打通污水處理“最后一公里”，污泥處置技術(shù)到底有哪些？

今年第二輪中央環(huán)保督察前三批通報(bào)過(guò)北京、天津、浙江、廣州海滔、江蘇、廣西、江西、黑龍江、遼寧等地的多起污泥問(wèn)題案例，污泥問(wèn)題已成為中央生態(tài)環(huán)保督察組重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象，污泥處置也成為打通污水處理的“最后一公里”，為污泥處置尋找一條合適的出路成為亟待解決的難題!

污泥處置是指經(jīng)過(guò)減少水分或去除有機(jī)雜質(zhì)并殺滅病原體后的污泥的最終處置。污泥或廢渣，除符合衛(wèi)生條件的可綜合利用外，必須作最終處置，污泥的處置是在符合國(guó)家法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，綜合考慮當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素，采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施和管理政策，為城市污泥提供最終的出路。

污泥的種類

污泥是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌體、無(wú)機(jī)顆粒和膠體等組成的非均質(zhì)體。它很難通過(guò)沉降進(jìn)行徹底的固液分離。污水處理產(chǎn)生的污泥是典型的有機(jī)污泥，其特性是有機(jī)物含量高(60%~80%)，顆粒細(xì)(0.02~0.2mm)，密度小(1002~1006Kg/m3)，呈膠體結(jié)構(gòu)，是一種親水性污泥，容易管道輸送，但脫水性能差。隨著污泥水分的減少，污泥從純液狀流動(dòng)到粘滯狀、塑性性狀、半干固體狀直到純固體狀這一過(guò)程進(jìn)行變化。通常濃縮可將含水率降到85%(含水狀態(tài));含水率在70%~75%時(shí)，污泥呈柔軟狀態(tài)，不易流動(dòng);通常一般脫水下含水率只可降到60%~65%，此時(shí)幾乎成為固體;含水率低到35%~40%時(shí)，成聚散狀態(tài)(以上是半干化狀態(tài));進(jìn)一步低到10%~15%則成粉末狀。

按污水的處理方法或污泥從污水中分離的過(guò)程，可以將污泥分為四類：

1）初沉污泥：從初沉淀池排出的沉淀物(來(lái)自初沉池)。

2）剩余污泥(剩余活性污泥)：由于微生物的代謝和生物合成作用，使得曝氣池中的活性污泥生物量增加，經(jīng)二次沉淀池沉淀下來(lái)的污泥一部分回流到曝氣池供再處理污水用，多余的排放到系統(tǒng)之外的部分即剩余污泥。(來(lái)自活性污泥法后的二沉池)。

3）腐殖污泥：指生物膜法(如生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、部分生物接觸氧化池等)污水處理工藝中二次沉淀池產(chǎn)生的沉淀物。(來(lái)自生物膜法后的二沉池)。

4）化學(xué)污泥：用混凝、化學(xué)沉淀等化學(xué)法處理廢水所產(chǎn)生的污泥。

按污泥的不同產(chǎn)生階段，可以將污泥分為五類：

1）生污泥(新鮮污泥)：指從沉淀池(初沉池和二沉池)分離出來(lái)的沉淀物或懸浮物的總稱，未經(jīng)任何處理的污泥。

2）消化污泥(熟污泥)：初沉污泥、腐殖污泥、剩余活性污泥經(jīng)厭氧或好氧消化后的污泥均稱消化污泥。

3）濃縮污泥：指生污泥經(jīng)濃縮處理后得到的污泥;

4）脫水干化污泥：指經(jīng)脫水干化處理后得到的污泥;

5）干燥污泥：指經(jīng)干燥處理后得到的污泥。

污泥的特點(diǎn)

污泥按其來(lái)源分大致可分為給水污泥、生活污水污泥和工業(yè)廢水污泥三類。

城市污泥的組成、成分與熱值

1）城市污水處理廠污泥的組成及營(yíng)養(yǎng)物含量

2）城市污水處理廠污泥的基本理化成分

3）城市污水處理廠污泥的燃燒熱值表

工業(yè)污泥的特點(diǎn)

工業(yè)污泥根據(jù)其來(lái)源，有著非常大的差異。這些差異主要表現(xiàn)在其粘度、吸濕性、污染物性質(zhì)、含油率、含水率、有機(jī)質(zhì)比例、無(wú)機(jī)物比例等多方面。

比較市政污泥來(lái)說(shuō)，其粘度大、含油率高、無(wú)機(jī)物比例高，有時(shí)使得其處理難度更高。

污泥處置的技術(shù)手段及綜合利用

污泥處理技術(shù)分為污泥處理和污泥處置兩個(gè)環(huán)節(jié)。污泥處理包括濃縮(含水率95%-98%)、脫水(80%)、干化(40%)等。在脫水環(huán)節(jié)，可以通過(guò)厭氧消化或好氧消化進(jìn)一步提高脫水效率。

污泥處置是污泥處理的后續(xù)環(huán)節(jié)，有填埋、焚燒、堆肥、資源化等多種手段。當(dāng)前國(guó)際上最常使用的是焚燒處置方法。在2014 年活性污泥一百周年時(shí)，全世界科學(xué)家都一致認(rèn)為：資源化是污水處理未來(lái)發(fā)展的方向，污泥的資源化利用是未來(lái)需要突破的重要環(huán)節(jié)。

1、厭氧消化技術(shù)——污泥處理的高效手段

厭氧消化是指污泥在無(wú)氧環(huán)境下，通過(guò)兼性菌和厭氧細(xì)菌將污泥中的可生物降解的有機(jī)物分解成二氧化碳、甲烷和水等，使污泥得到穩(wěn)定的過(guò)程。當(dāng)前行業(yè)普遍認(rèn)為厭氧消化是污泥減量化、穩(wěn)定化的常用手段之一。與好氧消化相比具有成本低(不需要鼓風(fēng)設(shè)備、除臭設(shè)備)、不良?xì)怏w排放少、氣體回收利用等優(yōu)勢(shì)。

按照處理溫度不同，厭氧消化可以分為中溫消化和高溫消化兩種。高溫厭氧消化相對(duì)于中溫消化具有產(chǎn)氣率高、消化池體積小的優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)耗能要求較高。我國(guó)當(dāng)前普遍使用中溫消化。目前認(rèn)為厭氧消化需要經(jīng)歷四個(gè)階段：分別是水解、酸化(發(fā)酵)階段，乙酸化階段，甲烷化階段。各階段之間既相互聯(lián)系又相互影響，各個(gè)階段都有各自特色微生物群體。

厭氧消化具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）提高后續(xù)處理的效率并減少后續(xù)處理能耗。通常認(rèn)為厭氧反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化。通過(guò)厭氧反應(yīng)，污泥中有機(jī)物去除40%-60%，有害病菌減少。此外，厭氧消化提高污泥脫水穩(wěn)定性，讓焚燒等后續(xù)處理減少35%以上的能耗。

2）厭氧消化成本較低。根據(jù)《中國(guó)環(huán)境報(bào)》統(tǒng)計(jì)，單純厭氧消化投資成本約為20-40 萬(wàn)元/(噸/日)，由于不用鼓風(fēng)曝氣等，節(jié)約了成本，單純厭氧消化運(yùn)行費(fèi)用約為60-120 元/噸(含水率80%，不包括濃縮和脫水)，而好氧發(fā)酵運(yùn)行費(fèi)用為120-160 元/噸。

2、污泥干燥(化)技術(shù)

按照處理工藝的不同有直接干燥和間接干燥兩種。直接干燥是將高溫?zé)煔庵苯右敫稍锲?，通過(guò)氣體與濕物料的接觸對(duì)流進(jìn)行換熱。由于直接干燥會(huì)增加污染性氣體，污泥處理量小且存在一定的安全隱患，歐洲各國(guó)已逐漸放棄直接干燥法，多采用間接干燥。

間接干燥是將高溫?zé)煔獾臒崃客ㄟ^(guò)熱交換器，傳給蒸汽，蒸汽在一個(gè)封閉的回路中循環(huán)，與污泥沒(méi)有接觸。間接干燥存在一定的熱損失，但需要處理的煙氣量小，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

污泥間接干燥流程圖

目前，國(guó)內(nèi)外的污泥干燥設(shè)備主要有：三通式回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)(轉(zhuǎn)鼓干燥機(jī))、流化床干燥機(jī)、槳葉式干燥機(jī)、盤(pán)式干燥機(jī)、帶式干燥機(jī)等。

污泥干燥技術(shù)的比較

3、衛(wèi)生填埋技術(shù)——我國(guó)最普遍使用的污泥處理技術(shù)

污泥的衛(wèi)生填埋始于60年代，是在傳統(tǒng)填埋的基礎(chǔ)上從保護(hù)環(huán)境角度出發(fā)，經(jīng)過(guò)科學(xué)選址和必要的場(chǎng)地防護(hù)處理，具有嚴(yán)格管理制度的科學(xué)的工程操作方法。到目前位置，已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的污泥處置技術(shù)，污泥經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的無(wú)菌處理直接傾倒于低谷地區(qū)可制造人工土地。

優(yōu)點(diǎn)：

處理成本低、不需要高度脫水或自然干化、既處理了污泥又增加了城市的建設(shè)用地、投資較少、容量大、見(jiàn)效快。

缺點(diǎn)：

1）污泥中含有的各種有毒有害物質(zhì)經(jīng)雨水的侵蝕和滲濾會(huì)污染地下水及大氣。適宜污泥填埋的大面積場(chǎng)所因城市污泥大量的產(chǎn)出而顯得越來(lái)越有限，污泥作衛(wèi)生填埋時(shí)，應(yīng)注意該處的地質(zhì)，水文條件和土壤條件。

2）應(yīng)考慮到環(huán)境衛(wèi)生問(wèn)題，填坑鋪設(shè)防滲性能好的材料，填埋場(chǎng)還應(yīng)配設(shè)滲濾液收集裝置及凈化設(shè)施。目前我國(guó)修建的衛(wèi)生填埋場(chǎng)中，都用高密度聚乙烯為防滲層，避免了對(duì)地下水及土壤的二次污染。

3）遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸費(fèi)用高昂是制約污泥的衛(wèi)生填埋的一個(gè)重要因素。

4、污泥焚燒技術(shù)

焚燒法是一種高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)，即以一定的過(guò)剩空氣與被處理的有機(jī)廢物在焚燒爐內(nèi)進(jìn)行氧化分解反應(yīng)，廢物中的有毒有害物質(zhì)在高溫中氧化熱解而被破壞。焚燒處置的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)污泥的無(wú)害化、減量化(減容70%，最大可到90%)和資源化。焚燒的主要目的是盡可能地焚燒廢物，并將被焚燒的物質(zhì)變成無(wú)害和最大限度的減容，盡量減少新的污染物產(chǎn)生，以避免二次污染。近年來(lái)由于采用了合適的預(yù)處理工藝和焚燒手段，達(dá)到了污泥熱能的自足，并能滿足越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)境要求。以焚燒為核心的處理方法是被認(rèn)為是污泥處置最徹底、快捷和經(jīng)濟(jì)的方法。

按照焚燒方式不同分為直接焚燒和干燥焚燒兩種。其中直接焚燒是指將高溫污泥(含水率85%以上)在輔助燃料的作為熱源的情況下直接在焚燒爐內(nèi)焚燒。由于污泥含水量大、熱值低，需要消耗大量的輔助燃料。直接焚燒下，污泥含水量大，焚燒后的尾氣量較大，后續(xù)尾氣處理需要龐大的設(shè)備，操作控制難度大。無(wú)論從運(yùn)行成本和設(shè)備投資等方面，污泥的直接焚燒正逐漸被干燥焚燒所代替。干燥焚燒是指將污泥通過(guò)干化處理后再進(jìn)行焚燒的技術(shù)手段。當(dāng)前焚燒工藝包括單獨(dú)焚燒、熱電廠協(xié)同處置、水泥窯協(xié)同處置。

污泥焚燒指標(biāo)要求

5、好氧堆肥(發(fā)酵)——形成生物肥料

好氧堆肥是在有氧情況下，通過(guò)微生物的發(fā)酵作用，將污泥轉(zhuǎn)變?yōu)榉柿系倪^(guò)程。其中有機(jī)物料代謝為二氧化碳、水和熱。

好氧堆肥的優(yōu)點(diǎn)包括：

1）發(fā)酵效率高，穩(wěn)定化時(shí)間相對(duì)短;

2）臭味少，實(shí)現(xiàn)滅菌;

3）含水率可降到40%;

4）污泥成品主要用于修復(fù)鹽堿地、城市綠化、垃圾場(chǎng)覆蓋以及建筑等方面用土;

5）并衍生出蚯蚓生物堆肥等來(lái)強(qiáng)化堆肥效果，比如興蓉環(huán)境和綠山的合作。

堆肥的難點(diǎn)主要包括：

1）能量?jī)糁С?，通風(fēng)能耗費(fèi)用占比80%;

2）需對(duì)好氧堆肥運(yùn)行的不同階段的合理通風(fēng)量加強(qiáng)研究;

3）缺少C/N 等控制因素的理論研究，致使存在調(diào)理添加劑使用過(guò)多的情況。

堆肥工藝流程圖

6、碳化技術(shù)

“碳化”處置技術(shù)是通過(guò)給污泥加溫，使污泥中的微生物細(xì)胞裂解，將其中的水分釋放出來(lái)，同時(shí)又最大限度地保留污泥中碳質(zhì)的過(guò)程。碳化工藝特點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。1)高溫。在高溫作用下，部分有機(jī)質(zhì)發(fā)生解聚，形成可燃?xì)怏w；2)低氧。在高溫處理過(guò)程中，通過(guò)限制供氧量，實(shí)現(xiàn)有限燃燒；3)低水分。廢棄物(如污泥)應(yīng)首先降低水分(前置干燥)，才能進(jìn)行熱解處理。

相對(duì)于熱力干化和焚燒，碳化技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于：能源消耗低，剩余產(chǎn)物中碳含量高，發(fā)熱量大，炭質(zhì)利用價(jià)值大。這類工藝可能有不同的名稱，如碳化、炭化、熱解、裂解、干餾、焦化、氣化、熱裂、熱裂解、高溫裂解等。

碳化技術(shù)原理圖

7、建材和土地利用

污泥建材利用是指將污泥作為制作建筑材料的部分原料的處置方式，應(yīng)用于制磚、水泥、陶粒、活性炭、熔融輕質(zhì)材料以及生化纖維板的制作。

污泥的土地利用是將經(jīng)過(guò)妥善處理至符合一定標(biāo)準(zhǔn)的污泥或其產(chǎn)品作為肥料或土壤改良材料，用于農(nóng)田利用、園林綠化利用或土地改良等場(chǎng)合，是一種積極、可持續(xù)的污泥最終處置模式。土地利用在發(fā)達(dá)國(guó)家取得了良好的效果，主要是與農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)了緊密聯(lián)系。

反觀國(guó)內(nèi)，污泥土地利用的道路走得異常艱難，由于以前工業(yè)污水和生活污水長(zhǎng)期混同處理，出于對(duì)污泥中重金屬風(fēng)險(xiǎn)的考慮，污泥制成的“有機(jī)肥”被農(nóng)業(yè)部禁止進(jìn)入農(nóng)田，只能用作綠化土、填埋土、路基土等。

8、污泥土壤化

污泥土壤化技術(shù)介于污泥衛(wèi)生填埋及污泥土地利用之間，其技術(shù)近年來(lái)在歐洲迅速發(fā)展，已經(jīng)在德國(guó)、瑞士、美國(guó)等國(guó)開(kāi)始進(jìn)行廣泛應(yīng)用。污泥在自然形態(tài)的土壤化池經(jīng)過(guò)植物的腐蝕，被轉(zhuǎn)化為一等級(jí)的腐植土(自然堆肥)，再次循環(huán)至大自然當(dāng)中，同時(shí)堆肥中不存在重金屬等有害物質(zhì)，非常適合用于堆肥或土地改良劑。

優(yōu)點(diǎn)：

1）可重復(fù)使用，設(shè)備的再投資費(fèi)用低、運(yùn)行費(fèi)用極為低廉、防止二次污染、工藝簡(jiǎn)單、不依賴于掌握高技術(shù)的技術(shù)人員。

2）污泥土壤化技術(shù)指，通過(guò)自然能量轉(zhuǎn)換，利用植物對(duì)土壤的腐蝕作用，把污泥轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)土壤。污泥中含有豐富的氮、磷等肥料元素，通過(guò)污泥土壤化可減少化肥使用量，有利于農(nóng)作物栽培，是污泥穩(wěn)定性與保護(hù)土壤集于一體的處理技術(shù)。

3）建筑適宜的污泥土壤化池，在污泥土壤化池倒入污泥，倒入之后種植蘆葦，利用蘆葦?shù)膹?qiáng)分解能力，經(jīng)過(guò)數(shù)年的培養(yǎng)，把污泥轉(zhuǎn)換為優(yōu)質(zhì)的腐植土，不僅減少污泥，同時(shí)生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的腐植土。

4）填坑鋪設(shè)防滲性能好的材料，用高密度聚乙烯為防滲層，避免了對(duì)地下水及土壤的二次污染。

5）污泥轉(zhuǎn)換為優(yōu)質(zhì)腐植土，非常適合用于堆肥或土壤改良劑。

6）解決污泥土地利用時(shí)所擔(dān)憂的重金屬、病原體對(duì)土壤的侵害。

7）可適用于高含水率的污泥處理。

缺點(diǎn)：

1)占地面積較大，不宜用于大城市市內(nèi)，在土地供應(yīng)充足的地區(qū)廣受歡迎。

2)遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸費(fèi)用高昂是制約污泥土壤化技術(shù)的一個(gè)重要因素。

編輯：李丹