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关键词:污泥;污泥处置;深度脱水
中图分类号:X511
前言
改革开放以来,中国的城市化进程明显加快,城镇人口急剧增长,2002年至2011年,我国城镇化率以平均每年1.35个百分点的速度发展,城镇人口平均每年增长约2096万人,2011年,城镇人口比重达到51.27%。随着城市人口的增加,城镇污水处理厂也进入了一个快速发展的阶段,据统计,截至2010年,全国已建污水处理厂约为2832座,污水日处理能力达1.25亿立方米[1],城镇污水处理厂在改善区域水生态环境质量,防治水污染方面起到了巨大的作用,但随之而来的剩余污泥问题也日显突出[2],据估算2010年全国污泥产生量约为2280万吨(含水率为80%) ,且多数的污水处理厂尚无污泥无害化处理措施,剩余污泥问题亟待解决。
1污泥处理现状
1.1 我国污泥处理现状
污泥处置的目标是实现减量化、无害化、资源化。由于我国污水处理厂在建设过程中存在着“重水轻泥”的现象,大部分污水处理厂未将污泥处置措施纳入设计、建设,往往仅仅配备了污泥脱水车间,脱水后的污泥含水率一般都大于80%,后续处理处置不到位,在运输、处置中易造成污染物跑、冒、滴、漏,导致二次污染,使得已投运的污水处理厂的环境及减排效益大打折扣[3]。
2 污泥处理技术[4-8]
2.1 污泥浓缩
污泥浓缩是污泥处理的第一步,是通过沉降、气浮、离心等方法降低剩余污泥的含水率及体积,污泥浓缩主要减少的是细胞间的间隙水,对细胞的胞内水难以起效,浓缩后的污泥含水率一般在96%左右。
2.2 污泥脱水
经过浓缩的剩余污泥通过添加絮凝剂等,减少污泥与水的亲和力,有效的达到泥水分离效果。后再经带式、板框和离心等脱水机的压滤作用达到脱水目的。
2.2.1 板框污泥脱水机
将污泥通过高压泵注入板框中进行挤压,通过高压的方式使污泥内的水排出,达到脱水目的。此种方式的优势在于投入较少,且脱水泥饼含水率较低,处理效果比较理想,劣势在于脱水机的滤布容易堵塞,需经常清洗,人工成本较高,难以实现连续高效运行。
2.2.2 带式污泥脱水机
两条滤布中间夹带着剩余污泥,通过辊压筒的挤压作用,将剩余污泥中的毛细水排出,从而实现污泥脱水。此种方式的优势在于技术相对成熟,运行费用较低,管理比较简单,也是目前使用最为普遍的,劣势在于滤布易堵塞,需要大量的清洗水,易造成污泥二次污染。
2.2.3 离心污泥脱水机
污泥在高速旋转产生的离心力的作用下,达到泥水分离。脱水污泥由锥端出口排出,上清液由堰口排出。此种方式的优势在于自动化水平较高,脱水效果佳,人工成本低,劣势在于设备价格高,运行成本高,维修也比较困难。
表1 不同污泥脱水工艺的能耗药耗比较
脱水工艺 能耗(kW.h/t 干固体) 药耗(kgPAM/TDS)
板框脱水机 15-40 0.2-0.6
带式脱水机 5-20 0.3-0.5
离心脱水机 30-60 0.1-0.4
2.3污泥稳定
通过脱水的污泥含水率约为80%,脱水污泥中含有易降解的有机物、恶臭物质、病原体等。污泥稳定的目的就在于进一步降解有机物,杀灭污泥中的细菌及病原体,消除异味,达到污泥稳定的目的。常用的污泥稳定方法有以下几种:
2.3.1 污泥干化焚烧稳定
污泥焚烧是通过焚烧产生的高温将污泥中的病原菌及蠕虫卵杀死,达到污泥稳定化的目的,是目前污泥处置最为快捷和彻底的办法,可最大程度实现污泥减量化,同时也可以将焚烧过程中产生的热值加以资源化利用。
2.3.2 污泥卫生填埋稳定
污泥卫生填埋是目前我国普遍采用的处置方法,根据《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-2008)中的规定,“生活污水处理厂污泥处理后含水率必须小于60%”,才可以进入生活垃圾填埋场进行卫生填埋,但目前大部分无污泥深度脱水工程的污水处理厂污泥的含水率都达不到卫生填埋的标准,存在二次污染的风险。
2.3.3 碱法稳定
通过向污泥中添加生石灰等碱性物质,达到稳定污泥和杀死病原菌的目的,研究表明,PH值为10时,细胞能够稳定溶解,可以达到去除胞内水和灭活的作用,污泥量也可减少至常规的38%~43%[7]。
2.3.4 厌氧消化稳定
在厌氧条件下,厌氧菌和兼性厌氧菌可以将污泥中的可生物降解的有机物分解成二氧化碳、甲烷和水等,使污泥稳定化,是污泥减量化、稳定化的常用手段之一。
2.3.5 污泥资源化利用
从减量化、资源化、无害化的角度以及社会经济环境发展的长远来看,污泥的资源化利用是最理想的处置方法。污泥资源化利用具有良好的生态效益、社会效益、环境效益和经济效益,是可持续发展的必然要求[9]。
污泥的资源化利用主要包括污泥农业利用、污泥的建材利用等。
3污泥深度脱水项目应用实例
3.1项目建设背景
以宣城市某污水处理厂污水深度脱水项目工程为实例,该污水处理厂设计处理水量为100000m3/d,近期设计处理水量50000m3/d,设计出水水质达到国家一级B排放标准,目前处理水量约为45000m3/d,进水化学需氧量浓度约150mg/l,日均产泥量约15吨(80%含水率)。
原先剩余污泥通过带式压滤机压滤脱水,压滤后的污泥含水率约为80%,运送至宣城市苗圃中心作为绿化堆肥使用,随着处理水量的增加,日均产泥量也大幅增加,苗圃中心使用有限,无法完全消纳,同时为了进一步推进宣城市全国生态文明城市的创建工作,决定启动污泥无害化处理工程(一期)。
3.2 项目工艺设计
本项目是在综合考虑投资、生产成本及污泥性状的基础上,选择高压板框式污泥深度脱水技术。该污泥项目污泥产生总量不大、有机质含量偏低,且宣城地区的动物畜牧业发达,粪便等有机肥丰富且价格便宜,导致污泥堆肥肥料销路和价格受很大的制约,污泥堆肥技术生产成本相对较高,而污泥深度脱水技术成熟,操作简单,易于管理,运行成本不高,较适合该污水厂污泥处置。
污泥深度脱水技术是采用化学药剂和物理的综合方法对含水率80%污泥颗粒进行表面改性,使其颗粒表面的水和毛细孔道中的束缚水变成自由水,改善污泥的脱水性能,再通过深度高压(压力≧5.0MPa)使污泥脱水为含水率≦50%污泥,能使含水率80%的污泥减重60%以上,使流态的污泥成为便于运输的低含水率块状污泥,为污泥后续低成本无害化处理创造良好条件,同时也很好的避免了在运输、处置过程中的二次污染。
图1 污泥深度脱水工艺流程图
3.3 项目运行程序
1、带式污泥脱水机所生产含水率80%湿污泥经皮带输送机进入改性搅拌罐,罐中清水约2吨,湿污泥约2吨,FeCL3溶液(密度为1.4吨/ m3)26L,生石灰100Kg,搅拌5-10分钟后由水泵送至贮泥搅拌罐中待用。
2、板框式污泥脱水机进料前滤板合拢保压,油缸压力保持在0.5-0.6MPa之间。
3、第一次进料,进料阀打开,进料柱塞泵启动,污泥开始填充滤板,时间约为25min。
4、第一次压榨,压榨设为6段,每段压榨压力分别为7.0MPa,10MPa,13MPa,16MPa,20MPa,24MPa;压榨时间分别为2min,2min,2min,2min,3min,4min。
5、反吹,压榨结束后进行反吹,压缩空气进入,把滤板中心及管道内残留的污泥吹回贮泥罐中。
6、第二次进料,时间约为15min。
7、第二次压榨,压榨设为9段,每段压榨压力分别为7.0MPa,10 MPa,13MPa,16 MPa,20MPa,24 MPa,27MPa,31 MPa,35 MPa;压榨时间分别为2min,2 min,2min,2 min,3min,4min,4min,5min,7min。
8、第二次反吹。
9、打开翻板启动卸饼运行,压榨好的泥饼脱落于皮带输送机上。启动皮带输送机,泥饼送到运输车辆上,关闭翻板,关闭皮带输送机,全部流程结束。
3.4 项目处理效果
根据宣城市环境监测中心验收监测报告显示,经过深度脱水的污泥含水率为59.2%,符合《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-2008)中污泥卫生填埋的含水率要求。
3.5 项目建议
污泥深度脱水工程虽达到污泥减量化的目的,就目前而言,对保护区域水环境起到一定积极作用,但经济社会发展及环境保护长远来看,污泥卫生填埋占污泥处置比例会是逐步下降的趋势。从2000年开始,欧洲已经对污泥填埋征收填埋税,要求减少直至完全禁止填埋[3]。资源化利用才是污泥处理的最终目的,如何将脱水污泥资源化利用将是接下来需要筹措和考虑的。
4 结语
随着社会经济的发展,国家环境标准将会趋于完善和严格,对于城镇污水处理厂剩余污泥的排放也会提高到法律层面,污泥的无害化处理水平将会成为制约污水处理厂发展的关键,如何促进污泥无害化处置技术特别是污泥资源化利用技术的推广及应用将成为亟待解决的问题。
为了实现可持续发展的目标,应以目前污泥处理刚起步为切入点,积极推进污泥资源化利用,出台相关政策扶持,加大对新技术和重大设备的研发资金投入,同时加大宣传,让公众逐步建立对污泥资源化利用产品的认可度,为解决污泥问题提供可靠的政策、资金及舆论保障。
参考文献:
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[2]余杰,田宁宁,王凯军,任远.中国城市污水处理厂污泥处理处置问题探讨分析[J].环境工程学报,2007,1(1): 83-86
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关键词:污水;污泥;处理工艺
中图分类号: U664 文献标识码: A 文章编号:
目前,大部分城市污泥处理与处置采用的主要方式是浓缩脱水后转运至周边农村弃置、填埋。但由于市民环保意识的普遍增强,这种粗放式的管理已不适应环境的要求,污泥易受到雨水冲刷,漫流到地表水体或渗入地下造成二次污染,严重影响周边的环境卫生,因此,开展城市污水厂污泥处理处置的研究十分必要,从而产生良好的环境效益、社会效益和经济效益。
1城市污水厂污泥处理现状
1.1污泥农用比例过大
目前我国的污泥农用比例约为44.8%,是污泥主要的处理、处置方式之一。污泥农用存在一定的隐患和风险,而我国关于污泥农用风险的研究体系尚不健全,对于污泥处置的风险研究主要涉及污泥土地施用对植物的影响、重金属从土壤到植物的迁移和重金属、氮、磷在土壤中的迁移等方面,可用数据不充分,这些数据通常是基于短期(1~3年)的试验获得,而长期(10年以上)的田间试验数据较为缺乏,若用短期的试验数据预测长期的影响,其本身就存在一定的风险。此外,污泥土地施用后对周围相关暴露人群的影响资料和可用数据几乎为零。
目前,我国还没有出台污泥农用规范,对其风险缺乏研究,污泥农用可能造成的污染问题还未引起足够的重视。多数研究表明,污泥的有害成分进入土壤后一般不会立刻表现出其不利影响,但若长期大量使用则会出现明显的负面效应。
1.2 污泥填埋引发的环境问题较多
目前城市污水厂污泥填埋造成的问题较多:一是消耗大量的土地资源,不少城市很难找到新的填埋场;二是产生大量的渗滤液,由于污泥含水率较高,加剧了垃圾填埋场渗滤液的污染,大部分混合填埋的垃圾场存在拒收污泥的现象;三是对填埋产生的气体进行资源化利用的填埋场较少,填埋产生的废气不仅污染环境,还存在安全隐患。
1.3 污泥综合利用良莠不齐
污泥建材利用是污泥资源化方式的一种,主要包括利用污泥及其焚烧产物制造砖块、水泥、陶粒、玻璃、生化纤维板等。目前,污泥的建材利用已被看作是一种可持续发展的污泥处置方式,在日本以及欧美等国的应用和研究较多。相对而言,我国在污泥建材利用发展方面较落后,虽然在污泥制砖方面的研究较多,但缺少实际的工程应用。总的来说,污泥建材利用大多还处于研究及尝试阶段,技术成熟和推广应用还需一段很长的时间。
2污泥处理目标
随着海洋投弃被禁止,污泥弃置的比例正逐渐减少,同时土地填埋也受到越来越严格的限制,因为填埋需占用大量土地、耗费可观的填埋费用且不能根治污染。人们已认识到污泥处理的优先顺序是减容、利用、废弃,污泥减量化、稳定化、无害化处理后作为资源回用已经成为主流。因此污泥处理与处置的目标主要有以下四个方面:减量化,即减少污泥最终处置前的体积,以降低污泥处理及最终处置的费用;稳定化,即通过处理使污泥稳定化,最终处置后不再产生污泥的进一步降解,从而避免产生二次污染;无害化,即达到污泥的无害化与卫生化,如去除重金属或灭菌等;资源化,即在处理污泥的同时达到变害为利、综合利用、保护环境的目的,如产生沼气等。
3城市污水厂污泥处理工艺
污泥处理的目的是为了更好的进行处置,在污泥处理的过程中应把有毒有害物质、重金属、病原菌所可能造成的不利影响减少到最低程度,同时尽可能的利用污泥中的营养物质和有机物质作为肥料或能源。污泥处理包括前处理工艺和后处理工艺。前处理工艺一般有浓缩、消化、脱水等,后处理工艺一般有堆肥、石灰稳定、热干化、调理―压榨干化和焚烧等。
3.1污泥浓缩脱水
污泥浓缩脱水是降低污泥含水率、减少污泥体积的有效方法,主要减缩污泥的间隙水。经浓缩后的污泥近似糊状,仍保持流动性。污泥浓缩的方法有沉降法、气浮法和离心法。在选择浓缩方法时,除了各种方法本身的特点外,还应考虑污泥的性质、来源、整个污泥处理流程及最终处置方式等。如沉降法用于浓缩初沉淀污泥和剩余活性污泥的混合污泥时效果较好。单纯的剩余活性污泥一般用气浮法浓缩,近年发展到部分采用离心法浓缩。
3.2污泥厌氧消化技术
污泥的厌氧消化是一种污泥减质手段,通常可使污泥减量30%,使污泥稳定易于脱水,良好的有机物降解率(40~60%)产生污泥气可综合利用,降低运行费用,总污泥量减少,净能量消耗低,病原体活性低,生物固体适合农用,应用性广。
3.3 堆肥
污泥堆肥是目前污泥处理中广泛采用且相对成熟的一种处理方式,该方法主要是通过高温及微生物的拮抗作用达到使病原体快速死亡的目的,去除病菌和寄生虫卵等,该工艺将污泥机械脱水后使泥饼含水率75%~80%,然后加膨胀剂(秸秆糠)搅拌、破碎、混合, 堆肥的颗粒直径维持在20~60mm,再进行一级堆肥,即好氧分解,需要进行通风供氧和翻动泥堆,时间为1周,温度在50~70℃之间,其目的是杀灭寄生虫卵、病原体,去除恶臭物质,分解有机物,然后进行二级堆肥,即自然堆放,不需要强制通风,堆放时间为20~30天,此过程为降温和继续分解有机物的过程;待堆肥成熟后,再进行筛分,筛去不能腐化的无机物,最后通过圆盘造粒机选成颗粒后袋装外运作肥料使用,污泥循环利用主要当作肥料用农业或林业。
3.4碱性稳定
污泥的碱性稳定指将生石灰(CaO)与脱水污泥进行了混合,CaO与水发热形成蒸发,降低含水率为目的,反应热使污泥温度升高,对污泥进行消毒杀菌,而后形成的Ca(OH)2会继续与空气中CO2以及污泥中的其他物质如重金属离子、无机离子、有机酸、脂肪等发生反应,通过以上反应,污泥中臭味物质得到分解。另外因Ca(OH)2为碱性环境,可以杀死大量微生物,并将NH4+转化为氨气NH3并释放出来,所以从污泥中释放出来的NH3必须进行处理,否则会造成二次污染。
3.5热干化
污泥热干化,就是应用人工热源以工业化设备对污泥进行深度脱水的处理方法,尽管污泥干化的直接结果是污泥含水率的下降,但与机械脱水相比,其应用目的与效果均有较大不同。干化对污泥的处理效应,不仅是深度脱水,还具有热处理效应,加之污泥热干化处理的产物,其含水率可控制在30%以下,目前,污泥干化后作为园林绿化介质土等已成为有一定应用的污泥处理技术。同时,污泥的干化处理可为污泥的综合利用创造条件。
3.6调理―压榨干化
投加污泥调理药剂使得污泥物理化学性能改变,改善其脱水性能,送入污泥深度脱水机进行高压压榨,从而使含水率降到50%以下,通过脱水单元后可以得到含固率更高的脱水污泥,有效地减少湿污泥的体积,减少其他处理单元的规模。
3.7焚烧
污泥焚烧是将有机固体转变为氧化的最终产品,主要是二氧化碳、水和灰。焚烧的优点包括:(1)最大程度地减少污泥体积;(2)破坏病原体和有毒化合物;(3)回收潜在的能量。焚烧的缺点包括:(1)投资和操作费用高;(2)需要熟练的操作和维修人员;(3)产生的残余物(空气散发物和灰)可能对环境产生不利的影响;(4)处置残余物时,可能被列为有害废弃物。
4 结语
要科学合理地处理城镇污水处理厂所产生的污泥,减少城镇污水处理厂对周边环境的不良影响,从而充分体现人与自然的和谐统一,促使整个社会的可持续发展。
参考文献:
[1]赵一德. 城市污水厂污泥好氧处理可行性研究[J]. 上海环境科学,1997,(10)
[2]余杰. 城市污水厂污泥处理与处置技术的新思路[J]. 中国给水排水,2008,(06)
[3]薛文源.城市污水污泥处理与处置的途径[J].中国给水排水.1992,8(1).
关键词:化学强化一级处理;絮凝;化学污泥;清洁生产
0 前言
随着社会经济的高速发展,污水的排放量逐年增加,而污水处理设施又不能满足发展的需要,导致大量污水直接排放到城市水体,造成河道水体污染日趋严重,成为目前重要的环境问题。为了解决水环境的污染负荷增加与治理投入有限的矛盾,应用经济高效的污水化学强化一级处理(CEPT,Chemically Enhanced Primary Treatment)技术处理污水。该技术又称化学混凝强化处理工艺,即在常规混凝处理过程中,通过提高絮凝剂(复合聚氯化铝、聚氯化铁、氯化铁)的投加量或优选絮凝剂来提高污染物去除率的过程。CEPT法净化后基本可达到国家二级排放标准[1]。目前,用CEPT法处理污染河道水质的处理厂在欧洲十分普通,国内在香港、北京、上海、广东、山东等地应用的净化厂也陆续投产[2]。
部分污水处理厂产生的污泥絮状体,未经处理任意排放,不仅对环境造成严重的二次污染,同时又是对资源的严重浪费,如果还是用传统的处置方法(土地填理、海洋排放)进行处理,相对于当今环境标准的更加严格化,显然是不符合我国提出的对工业过程实行清洁生产的要求。因此,有必要对化学污泥的特性及处置进行探讨,实践与探索化学污泥的清洁生产。
1 化学污泥的特点
污水化学混凝强化处理原理是通过投加大量的絮凝剂,使微小的悬浮固体、胶体颗粒脱稳,聚集形成较大的颗粒(含大量絮凝剂成分和污染物质);以重力沉降或溶气浮除等分离所得的固体物为化学污泥(初沉污泥),为一种含水率很高的絮状泥粒,实际上是由污水中的悬浮物、微生物与所吸附的有机物、无机物颗粒组成的极其复杂的“非均质体”的聚集体,其含固量一般在0.25%~2%之间。污泥组成十分复杂,其中有机质、氮、磷含量很高,重金属含量也很高,还含有大量的病原微生物,还含有大量絮凝剂成分(铝盐和铁盐)。污泥变异性大,水分比例极高且不易脱水,增加了处理的难度。根据实际经验,欲使污泥处理达标,其费用一般要占运行成本的40%以上[3]。如何处置大量的污泥是一个值得深入研究的课题。
2 污泥的资源化
在清洁生产的理论中没有废物的概念,污泥在传统意义上是废弃物,实际是“放错了位置的资源”,对污泥进行合理的处理,可以成为其它过程的原材料[4]。对污泥的资源化利用本身就是节约资源,为污泥处置与处理找到一条变废为宝的出路。
2.1 土地利用[5.6]
污泥资源化利用最常用的是堆肥处理,制成污泥肥料为农业和园林等应用。污泥中含有的N、P、K是农作物生长所必须的营养物质,污泥中的腐殖质是良好的土壤改良剂,施用于农田能够改良土壤结构、增加土壤肥力、促进作物的生长。在国外将污泥堆肥干燥颗粒化后用于出售的复合肥己经相当普遍;珠江三角洲农民约600年前就把其塘泥用为肥料加以利用。研究结果表明,林地施用污泥堆肥后,树木的树高和树径的生长都明显高于对照树木,林地土壤得到了改良。在建设草地的过程多次施用污泥堆肥,可促进树木、花卉、草坪的生长,提高其观赏品质。
污泥的土地利用具有能耗低,可回收利用污泥中营养物等优点,是大多数国家污泥处置的主要途径之一。但随着可填埋的范围逐渐缩小,土地利用将是未来发展方向。我国是一个发展中的农业大国,土地利用将是污泥资源化利用的一个重要途径。
2.2 热值利用
污泥资源化应用于工业过程的途径主要是利用污泥所含的热值。化学絮凝污泥中含有一定量的有机成分和一定量的纤维木质素,脱水后的污泥热量约375~635kJ/ kg,经脱水干燥的污泥可用焚烧处理。将污泥按一定比例掺入适量的引燃剂(煤粉和油)、催化剂、疏松剂和固硫剂等添加物混合配制成“合成燃料”, 作为垃圾发电厂炉窑的辅助燃料,可以充分发挥污泥的热值。
对日处理能力较大的污水处理厂所产生的污泥,宜先采用厌氧消化制沼气。应用中温厌氧消化可以降解污泥中的有机物,杀死部分病原菌和寄生虫,从而使污泥稳定和部分无害化,同时消化产生一定量的沼气,可以作为能源回收,对节能降排有很大意义[7]。
近几年新建的污水厂开始采用污泥焚烧方法来处理污泥,在日本利用该法处置的污泥占总量的60%以上,其优势在于可以迅速和较大程度地使污泥达到资源化、减量化,焚烧后产生的热量也可充分利用,具有应用前景。
2.3 作建筑材料
将污泥与粘土、改性剂、水泥等胶凝材料混合固化成建材制品或铺路。国内用河底泥通过调节配方制得轻质砖,经过检测,产品的物理特性基本上可以达到烧结普通砖的技术要求。底泥制砖使得As和重金属变得稳定,成品中重金属的浸出率相对于原料而言大大降低,因此不会对周围环境造成影响;同时底泥制砖能减少资源的消耗,使自然泥土资源的使用期得到延长,也避免了建设新的堆场和补偿地的耗费。
另我公司对含水率80%的脱水污泥进行添加石灰干化试验,试验结果显示,按每吨干污泥投加1吨石灰的比例,能使污泥含水率降低至40%,投加入石灰后有机质含量降低约50%,微生物及大肠杆菌全部死亡,泥饼臭味减少。干燥后的污泥石灰含量高,然后用于烧制水泥或市政用砖等建筑材料,优点是有效利用污泥自身的热值,减少烧制时燃料消耗。但污泥在制建材前必须脱水,机械脱水成本较高,其应用还要进一步研究。
2.4 制备环保材料
用矿化污泥可制备用于回收水表面溢油的吸附剂,且效果相当显著。从污泥中提取出微生物絮凝剂,不仅可用于油水分离,还可用于去除污水中的悬浮物、有机物。污泥能作为粘结剂将无烟粉煤加工成型煤,污泥可改善高温下煤内部孔结构,降低灰渣中的残碳,污泥热值也得到充分利用。
污泥热解的衍生材料可以作为很好的吸附剂。以污泥为原料,利用活化方法制备活性炭吸附剂,现已取得了较好的处理效果,以污泥制备吸附剂来脱除烟气中SO2,不但为燃煤烟气SO2的处理提供了一条新途径,对于废物的资源化利用,实现“以废治废”具有重要的意义。
电镀、矿冶、化工、制革等行业每年要排放大量的重金属废水,而目前处理重金属废水最好的方法是吸附法,具有可回收有价金属、选择性好、污泥量少等特点而倍受亲睐,但吸附剂的价格高制约了吸附法的应用。将污泥炭化后制得的污泥吸附剂可作为一种新型廉价吸附材料,对废水中的Pb2+、Cr6+、Cr3+、Cu2+、Cd2+、Hg2+等重金属离子具有较强的吸附性能[8.9]。
2.5 回收化学絮凝剂
铝盐和铁盐是污水化学混凝强化一级处理以及自来水厂水处理、工业用水处理最常用的絮凝剂。化学絮凝污泥中的主要成分是氢氧化铝和其他金属氢氧化物、有机质和硅酸盐,铝的含量接近低品位铝钒土矿,是一种重要的铝再生资源。作者应用东莞市某水质净化厂的脱水化学絮凝污泥为原料,开发一种回收铝来制备絮凝剂的新技术,可回收污泥中约90~95%铝盐,铁盐的再生率最高可达70%~85%,制成具有絮凝效用的净水剂,回用于污水处理中;回收铝盐和铁盐后的泥饼制备具有较强的吸附性能的吸附剂。该新技术在资源化利用的同时达到减量化、无害化,实现了污水化学混凝强化一级处理中污泥零排放,达到工业生产过程中的清洁生产。
3 污泥的无害化
污泥无害化的方法主要有焚烧法、消化法、湿法氧化法、生物除臭法、热干燥法等。污泥无害化处理目的是降解污泥中的有机质,稳定重金属离子,进一步减少污泥含水量,杀灭污泥中的细菌、病原体,消除臭味等。污泥中含有一些有毒物质无法直接资源化利用,应先对其进行无害化处理。
污泥焚烧是污泥无害化处理中最为有效的方法,通过焚烧可以将污泥中含有的病原菌及寄生虫卵全部杀死,并且可以使污泥的体积大大减少,但这种方法的投资和运行费用相当高,焚烧过程中会产生有毒尾气,烟尘(固体粉尘)和尾气含有重金属造成污染扩散,限制了它的使用范围。
4 污泥的减量化
污泥减量化技术是指在保证污水处理效果的前提下,借助于物理的、化学的和生物的方法使活性污泥处理系统向外界排放的污泥量减至最少,从根本上达到降低污染的目的。污泥减量化必须引入“清洁生产”的概念,从源头开始治理是清洁生产的重要思想,目的要求在生产过程中尽可能少地产生污染物质。
通过工艺改造,降低工艺单元污泥产率。在污泥处理过程中延长曝气时间或提高曝气池中的溶解氧浓度,可活化CEPT污泥,后回流到曝气池,可以使总的污泥产量减少40~53%。实现从源头上减量化,但是这种方法的缺点是造成动力费用的增加。
超声波水处理技术是在超声波作用下,在液体中发生空化现象,将产生大量空化气泡,气泡破灭产生的强大水力剪切力使污泥絮体被破碎成小的碎块,可以压碎细胞壁、释放细胞内含物,使污泥中颗粒态COD转变为溶解态COD,可达到减少污泥量的作用。
应用臭氧可以削减50%左右的污泥量,同时可以提高污泥的沉降性能。依据臭氧污泥减量原理,作者尝试以过氧乙酸(PAA)与Fenton试剂为氧化剂,研究了它们对污泥的降解性能,都有一定的减容效果。相比而言,Fenton试剂对污泥的减容效果更为显著[10]。
采用专用深度脱水处理设备和专用脱水剂配合使用,对污泥进行深度脱水处理,实现了将含水率85%以上的污泥脱水到含水率40%~60%的效果,污泥体积大大减少,脱水后的污泥可以粉碎,便于填埋和多方面的资源化利用。
5 结语
污泥的处理与处置必须严格遵循“减量化、无害化、资源化”的原则,把污泥“减量化”作为工作重点,将“无害化、资源化”作为未来工作的方向,改变传统思路,树立科学发展观,引入清洁生产的理念,实现污泥综合利用,才能从根本上解决污泥对环境的污染。
参考文献
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关键词:无害化处理;城市污泥;污泥再利用
中图分类号:C35文献标识码: A
一、引言
城市污泥是指城市生活污水、工业废水处理过程中产生的固体废物。污泥中含有重金属、病原菌及寄生虫卵等有毒、有害物质。随着城市工业与经济的发展,污泥量急剧增加,处置不当,可能对生态环境和人类的健康造成严重损害。由于污泥中的重金属及病原生物与微生物具有一定的活性和毒害作用,因此,稳定、无害化是污泥土地利用的基础。
二、污泥无害化处理技术
污泥无害化处理的目的是进一步降低污泥的含水率,杀灭污泥中的细菌、病原体,消除臭味,降解污泥中的有机质,减少污泥中的重金属含量或降低其活性,使污泥中的有毒、有害物质毒性降低。主要的稳定、无害化方法包括厌氧消化、好氧消化、污泥堆肥、热处理、生物淋滤等。
2.1厌氧消化
污泥厌氧消化过程也称污泥生物稳定过程,污泥中的大分子有机物在厌氧微生物的作用下分解,最终生成以甲烷为主的沼气,污泥经过厌氧消化后可达到减量化、稳定化的目的,这种方法在国内外应用广泛。但是该工艺存在对设备要求高、消化后的污泥含水率较高的缺点。
2.2好氧消化
污泥好氧消化指在不投加底物的条件下,对污泥进行较长时间的曝气,使污泥中微生物进行自身氧化,可生物降解部分被氧化去除。好氧消化技术出现20世纪50年代,到70年代中期,由于能源费用迅速上涨及该工艺对病原菌的去除效果不如厌氧消化法,故其应用逐渐减少。只是在一些小型污水厂至今仍比较受欢迎。好氧消化的优点是污泥消化程度高,剩余消化污泥量少,运行管理简单;缺点是不能回收沼气,运行费用高,运行稳定程度受温度影响大。
2.3污泥堆肥
污泥堆肥化处理是最常见的稳定化及无害化处理方法,具有经济、实用、不需外加能源、不产生二次污染等特点。目前,世界上已有数百个污泥堆肥化处理设施和数十种堆肥化工艺投入使用研。美国、日本、英国等发达国家污泥堆肥化处置已占相当比重,并相继建成了不同规模的堆肥处理厂,与此同时,堆肥化发酵工艺和技术措施的研究也有较快进展。美国在20世纪90年代初,污泥作为生物肥料的利用率就已超过30%。在污泥堆肥过程中常加入调理剂、膨胀剂、吸附剂及固氮菌、FM菌、EM菌等微生物,使交换态重金属含量降低,稳定态的重金属含量增加,有毒物质显著降低,细菌、放线菌等微生物数量下降,提高堆肥质量。
2.4生物淋滤
生物淋滤技术是利用微生物的直接作用或其代谢产物的间接作用,通过氧化、还原、络合、吸附、溶解过程,将污泥中的重金属分离浸提出来的一种技术。采用的微生物主要有硫杆菌属、硫化杆菌属、嗜酸菌属等,淋滤效果受温度、O2和CO2浓度、起始pH、污泥种类与浓度、底物种类与浓度等影响。与化学脱除重金属方法相比较,此种方法具有脱除率高、耗酸少,实用性强,是经济有效、具有潜力的重金属去除方法。然而,生物淋滤法采用的主要细菌如硫杆菌增殖慢,生物淋虑时间长是限制其大规模应用的主要障碍。
2.5热喷处理
热喷处理是将物料置于压力罐内通人蒸汽、保持短时高温、高压,然后瞬时全部放压的处理技术。利用该技术处理污泥,可缩短处理时间,提高无害化程度,还可能提高污泥养分的供应能力㈣。热喷处理是近年来发展起来的新的污泥处理方法,由特殊装置及其特有工艺来完成,在生产中并未形成规模化。
三、污泥资源化和无害化的必要性
污泥的同体性质和生物性质决定了其处置的难度.无论采取填埋、焚烧、填海等何种处置方式,都存在着二次污染、耗费能源及处置空间的问题。如果改变污泥的废弃物性质.作为资源来加以利用,问题便可以妥善解决。因此,资源化是污泥处置的最佳方式。建立在安全、无害化处置基础上的污泥资源化从根本上讲是一个认识问题.是观念的转变。坚持把资源化放在首位,是为了最终彻底解决污泥的处置问题。要从维护生态平衡的高度牢同树立和落实科学发展观,制定符合现状的技术政策和产业发展政策.促进技术创新,加快污泥资源化产业的发展。
四、污泥再利用的途径
4.1污泥农用
污泥农用投资少、能耗低、运行费用低.因此被认为是最有发展潜力的一种利用方式。污泥经消化处理后富含N,P,K等大量有效成分,是植物生长不可缺少的营养物质,污泥中有机物分解产生的腐殖质可改良土壤。施用污泥或污泥堆肥能明显改善土壤的物理性质。如有利于团粒的形成和提高团粒的水稳定性;可增加土壤的孔隙度,提高土壤的持水能力和保水能力等。施用污泥或污泥堆肥还能明显改善土壤的化学性质。如能碾著提高土壤氮、磷、钾(全量和有效态)和有机质的含量。
4.2污泥制砖
用干污泥制砖的最大优势是污泥的有机质和硅酸盐黏土矿物得到了全部利用。既节省了内燃煤,还有节土效果。用于污泥制砖在我国的广东、浙江、南京已研制成功,其中浙江嘉兴和广州已实现产业化。污泥制砖能将病菌烧死,将有害的重金属封存在焙烧砖中,而且砖无异味,不会对人畜和环境造成危害,是污泥资源化、减量化、无害化的发展方向。
五、结语
未来的污泥处理技术是使污泥的产生、处置与环境保护之间达到良好的动态平衡,所以寻求一种或几种兼顾环境生态效益和处置成本,且适合太原市实际情况的处置方法势在必行。应将现有的分散式处理转变为集中处理。污泥的农用无论从经济效益还是从环境效益来讲,都是最符合我市现有状况的一种方法,所以.建议首先以污泥农用为主;其次,根据污泥的性质及成分,还可以考虑制砖或其他建材,亦可当作燃料。真正实现污泥的减量化、无害化和资源化,是营造文明城市、卫生城市、环境城市、生态城市、健康城市不可缺少的部分。
参考文献:
[关键词]污泥负荷 微生物镜检
中图分类号:[TU992.3] 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)21-0021-02
1.引言
1.1 神华煤化工污水装置AO工艺的介绍
污水处理装置接纳的污水包括甲醇装置、烯烃分离装置、其它装置初级雨水池、集水池生活污水。污水装置设计处理量400 m3/h,进水COD 700~1000mg/L,氨氮 180~230mg/L,PH 6~9。出水COD≤60mg/L,氨氮≤1.5mg/L,PH 6~9mg/L,出水全部符合国家一级标准。装置采用“预处理+A/O(前置反硝化)+曝气生物滤池(BAF)”处理工艺,附属装置有污泥处理和加药系统,处理后的污水直接进入回用水装置。
1.2 AO工艺的工作原理
生物脱氮是在微生物的作用下,将有机氮和氨态氮转化为N2和NxO气体的过程。其中包括硝化和反硝化两个反应过程。
污水装置采用“硝化-反硝化”为核心的A/O法生物脱氮处理工艺,将反硝化前置。A/O法生物去除氨氮原理是充氧的条件下(O段),污水中的氨氮被硝化菌硝化为硝态氮,大量硝态氮回流至A段,在缺氧的条件下,通过兼性厌氧反硝化菌作用,以污水中有机物作为电子供体,硝态氮作为电子受体,使硝态氮被还原为无污染的氮气逸入大气,从而达到最终脱氮的目的。
硝化反应:NH4++2O2NO3-+2H++H2O
反硝化反应:6NO3-+5CH3OH5CO2+7H2O+6OH-+3N2
1.3 微生物镜检的意义
微生物在污水处理厂生化系统调试、后期稳定运行和工艺调整过程中,起着很重要的指示作用,通过镜检活性污泥中的微生物状况,可以获得该活性污泥的相关性状信息,对生产起到一定的指导作用[1]。因此,观察活性污泥微生物的生物相况可以直接了解到,活性污泥处理污水的运行情况。同时,根据观察到的微生物,对生产进行调控。本文本将传统微生物污泥负荷的计算理论与显微镜观察到的微生物出现的环境相比对,对传统AO工艺污泥负荷进行优化,通过改进后的污泥负荷计算,调整污水处理工艺运行。
2.污泥负荷
2.1 污泥负荷的概念
污泥负荷是指单位质量的活性污泥在单位时间内所去除的污染物的量。污泥负荷在微生物代谢方面的含义就是F/M比值,单位kgCOD(BOD)/(kg污泥.d)。我们可以暂时把微生物比作“村民”,BOD比作“食物”[2](表1)。
由此,可以知道控制微生物的数量不是人为的,而是确定于来水BOD的数量。因此,能够准确掌握污泥负荷的计算,对生产调节起到决定性的作用。
2.2 传统污泥负荷的计算和存在问题
污泥负荷(F/M)实际应用中是以BOD-污泥负荷率(Ns)来表示的即:
Ns=(QLa+CH3OH)/(XV)(kgBOD5/kgMLSS・d)
式中:Q-污水流量(m3/d)
V-曝气容积(m3)
X-混合液悬浮固体(MLSS)浓度(mg/L)
La-去除有机物(BOD)浓度(mg/L)
CH3OH-甲醇投加量(kg/d)
但实际运行生产中,AO工艺消耗来水有机物分为两种生物反应:1、微生物的合成消耗有机物2、微生物进行反硝化反应消耗有机物。单纯使用以上污泥负荷的计算公式会忽略掉微生物反硝化反应所消耗的有机物,而反硝化反应所消耗的有机物是不参与微生物合成的。
因此,在AO工艺中使用以上计算公式可能会造成计算数值误差较大,对实际生产参考性较差。
2.3 优化后的AO工艺污泥负荷计算方法
为避免将A池反硝化所消耗的BOD计算在内,因此可以通过进出O池的污染物浓度的去除量来计算微生物合成所需BOD总量。由于需进行污泥回流和硝化液回流,因此在可在O池前后比做动态平衡状态,使用A池至O池回流污水COD的浓度进行计算。由于A池消耗较多的BOD,为了提供O池微生物的合成,因此选择在O池内投加甲醇维持系统内微生物活性(图1)。
优化后的计算方法如下:
Ns=[(Q1+Q2+Q3)La+CH3OH]/(XV)(kgBOD5/kgMLSS・d)
式中:Q1-调节池进水流量(m3/d)
Q2-硝化液回流流量(m3/d)
Q3-污泥回流流量(m3/d)
V-曝气容积(m3)
X-混合液悬浮固体(MLSS)浓度(mg/L)
CH3OH-甲醇投加量(kg/d)
La-去除有机物(BOD)浓度(mg/L)
2.4 污泥负荷计算方法对比和修正
选取一段时间的污泥负荷计算对比如(表2):
通过以图2、3表可以发现,在脱氮除磷工艺中,传统污泥负荷的计算方法会较优化后的污泥负荷计算方法偏高。通过镜检微生物对照可以发现,正常污泥负荷在0.1~0.2(kgBOD5/kgMLSS・d应该出现的微生物(生化系统运行正常),如:钟虫、J纤虫、累枝虫、吸管虫等微生物并没有出现,取而代之的是较多低负荷0.05BOD5/kgMLSS・d以下的微生物,如表壳虫、磷壳虫、轮虫。优化计算后,在污泥负荷在0.07BOD5/kgMLSS・d的时候,出现了由低负荷微生物菌群至正常污泥负荷的过渡,微生物菌群主要以表壳虫、磷壳虫、轮虫为主,同时出现了少量的钟虫。
优化计算后的活性污泥微生物,通过镜检微生物对照较传统计算方法的污泥负荷更为接近。主要原因是:传统计算方法并未考虑系统在A池进行的反硝化反应,因此计算后的污泥负荷会较实际值会有所增加,优化后的计算方法排除了反硝化在系统内的影响作用,计算后的结果更符合微生物实际生长状态。
2.5 污泥负荷主要影响指标
通过优化后的污泥负荷计算方法,更加符合微生物生长的规律。系统由A池至O池正常运行下,始终处于动态平衡状态,通过污泥回流和硝化液回流,O池末端BOD基本消耗殆尽。因此,通过计算O池前后端消耗的BOD浓度,可以更加准确计算出污泥的生长负荷。通过以上曲线可以看出,A池至O池的BOD曲线与计算后的污泥负荷趋势基本一致。
加大甲醇投加量,污泥负荷走势会发生变化。1、少量或不投加甲醇作为碳源的情况下,污泥负荷走势会主要决定于进入O池的BOD浓度。2、如甲醇作为污泥的主要碳源,如系统停工检修无上游来水的情况下,通过优化后的公式Ns=[(Q1+Q2+Q3)La+CH3OH]/(XV)(kgBOD5/kgMLSS・d),当甲醇投加作为O池的营养物质来讲,污泥负荷曲线主要决定于甲醇的投加量。
3.结论
本文通过运行数据验证与微生物镜检相结合的方法,找出了传统微生物污泥负荷的方法针对污水处理AO工艺的不足。传统活性污泥计算法由整体出发进行运算,没有将活性污泥正常生长所需的BOD消耗与AO池反硝化反应BOD消耗分开,但实际运行微生物进行反硝化反应时不参与活性污泥生长的,因此传统AO工艺污泥负荷的算法会有所偏高。通过将污泥负荷计算方法进行改进,得出了更加合理的运算方式,并通过微生物镜检得到了验证。
4.指导意义
通过使用新的活性污泥负荷计算方法,能够在污水处理实际运行中更深入的分析生产的运行状况。生产中有很多情况下,理论与实际运行无法很好的结合。通过进行数据分析和微生物镜检对比,可以找出理论和实际运行的契合点。使用了新的计算方法对活性污泥的污泥培养驯化会起到重要的作用,尤其针对AO工艺污泥培养驯化中出现的一些问题,更能得到有效的解决。通过合理的控制微生物污泥负荷,能够更加优化生产操作,对污水处理装置的运行有着较大的意义。
参考文献
关键词 水处理 实验教学 优化 创新
中图分类号:G424 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2016.05.053
Abstract This paper mainly expounds the optimization of water treatment experiment, the experimental method and the project.In this paper, the teaching mode of the experiment teaching process is introduced. Enrich the conventional experimental project, Set up a new experiment teaching project, Designed in our laboratory transformation experiment device, activated sludge test open to students; According to the students' professional and individual differences, to develop different experiment teaching plan, make different professions and different levels of students to understand and master the technology and process of water treatment.
Key words water treatment; experimental teaching; optimize; innovation
水处理实验是高校环境工程专业和给排水工程专业重要的专业实验,该课程的开设目的在于让学生通过对基本原理的理解及对实验设计和操作的练习,将理论与实践充分结合,提高动手能力以及解决实际工程问题的能力。人们对于环境问题日益重视,特别是水污染问题,对环境工程和给排水工程专业的学生提出了更高的要求,①这就要求我们改变传统的实验教学模式,不断优化实验方法、实验项目。鉴于此,根据我校实验室实际情况,结合人才培养需求对水处理实验课进行了探索与改进。
1 根据不断改进的培养方案,更新构建实验教学模式
为使水处理实验教学真正成为理论与实践相结合的纽带,就要求实验教学与理论教学同步。以我校为例,水处理实验主要涉及“水污染控制工程”和“水质工程学”等理论教学。根据新版培养方案,环境工程专业水污染控制工程实验和工业废水处理技术实验统编为专业实验并增加了学时,为满足是教学计划要求,水处理实验教学重新修改实验指导书 ,更新优化部分实验项目,并开设新的综合设计性实验,更注重学生综合能力的培养。②
传统的水处理实验项目侧重于单元知识点基本原理的演示与验证,缺乏对相关知识体系的联系,学生缺乏对专业知识的融会贯通。鉴于这一点,我们充分利用实验室原有的资源,丰富并优化了常规实验项目。
(1)将原先的自由沉降和混凝沉淀的单元验证性实验项目分别整合为自由沉降与混凝沉淀对比实验。混凝沉淀和自由沉降作为水处理中最基本的方法,同时也是给水处理实验教学大纲要求的必开内容。实验教学中启发学生自行设计实验方案,将浊度相同的原水分别通过自由沉降和混凝烧杯实验两种方法对比,学生通过自由沉降过程中锥底累计的沉泥量以及混凝过程中矾花的形成过程,更为直观地观察实验现象从而更为深刻地理解实验机理。结合当天水质情况,实验中还启发学生利用进一步降低浊度的手段――投加助凝剂,并做了混凝剂与助凝剂最佳投加比例实验。
(2)清水充氧拓展为清水充氧与污水充氧的测定实验。利用清水充氧设备和水处理整套工艺流程中部分结构――曝气池,让学生比较机械搅拌充氧和鼓风曝气充氧两种曝气方法,掌握设备充氧性能的测定方法。清水实验完毕换校园排污口生活污水进行充氧并监测溶解氧变化,同时采用碘量法测定并比较数据,分析误差,从而加深学生对曝气在活性污泥法中作用的理解。
(3)酸性废水过滤中和实验改为酸水过滤中和吹脱软化实验。原酸性废水过滤中和实验存在中和效率低且出水、原水难以混匀、酸度降低的同时增大了出水硬度的问题。针对此情况实验室自行设计、改造教学装置,将原先单一的酸性废水过滤中和实验结合离子交换实验并引入吹脱技术,同时在装置中增加回流设备提高中和效率、在配水箱合理位置设搅拌装置,使出水pH由原先的接近于6.0增大到7.0左右,出水由硬水降低为软水,大大降低了对设备的腐蚀性。
(4)含酚废水的光化学氧化改为含酚废水的光化学氧化与电化学氧化处理实验。实验室模拟配制含有高浓度有机污染物苯酚的工业废水,指导学生充分利用实验室资源选取合理的实验技术,③降解酚类有机物。让学生自行设计实验方案,给予适当指导,充分调动学生的积极性,不要轻易对学生的实验方案说“不”,鼓励他们大胆尝试。实验中一部分学生选用紫外光辐射降解废水,另一部分选用电化学氧化处理,实验结果证明紫外辐射降解效果优于电化学氧化处理。通过两种技术的实验数据对比学生更直观深刻地认识了有机物降解的机理,丰富了实验内容。
2 开设新的实验教学项目
根据我校新版培养方案中加大了实践类课程的学时,水处理实验教学中新开设了气浮实验、污泥比阻测定实验、污水可生化性实验以及城市饮用水处理工艺、城市污水处理工艺及工业废水处理工艺流程演示实验。指导学生根据实验设备结合理论知识,认清设备各部分构造及作用。在新开设的项目中对学生分小组,分批次进行教学,改变了以往很多学生共享一台仪器的情况。为了使学生能更好地掌握所学专业的基础实验技能,实验过程中水质指标的测试选用便携式仪器测试与传统国标化学法测试同时进行,并将结果比较,分析误差原因。例如在城市污水处理工艺实验中溶解氧、化学需氧量、生化需氧量的测定均才用了仪器和国标方法测定,小组成员协调合作分析处理实验数据,从而达到了专业实验与专业基础实验相呼应的目的。
(1)开设活性污泥培养及驯化实验,实验室对学生开放。活性污泥培养及驯化是一项耗时且复杂繁琐的工作,因为活性污泥的培养对温度、酸碱度、溶解氧以及碳氮磷的浓度有较高的要求。充分利用我校学生到污水处理厂参观实习的优势,从污水处理厂生物池中取回活性污泥,实行开放式实验教学。④学生可以根据自己的情况自主安排做实验的时间,这就给学生提供了一个相对宽松的实验环境,有利于学生思考能力及创新能力的培养。活性污泥实验分为两个阶段:
第一阶段活性污泥的接种、培养和驯化。污泥取回当天测量温度、酸碱度、溶解氧、以及碳氮磷的含量,将活性污泥一部分用校园生活污水驯化,一部分给予合理丰富的碳氮磷源进行培养。驯化过程中每天给予活性污泥当天的生活污水,并保持适当曝气,经过一定周期后样测试并与之前测试结果对比;培养过程中通过向活性污泥中投加一定量的化学试剂,摸索活性污泥菌群适合的生长环境,并通过监测污泥浓度使活性污泥菌群迅速繁殖,从而得到高浓度的活性污泥。
第二阶段利用活性污泥开展厌氧-缺氧-好氧法(A2O)、生物膜法 、生物接触氧化等实验。将培养好的活性污泥引入污水工艺中。把污泥分别装入A2O装置的厌氧池、缺氧池和好氧池中并适时监测各池中的污泥指标及颜色变化,设备运行一定周期后,让学生取当天的校园生活污水通过A2O工艺进行除磷脱氮处理,实验数据良好,达到了对工艺更为深刻理解的目的。
(2)为了让学生充分了解学科前沿知识,⑤我们将膜技术也引入到实验当中。膜生物反应器(MBR)是膜分离技术与生物处理方法的高效结合,污水处理系统中,活性污泥降解有机污染物,膜实现了真正意义上的泥水分离。取培养好的活性污泥装入有机膜生物反应器装置中,体积为有效容积的1/2~2/3,其余体积为自来水,混合液悬浮固体浓度(MLSS)控制在2~3g/L,以当天的校园生活污水为试验用水。控制出水量在2~3L/h,启动风机曝气。利用设备的自动控制系统让实验装置24h连续运行,根据污水、出水水质和污泥性质,确定进水、出水量,从而改变水力停留时间、污泥龄。根据反馈信息,这一实验项目的设置充分调动了学生的积极性和主动性,得到广大师生认可。另外我们还开展了生物接触氧化、电动生物转盘等许多活性污泥相关的项目演示给学生看,均受到学生好评。
3 依据学生专业及个体差异,制定不同实验教学计划
环境工程专业水处理实验课程分为专业实验(一)和专业实验(二),分别设于大学三年级下学期和大学四年级上学期,总学时为40学时。实验教学安排本着由易到难、由简单到复杂的原则,在专业实验(一)项目的开设中主要为传统理论、工艺的学习。专业实验(二)中主要为综合设计性项目,让学生查阅相关资料,了解前沿新技术、新工艺,自主设计实验方案,⑥实验测试过程中分别采用专业分析仪器和国家标准检测方法。
给排水专业相关水处理实验课为水质工程学,设在大学三年级下学期,根据给排水专业特色水处理实验课分为代表传统给水、污水处理工艺的实验, 学期终开设地面水源给水工艺流程和城市污水处理工艺流程演示,目的在于加深学生对基本原理的理解,掌握水处理流程。
水处理实验教学针对全校理工科学生开放,将当前人们日益关注的水质污染问题对在校学生进行科普教育,让他们既了解水处理实验技术方法和工艺流程又掌握了简单的水质分析方法。
4 初步将仿真技术应用到水处理实验教学中
仿真实验通过软件把书本里面呆板的信息变成文字、声音、图片、动画、视频等多媒体信息,使教学内容变得更加易于学习、理解和掌握,也使教学方式多样化。⑦充分利用实验中心虚拟实验室城市给水和污水处理软件,结合水处理实验室实际设备。对于有实物的实验项目,实验过程中采取实物与仿真两种教学方式进行,并让学生将实验数据进行对比;对于不存在实物的实验设备主要让学生对虚拟的实验仪器及设备进行操作,这也弥补了由于实验设备的缺乏,各单元实验项目之间相对独立,教学效果难以达到理想目标的要求。通过对仿真软件的操作在一定程度上提高了学生分析、处理数据的能力。
注释
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关键词:城镇污水处理厂;污泥;处理;处置
引言
近些年来,我国污水处理技术发展迅速,我国对于污水处理厂等设施的建设工作也越来越重视。在我国发达地区之中已经基本实现了一镇一污水处理厂的建设,我国城镇污水问题得到了有效治理。但是同时也凸显出了另外一个问题,那就是污泥的处理,如何有效处理污泥就成为当前我国环境保护工作之中的一个难题,亟待有识之士进行研究。
1 城镇污水处理厂污泥处理技术
1.1 污泥浓缩技术
从污水处理系统之中产生的污泥含有大量的水分,同时体积也非常大,无论是的运输、处理还是处置起来难度都比较大。因此城镇污水处理厂可以应用污泥浓缩技术来对初始污泥进行处理,借此缩小污泥的体积,为后续的处理、处置工作提供便利。污泥浓缩技术主要包含三种形式,分别是重力浓缩、气浮浓缩以及离心浓缩。其中重力浓缩应用最为广泛,另外两种浓缩方式主要是应用在氧化沟、A2O 等工艺为主的污水处理工作之中应用。重力浓缩属于沉淀工艺,其具备占地面积大、处理时间长等特点;气浮浓缩主要在浓缩活性污泥以及生物滤池之中进行应用,应用该方式对污泥进行处理需要消耗较高的成本;离心浓缩主要是利用离心力对污泥进行处理,该方式占地面积小,同时处理时间也比较短。
1.2 污泥消化技术
污泥消化技术主要分为厌氧消化以及好氧消化两个类型,应用该技术的主要目的就是稳定污泥,为污泥后续处理工作提供便利。
厌氧消化技术是当前我国污泥消化之中应用最多的方法,其主要原理就是在无氧环境之下,通过兼性菌以及厌氧菌将污泥之中蕴含的可生物降解有机物分解成为二氧化碳、甲烷以及水等元素,从而让污泥稳定下来。通过应用厌氧消化能够有效减少污泥之中的有机物含量,去除污泥本身的臭味,并将污泥之中存在的寄生虫卵杀死。这种方式具备占地面积大、应用成本高等多方面的特点,因此一般在规模比较大的污水处理厂之中应用。
好氧消化主要就是通过生物污泥内微生物的有机体的内源代谢,也就是细胞原生质在有氧条件之下发生的生物氧化。通过这一方式处理污泥取得的效果非常好,这主要是因为其对于有机物的降解程度非常高,产泥量少。并且在应用该方式进行工作的过程当中,污泥不会产生臭气,也不需要工作人员进行过多的复杂操作。但是该方式消耗的成本非常高,同时消化污泥的规模也十分有限,并且还会受到周边温度环境等方面因素的影响,因此不适合用来进行大规模污泥处理。
1.3 污泥脱水技术
污泥脱水技术是当前我国污泥处理工作之中应用比较广泛的一个方法,该方法主要是去除掉污泥之中蕴含的水分,将污泥转化成为固态或者半固态的形式,便于后续进行运输和处理。一般情况下脱水处理分为干化法以及机械脱水法两种类型。其中干化法又可以进一步细分化分为自然干化法、石灰石稳定干画法以及热干化法这三个类型。此外,还可以用微波技术来让污泥微生物细胞水在低温状态之下沸腾,借此有效破坏细胞壁,同时可以将取出难度比较大的结合水转变成为容易取出的外部水,之后再应用机械脱水装置将污泥的含水量讲到 60%-70%左右,有效降低污泥脱水工作的总体成本;又比如可以用用热泵干燥技术,将污泥在发酵的过程当中所产生的热量有效利用起来,实现节能降耗的目的,大大降低干燥成本。
2 城镇污水处理厂污泥处置
2.1 卫生填埋法
卫生填埋法是当前我国用用比较多的一种污泥处置方法,该方法具备成本低、见效快等多方面的优点。但是应用该方法会占据较大的面积,同时该方法应用地区非常容易出现恶臭,并且还会造成地下水源污染问题。因此在应用该方法之前,相关工作人员必须要对周边地区进行详细调查,酌情应用卫生填埋法。
2.2 焚烧法
污泥之中蕴含多种有机成分,因此可以采用焚烧法进行处理。该方法的优点就是能够减少污泥的量,同时降低其中的重金属等有害物质的含量,经过焚烧法处理后的污泥无论是填埋还是再次利用都不会出现二次污染。但是焚烧法在应用的过程中会产生有毒气体以及炉渣等物质,会对周边生态环境产生污染。焚烧法主要分为两个部分院第一,干化焚烧是将机械脱水后的污泥先进行干燥处理,借此有效降低其含水率,大幅度提高焚烧效率。第二,直接焚烧。焚烧干化污泥不但可以对污泥进行彻底处理,有效将其中的病原体杀死,同时还可以对热能进行回收再利用。结语
随着时代的发展,我国对于生态环境保护工作也随之变得越来越重视。在这样的时代背景之下,我国有识之士应当对城镇污水处理厂污泥处理处置进行分析,借此有效保护我国生态环境,促进我国社会经济的可持续发展。
关键词 污水处理 活性污泥法 生物膜法 氧化法
一、城市污水处理的重要性和迫切性
我国淡水资源十分短缺,人均拥有量2300m3,相当于世界人均水平的1/4,居世界110位。目前我国的水污染形势严峻,特别是城市污水的排放对地表水和地下水水质的影响显得更加突出。据有关资料统计,全国近80%的生活污水未经处理,直接排入江河湖海,年排污量达400亿m3,造成全国1/3以上的水域受到污染。专家指出,水污染加剧了水资源的短缺,直接威胁着饮用水的安全和人民群众的健康,影响到工农业生产和农作物安全造成的经济损失约为GNP的1.5%-3%,水污染己成为不亚于洪灾、旱灾甚至更为严重的灾害。未来城市的最大危害就是污水。造成我国水污染严重的主要原因之一是由于全国城市污水处理率较低,使大量的城市污水未经处理而直接外排,导致了严重的水污染,并加剧了水资源的短缺。加上随着城市化和工业化进程的加快,城市污水产生量不断增大,使得水环境污染日益严重。城市污水处理的严重滞后,己经成为影响我国区域水污染防治目标实现的一个重要因素,并且严重制约了城市社会经济的可持续发展。国家专门就城市污水处理问题颁布了一系列政策及技术规定,制订了城市治污达标的“时间表”,加快建设城市污水集中处理设施刻不容缓。
二、污水处理常用方法探讨
1.活性污泥法
长期以来,城市生活污水处理多采用活性污泥法,它是世界各国应用最广的―种生物处理流程,具有处理能力高,出水水质好的优点。该方法主要由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排放系统组成。废水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。曝气池是一个生物反应器,通过曝气设备充入空气,空气中的氧溶入混合液,产生好氧代谢反应,且使混合液得到足够的搅拌而呈悬浮状态,这样,废水中的有机物、氧气同微生物能充分接触反应。随后混合液进入沉淀池,混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉下来和水分离,流出沉淀池的就是净化水。沉淀池中的污泥大部分回流,称为回流污泥,回流污泥的目的是使曝气池内保持一定的悬浮固体浓度,也就是保持一定的微生物浓度。曝气池中的生化反应引起微生物的增殖,增殖的微生物量通常从沉淀池中排除,以维持活性污泥系统的稳定运行,这部分污泥叫剩余污泥。活性污泥除了有氧化和分解有机物的能力外,还要有良好的凝聚和沉降性能,以使活性污泥能从混合液中分离出来,得到澄清的出水。由于污水处理是一项侧重于环境效益和社会效益的工程,因此在建设和实际运行过程中常受到资金的限制,使得治理技术与资金问题成为我国水污染治理的“瓶颈”。归纳起来,目前在城市生活污水处理研究和应用领域,普遍存在的问题有:
(1)采用传统的活性污泥法,往往基建费、运行费高,能耗大,管理复杂,易出现污泥膨胀现象;设备不能满足高效低耗的要求。
(2)随着污水排放标准的不断严格,对污水中氮、磷等营养物质的排放要求较高,传统的具有脱氮除磷功能的污水处理工艺多以活性污泥法为主,往往需要将多个厌氧和好氧反应池串联,形成多级反应池,通过增加内循环来达到脱氮除磷的目的,这势必增加基建投资的费用及能耗,并且使运行管理较为复杂。
(3)目前城市污水的处理多以集中处理为主,庞大的污水收集系统的投资远远超过污水处理厂本身的投资,因此建设大型的污水处理厂,集中处理生活污水,从污水再生回用的角度来说不一定是唯一可取的方案。因此,如何使城市污水处理工艺朝着低能耗、高效率、少剩余污泥量、最方便的操作管理,以及实现磷回收和处理水回用等可持续的方向发展,已成为目前水处理技术研究和应用领域共同关注的问题。这要求污水处理不应仅仅满足单一的水质改善,同时也需要一并考虑污水及所含污染物的资源化和能源化问题,且所采用的技术必须以低能耗和少资源损耗为前提。
2.生物膜法
在污水生物处理的发展和应用中,活性污泥和生物膜法一直占据主导地位。生物膜法主要用于从废水中去除溶解性有机污染物,主要特点是微生物附着在介质“滤料”表面,形成生物膜,污水同生物膜接触后,溶解的有机污染物被微生物吸附转化为H20、C02、NH3和微生物细胞物质,污水得到净化,所需氧化一般直接来自大气。生物膜法处理系统适用于处理中小规模的城市废水,采用的处理构筑物有高负荷生物滤池和生物转盘,生物滤池在我国南方更为适用。随着新型填料的开发和配套技术的不断完善,与活性污泥法平行发展起来的生物膜法处理工艺在近年来得以快速发展。由于生物膜法具有处理效率高、耐冲击负荷性能好、产泥量低、占地面积少、便于运行管理等优点,在处理中极具竞争力。
3.氧化法
氧化法是目前广泛采用并极具发展潜力的城市生活污水预处理方法之一。根据氧化剂的种类及反应器的类型,氧化法可分为化学氧化法、催化氧化法、(催化)湿式氧化法,光催化氧化法、超临界氧化法等。化学氧化法虽然操作简单,但由于其处理效果并非十分理想,而且由于其运行成本较高,因此,在城市生活污水处理应用中使用并不很多。为了达到提高处理效果,同时降低运行成本的目的,人们开发了一些其他的氧化技术。光催化氧化法设备简单、运行条件温和、氧化能力强、杀菌作用强、处理彻底,因此,在水的深度处理及对难降解的有机废水的处理具有极好的应用前景,目前已成为国内外非常活跃的研究课题,有专家预测,氧化法将成为21世纪废水处理中重要的方法之一。
总结:
综上所述,城市污水处理是一个迫在眉睫的问题,目前越来越多的受到人们的关注。但目前遇到的最新的问题是技术的改良和污水处理实际落实的问题。还希望相关部门能够将污水处理真正提上日程,投资进行新技术的研究,为人们的生活带来更多的绿色和清新。
参考文献:
[1]许建华等.水的特种处理[M].上海:同济大学出版社.1989
关键词:城市污泥;处置处理;资源化利用
Study on resource reuse of municipal sewage sludge
Li Yinbo
(Guangzhou Institute of Shanghai Municipal Engineering Design General Institute, Guangzhou 510070, China)
Abstract:As the by-product of the sewage treatment plants, the output of municipal sewage sludge is very huge and its components are complicated, and it brings secondarypollution to human. People are concerned about what reasonable use of the municipal sludge. In the meantime,it contains organic matter and it's also effective biological resources which can be comprehensive utilized.Therefor, it may be the best solution to combine sludge treatment with resourceful utilization of sewage sludge.This paper discusses the character, traditional treatment of municipal sewage sludge, and the eisting problems in traditional methods. Based on a comprehensive analysis of resourceful utilizations of sludge,the trend of sludge treatment is proposed in the paper.
Keywords:municipal sewage sludge; treatment and disposa; resourceful utilizations of sludge引言
随着经济的高速发展,城市化和小城镇建设步伐的不断加快,人们对环境质量的要求日益提高,环境保护意识不断增强,环境保护与治理成了国家可持续发展的必然要求。大量的污水处理厂不断建成并投入使用,随之而来的污泥量也越来越大。城市污水厂的污泥是指处理污水所产生的固态、半固态及液态的废弃物,含有大量的有机物、丰富的氮磷等营养物、重金属以及致病菌和病原菌等,如果不加处理的任意排放和投弃会对环境造成严重的二次污染。如何妥善地处置污水厂污泥,并将其作为一种新的资源加以有效利用,变废为宝,已成为城市污水厂和相关部门提高技术水平和管理水平的重要因素,也是全球共同关注的课题。
1 传统的污泥处置方法及其弊端
1.1 卫生填埋
脱水污泥直接填埋本身是对资源的严重浪费,此外,还可能对填埋场形成诸多困难:
(1)填埋场一般是一层垃圾一层覆土,然后进行碾压,污泥的高含水率、高粘度经常使得碾压机械打滑甚至深陷其中给填埋操作带来困难。
(2)污泥的流变性使得填埋体易变形和滑坡,成为人为的“沼泽地”,给填埋场带来极大安全隐患。
(3)污泥的高含水率大大增加了填埋场渗滤液处理量,由于污泥细小,经常堵塞渗滤液收集系统和排水管,加重了垃圾坝的承载负荷,给填埋安全和管理带来困难,而且清理收集系统的费用极为昂贵。考虑到污泥是一种资源,一些国家开始限制污泥的直接填埋,填埋成本的上升,引发了人们深度处理污泥以满足减量化和资源化的市场需求。
1.2 污泥焚烧
焚烧是利用污泥中有机成分高,具有一定热值的特点来处置污泥。与其他的污泥处置方法相比较,焚烧的优点在于其产物为无菌、无臭的无机残渣,迅速地实现了无菌化和减量化的目的。但由于所需设备、能源及操作费用所限,尚不具备推广应用的条件。而且由于污泥中含有大量的有机物,燃烧时会产生大量的有害物质,如二恶英、二氧化硫、盐酸等气体容易造成二次污染[1]。同时,形成的重金属的烟雾和污泥烧尽的污泥灰也有造成二次污染的可能性,而且灰烬也没有好的方法进行利用。这些不利之处都限制了该种方法的广泛应用,一般只有在其他处置方法受到环境或土地利用限制时才会考虑采用。
1.3 水体消纳
水体消纳污泥是一种方便、经济的处置方法。它一般不需要进行严格的无毒无害化处理,也不需要脱水就可以直接排入水体。但这种方法并没有从根本上解决环境污染问题。污泥进入水体后,其中的有毒有害物质会溶入水环境,导致水生环境恶化,对海洋生态系统和人类食物链造成威胁。1991年起美国禁止污泥向大海投弃,1998年欧盟也做了类似的规定[2]。
2 污泥资源化利用
污泥处理应遵行“减量化、稳定化、无害化和资源化”的原则。一般而言处理可供选择的方法大致有浓缩、消化、脱水、焚烧、堆肥等,然后是最终处置。因此污泥处理方案的选定,应根据当地污泥的性质与数量;投资情况与运行管理费用;环境保护要求及有关法律与法规;城市发展动态及污泥资源化利用,综合考虑后选定[3]。污泥最终处置的常规方法包括土地利用、填埋和投海。投海对海洋生态环境和人类食物链造成威胁,国际公约已明令禁止;而污泥中有毒有害物质在土地利用过程中对环境造成的危害也逐渐显现,譬如未经处理的污泥直接施用于土壤,造成土壤板结,植物死亡,重金属在食物链上的积累;填埋则严重污染了填埋场附近的生态环境;并严重污染了附近的地下水。随着人们环保意识的增强,土地资源的日益匮乏,污泥土地利用条件的严格化,因此在污泥处理过程中强调污泥的稳定化及无害化,就显得尤为重要。而充分利用污泥中有用成分,提升污泥附加值的污泥资源化技术正在持续升温。污泥资源化利用是污泥处理可持续发展的重要途径,同时有利于使社会效益、经济效益和环境效益相统一。
我国城市生活污水处理行业,一直面临着污泥的出路问题,但污泥的根本出路是资源化,因此需要加强对污泥利用的开发研究,化害为利,使污泥的产生、处置与环境保护之间达到一个良好的平衡。目前污泥资源化利用主要有以下几种方法。
2.1 农林利用
城市污泥含有大量的有机质和N、P、K以及Mn、Zn、Cu、S、Fe等植物生长元素,是一种良好的肥料和土壤改良剂。田间实验表明污泥用于农田后能改良土壤的物理化学性质,增加土壤营养成分,提高土壤可耕作性将污泥施用于花卉、草坪等,既可远离食物链,又可就近消化污泥,还能减少化学肥料的用量。但污泥也含有大量有害物质,污泥中的重金属是决定污泥能否农林利用的主要因素。
2.2 建材利用
有些工业废水和生活污水混排处理后的污泥含有机废物、重金属和一些有害微生物,可用于制造砖块、生态水泥、陶粒、填料等[4]。比如有的城市污水厂与水泥制品厂或制砧厂合作,把污泥作为建材产品的掺合料一起焚烧,最终生产出质量完全符合标准的建材产品,同时还降低了生产成本。这种处置过程,充分利用了污泥中的无机物(粘土),补充了当前水泥生产与制砧生产紧缺的泥源;同时充分利用了污泥中有机物(具有热值)作为辅助燃料,减低了建材产品生产的煤耗量;由于焚烧温度高达1200℃,污泥中病原体被彻底毁灭,燃烧过程中产生的有害废气(如二垩英)被彻底分解,又无残留灰渣,彻底避免了对环境的污染;同时为建材生产厂提供了再生资源,降低建材产品的单位成本;根据市场经济运作,污水厂还从中得到了应有的实惠,但是污泥建材利用应考虑重金属浸出率及放射性污染物、有机污染物的影响。
2.3 环保材料
从污泥中提取出微生物絮凝剂,不仅可用于油水分离,还可用于去除污水中的悬浮物、有机物等。矿化污泥可制备用于回收水表面溢油的吸附剂,且效果相当显著。活性污泥能作为粘结剂将无烟粉煤加工成型煤。在加工过程中,污泥可改善高温下型煤内部孔结构,降低灰渣中的残碳,污泥热值也得到充分利用。未驯化污泥可制成降解五氯酚的颗粒污泥,而经氯苯驯化的污泥对氯苯、邻二氯苯、间二氯苯等共存的体系具有良好的降解作用[5]。
2.4 污泥堆肥
污泥堆肥技术是20世纪60年展起来的一项新兴生物处理技术。主要是利用微生物的作用,将不稳定的有机质降解和转化成较为稳定的有机物,并使挥发性物质含量降低,物理性状明显改善(如含水量低、呈疏松、分散、粒状)。处理后便于贮存、运输和使用。高温堆肥还可以杀死病原菌、虫卵等,使堆肥产品更适合作为土壤改良剂和植物营养源污泥堆肥主要有两种方式,一是污泥消化或污泥和垃圾与其他物质混合堆肥后农用;二是污泥经过堆肥发酵制成复合肥农用。另外,还有人研究开发了污泥――化肥复合肥系列产品进行农用,更具有优越性。
2.5 用于聚合物复合材料
利用脱水污泥和废塑料为主要原料,张召述等[6]采用热塑复合法制备出聚合物复合材料及对应的微孔材料,最终材料表现出混凝土的刚度和聚合物的韧性,具有木材的性质,可锯、可钉、可切割、可装饰,而原料污泥中的有害物质重金属经聚合物固化和表面处理不会渗出,污泥的恶臭也被消除,因而这种材料能在工业及民用建筑领域得到应用。污泥制聚合物复合材料这一工艺的出现,无疑缓解了木材市场的压力,特别是以污泥与废塑料为主要原料这一特点,不仅解决了污问题,还解决了由废塑料带来的白色污染,为环保事业的发展拓展了新的方向。
2.6 污泥制吸附剂
近年来,一些学者研究发现,来源于污泥热解的衍生材料可以作为很好的吸附剂。一方面,污水处理过程中产生的污泥中含有大量的有机物,另一方面污泥中还含有的大量重金属氧化物。这种氧化物不但可以作为吸附剂,同时也是良好的催化剂。于是人们以污泥为原料,通过传统的活性炭生产工艺制得了污泥活性炭,主要应用于污水处理、有害气体吸附等。因此,污泥制活性炭这种资源化方法越来越受到人们的重视[7]。
2.7 其它综合利用
有的城市污水厂污泥则与制热单位合作,利用污泥替代部分燃煤制热,取得了较好的效果。污泥通过焚烧达到了无害化处置,,制热单位由于获得了污泥这一再生资源,缓解了当前燃煤供应紧张的局面并降低了制热生产成本。
3 结语
随着人们环境保护意识的不断提高和环境法规的不断完善以及国内外对能源的需求量逐年增加,开发和利用低成本、高效率、环境污染小的可再生能源已经成为社会的需求。所以城市污水厂污泥处理与处置必须遵循“减量化、稳定化、无害化、资源化”的处置原则,不能将污泥处理与处置的目的仅限于“减量化、稳定化、无害化”,而是应将“无害化”作为污泥处置的重点,把“资源化”作为污泥处置的最终目标。只有进行综合利用,才能有效地彻底解决污泥对环境污染。因此,应加强污泥资源化和能源化的开发利用研究,寻求新的应用途径、加工技术,将大量的废物变为可用物质,取得良好的经济效益和环保效益。
参考文献
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[2]魏源送.堆肥技术及进展[J].环境科学进展,1999,23(12):23-25.
[3]张自杰.排水工程[M].北京:中国建筑工业出版社,2000: 328-329.
[4]许拥胜.烧结砖产品定位与工艺质量控制[J].砖瓦世界, 2005(1): 12-13.
[5]牛波,吕鸿雁.污水处理厂污泥处理处置方法[J].地下水,2005,6(3):202-203