對山西省城鎮(zhèn)污水廠污泥處理處置的研究

郝晨光

城鎮(zhèn)污水處理廠污泥是指在污水處理過程中產(chǎn)生的半固態(tài)或固態(tài)物質(zhì)，不包括柵渣、浮渣和沉砂。污泥所富含的有機物及有害物質(zhì)仍會降解污染環(huán)境、向地下滲漏污染地下水源等問題帶來二次環(huán)境污染。特別是一些污泥成分復雜，可能含有大量的重金屬、病原菌及寄生蟲(卵)，如果處理處置不當，可能會造成嚴重的環(huán)境污染問題。因此，經(jīng)濟有效的實現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化，具有極其重要的意義。本文謹就山西省城鎮(zhèn)污水處理廠污泥產(chǎn)生情況，以及處理處置方式進行研究探討，以確定合理的工藝路線。

1 山西省城鎮(zhèn)污水處理及污泥產(chǎn)生情況

“十一五”期間，山西省的城市污水處理率由56.23%提高到了80.6%。到2010年年底，山西省共建成城鎮(zhèn)污水處理廠136座(含部分企業(yè)自建污水廠)，總設(shè)計規(guī)模達305.54萬m3/d，共敷設(shè)污水配套管網(wǎng)6580.975 km，實現(xiàn)了城鎮(zhèn)污水處理廠市、縣(市)全覆蓋。全年累計處理污水62302.05萬m3，削減COD 19.37萬t，單位脫水污泥產(chǎn)量為0.76 kg/m3。全省一年產(chǎn)生的城鎮(zhèn)污水處理廠脫水污泥約47.5萬t。目前，全省城鎮(zhèn)污水處理廠污泥只有小部分進行衛(wèi)生填埋、堆肥和焚燒等，而大部分未進行規(guī)范化的處理處置。我省11個地方城鎮(zhèn)污水廠污泥產(chǎn)生量見表1。

2 國內(nèi)外城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置的方式

在很多發(fā)達國家，都把污泥處理處置作為污水處理過程中極其重要的環(huán)節(jié)，其投資約占污水處理廠總投資的50%～70%。由于各國具體情況不同，污泥處理處置的方式也各有側(cè)重。在美國，土地利用是主要方向，目前土地利用的比例已經(jīng)達到60%以上;日本由于國土面積較小，主要以焚燒為主，約占63%，近年正在逐步加大建材和生物質(zhì)利用的比例;歐盟各成員國各有不同，總體正在調(diào)整路線，逐步放棄焚燒的方式，回歸到土地利用上來。但由于泥質(zhì)的不同，即使一個國家的不同地區(qū)也有所側(cè)重，如在英國北部大型工業(yè)城市，由于污泥中重金屬含量較高且含有一些有毒成分，因此焚燒比例較大，而其他城市則以污泥土地利用為主。

我國絕大多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠的污泥采用了濃縮、脫水、填埋的處理處置方式，但由于目前垃圾無害化填埋場的建設(shè)遠滯后于污水處理廠，能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)范化填埋的污泥比例不高，一些地區(qū)甚至出現(xiàn)隨意棄置，造成二次污染的情況。近年來，上海、杭州、大連等有條件的城市建成了一批污水處置設(shè)施，但尚未在行業(yè)內(nèi)形成規(guī)模和推廣。

表1 我省11個地市城鎮(zhèn)污水廠污泥產(chǎn)生量

3 污泥處理處置的主要技術(shù)

污泥的處置和處理是污泥進入環(huán)境前后兩個不同階段。處理主要是指對污泥進行穩(wěn)定化、減量化和無害化處理的過程。處置是指對處理后污泥進行消納的過程。

3.1 污泥處理技術(shù)

1)污泥濃縮脫水。濃縮原理是通過重力或機械的方式去除污泥中的一部分水分;脫水原理是通過機械的方式將污泥中的部分間隙水分離出來，進一步減小體積。濃縮污泥的含水率一般可達94%～96%。脫水污泥的含水率一般可達到80%左右。有條件的地區(qū)，還可以對污泥調(diào)理后進行深度脫水，使含水率降到55%～65%甚至更低。幾種常見污泥脫水技術(shù)比較見表2。2)厭氧消化。厭氧消化的原理是利用兼性菌和厭氧菌進行厭氧生化反應，分解污泥中有機物質(zhì)，從而實現(xiàn)污泥穩(wěn)定化的一種污泥處理技術(shù)。厭氧消化可以分為高溫和中溫兩種，消化過程中產(chǎn)生的沼氣可以再利用。3)好氧發(fā)酵。其原理是通過好氧微生物的生物代謝作用，使污泥中有機物轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)。代謝過程產(chǎn)生的熱量可以使堆料層溫度升高至55℃以上，故可有效殺滅病原菌、寄生蟲卵和雜草種籽，并使水分蒸發(fā)。4)污泥熱干化。原理是通過污泥與熱媒之間的傳熱作用，脫除污泥中水分的工藝過程?？梢岳梦勰鄥捬跸幚磉^程中產(chǎn)生的沼氣熱能、垃圾和污泥焚燒余熱、熱電廠余熱或其他余熱干化污泥。5)石灰穩(wěn)定。原理是將一定比例的生石灰與脫水污泥均勻摻混，使之與脫水污泥中的水分發(fā)生反應，生成氫氧化鈣和碳酸鈣并釋放熱量。一般作為建材利用、水泥廠協(xié)同焚燒、土地利用、衛(wèi)生填埋等污泥處置方式的處理措施。

表2 幾種常見污泥脫水技術(shù)比較

3.2 污泥處置技術(shù)

1)土地利用。污泥經(jīng)過穩(wěn)定化、無害化處理后，以有機肥、基質(zhì)、腐殖土、營養(yǎng)土等形式用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園林綠化和土壤改良等方面，使污泥中的有機質(zhì)及氮磷等營養(yǎng)資源得以充分利用。用于農(nóng)業(yè)用途的污泥泥質(zhì)應符合CJ/T 309城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 農(nóng)用泥質(zhì)標準的要求;用于園林綠化和林地的污泥泥質(zhì)應符合GB/T 23486城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)標準的要求;用于沙荒地、鹽堿地和礦山廢棄地土壤改良的污泥泥質(zhì)應符合CJ/T 291城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 土地改良用泥質(zhì)標準的要求。2)污泥焚燒與協(xié)同處置。污泥焚燒是利用污泥中的熱量和外加輔助燃料，通過燃燒實現(xiàn)污泥徹底無害化處置的過程。包括單獨焚燒，以及與工業(yè)窯爐協(xié)同焚燒兩種方式。常見的工業(yè)窯爐協(xié)同焚燒有利用水泥窯和熱電廠進行協(xié)同處置的技術(shù)，前者是通過水泥窯的高溫將污泥焚燒，并使其成為水泥熟料的一部分;后者可利用熱電廠余熱作為干化熱源，摻燒過程中又充分利用了熱電廠的焚燒和尾氣處理設(shè)備，對于我省具有很大的實踐意義。3)建材利用。主要是指以污泥作為原料制造建筑材料，最終產(chǎn)出可以用于工程的材料或制品。建材利用的主要方式有:污泥用于水泥熟料的燒制(水泥窯協(xié)同處理處置)、污泥用于制造陶粒等。4)污泥填埋。有單獨填埋、與垃圾合并填埋兩種方式，國內(nèi)主要是與垃圾混合填埋。污泥與生活垃圾混合填埋時，必須降低污泥的含水率，同時進行改性處理。污泥泥質(zhì)標準應滿足GB/T 23485城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 混合填埋用泥質(zhì)和GB 16889生活垃圾填埋場污染控制標準要求。污泥經(jīng)處理后，也可以作為垃圾填埋場的覆蓋土。

4 結(jié)語

山西省作為一個經(jīng)濟欠發(fā)達，且水資源嚴重短缺的省份，各地污水處理廠污泥處理處置技術(shù)的選擇應兼顧環(huán)境生態(tài)效益與經(jīng)濟發(fā)展水平，盡量考慮適合本地情況、技術(shù)安全可靠、能夠長期穩(wěn)定運行、符合可持續(xù)性發(fā)展原則。

1)污泥處理工藝的選擇。鑒于我省目前建成的城鎮(zhèn)污水處理廠基本建有污泥濃縮、脫水設(shè)施，今后應進一步規(guī)范和強化污泥濃縮和脫水環(huán)節(jié)管理，使污泥含水率達到80%以下。同時，應大力推廣污泥脫水后的后續(xù)處理，特別是根據(jù)終端處置方式的選擇，相應地采取厭氧消化、好氧發(fā)酵、石灰穩(wěn)定、干化脫水等處理工藝，為后續(xù)處置創(chuàng)造條件。

2)污泥處置方式的選擇。就全省而言，在近期垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)進程不斷加快的大背景下，應當首先盡快實現(xiàn)規(guī)范化的填埋處置。同時，結(jié)合省內(nèi)熱電企業(yè)數(shù)量較多的實際，努力推廣污泥的熱電廠協(xié)同處置，充分利用電廠預熱進行干化，實施摻燒;還應當充分重視污泥堆肥和土地利用的路線，積極鼓勵有益的嘗試，積累經(jīng)驗并在有條件的地區(qū)推廣。結(jié)合我省污水處理廠規(guī)模偏小的情況，遠期應形成熱電廠干化摻燒和土地利用區(qū)域、規(guī)模化運作，并以規(guī)范填埋為補充處置方式的污泥處置格局。

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