摘要:概述當(dāng)前國(guó)內(nèi)外污泥處理處置技術(shù)研究現(xiàn)狀,根據(jù)污泥處理處置技術(shù)的處理效果、適用性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境影響等方面對(duì)污泥處理處置技術(shù)和工藝流程進(jìn)行了比較和評(píng)估;同時(shí)指出了我國(guó)污泥處理處置技術(shù)評(píng)估工作中存在的問(wèn)題,并提出相應(yīng)建議。

關(guān)鍵詞:污泥,技術(shù)評(píng)估,工藝選擇

0引言

城市污水廠污泥(以下簡(jiǎn)稱(chēng)污泥)由于含有各種病原體、重金屬等有毒有害物質(zhì),必須要進(jìn)行處理處置。同時(shí),隨著我國(guó)城市污水處理率的不斷增加,污泥的產(chǎn)量呈急劇上升趨勢(shì),污泥的處理處置已成為制約許多城市發(fā)展的主要因素。目前污泥處理處置技術(shù)方法很多,但由于對(duì)各技術(shù)的特點(diǎn)和適用條件了解較少,導(dǎo)致許多工程未能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此,本文對(duì)常用污泥處理處置技術(shù)進(jìn)行評(píng)估和篩選,以便對(duì)今后污泥處理處置工程技術(shù)的選擇提供參考依據(jù)。

1污泥處理處置技術(shù)研究現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)六七十年代就開(kāi)始對(duì)污泥處理處置技術(shù)進(jìn)行研究。美國(guó)農(nóng)業(yè)部門(mén)在19世紀(jì)70年代就對(duì)污泥農(nóng)用堆肥工藝展開(kāi)研究,并發(fā)展了Beltsville Aerated Pile法用于污泥堆肥。這種方法既可以處理生污泥,也可以處理消化后的污泥,得到的產(chǎn)品無(wú)臭、滅菌、便于保存和運(yùn)輸并可以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[1]。德國(guó)在19世紀(jì)80年代致力于污泥焚燒體系的開(kāi)發(fā)和完善,并為該系統(tǒng)配備了能量的回收利用設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì),德國(guó)固體廢棄物焚燒而回收利用的能量可為全國(guó)30%的人口服務(wù)[2]。隨著污水處理技術(shù)的更新和發(fā)展,污泥處理處置技術(shù)也在不斷地改進(jìn)。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展,一些發(fā)達(dá)國(guó)家陸陸續(xù)提出了污泥處理處置新方法。西班牙科學(xué)家提出利用微波能量來(lái)水解消化污泥, 取得了很好的效果[ 3]。美國(guó)和智利的科學(xué)家提出使用火山爆發(fā)遺留的熔巖地來(lái)處理污泥及污泥焚燒灰。這種方法可以有效控制污泥及污泥焚燒灰中的礦物質(zhì)元素以及磷元素和鋅元素, 從而改善熔巖地的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)并提高其生產(chǎn)力[ 4]。愛(ài)爾蘭利用過(guò)熱蒸汽流干化工藝與污泥消化工藝相結(jié)合, 不但實(shí)現(xiàn)污泥的穩(wěn)定, 更實(shí)現(xiàn)了能量的回收利用[ 5 ]。日本的污泥處理處置技術(shù)主要集中在污泥的再生利用方面, 占到污泥處置比例的56%, 包括污泥制磚、制骨料、制燃料和熔渣4種[ 6]。

目前, 中國(guó)的污泥處理處置技術(shù)得到了很大的改善, 但還存在技術(shù)單一、設(shè)備落后和處理率低等問(wèn)題。中國(guó)污泥處理處置工作主要面臨著兩大技術(shù)難題: 污泥含水率高和有機(jī)質(zhì)利用率低。污泥含水率是制約污泥處理處置的關(guān)鍵問(wèn)題。含水率過(guò)高限制堆肥、焚燒等高效處置技術(shù)的應(yīng)用, 同時(shí)也不利于污泥的再生利用。而有機(jī)質(zhì)利用率低不僅浪費(fèi)了可回收利用的資源, 也造成污泥易腐、有異味等不良特性。

濕污泥中包含4種水分: 毛細(xì)水、間隙水、吸附水和內(nèi)部水。存在于微生物細(xì)胞內(nèi)的內(nèi)部水是導(dǎo)致上述2個(gè)難點(diǎn)的主要原因。不但水分難以除去, 有機(jī)質(zhì)物質(zhì)也被包裹在細(xì)胞中難以釋放。因此, 要除去內(nèi)部水, 釋放胞內(nèi)有機(jī)物必須采取高溫干燥或細(xì)胞破碎的處理方法。事實(shí)上, 中國(guó)針對(duì)上述難點(diǎn)開(kāi)展了一系列的研究工作) ) ) 發(fā)展了超聲波預(yù)處理法、濕式氧化法、水熱解法和水泥窯共處理等新技術(shù)。這些技術(shù)已應(yīng)用于一些污水廠并取得了顯著的處理效果。但要實(shí)現(xiàn)規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化, 還需要對(duì)新技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。

2 污泥處理處置技術(shù)評(píng)估

正確評(píng)估污泥處理處置技術(shù)是污水廠選擇合理的污泥處理處置方法的前提。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)外污泥處理處置技術(shù)的現(xiàn)狀, 從經(jīng)濟(jì)性、適用性、處理效果以及環(huán)境影響等方面對(duì)污泥處理處置技術(shù)進(jìn)行比較和評(píng)估。

2. 1 污泥的濃縮和脫水技術(shù)

常見(jiàn)的污泥濃縮和脫水技術(shù)有以下幾種: 重力濃縮法、機(jī)械濃縮法、板框壓濾脫水、帶式壓濾脫水、離心脫水以及濃縮脫水一體機(jī)濃縮脫水。各濃縮脫水技術(shù)的比較見(jiàn)表1

若僅考慮減少投資, 可以選擇重力濃縮+ 帶式壓濾脫水/板框壓濾脫水。重力濃縮只需一次性構(gòu)筑物的建造和基本維護(hù)費(fèi)用, 投資和成本低。帶式壓濾和板框壓濾脫水機(jī)的設(shè)備投資較少, 但處理效率低、噪聲大。

為了提高處理效率和減少環(huán)境影響, 可以選擇機(jī)械濃縮+ 離心脫水或使用濃縮脫水一體機(jī)。機(jī)械濃縮和離心脫水會(huì)增加污水廠的電耗和購(gòu)買(mǎi)調(diào)理藥劑的費(fèi)用, 但是他們的處理效果好、處理效率高。機(jī)械濃縮和離心脫水機(jī)封閉性好、臭味不易擴(kuò)散、噪聲小,因而對(duì)操作間和周邊環(huán)境的影響較小; 同時(shí)自動(dòng)化程度高, 無(wú)需人工操作[ 8]。對(duì)于污水廠新建工程或改造工程, 濃縮脫水一體機(jī)是很好的選擇。它集濃縮和脫水為一體, 無(wú)需建造濃縮池構(gòu)筑物。不但處理效率高, 而且節(jié)省投資。

2. 2 污泥干化

污泥干化工藝按原理可分為自然干化、直接加熱干燥和間接加熱干燥。由于利用外加熱源進(jìn)行污泥干化的能耗高, 其運(yùn)行費(fèi)用也很高。若僅考慮干化技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性, 自然干化是非常理想的方法。自然干化方法簡(jiǎn)單、易于管理; 但此法受氣候影響大, 衛(wèi)生條件差; 并且僅適用于干燥少雨且土地資源較寬裕的地區(qū)。

若選擇處理效果好且環(huán)境影響小的技術(shù), 可以使用加熱干燥法。直接加熱干化具有流程簡(jiǎn)單、熱交換率損失少等優(yōu)點(diǎn); 但干燥煙氣具有惡臭, 因而對(duì)工作間和周邊環(huán)境有不良影響。間接加熱干燥是利用一定介質(zhì)在封閉回路中循環(huán), 因此不僅干化效果好, 而且無(wú)惡臭氣體。但介質(zhì)會(huì)帶走一部分熱量, 熱能利用率不如直接加熱干燥技術(shù)效率高。

上海石洞口污水廠采用流化床低溫干化系統(tǒng)對(duì)污泥進(jìn)行干化。該系統(tǒng)的干化溫度為85e , 系統(tǒng)內(nèi)控制含氧量< 4% (防止爆炸)。干化系統(tǒng)每蒸發(fā)1 t水分, 消耗熱能為2 800kJ。經(jīng)干化后的污泥含水率能夠降至5% ~ 10%。

2. 3 污泥消化

污泥消化按原理可分為厭氧消化和好氧消化。厭氧消化又可分為中溫厭氧消化、高溫厭氧消化和兩相厭氧消化。污泥消化技術(shù)的初期投資和運(yùn)行費(fèi)用都很高。但由于消化工藝可進(jìn)一步穩(wěn)定污泥, 因而污水廠應(yīng)根據(jù)規(guī)模的大小、污泥的性質(zhì)及財(cái)政狀況選擇合適的消化工藝。

對(duì)于處理能力在10萬(wàn)t/d以上的大型二級(jí)污水處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥, 應(yīng)采用中溫厭氧消化或高溫厭氧消化; 對(duì)于中小型污水處理廠, 應(yīng)選擇工藝成熟、機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理方便的好氧消化工藝; 而對(duì)于高濃度有機(jī)廢水、懸浮物濃度很高的污水以及含有毒物質(zhì)、難降解物質(zhì)的污泥宜采用兩相厭氧消化方法處理。

2. 4 污泥最終處置技術(shù)

常見(jiàn)的污泥最終處置技術(shù)主要包括衛(wèi)生填埋、堆肥、焚燒和土地利用等。4種常見(jiàn)污泥處置技術(shù)比較見(jiàn)表2。近年, 污泥制建材、污泥制肥和污泥發(fā)電等新興技術(shù)也有所發(fā)展和應(yīng)用。具體參見(jiàn)http://wlmqsb.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

 衛(wèi)生填埋和污泥土地利用是經(jīng)濟(jì)性最好的污泥終處置技術(shù), 投資約3 萬(wàn)~ 515 萬(wàn)元/ t (含水率80% ), 運(yùn)行成本約15 ~ 30元/t(含水率80% ) [ 10]。但污泥填埋工作仍存在很多問(wèn)題, 如滲濾液產(chǎn)生量大、滲濾液收集系統(tǒng)易堵塞、填埋操作困難等; 土地利用也存在惡臭污染的問(wèn)題。另外, 近年修訂的污泥處置標(biāo)準(zhǔn)CJ /T 249 - 20075城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋泥質(zhì)6中規(guī)定: 混合填埋泥質(zhì)的含水率應(yīng)不大于60% , 污水廠目前的脫水技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)這一要求。因此, 衛(wèi)生填埋和土地利用的發(fā)展前景不容樂(lè)觀。

焚燒技術(shù)的處理效率最高, 可以大幅減少污泥體積和含水率。但是焚燒法所需投資較高, 設(shè)備投資約35萬(wàn)~ 45萬(wàn)元/ t(以干污泥計(jì)), 運(yùn)行成本約771 ~1 000元/t(以干污泥計(jì))。同時(shí), 我國(guó)焚燒設(shè)備主要依賴(lài)于進(jìn)口, 設(shè)備投資費(fèi)用和維護(hù)修理費(fèi)用較高。焚燒法僅適合于大型污水處理廠污泥或有毒有害物質(zhì)含量高的污泥的處置。上海石洞口干化焚燒工程選用了德國(guó)進(jìn)口流化床焚燒系統(tǒng)。該廠投資8 000萬(wàn)元(含干化和焚燒設(shè)備、土建、自控及輔助設(shè)施), 運(yùn)行費(fèi)用約250 元/ t(含水率為82% , 包含電費(fèi)、藥劑費(fèi)、人工費(fèi)、維修費(fèi)等)。我國(guó)也自主設(shè)計(jì)了焚燒爐,運(yùn)行效果良好。齊魯石化乙烯污水處理廠污泥采用二段串聯(lián)的臥式回轉(zhuǎn)焚燒爐焚燒, 處理量為2 100 kg /h含水率不大于80% 的濕污泥。

堆肥工藝對(duì)環(huán)境的影響最小。堆肥可利用污泥中的大部分營(yíng)養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì), 實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。同時(shí)污泥堆肥基建費(fèi)用低、容易管理、設(shè)備簡(jiǎn)單;產(chǎn)品無(wú)味無(wú)臭、質(zhì)地疏松、含水率低、密度小, 便于運(yùn)輸施用和后續(xù)加工成商品肥。但堆肥過(guò)程中惡臭氣體的控制以及污泥中的重金屬含量仍制約著堆肥技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。此外, 產(chǎn)品的銷(xiāo)路也是影響堆肥技術(shù)的關(guān)鍵因素。一般堆肥周期較長(zhǎng), 適用于小型污水廠使用。山東省晨鳴集團(tuán)污泥堆肥工程采用北京中科博聯(lián)環(huán)保高新技術(shù)有限公司自行研發(fā)的CTB高溫好氧快速堆肥技術(shù)進(jìn)行污泥堆肥, 處理效果很好。該工程總投資2 600萬(wàn)元, 其中基建費(fèi)1 300萬(wàn)元, 設(shè)備費(fèi)900萬(wàn)元。另外, 太倉(cāng)市巨龍農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖技術(shù)有限公司引進(jìn)日本大平二號(hào)蚯蚓原種, 開(kāi)發(fā)/蚯蚓生物轉(zhuǎn)化污泥、生產(chǎn)生物有機(jī)肥0項(xiàng)目。該公司現(xiàn)已成功利用蚯蚓處理造紙污泥, 蚯蚓處理污水廠污泥正在研發(fā)中。

污泥制建材、污泥制肥和污泥發(fā)電等新興技術(shù)也是今后污泥處理處置發(fā)展的方向, 但目前技術(shù)還不完善、規(guī)�；�和產(chǎn)業(yè)化程度較低, 短期內(nèi)較難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工程化應(yīng)用。

3 污泥處理處置工藝流程的選擇評(píng)估污泥處理處置技術(shù)是為了更合理地選擇污泥處理處置工藝流程, 以便污水廠污泥處理處置工作正常、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。中國(guó)城市污水廠污泥處理處置工藝流程及其應(yīng)用比例見(jiàn)表3。 樣化的。污水廠應(yīng)根據(jù)自身的規(guī)模、污水污泥性質(zhì)以及經(jīng)濟(jì)實(shí)力合理選擇。

大中型污水廠(處理量在5萬(wàn)t/d以上)產(chǎn)泥量大, 污泥產(chǎn)率高, 因此適于選擇處理量大、處理效率高的污泥處理處置工藝。在資金充裕的情況下, 污水廠宜選擇帶有污泥消化的工藝, 如濃縮池) 消化池) 機(jī)械脫水) 最終處置。該工藝是比較完備的污泥處理處置工藝流程。污泥消化可以明顯改善污泥的理化性質(zhì), 降低污泥的生物活性, 實(shí)現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化, 但這種工藝基建投資和運(yùn)行成本都很高。濃縮池) 機(jī)械脫水) 最終處置是我國(guó)最常見(jiàn)的污泥處理處置工藝流程, 但該流程缺少了消化工藝, 污泥有機(jī)物含量高,脫水后仍有較大異味且疏水性差。污水廠應(yīng)盡量根據(jù)實(shí)際情況配備適合的消化工藝。

中小型污水廠(處理量在5萬(wàn)t/d以下)產(chǎn)泥量和污泥產(chǎn)率帶來(lái)的壓力小, 可適當(dāng)選擇一些經(jīng)濟(jì)性好的工藝。濃縮池) 最終處置工藝構(gòu)成相對(duì)簡(jiǎn)單, 投資和運(yùn)行成本較低, 因而經(jīng)濟(jì)性好。但污泥經(jīng)濃縮后含水率仍在93% ~ 96%, 最終處置方法的選用受到了極大的限制。濃縮池) 機(jī)械脫水) 最終處置更適合小型污水廠應(yīng)用。對(duì)于有資源優(yōu)勢(shì)和工藝上有特殊需要的污水廠, 可以根據(jù)實(shí)際情況選擇其他工藝。如廠區(qū)周邊有大量空地的污水廠可以選擇帶有干化場(chǎng)的工藝來(lái)處理處置污泥; 以生活污水為主的污水廠可以選擇帶有濕污泥池的工藝。

4 討論

1)我國(guó)污泥處理處置技術(shù)評(píng)估方法體系尚不完善。目前我國(guó)污泥處理處置技術(shù)評(píng)估工作中, 對(duì)研究對(duì)象的界定、評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)方法和步驟等評(píng)估細(xì)則尚沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

2)我國(guó)污泥處理處置技術(shù)及應(yīng)用信息還不全面。目前關(guān)于我國(guó)污泥處理處置技術(shù)及應(yīng)用情況的信息平臺(tái)或數(shù)據(jù)庫(kù)較少, 獲取相關(guān)資料和信息的渠道也不夠暢通, 數(shù)據(jù)搜集難度大, 影響了評(píng)估的效率和準(zhǔn)確性。為此, 提出以下建議: a. 借鑒和引用國(guó)外成熟的污泥處理處置技術(shù)評(píng)估體系, 緊密結(jié)合我國(guó)污泥處理處置工作的現(xiàn)狀, 盡快建立起適合我國(guó)污泥處理處置技術(shù)評(píng)估的技術(shù)框架和實(shí)施方法。b. 完善我國(guó)污泥處理處置技術(shù)評(píng)估工作的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn), 使評(píng)估工作時(shí)有據(jù)可依。同時(shí)規(guī)范評(píng)估結(jié)果。c. 建立污泥處理處置技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù), 并促進(jìn)信息共享, 加強(qiáng)我國(guó)污泥處理處置技術(shù)現(xiàn)狀和應(yīng)用情況的信息交流, 使評(píng)估工作的資料來(lái)源更翔實(shí)可靠。（中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院）