城市污水處理中污泥處理的可持續(xù)性分析

陳仁著

摘要：作為一個(gè)先決條件，污泥至少應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)定的，在實(shí)際運(yùn)行上即是要求沒(méi)有臭味。當(dāng)?shù)鼗驅(qū)?lái)的法律可能要求會(huì)更高：污泥可能被要求消毒／巴氏除菌。消毒要求達(dá)到一個(gè)強(qiáng)制的目標(biāo)：病原體如腸道病毒、傷寒菌、線蟲(chóng)、寄生蟲(chóng)卵等在處理后的樣品中應(yīng)當(dāng)檢測(cè)不到。

關(guān)鍵詞：污泥；處理；工藝；分析

1 污泥處理的思路

由于城市污水和工業(yè)污水收集率的提高和污水處理效率的改進(jìn)（如化學(xué)法除磷可使污泥量增加30%），使得在世界范圍內(nèi)污泥總量急劇增加。

土地應(yīng)用仍是污泥處置中可持續(xù)發(fā)展的一條出路，主要取決于如下因素：

碳和營(yíng)養(yǎng)物的回用；

周圍有無(wú)農(nóng)業(yè)用地及其距離；

低投入和運(yùn)行花費(fèi)；

嚴(yán)格的法律規(guī)定和控制程序以保證污泥安全和有肥效。

然而，根據(jù)實(shí)際情況或當(dāng)?shù)匾?guī)定，污泥生產(chǎn)者在土地應(yīng)用前不得不進(jìn)行高級(jí)，更昂貴的處理以滿足進(jìn)一步的要求，如堆肥、高溫消化處理或高溫消毒。

但是，很大一部分污泥因?yàn)轱@而易見(jiàn)的原因不能用于農(nóng)業(yè)，如微污染物、病菌超標(biāo)或缺乏肥效、距離太遠(yuǎn)等等。有時(shí)也可能由于公眾的不信任而不被接受。這樣，污泥或被填埋或通過(guò)高溫氧化硝毀。

2 污泥處理的可持續(xù)性戰(zhàn)略

在進(jìn)行任何技術(shù)研究之前，應(yīng)先對(duì)公眾是否接受進(jìn)行評(píng)估。即使是從技術(shù)、成本和環(huán)境影響方面來(lái)講都是最好的處理方法，也可能由于沒(méi)有很好的向公眾進(jìn)行解釋而遭到否定。不管最終處理方法是什么，能確定的是將來(lái)的處理應(yīng)是安全、環(huán)保（保護(hù)人和動(dòng)植物）并且應(yīng)當(dāng)增值（物質(zhì)和／或能源的回收）。為了這些目的，污泥處理應(yīng)減小污泥體積，改進(jìn)污泥質(zhì)量，減少有害物的排放。

本文將簡(jiǎn)介一些重要工藝，以滿足運(yùn)營(yíng)者的需要，并且其中涉及到其他技術(shù)或法規(guī)約束問(wèn)題。

2.1 土地應(yīng)用的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略

為一個(gè)先決條件，污泥至少應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)定的，在實(shí)際運(yùn)行上即是要求沒(méi)有臭味。當(dāng)?shù)鼗驅(qū)?lái)的法律可能要求會(huì)更高：污泥可能被要求消毒／巴氏除菌。消毒要求達(dá)到一個(gè)強(qiáng)制的目標(biāo)：病原體如腸道病毒、傷寒菌、線蟲(chóng)、寄生蟲(chóng)卵等在處理后的樣品中應(yīng)當(dāng)檢測(cè)不到。

生物處理。利用生物工藝處理?yè)]發(fā)性污泥。如厭氧消化（AD）、自養(yǎng)好氧消化（ATAD）工藝。

化學(xué)處理。抑制腐敗揮發(fā)性有機(jī)物的降解。如酸性亞硝酸鹽SAPHYRTM工藝。

物理處理。抑制腐敗揮發(fā)性有機(jī)物的降解。如污泥焚燒。

這些工藝大部分都有穩(wěn)定和消毒，但是消毒的程度取決于一些參數(shù)如HRT（水力停留時(shí)間）或化學(xué)投加量。

顯然熱氧化工藝遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了污泥穩(wěn)定、消毒和巴氏消毒的要求。因?yàn)橛袡C(jī)物被完全或幾乎完全消解。

污泥的生物穩(wěn)定

液態(tài)（濃縮后）：消化

我們最熟悉的是傳統(tǒng)的污泥處理方法——消化，它可以減少產(chǎn)泥量。無(wú)論好氧或厭氧，它都涉及到很多的能量。目前多數(shù)較大的處理廠或地區(qū)污泥中心都是采用該種方法，此種工藝在數(shù)量上還是領(lǐng)先的。同時(shí)，其他一些操作或在消化前或在消化后，也提供了強(qiáng)化的處理能力。

附著態(tài)污泥（脫水后）：堆肥

堆肥是現(xiàn)有的唯一可以把污泥從廢物變成產(chǎn)品的工藝，并被很多嚴(yán)格規(guī)定或標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可。因?yàn)槲勰嘧兂梢环N新產(chǎn)品，容易操作（可堆積）而無(wú)味，消毒良好并且較干燥。這種工藝越來(lái)越流行。另一方面，由于它不減少最終的體積，需要很大的占地面積和較多人員。而且，為了滿足新規(guī)定中（臨時(shí)EU標(biāo)準(zhǔn)或EPA A級(jí)）關(guān)于消毒和氣味的要求，與傳統(tǒng)的“粗糙”工藝如曝氣靜態(tài)堆相比，需要更先進(jìn)的工藝如“攪拌式反應(yīng)廊道”，它影響最終的運(yùn)行費(fèi)用。

這個(gè)工藝主要是通過(guò)一個(gè)移動(dòng)的輪子攪拌并推動(dòng)混合物，同時(shí)鼓風(fēng)機(jī)在曝氣，加速的生物降解產(chǎn)生一個(gè)均勻的泥堆?？偟耐Ａ魰r(shí)間可以減小到2周，消毒效果非常好。

污泥的化學(xué)穩(wěn)定。污泥的化學(xué)穩(wěn)定主要是通過(guò)一個(gè)投加裝置對(duì)待穩(wěn)定污泥投加化學(xué)藥劑，以防止發(fā)酵和氣味。大計(jì)量投加可使病原體衰減。這種工藝一般投資便宜并且容易操作。但是，泥量不會(huì)減少，并且運(yùn)行費(fèi)用較高。

這兩種工藝不相互排斥，填埋土地的性質(zhì)決定著工藝的選用：如果土壤是酸性的，則可以選擇加石灰，但如果土壤是堿性的，則SAPHYRTM工藝可能更適合，因?yàn)樗僮骱?jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用省。

污泥的物理穩(wěn)定——加熱干燥。加熱干燥主要是通過(guò)熱驅(qū)動(dòng)力除去剩余的自由水和鍵連接水。根據(jù)加熱的媒介的不同，加熱干燥可分為兩可分為兩種：一種是氣態(tài)在高溫和湍流狀態(tài)下流過(guò)干燥器（直接加熱），一種是用加熱液體（通常是蒸汽或加壓的水）傳遞熱量給污泥，通過(guò)干燥器的加熱壁（間接干燥）。加熱干燥的目的是使到達(dá)下游的污泥具有焚燒的熱持續(xù)性（一般30～35%）或者是容易處理和儲(chǔ)存的干燥污泥（60%）。如果要達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定（幾個(gè)月），干固體含量應(yīng)達(dá)到90%或更多（最終干燥），而且顆粒的狀態(tài)也是容易操作使用的（包括農(nóng)田應(yīng)用）。另一個(gè)最終干燥的優(yōu)點(diǎn)是它可以方便的面對(duì)各種最終的處理方法，如農(nóng)田應(yīng)用、焚燒后用于水泥生產(chǎn)、或城市垃圾焚燒。它的缺點(diǎn)：第一是運(yùn)行費(fèi)用高，尤其是能源消耗，一般在熱干燥中，每蒸發(fā)一噸水需要3400MJ的熱量。但在脫水步驟中，除去一噸水只要6MJ（電能）；第二需要較多工作人員來(lái)清除死角中的粉末以防止火災(zāi)。

2.2 可持續(xù)性熱氧化戰(zhàn)略

焚燒。流化床焚燒爐（FBF）就工藝性能來(lái)講，被證明是焚燒污泥最好的方法（湍流方式，燃燒后高達(dá)850度的溫度）。而且它運(yùn)行可靠（在爐內(nèi)沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部分）。在40年的時(shí)間里，威望迪公司已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)建造了幾十座流化床焚燒爐（如歐盟、俄羅斯、土耳其）。

通常，在穩(wěn)定狀態(tài)不需要添加額外的燃料，熱平衡的持續(xù)性是可以達(dá)到的。如果污泥的熱值LCV太低（如低揮發(fā)性固體和/或固體含量），尾氣/氣熱交換器應(yīng)該足夠大以增加風(fēng)室的溫度。如果達(dá)不到（如延時(shí)曝氣的污泥含20%DS），則需要在前面加熱干燥。

關(guān)于干灰的處置，對(duì)于沒(méi)有工業(yè)污染的純市政污泥，重金屬不是問(wèn)題。因?yàn)榛沂且匝趸镄问酱嬖?，他們滲透性不強(qiáng)，所以可以回用作水泥，用于工業(yè)和道路建設(shè)。

最后的副產(chǎn)物是酸步驟的清除。由于重金屬的污染，他們只能填埋在特殊的地方，但數(shù)量很小。

與城市固體廢物共同焚燒。為了減少投資，城市垃圾和市政污泥通常用一個(gè)焚燒爐。通常，一個(gè)人口當(dāng)量每天產(chǎn)生150～250克的脫水后粘性污泥和1～3公斤的垃圾。根據(jù)焚燒爐的設(shè)計(jì)，可以通過(guò)10～25%（泥／垃圾）的粘性污泥來(lái)控制爐子的溫度。為了達(dá)到最優(yōu)化的燃燒，并且不會(huì)由于未燃燒的有機(jī)污泥污染熟料, 可以用處理能力為1m3/h的 PyromixTM 設(shè)備，通過(guò)壓縮空氣把污泥轉(zhuǎn)成滴狀污泥。實(shí)際上，這種運(yùn)行方式只有在污水廠離城市垃圾焚燒爐較近時(shí)有利，否則處理運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用將很高。此時(shí)污泥只在系統(tǒng)需要時(shí)作為控制流使用。

濕式空氣氧化法。威望迪水務(wù)系統(tǒng)研發(fā)的ATHOSTM設(shè)備在“中性”溫度（240度）和壓力（45巴）條件下被證明是高效的。80%的總COD被氧化，剩下20%是可溶的和高度可生物降解的。不需要后續(xù)脫水步驟，廢氣沒(méi)有毒性，固體礦物副產(chǎn)品包含重金屬是以一種不可滲透形式存在的。它們可以用于道路建設(shè)。而且液態(tài)部分，含有可生物降解的COD，可以很方便的用作污水廠的反硝化的碳源。

污泥中的有機(jī)氮先降解成可溶性的氨。這些氨，部分被吹脫后通過(guò)催化反應(yīng)轉(zhuǎn)換成氮?dú)膺M(jìn)入大氣。

結(jié)論

激烈的競(jìng)爭(zhēng)、嚴(yán)格的規(guī)范和環(huán)境保護(hù)的需要要求不斷開(kāi)發(fā)新的工藝或用更為有效的工藝。對(duì)一個(gè)具體的項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)工藝的合理選用可以滿足用戶的要求，需要考慮的是該工藝要能保護(hù)環(huán)境，造福于人，要能優(yōu)化物質(zhì)和能源的回收利用，以達(dá)到可持續(xù)性的發(fā)展的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]李玉祥.污泥處理工藝技術(shù)分析《城市供排水》，2005.08.