电镀污泥不作任何处置,其对生态环境的破坏是不言而喻的,另一方面,如果对电镀污泥中品位极高的重金属物质不加以回收利用,也意味着资源的巨大浪费。因此,对电镀重金属污泥进行无害化处置和资源化综合利用具有重大意义。
1 来源
电镀生产工艺如下图
在整个电镀生产过程中,在清洗过程中产生大量废水,去油除锈产生大量酸碱废水,电镀后的清洗废水中含有金属元素如:铜、铬、镍、锌、镉和有机金属光亮剂等。
电镀废水处理工艺主要采用化学法,而此办法处理电镀废水后形成许多的沉淀物,统称为电镀污泥。由于电镀废水自身含有Cr、Zn、Cu、Ni等重金属离子,在处理过程中又加入NaClO、Na2S、FeSO4、NaOH、Ca(OH)2等各种化学药剂,因此电镀污泥的成分十分复杂。
2 危害
电镀污泥是一种废渣,属于危险废物,因此,必须按照国家有关危险废物管理办法,进行妥善处置,否则将造成二次污染。电镀废水处理过程中产生的污泥含有有害重金属,它具有易积累、不稳定、易流失等特点,如不加以妥善处理,任意堆放,其直接后果是污泥中的铜、镍、锌、铬等这些重金属在雨水淋溶作用下.将沿着污泥一土壤一农作物一人体的路径迁移,并可能引起地表水、土壤、地下水的次生污染,危及生物链和人体健康,造成严重的环境破坏。
3 电镀污泥处置技术
尽管污泥的总量比废水小,但要处理好污泥却比处理废水还困难难。针对电镀污泥的特点及其危害性.从环境污染防治和资源循环利用的角度考虑,电镀污泥的处理有以下两个原则:一是经过处理后,污泥不会引起二次污染,即无害化处置;二是对污泥中的重金属资源进行综合回收,即资源化利用。
3.1 固化稳定化技术
固化过程是利用添加剂改变废物的工程特性(例如渗透性、可压缩性和强度等)的过程,主要包括:水泥固化、石灰固化、热塑性固化、熔融固化、自胶结固化。常用的固化剂有水泥、沥青、玻璃、石灰和热塑料物质等。其中水泥固化[1]是最常用的固化技术,水泥固化具有对电镀污泥等重金属废物处理十分有效、投资和运行费用低、原料廉价易得,操作简单,固化体稳定等优点。但它也存在占地面积大。固化体内重金属不稳定等缺点。针对这一问题,近年来提出了用高效稳定剂进行无害化处理的概念[2]。
3.2 填埋和堆放
填海曾经是电镀污泥处置的一条途径[3],但为了保护海洋,美国和欧美都相继禁止了固体废物填海处置,因此目前电镀污泥等固体废物的主要处置办法为安全填埋。电镀污泥的主要污染成分Cr(OH)3,当暴露于空气中,能在碱性条件下,被空气中的O2氧化,使Cr3+可逆性转变成Cr6+,电镀污泥若不加处理而任意堆放填埋,受到风吹雨淋,会致使污染扩散,给环境带来更加严重的后果。
3.3 回收电镀污泥中的重金属
在电镀污泥中回收重金属的方法主要有[4-6]:浸出-沉淀法、电解法、熔炼法、氢还原分离法等。
浸出-沉淀法主要有酸浸和氨浸两种工艺。酸浸法的主要特点是对铜、锌、镍等有价金属有较好的浸出效果,但对杂质的选择性较低;氨浸法则对铬、铁等杂质有较高的选择性,但对铜、锌、镍的浸出率较低。目前国内外主要采用氨浸。氨浸法主要利用在弱酸条件下NH3-(NH4)2SO4体系中金属元素生产的不同的产物将其分离[7]。采用氨络合分组浸出-蒸氨-水解渣硫酸浸出-溶剂萃取-金属盐结晶回收工艺,可从电镀污泥中回收绝大部分有价金属,铜、锌、镍、铬、铁的总回收率分别大于93%,91%,88%,98%,99%[8]。
电解法主要针对含Fe(OH)3和Cr(OH)3组分的污泥,武汉冶炼厂将一定量的水和H2SO4加入到污泥中,沸腾后静止、过滤,滤液移至冷却槽,在滤液中加入1~2.5倍的硫酸铵,生成Cr2(SO4)3和Fe2(SO4)3,根据铬矾和铁矾溶解度的不同而达到铬、铁的分离,可回收90%以上的铬。
熔炼法主要以回收电镀污泥中的铜、镍为目的[9],以煤炭、焦炭为燃料和还原物,辅料有铁矿石、铜矿石、石灰石等。熔炼以铜为主的污泥,炉温在1300℃以上;熔炼以镍为主的污泥,炉温在1455℃以上。
3.4 材料化技术
电镀污泥的材料化技术是指利用电镀污泥为原料或辅料生产建筑材料,制作肥料,或者其它材料的过程。
烧砖法是真正能够大量消纳污泥的电镀污泥处置和利用方法。龙军等人[10]将电镀污泥与黏土按一定比例制成红砖和青砖并对样品进行浸出实验,结果表明青砖浸出液中午Cr6+检出,是安全可行的,但要采用合适的配比,否则其它金属的浓度可能超过国家标准。
含锌、铜的氢氧化物污泥可以加工制成锌、铜复合肥[11].研究表明,锌、铜复合肥能促进早稻的前期生长,而且能够提高水稻叶片中叶绿素含量,对减轻早稻僵苗,有明显作用。
4 分析与展望
电镀污泥的成分和性质十分复杂,其有效处理一直是研究的重点和难点,目前通行的固化污泥的做法,存在着再次污染环境的危险。因此,开发适应可持续发展的电镀污泥处理方法是迫切的,而电镀污泥资源化利用是进展最为迅速的。其中生物技术在环境污染治理方面已显现强大的优势,生物方法将为电镀污泥处理提供新的发展方向。
参考文献:
[1]贾金平,杨骥.电镀重金属污泥的水泥固化/稳定化处理[J].上海环境科学,1999,,1(5):229-232.
[2]赵由才等.危险废物处理技术[M].北京:化学工业出版社,2003
[3]王伟等.我国的固体废物处理处置现状与发展[J].环境工程,2003,21(4):44~47
[4]梁俊兰.从电镀污泥中回收镍[J].有色冶炼,1999,28(6):46-48.
[5]陈凡植,张岸飞等.含铜镍电镀污泥的综合利用[J].环境与开发,2001,16(1):20-25.
[6]陈凡植,陈庆邦.从铜镍电镀污泥中回收金属铜和硫酸镍[J].化学工程,2001,29(4):28-33.
[7]祝万鹏,杨志华,关晶等.多组分电镀污泥酸浸出液中铁的分离[J].化工环保,1997,17(1):6~11
[8]祝万鹏,杨志华,李力佟.溶剂萃取法提取电镀污泥浸出液中的铜[J].环境污染于防治,1996,18(4):12~15
[9]李红艺,刘伟京,陈勇.电镀污泥中铜和镍的回收和资源化技术[J].中国资源综合利用,2005,3(12):7~10
[10]贾金平等.富铁电镀污泥合成磁性探伤粉的研究[J].上海环境科学,1996,15(4):31~33
[11]张锡明.浅谈电镀污泥的金属回收和无害化处理[J].资源节约和综合利用,1990,(3):41~44
作者简介:
污泥的典型特点是含水率高、容量大,这就使得污泥的运输、堆放、利用等变得更加困难,因此,对于污泥处置的减量化、稳定化、无害化、以及污泥的资源化利用变得倍受关注。目前,我国每年排放的干污泥大约9.0×106t,占我国总固体废物的3.2%左右,并且每年以大约10%的速率在增加[1]。污泥处置不利必然会造成很多环境问题。
2污泥处置常用技术
国内外污泥处置的基本方式主要包括:堆肥、焚烧以及卫生填埋等。此外,污泥还可以被用来制作饲料、对污泥进行干化和热处理,以及生物干化等。(1)污泥的资源化利用—堆肥。通过微生物的好氧氧化和降解作用使得干污泥中有机物转化形成稳定的有机肥料的过程。污泥中的有机物、氮和磷等的含量比一般农家厩肥高,并含有一定的钾及其他微量元素[2],堆肥后的污泥可以作为土壤的改良剂[3]。污泥既可单独进行堆肥处理,也可与其他物质(如城市垃圾、木屑等)混合进行堆肥。经过堆肥化处理后的污泥,不但能够增加可供植物利用的有效养分,还可以降低污泥中重金属的生物效益。并且可以根据污泥养分含量、土壤养分状况及植物对养分的需求,加入一定量的成分,并补充必要的微量元素,制成复合有机肥料[4]。有关研究表明,将城市污水处理厂的剩余污泥经好氧发酵,再与粉煤灰、无机肥料等混合制成的有机复合肥,其肥效与氮、磷、钾复合肥相当。经过堆肥化处理的污泥,尽管解决了其含水量高、易腐烂发臭、含病原菌及寄生虫(卵)等有害特性,但是其中的难降解有机物、重金属等并不能得到有效去除,所以对于重金属超标以及难降解有机物高的污泥要寻找其他有效的解决方法。(2)污泥焚烧。由于污泥中含有较多的有机物,因此其具有一定的热值,可以进行焚烧处理。污泥经脱水焚烧或干化后再进行焚烧处理,可以彻底杀灭污泥中的病菌、病原体,而且可以氧化和分解其中的有毒有害有机物[5]。对于远离城市的垃圾填埋场来说,污泥焚烧处理是相对经济高效的。污泥焚烧是比较彻底的方法,减量率可以达到95%左右。焚烧后的污泥中的化学成分比较接近制砖黏土,因此在焚烧后的污泥中加入适量其他材料(如黏土、硅砂等),可以烧制出类似于黏土实心砖的人造空心砖,不但重量轻、强度高,而且具有隔热、保温及抗震等特点,这样可以实现在减少自然资源消耗的同时,还可以减少占用固体垃圾填埋场,但是污泥焚烧厂的建设要求较大的投资成本,高昂的设备运行和维修费用以及严格的管理要求,并且,污泥焚烧的温度应高于850℃,若控制不当容易产生大量二氧化硫、二噁英和盐酸这样的有毒有害物质。此外,污泥中的营养物质在焚烧过程中也被破坏了。(3)污泥卫生填埋。目前在我国采用较多的污泥处理方法—卫生填埋,即将经过脱水、干化后的污泥运送至固体垃圾填埋处理场,和城市垃圾一起进行卫生填埋,要求处理后的污泥含水率尽可能小,且有较高的承载能力。这种方法的突出特点是处理迅速、花费的成本低,同时能够达到城市污水处理厂外运处置污泥的需求。但同时也提高了对垃圾填埋场的建造要求,必须在满足地下水位和土壤渗透系数低的前提下建造固体垃圾填埋场;其次,垃圾填埋场不仅要铺设防渗性能好的材料还必须具备收集及处理垃圾渗滤液的装置,以有效防止对土壤及地下水的污染。但是污水处理厂的脱水污泥一般含水率较高,恶臭气味也很大,容易造成填埋场渗滤液收集系统的堵塞以及蚊蝇的孳生。更主要的是大部分现有垃圾填埋场的设计、建造所采用的标准不高,对污染缺乏必要的控制措施,稳定性差等一系列问题。因此,垃圾填埋只是延缓了污染并不能从根本上消除污染。(4)制作饲料。污泥中含大量蛋白质或脂肪酸等营养物质,其中,粗蛋白质约占28.7~40.9%,以氨基酸形式存在的粗蛋白质含有量能够占到粗蛋白成分的70%,属于一种良好的蛋白饲料。生活污水和工厂有机废水所产生的剩余污泥中含有大量可以作为鱼、蟹、家禽等的饲料的细菌类及原生动物。将经过灭菌处理的污泥制成饲料,可以大大丰富养殖业的饲料来源。(5)污泥干化和热处理。在高温和高压的作用下,将污泥的胶凝结构破坏,同时达到消毒灭菌的效果。污泥干化可以实现污泥的减量化、稳定化、无害化;污泥经过干化后可以作为农作物肥料、土壤改良剂或者能源的替代品等。直接干化和间接干化的污泥干化的两种方法。污泥直接干化是利用燃烧烟气对污泥直接加热,在高温条件下,污泥在干化的同时,污泥中的大部分有机物质完成分解。该方法的不足之处在于能耗大,处理成本高。并且对加热温度的控制也比较困难,温度过高污泥中的有机成分容易被破坏;间接干化法是用蒸汽或热油等热媒进行间接加热处理,该方法是在低温下进行,一般不超过120℃,在改善生产环境的同时可以防止污泥中有机物的分解。(6)生物法污泥干化。为实现污泥处理减量化、无害化、资源化利用,张维民先生成功地研发出了生物法污泥干化的成套技术。其核心技术就是DM活化素。DM活化素可以有效降解污泥中的有毒有害有机质,其制品以孢子状态存在,含有的有益微生物具有解磷、解钾和固氮等作用。并且,含有对土壤、植物以及自身产生较强激活作用的活性生理物质。
3总结
关键词:丝状菌,生物相结构,生物絮体
Research on the Relationships between Filamentous Organisms and
Flocculate Structure in Activated Sludge
Abstract:The relationships between filamentous organisms and flocculate stucture in the activated sludge were studied in this paper. It was found that the structure of activated sludge could be pided into six types. The proportion of each type and the action of filamentous organisms on the formation of sludge structure would be different under different treatment processes and operating condition. Sludge bulking could be pided into structure filamentous organisms bulking and non-structure filamentous organisms bulking,different measure should be taken in order to control the bulking.
Keywords:filamentous organisms; biofacies structure; bio-flocculate
丝状微生物是一大类菌体相连而形成丝状的微生物的统称,其中包括丝状细菌、丝状真菌、丝状藻类等[1]。荷兰学者Eikelboom将丝状微生物分为29个类型、7个群,并制成了活性污泥丝状微生物检索表。
丝状微生物的功能与结构形态密切相关,长丝状形态有利于其在固相上附着生长,保持一定的细胞密度,防止单个细胞状态时被微型动物吞食;细丝状形态的比表面积大,有利于摄取低浓度底物,在底物浓度相对较低的条件下比胶团菌增殖速度快,在底物浓度较高时则比胶团菌增殖速度慢。许多丝状微生物表面具有胶质的鞘,能分泌粘液,粘液层能够保证一定的胞外酶浓度,并减少水流对细胞的冲刷,其中还含有特定的抗体,以防止其他生物附着。
丝状微生物种类繁多,对生长环境要求低。其本身生理生长特性很特别:增殖速率快、吸附能力强、耐供氧不足能力以及在低基质浓度条件下的生活能力都很强,因此在废水生物处理生态系统中存活的种类多,数量大。如何使丝状微生物相互聚集,使之在废水处理中达到较好的泥水分离效果,如何确定丝状微生物同其他微生物的相互作用,以及不同丝状微生物的最适需氧量等,都是需要进一步研究的问题。
1 试验设计及过程
试验分别在本院给水排水实验室、重庆市唐家桥污水处理厂、重庆市渝北区城南污水处理厂进行。活性污泥采样自本实验室活性污泥法小试反应器、唐家桥污水处理厂和城南污水处理厂的曝气池、初沉池和二沉池。通过镜检观察记录活性污泥絮体大小、形态和结构,对不同反应器的丝状微生物进行鉴定,从而寻找丝状微生物与絮体形态结构之间的关系。试验历时5个月。
丝状微生物鉴定采用Eikelboom法,镜检观察以下八项特征:①是否存在衣鞘;②滑行运动;③真、假分枝;④丝状体长度、形状、性质;⑤细胞直径、长度、性质;⑥革兰氏染色反应;⑦纳氏染色反应;⑧有无胞含体(聚-β-羟基丁酸PHB、硫粒、多聚磷酸盐等)。染色采用石炭酸复红染色法、革兰氏染色法、纳氏染色法和积硫试验法。通过目微尺测定污泥絮体直径,记录各种大小、形状和结构的絮体数量,归纳污泥絮体的主要类型及特征。通过大量观察,寻找丝状微生物种类、浓度与污泥絮体大小、形状、结构的关系。
2 试验结果
2.1 絮体结构形态类型
通过大量的观察发现,活性污泥在正常运行和膨胀时呈现不同的结构形态和种类。正常运行时活性污泥结构形态可分为四类,Ⅰ型:致密、细小,看不到丝状菌为骨架的污泥;Ⅱ型:有明显丝状骨架、呈长条形的污泥;Ⅲ型:厚实、具有网状结构的巨型污泥;Ⅳ型:有孔洞结构的巨型污泥。污泥膨胀时其结构形态可分为两类,Ⅴ型:结构丝状菌大量生长、伸长,絮体结构松散;Ⅵ型:非结构丝状菌大量生长,不形成絮体。
试验过程中发现,Ⅰ型污泥在两污水厂正常运行的曝气池中所占比例较低,城南污水厂为10%左右,唐家桥污水厂更低,而在二沉池上清液中比例较高,因此它是从良好结构的污泥上脱落下来的,在二沉池随出水流失。正常运行时长条形污泥、网状污泥和孔洞污泥(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型)占很高比例,两污水厂中均占90%以上。根据絮体伸出的部分丝状菌,可以判断这些具有良好结构的污泥是以丝状菌为骨架,胶团菌附着于其上而形成的。它们是去除有机物的主要部分。
在混合液中可见到其他丝状微生物游离于菌胶团之外,见不到附着生长物,三种样本见到的菌种有:球衣菌、发硫菌、0803型、0581型、硬发菌、链球菌等,但数量都十分少。
试验过程中,城南污水厂由于发生停电事故时仍保持进水流量,发生了结构丝状菌大量增殖的现象,污泥结构呈松散状(Ⅴ型),SVI达到142 mL/g干污泥;待供电正常,按正常方式运行一段时间后,污泥结构恢复正常,SVI回落至90 mL/g 干污泥。而活性污泥小试过程中多次出现污泥膨胀,泥水分离困难(Ⅵ型),SVI高达500 mL/g 干污泥以上,调节运行方式仍不能控制,镜检发现球衣菌、发硫菌大量增殖,最终通过投加漂白粉杀生剂再经逐步培养才恢复正常。
2.2 微生物鉴定结果
根据Eikelboom法对作为污泥良好结构骨架的丝状菌进行鉴定,发现各处取样污泥的结构丝状菌特征一致:丝状体直径1.5~2 μm,丝体长200 μm左右,不运动,略弯,在絮体内扭曲,细胞呈柱状,长0.5~4 μm,直径0.7~1.0 μm,有鞘,横隔明显,常见分枝,有大量附着生长物,无硫粒,革兰氏染色阴性,纳氏染色可见兰灰色颗粒,呈阳性。
查丝状微生物鉴定表,找不到特征完全相符的种,比较接近的是Eikelboom1701型。Eikelboom1701的特征是:链状圆柱形细胞,被鞘紧裹,丝体长100~200 μm,偶尔超过200 μm,虽然丝体正常时稍弯,但可有很强的盘绕性,细胞长2.5~3.5 μm,直径0.5~0.9 μm,有鞘,有时可见PHB黑色小颗粒,横隔和缩缢明显,偶有假分枝,常有大量附着生长物,无硫粒,革兰氏染色阴性,纳氏染色阳性。
3 分析与讨论
3.1 絮体形成过程
许多絮体可以同时具有Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型污泥的多种特征,在絮体中心部分为孔洞结构,向四周伸展的长条形污泥相互搭接形成网状结构,最外侧则可见新伸出的骨架丝状菌。从这种污泥的形态可以推断其形成过程为:结构丝状菌交织生长,胶团菌附着其上形成新生污泥,新生污泥逐渐成熟形成条状、网状污泥,在氧和营养物充足等条件下,网状污泥的胶团菌增粗,网孔逐渐变小形成孔洞状,最后孔洞被填实,而结构丝状菌的伸出为胶团菌提供了新的附着面,包裹形成新的条状污泥,条状污泥相互交织又形成新的网状污泥,重复上述过程,形成更大的污泥絮体。
一些污泥能见到成节的形态,大的孔洞结构污泥之间由细的条状污泥连接,有的由丝状微生物连接,这种污泥的形成可能是絮体成长到一定成熟度后,由于内部供氧不足,促进了包埋于其中的结构丝状菌的生长,将絮体撑开导致结构松散形成节状。
还有极少量的污泥,可以见到极粗大的丝状骨架,上面附着胶团菌,经多次对比鉴定,这些丝状骨架为死亡累枝虫的杆,由于结构松散,这类污泥易于在二沉池发生漂浮,因此保持原生动物稳定的生长条件可以有效地减少二沉池的污泥上浮。
3.2 丝状微生物与微生态群落的关系
试验表明,胶团菌与结构丝状菌之间相互依存,丝状微生物形成了絮体骨架,为絮体形成较大颗粒同时保持一定的松散度提供了必要条件。而胶团菌的附着使絮体具有一定的沉降性而不易被出水带走,并且由于胶团菌的包附使得结构丝状菌获得更加稳定、良好的生态条件,所以这两大类微生物在活性污泥中形成了特殊的共生体。
根据生态学的观点,环境因子对微生物个体的影响首先是影响某些敏感生物,然后通过微生物之间的相互作用逐步传递,最终当影响超过一定限度时引起结构上的波动。正是因为生态系统中生物种类多,并按一定结构组成了微生态群落,环境压力在逐级传递过程中受到消减,所以生态系统具备了一定抗冲击负荷的能力。与纯培养相比,生态系统能通过优势种群的变化维持良好的结构,而纯培养只需轻微刺激就会引起强烈反应,直接破坏其脆弱的结构。这也是保证活性污泥微生态群落稳定性的根本原因。
根据本试验结果,可以将活性污泥微生态群落描述如下:活性污泥微生态群落由不同大小的群落组成,具有良好沉降性和传质性能的菌胶团以结构丝状菌为骨架,胶团菌附着其上而形成,具有不断生长的特性,增长过程和老化过程中脱落的碎片及其他游离细菌将由附着或游离生长的原生动物和后生动物捕食清除。而少量以无机颗粒为核心形成的致密颗粒也可能存在于系统之中,并具有良好的沉降性能。有些死亡的原生动物尸体被胶团菌包裹,形成巨型污泥,其内部易产生反硝化作用形成气泡在二沉池漂浮流失。
在正常运行条件下,具有结构丝状菌的絮体占优,非结构丝状菌的数量很少,其表面不易为胶团菌附着,彼此存在拮抗关系,这种系统是相对稳定不会轻易改变的。所以在两个污水厂长期运行过程中未发现非结构丝状菌膨胀。而活性污泥小试时各种条件不易控制,屡屡造成非结构丝状菌膨胀,采用改变负荷等办法均不能解决,根据非结构丝状菌与菌胶团的关系,解决的根本办法在于彻底将其清除,故只能采用投加杀生剂的办法使膨胀得到控制,尽管胶团菌也会受到影响,但它们相互聚集成团,只有表面少量细菌受到伤害。由于停电事故,城南污水厂曾出现污泥膨胀现象,经镜检为结构丝状菌膨胀,大量结构丝状菌从絮体中伸出,根据结构丝状菌与胶团菌的共生关系,只需创造有利于胶团菌增长的条件就能使污泥沉降性能改善,实践中采用适当排泥增加曝气量的办法,污泥指数很快恢复正常。
有关活性污泥中丝状菌作用的资料很少,多将丝状菌描述为在菌胶团内部生长或伸出、游离生长三种情况。试验中根据大量观察发现,活性污泥总能保持一定的宏结构,未见到密实的大颗粒状污泥,微小的菌胶团数量也少。从理论上讲,如果胶团菌附着在一种静止的载体上,将不断增长变厚,直到内部形成厌氧状态发生反硝化作用产生气泡而剥离载体,这样就极易形成大量碎屑的菌胶团,胶团菌自身不可能形成条状、网形结构,只有一种可能性:结构丝状菌与胶团菌构成此消彼长的关系,即结构丝状菌位于胶团菌内部特别是菌胶团较厚时有利于其生长,从而伸长使得包裹在外层的胶团菌不致于过厚形成厌氧状态,其有利条件可能是内部的低氧状态,而一旦结构丝状菌暴露在混合液中时,正常环境条件不利于其生长,待胶团菌包附之后才重新再次生长,如遇供氧不足等条件时,结构丝状菌大量伸出,则发生结构丝状菌引起的污泥膨胀。
4 结论
① 活性污泥正常的形态结构可分为四种类型,Ⅰ型:致密、细小,无丝状菌骨架;Ⅱ型:有明显丝状骨架的长条形;Ⅲ型:厚实且具有网状结构;Ⅳ型:孔洞结构。污泥膨胀时其结构形态可分为两类,Ⅴ型:结构丝状菌大量生长、伸长,絮体结构松散;Ⅵ型:非结构丝状菌大量生长,不形成絮体。
② 具有良好结构的活性污泥絮体以结构丝状菌为骨架,胶团菌附着于其上,结构丝状菌喜低氧状态,在胶团菌的附着下,不断生长伸长,形成条状和网状污泥;没有丝状菌为骨架的絮体颗粒很小,附着于累枝虫等原生动物尸体上的絮体易产生反硝化作用,它们都易随二沉池出水流失。
城市生活污水处理后的污泥,一般含水率约80%,富含有机质等营养成分,又含有一定量的重金属和病毒、病原体、寄生虫卵等有害物质,污泥处置不当会造成严重的二次环境污染。目前国外污泥主要的处置方法有一下三种:
1.土地填理
在过去,许多发达国家都采用土地填埋的方法来处理污泥,且占有很大的比例(约40%左右)。在我国,土地填埋也是主要的方法。该法的处理过程非常简单,特别适于质量较差的污泥,但需要场地和大量的运费,地基需作防渗处理以免污染地下水和散逸臭味。另外,适合充填的土地逐年减少。美国环保局估计今后20年内,美国6500个填理场将有5000个关闭,有的州已无场地可供堆放。
2.投弃海洋
在一些靠海的国家和地区,大型的污水处理厂常直接将液态污泥排海或将脱水污泥直接投海。这是一种方便而经济的处理方法,但此法会危害海洋生态系统及人类食物链,造成全球范围内的危害。1988年美国已禁止向海洋倾倒污泥,并于1991年全面加以禁止。欧共体在1991年5月颁布《DirectiveConcerningUrbanWastewaterTreatment》中指出:在1998年12月31日起,不得在水体中处置污泥。
3.焚烧法
在欧美,当污泥中重金属或其它有毒物质含量高而不适用于农业利用的情况下,常采取焚烧法。污泥经焚烧后产生无菌、无臭的无机残渣,并大大减少了体积,是一种可靠而有效的污泥处置方法。污泥焚烧灰能有效地用在沥青填料和轻质基材等建筑材料,如做砖的主要原料。燃烧产生的热可以用来供电。但焚烧法设备及运行费用昂贵,易造成大气污染,仍存在有1/3左右固体重量的废弃物,以灰分的形式存留下来。
但是,以上这些处置方法均不能实现对污泥的综合利用,存在一定的社会及环境问题,不是污泥处置的最佳出路。对我国这样一个发展中国家而言,综合利用尤其是农业利用无疑是较好的选择,实现污泥的有效利用、变废为宝,使之资源化并产生经济效益,将成为污泥处置的发展方向。
二、污泥再利用的技术工艺路线
在城市生活污水水处理的污泥中,一般含水率约80%,有机质成份含量约45%~55%.利用污泥制造有机复合肥过程是将污泥经800℃~1000℃高温烘干,杀灭病菌、虫卵,保存有机厉份不受破坏且除去有害菌(进行无害化处理),接入有益菌培养,消除污泥的臭味,增加污泥中的营养元素,再添加氮、磷、钾有效成分,增加污泥中的养分含量,经造粒、低温烘干等工艺,将污泥制成具有生物活性、全营养、无公害的有机复合肥。从而为水处理后的污泥找到了很好的出路,并增加了污水处理厂和设备生产厂家的经济效益、社会效益,使污泥变废为宝,减少了环境污泥,保护了人类赖以生存的自然环境,同时又有利于生态农业的发展。
此外,可根据实际情况,在污泥高温烘干工艺前,增加污泥的晾晒或对沤工艺,高湿污泥经晾晒或堆沤工艺可降低污泥含水率,有效节约烘干能源,从而降低烘干成本;污泥也可直接进入烘干机烘干,减少晾晒或堆沤的使用场地,从而节约占地面积。
三、污泥臭味解决方案
污泥未经处理直接造肥其臭味是一个突出的问题。产生臭味的原因是因为城市污水处理厂的污泥含有部分带有臭味的物质,如硫化物、氨、腐胺类等,所以当将之加工成肥料变成商品来储存和施用时,仍会向四周散发臭味,继续污染环境。这样就大大降低了污泥肥料的商品价值,并将直接影响到肥料在市场的生存和发展,因此必须予以解决。
目前,对于这种臭味的去除方法主要有:化学方法、物理除臭法、生物除臭法。生物除臭是通过微生物的生理代谢将具有臭味的物质分解转化,达到除臭的作用。前两种方法的优点是较为简捷,其缺点是除臭效果不太好,且不是增加了污泥的碱度就是增加了污泥的体积。生物除臭法的优点是:除臭效果好;经过微生物除臭还可进一步降解污泥中各种大分子元素,增加其利于植物吸收的营养成份;通过污泥除臭依靠微生物发酵产生的生物热,可使污泥进一步干燥,降低污泥烘干成本;这些具有除臭功能的微生物多是土壤中的有益微生物菌群,它有改良土壤的团粒结构、改善土壤生态环境,抵抗有害微生物的功能。缺点是:除臭所需时间较长,占地面积大。
考虑到国内许多中小型污水处理厂没有消化工序,产生的是生污泥,利用生物除臭的方法可以起到污泥消化工序的作用,所以采用生物除臭法较好。试验表明,利用有益微生物可清除污水处理厂中污泥的臭味,增加了其利于植物吸收的营养成分(如:速效有机碳的含量)。同时通过污泥除臭过程中微生物发酵产生的生物热,可使污泥得到进一步干燥,降低污泥干化成本,增加污泥肥料的市场竞争力。
四、城市污泥资源化的研究与利用
(一)污泥的土地利用
用于土地利用的污泥通常是剩余活性污泥。污泥中丰富的有机物和N、P、K等营养元素及植物所必须的各种微量元素Ca、Mg、Cu、Zn、Fe等能够改良土壤结构,增加土壤肥力,促进作物的生长。污泥的土地利用是一种积极的,有效而安全的污泥处理方式。在国外,污泥及其堆肥作肥源农用,已有60多年的历史,城市污泥农用比例最高的是荷兰,占55%;其次是丹麦、法国和英国,占45%;美国占25%。在我国的京、沪、津等地污泥农用也有二十几年的历史。
1.农田上的利用
(1)污泥农用后对土壤的改良
山西郭湄兰等人的盆栽和田间试验表明:施用污泥后,土壤中N、P、K、TOC等营养成分及田间持水量、CEC、团粒结构、土壤空隙度都相应增加,土壤结构得以明显改善。
(2)施用污泥对作物产量和品质的影响
日本有研究表明,污泥施用对绝大多数作物都有良好的肥效作用,以叶菜类增产最多,同时可改善蔬菜因缺微量元素而引起的品质下降。污泥对种子发芽有促进作用,但对幼苗的生长却有抑制作用,抑制物为有机酸和醛等。
(3)污泥中有毒物质的影响及控制办法
污泥农用的有毒物质主要为重金属和病原菌。前者易通过食物链而富集,研究内容包括作物各部位富集量的多少、存在形态及其富集量的影响因素;控制方法是根据有关标准(如国家土壤环境质量标准)提出施用年限、施用原则和方法。而后者则可通过消化、堆肥将其大部分消灭。
2.林地利用
污泥用于造林或成林施肥,不会威胁人类食物链,林地处理场所又远离人口密集区,所以很安全。由于森林环境的强大影响,也由于林地、荒山往往比农田更缺乏养料,致使病原微生物的存活时间大大缩短,使过量的N、P养料得以充分利用。美国在60年代初就有过这方面的研究,且取得令人满意的效果:施用1年后,供试的树木在树高和胸径的生长上随使用量的增加而增加;地下水中硝态氮的含量虽可能超过地下水质标准,但可通过多次少量施用的方式解决。
3.园林绿化的利用
干污泥和污泥堆肥用于城市绿化及观赏性植物,既脱离食物链,减少运输费用,节约化肥,又可使花卉的开花量增加,花径增大,花期延长。
4.用于严重扰动的土地改良
垦荒地、贫瘠地等施用污泥堆肥,可改善土壤结构,促进土壤熟化。可将污泥以表施和耕层施肥(25~40cm)施于城市废弃物垃圾场后,播种牧草,以尽快覆盖地表,过2~3年后牧草长起来,再植树造林。
5.其他利用
(1)因污泥中含有蛋白质、维生素和痕量元素,利用净化的污泥或活性污泥加工成含蛋白质的饲料用来喂鱼,或与其它饲料混合饲养鸡等,可提高产量,但肉质稍差。
(2)将污泥制成砖、玻璃及其他轻质材料,也存在强度差及其它问题,需寻求适当的改善办法。
(3)向污泥中添加Ca3(PO4)2,制成复合有机肥料,在美国,已有不少工厂以污泥为原料进行堆肥化,制成颗粒肥料,并以商品在市场上出售。据悉,在我国的深圳已将污泥与畜禽粪混合出售。吴启堂等利用污泥所具有的强粘性,成功地用污泥代替白泥作复合肥的粘结剂。
(4)科学家们已成功从活性污泥中分离出聚3-羟基丁酸及3-羟基戊酸,用于合成生物可降解塑料。
五、污泥再生利用对社会产生的效益
1.经济效益分析
利用污泥开发制造有机复混肥,可使城市污水处理厂省去污泥的卫生填埋或焚烧费用,提高资源利用率(污泥填埋占用可耕地)。中科院生态环境研究中心的研究表明:每平方米城市污水处理厂污泥引起环境损失值为38元,这不包括其中的运输费用。保定市污水处理厂年产污泥约为2.7×104立方米,每年引起的环境损失值为103万元,若将污泥加工成活性有机复混肥,年产量为5000吨,年创利润为100多万元,因此,利用污泥开发制造有机复混肥在经济上是可行的,具有显著的经济效益。
2.社会效益分析
目前,我国拥有已建成及在建、拟建的污水处理厂近千家,随着国家对环保要求的提高、人们环保意识的增强以及城市化进程的加快,对污泥的处理与利用成了一个迫切的需要解决的问题,污泥处理不好会造成对环境的二次污染,造成一系列的社会问题。利用污泥制造有机复合肥可使污泥化害为利,既减轻了国家对污泥处理的经济负担,又对农业生产产生积极的推动作用,发展前景广阔;同时,杜绝了污泥焚烧和填埋造成的二次污染。
关键词:污泥处理、污泥处置、标准化
中图分类号:U664.9+2 文献标识码:A 文章编号:
1、前言
随着政府逐年增加对污水治理工程的投人,污水处理厂和污水处理率也在逐年增加。受各种因素的制约,我国的污泥处理、处置始终没有得到应有的重视,缺乏有效的手段和配套措施,尤其是污泥处理、处置技术缺乏统一的规范,这给我国污泥处理、处置的工程建设和运行管理带来诸多难以解决的现实和潜在问题。因此认清我国污泥的处理、处置现状,不断寻求污泥处置、利用的合理途径对于解决我国肥料资源紧缺的状况及对资源的再利用均有十分重要的意义。
2、我国污泥处理现状
我国虽然已经开始对污泥进行处置,但长期以来我国只着重废水处理,很多城市未把污泥的处理作为污水厂的必要组成部分,往往是污水处理厂建成后,污泥处理系统要经历相当长的时间后才着手建设,这使得污泥处理率很低;而且国家没有污泥排放标准,污水处理厂制定各项管理制度也主要是针对污水的对污泥的管理基本是一项空白。不仅如此,我国现有城市污水厂的污泥处理工艺技术也很不完善,有些污水处理厂所采用的污泥处理技术已经是发达国家所淘汰的技术,其水平还停留在发达国家的20世纪70至80年代的水平,有的甚至是国外60年代的水平,而且有些污泥处理技术根本下适用于国内的污水污泥特性,对所采用的技术缺乏必要的调查研究。污泥处理设备也比较落后、性能差、效率低、能耗高,专用设备少,未能形成标准化和系列化。污泥经过浓缩、消化稳定和干化脱水处理的污水厂仅占城市污水厂的25%左右,不具有污泥稳定处理的污水厂占56%,不具有污泥干化脱水处理的污水厂约占49%。大量没有经过稳定处理的污水污泥将对环境产生严重的二次污染。
2、污泥处理的研究
2.1污泥减量化技术
污泥减量化机理的研究目前已成为研究热点,其原则是使污泥尽量消灭在污水处理系统中。一是研究污泥生物减容技术,利用嗜热性细菌或微型动物减少剩余污泥。二是利用膜生物反应器处理剩余污泥。
2.2污泥减容化技术
2.2.1在污泥的浓缩方面:①生物絮凝法:将二沉池剩余污泥与原水混合回流到初沉池,利用活性污泥的絮凝性能提高初沉池的沉淀效果,同时浓缩剩余活性污泥采用气浮;②生物气浮法:如利用污泥的反消化作用产生的气体使污泥上浮而浓缩;③改进浓缩设备的结构,提高浓缩效率。
2.2.2在污泥脱水方面 :①对污泥进行脱水前的预处理,改善污泥脱水性能;②利用生物工程方法改善污泥的性状,如用溶菌酶破坏菌胶团,以改善污泥的脱水性能;③探求新型改善污泥脱水性能的药剂,如投加表面活性剂;④提高传统的污泥脱水机的工作效率,研究新型的污泥脱水设备。
2.3在厌氧消化方面
目前研究的趋势是致力于提高污泥消化的整体水平,提高消化池的均匀混合程度、消化池容积利用率,提高产气率与能源的回收率,尽量减少污泥体积,减少污泥运输量。①利用各种前置处理,改善污泥的厌氧消化性能,探索高效可靠的新型污泥厌氧处理工艺;②利用生物技术,进一步提高厌氧消化时污泥的产气量,使污泥固体较大程度地转化为生物气;③改善消化池的结构及其附属设备的工作方式,以提高消化工艺的稳定性及工作效率,;④对污泥的常温消化进行研究。
2.4在好氧消化方面
目前国内对污泥好氧消化的研究尚处于起步阶段,设计好氧消化工艺还缺乏经验。研究方向主要在探究好氧消化的生化机理,降解规律以及好氧消化的运行条件,不同运行方式和条件对好氧消化效果的影响。
2.5在湿式氧化方面
研究新型的湿式氧化反应器、性能优良的催化剂和次、超临界氧化技术。
2.6在低温热解 方面
着重研究污泥热解机理、提高能量回收率的反应条件以及反应过程的能量平衡因素。
2.7在污泥堆肥化工艺方面
注重污泥堆肥前的预处理,研究堆肥基础理论及新工艺、反应器、影响堆肥因素、腐熟度指标等,了解生物相的构成及变化情况,弄清堆肥过程中降解有机物能力强的优势菌种及其条件等。
3、污泥处置技术的研究
3.1土地利用
城市污水厂的污泥土地利用是一个重要的途径,但是污泥土地利用的安全性受到人们的质疑,建议尽早完善出台我国污泥处理、处置的管理办法,修改农用污泥污染物控制标准,对污泥质量、重金属、病原菌、营养物以及有机物等加以严格限制,对污泥施用场所和施用量也应做出更科学合理的规定,并对污泥土地利用进行监测和管理。
3.2填埋
填埋是一种较为经济且简便的处置方式,达到基本条件后就可以填埋。虽然污泥填埋在国外的应用在逐年下降,但是对我国来说,当污泥满足不了土地利用条件时,污泥填埋仍不失为一种较好的选择。
3.3焚烧
焚烧技术是一种高运行成本的污泥处置技术。当污泥不符合卫生要求、有毒有害物质含量较高、不适宜于资源化利用和缺少填埋场时,可以采用焚烧技术来处置污泥,以焚烧为核心的处理方法是比较彻底地处置污泥的方法。
4、污泥处理、处置的目的
4.1降低水分以减少体积,便于污泥的运输、贮存及各种处理和处置工艺的进行。
4.2消除会散发恶臭、导致病害及污染环境的有机物和病原菌以及其他有毒有害物质,使污泥卫生化、稳定化。
4.3改善污泥的成分和性质,以利于应用,或易于回收能源和资源。
随着废水处理技术的推广和发展,污泥的产生量越来越大,种类和性质也更复杂。废水中有毒有害物质往往浓缩于污泥之中,所以污泥是影响环境的最为严重的因素之一,必须重视污泥的处理和处置问题。
5、我国污泥处理、处置标准化政策
随着“十二五”及“十”的节能减排,环保方针的大力展开。国内当前的诸多企业都开始顺应政府的要求,进行排污处理。作为排污的一个重要方面,污水处理工程中的污泥的处理也开始成为各大环保公司所关注的新的方面,污泥处理处置设施建设也开始提速。
需要提出的几点注意:
一是相关污泥的焚烧控制。目前,国内的污染处理标准和排放标准都没有制定出来。该企业发言人认为,为了达到净化环境的目的,应该尽快参照国外发达国家,同步确定相关污泥焚烧的工艺标准,注意飞灰和其他物质带来的二次污染。不能出现治理了污水处理中的污泥,却造成空气或是其他的污染。
二是要提高效益。在指定标准的过程中,需要增加相关条款来提高环境效益,用以防备污泥处理的过程中发生的噪声、臭气、有毒、有害气体造成的“三污染”。同时,要严防飞灰、炉渣、干扰素及有机成分造成的“产物污染”和处理处置设施投资过大所带来的“消耗性污染”。
三是运营费用的问题。众所周知,多年来的发展主题,都是以经济建设为核心,在当前的可持续发展战略提出后,环保和环境问题才开始被提上各个企业和政府相关职能部门的日程。以污水处理行业来说,污水处理行业中,不同的标准和不同的水质,都会引起整个污水处理工程相应的变动,污水处理设备的选用也就有了很大的不同。
参考文献