污泥處理處置技術(shù)的研究進(jìn)展

張海鳳 賴梅東,2

（1.深圳市深港產(chǎn)學(xué)研環(huán)保工程技術(shù)股份有限公司 廣東 深圳 518057；

2.重慶市環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 中國(guó) 重慶 401100）

污泥處理處置技術(shù)的研究進(jìn)展

張海鳳1賴梅東1,2

（1.深圳市深港產(chǎn)學(xué)研環(huán)保工程技術(shù)股份有限公司 廣東 深圳 518057；

2.重慶市環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 中國(guó) 重慶 401100）

介紹了目前主要的污泥處理處置方法，并分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，特別介紹了新興技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的進(jìn)展?fàn)顩r。資源化和能源化利用是今后污泥處理的發(fā)展方向，探討了污泥超臨界水氧化資源回收和利用的可行性。

污泥；新興技術(shù)；處理處置技術(shù)；資源化

污泥是污水處理的副產(chǎn)物，含有多種菌膠體、有機(jī)物、無機(jī)物的一種復(fù)合產(chǎn)物[1]，未經(jīng)處理的污泥成分復(fù)雜，除含有灰分外，還含有大量的有機(jī)質(zhì)、難降解的有機(jī)物、多種微量元素、病原微生物和寄生蟲卵、重金屬及鹽類等成分[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)[3]，截至2009年9月底，全國(guó)已有1792座城市污水處理廠投入運(yùn)營(yíng)，處理能力達(dá) 9 904萬噸/日，在建城鎮(zhèn)污水處理項(xiàng)目1 977個(gè)，設(shè)計(jì)能力約為5 527萬噸/日。預(yù)計(jì)處理1萬噸污水會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)1.5噸干污泥，濕污泥含水率估計(jì)為80%，全國(guó)將產(chǎn)生濕污泥4,224萬噸。污泥處理和處置在我國(guó)還處于初級(jí)階段，因此，如何將成分復(fù)雜、產(chǎn)量大的污泥妥善處置，使其減量化、無害化和資源化、具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 污泥處理新技術(shù)

國(guó)內(nèi)外的污水處理廠傳統(tǒng)的污泥處理方法主要有調(diào)理、濃縮、脫水、干燥、消化等。這些方法在工程實(shí)踐中不斷的暴露出一些缺點(diǎn)和不足，如占地面積大、運(yùn)行管理要求高、運(yùn)行費(fèi)用與機(jī)械維修費(fèi)用較高等。近年來，已有很多新興的污泥處理技術(shù)得到發(fā)展，被應(yīng)用到實(shí)踐中。

1.1 污泥熱干化技術(shù)

污泥熱干化就是用熱蒸汽或熱能將污泥烘干，干化后的物相品質(zhì)穩(wěn)定，呈顆?；蚍勰?，容積減量效果顯著，且無臭味。由于熱干化技術(shù)要求和處理成本較高，管理復(fù)雜，直到20世紀(jì)末90年才得到迅速發(fā)展，我國(guó)相關(guān)研究開展也相對(duì)較多，但推廣成功案例較少。Idris[4]等在污泥熱干試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，持續(xù)干燥過程與溫度升高一致，干燥時(shí)間較短時(shí)產(chǎn)生污泥質(zhì)量和熱量比。馬德剛等[8]研究表明，污泥的粘壁強(qiáng)度有電場(chǎng)時(shí)與無電場(chǎng)時(shí)的比1：16，污泥含水率大于50%時(shí)，干燥速度加快。鄭宗和等[5]對(duì)太陽(yáng)能干燥污泥進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)對(duì)污泥脫水節(jié)能影響較大。雷海燕等[10]研究發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)能干燥器污泥過程的可行性和干燥特性。

熱干化法可以做到污泥減量化、無害化、穩(wěn)定化，其特點(diǎn)是：占地面積小，機(jī)械化程度高，可大幅度縮減污泥的體積和重量，污泥性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)腐敗發(fā)臭，便于運(yùn)輸和消納。但熱干法存在設(shè)備投資費(fèi)用高、運(yùn)行、維護(hù)成本較高，安全系數(shù)低，操作復(fù)雜等缺點(diǎn)。

1.2 污泥的濕式氧化技術(shù)

濕式空氣氧化法(以下簡(jiǎn)稱WAO)是以O(shè)2(或O3、H2O2)為氧化劑在液相中(125～320℃，0.5～20MPa)將有機(jī)污染物氧化為CO2和H2O等小分子有機(jī)物或無機(jī)物的化學(xué)過程。有研究發(fā)現(xiàn)[6]，經(jīng)濕式氧化處理后的污泥變得較穩(wěn)定，上清液生化性能升高、沉降性能增加；低溫時(shí)污泥是由水分蒸發(fā)造成失重，100℃～200℃之間污泥的失重是由有機(jī)物揮發(fā)造成的，200℃～400℃之間吸熱或放熱是由含碳高分子化合物分解引起的。

WAO法的優(yōu)點(diǎn)是脫水性能極佳，適應(yīng)性較強(qiáng)，顯著的滅菌和除臭效果，處理周期短，污泥經(jīng)處理后，重量和體積都大為減少，缺點(diǎn)是投資成本昂貴、設(shè)備復(fù)雜、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用較高，因而限制其廣泛使用。

1.3 污泥的超臨界水氧化技術(shù)

超臨界水氧化(Supercritical Water Oxidation，簡(jiǎn)稱SCWO)技術(shù)是一種新型綠色氧化處理技術(shù)。當(dāng)溫度和壓力分別高于374.3℃和22.05MPa時(shí)，水能與有機(jī)物、空氣和氧氣以任意比混溶形成均一相，消除了相間的傳質(zhì)阻力，反應(yīng)速度加快，反應(yīng)時(shí)間縮短，有些有機(jī)物甚至可以在不到1min的時(shí)間內(nèi)完全轉(zhuǎn)化成無害的H2O和CO2。目前，污泥的SCWO處理已經(jīng)得到了較好的發(fā)展，國(guó)外已開始了SCWO技術(shù)的工業(yè)化、商業(yè)化運(yùn)用，在美國(guó)的Modell Development Corp、Eco-Waste Technologies、Modar Inc.公司和日本奇玉縣下水處理廠等已經(jīng)先后建成多座超臨界水氧化處理污泥裝置，而國(guó)內(nèi)還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。

表1是不同方法處理制漿造紙廠污泥的費(fèi)用比較[7]?？梢钥闯觯琒CWO法處理污泥的費(fèi)用遠(yuǎn)小于焚燒法，與填埋法相近，從經(jīng)濟(jì)角度上看，超臨界水氧化處理污泥是可行的。與其他處理方法比較，超臨界水氧化法具有較大優(yōu)勢(shì)：反應(yīng)速度快、處理徹底、效率高、無二次污染，還可以通過能源回收（熱能和CO2、CH4）降低成本。美國(guó)哈靈根的SCWO系統(tǒng)的成功運(yùn)行，說明從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上，SCWO法處理污泥都是可行的，可使污泥減量化、無害化、資源化和能源化，應(yīng)用前景光明。

表1 不同方法處理制漿造紙廠污泥的費(fèi)用比較

2 污泥的處置

對(duì)污泥的處置首先應(yīng)該注重于減量化、無害化和資源化的處理方法，消除二次污染，間接節(jié)約能源，提高資源率。目前污泥的處置方法因國(guó)家情況的不同而有很大差異，主要有衛(wèi)生填埋、堆肥處理、焚燒處理等。

2.1 衛(wèi)生填埋

污泥衛(wèi)生是一項(xiàng)比較成熟的污泥處理技術(shù)，需要經(jīng)過科學(xué)選址和嚴(yán)格的場(chǎng)地防護(hù)處理，污泥衛(wèi)生填埋存在諸多問題，填埋場(chǎng)內(nèi)部滲透的有毒物質(zhì)易造成土壤、地下水的二次污染。由于填埋場(chǎng)需要大面積的場(chǎng)地，地基土壤力學(xué)性質(zhì)要求較高，需作防滲處理等問題，近年來污泥填埋處理所占我國(guó)污泥處理比例逐漸減少，但目前仍有30%。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，常規(guī)填埋是一種不可循環(huán)的處理方式，不能最終避免環(huán)境污染，而只是延緩了產(chǎn)生時(shí)間，其應(yīng)用比例將會(huì)逐漸減少，應(yīng)用前景存在局限性。

2.2 污泥焚燒

在過量空氣加入情況下，將污泥置入焚燒爐內(nèi)，進(jìn)行完全氧化叫污泥焚燒，最終產(chǎn)物為穩(wěn)定的灰渣，污泥體積減量效果明顯，污泥最終處置也極為方便。目前在歐盟、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家焚燒仍在污泥處理處置的方式中占有很大的比重。例如，日本有75%的污泥用于焚燒[8]，奧地利有31%的污泥用于焚燒。國(guó)內(nèi)對(duì)污泥進(jìn)行焚燒處理處置的不多，2007香港政府年投產(chǎn)了一組日處理6000噸的焚燒爐已投入使用。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)的情況，我國(guó)應(yīng)增加焚燒所占污泥處理處置方法的比例，嚴(yán)格控制污泥中重金屬和有毒物質(zhì)含量，避免二次污染，加強(qiáng)對(duì)焚燒技術(shù)的研究，早日形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的焚燒設(shè)備，降低焚燒處理成本。

2.3 堆肥處理

污泥的堆肥處理是指通過高溫，將污泥中的有機(jī)質(zhì)經(jīng)發(fā)酵轉(zhuǎn)成腐殖質(zhì)的技術(shù)過程，處理后產(chǎn)物無害化和資源化，既增加了植物可利用的養(yǎng)分，又減小重金屬，肥料價(jià)值大大提高。堆肥技術(shù)已得到了廣泛的應(yīng)用，我國(guó)也有許多專家學(xué)者對(duì)污泥堆肥技術(shù)進(jìn)行研究。Lee等[9]利用污泥進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)火炬松機(jī)械性能與污泥量濃度相關(guān)行不大。Labrecque等[10]對(duì)柳樹（Salix）進(jìn)行施用污泥試驗(yàn)，結(jié)果表明總生物量與污泥量呈顯著相關(guān)性，植物吸收Z(yǔ)n Ni、Hg和Pb比Cd弱，說明柳樹處理污水污泥具有進(jìn)一步的可能性，并有高的生物量。張?jiān)鰪?qiáng)等研究指出，污泥堆肥在城市園林綠地施用可促進(jìn)綠色植物的生長(zhǎng)。近幾年，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)了不少的污泥堆肥產(chǎn)品，但此類污泥堆肥產(chǎn)品的安全性還要進(jìn)一步討論，需謹(jǐn)慎使用。

3 污泥處置發(fā)展趨勢(shì)

從發(fā)達(dá)國(guó)家污泥處理的發(fā)展趨勢(shì)分析，今后污泥處理的方向?qū)?huì)是資源化和能源化利用，嚴(yán)把安全、經(jīng)濟(jì)關(guān)。污泥填埋的比例會(huì)越來越少，污泥焚燒和熱能利用的比例將會(huì)進(jìn)一步增加。污泥土地利用即把污泥直接施用(或干燥化后施用)和經(jīng)過發(fā)酵化形成的生物固體，應(yīng)用于林地、果園、草地、市政綠化、育苗基質(zhì)以及嚴(yán)重?cái)_動(dòng)的土地復(fù)墾與重建等，具有投資少、能耗低等特點(diǎn)。

中國(guó)一個(gè)發(fā)展中的農(nóng)、林業(yè)大國(guó)，污水處理廠的污泥土地利用（不包括農(nóng)用）具有光明的發(fā)展前景，需要發(fā)展出一條合理化的符合中國(guó)特色的污泥治理道路。這對(duì)迅速恢復(fù)生態(tài)，提高作物產(chǎn)量有巨大影響，是符合我國(guó)國(guó)情的。從國(guó)內(nèi)污水廠對(duì)重金屬的監(jiān)測(cè)來看，我國(guó)污水處理廠大部分是不超過《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》中的標(biāo)準(zhǔn)，雖然此標(biāo)準(zhǔn)本身存在問題。從國(guó)外的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，污泥土地利用只要嚴(yán)把準(zhǔn)入條件，是可以被安全銷納的。但由于污泥的土地利用存在風(fēng)險(xiǎn)和隱患，因此，必須嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行污泥利用，并要不斷地完善國(guó)家或地方的污水污泥凈化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及污泥的土地利用標(biāo)準(zhǔn)。此外，還須建立有效的土壤質(zhì)量監(jiān)測(cè)和評(píng)估體系。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)和實(shí)踐水平的發(fā)展，一些新的污泥處理技術(shù)也漸漸地投入實(shí)際應(yīng)用。如熱干、濕式氧化、超臨界水氧化法等。這些污泥能量利用技術(shù)在國(guó)內(nèi)外都是前沿領(lǐng)域，僅僅還處于探索階段，沒有實(shí)際的工程經(jīng)驗(yàn)可借鑒，仍需要進(jìn)一步深入研究。

污泥的處置與利用應(yīng)當(dāng)兼顧到環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)遵循穩(wěn)定化、無害化、減量化和資源化的原則，通過污泥資源化解決日益增多的污泥數(shù)量和有限的可供填埋的空間的矛盾，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。應(yīng)該看到，新興污泥的污水處理工藝更符合可持續(xù)發(fā)展的思想，如超臨界水氧化，符合污泥處理的減量化、資源化和無害化要求，具有廣闊的發(fā)展前景。

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王靜］