印染廢水污泥的資源化焚燒綜合利用技術(shù)

劉宏喜

(廣東紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 佛山 528041)

印染廢水處理產(chǎn)生的污泥是一種不穩(wěn)定的、含水率較高的廢棄物。每座污水處理廠每天要排放含水率約99.2%的剩余污泥數(shù)百乃至上萬(wàn)噸，這些數(shù)量巨大的污泥將成為未來(lái)急需處理的難題。作為污水行業(yè)發(fā)展的瓶頸，污泥處理和處置問(wèn)題現(xiàn)在是所有污水處理廠都必須面對(duì)并感到頭痛的一件事。

印染污水處理廠大部分的污泥是未經(jīng)安全處理處置的，只有10%是通過(guò)堆肥技術(shù)等方式來(lái)處理處置后回用到土地的，20%的污泥采用填埋的方式，少量的污泥采用焚燒和建材利用的方式。剩下70%的污泥進(jìn)行簡(jiǎn)單的外運(yùn)，隨意填埋或堆放?，F(xiàn)有污水處理設(shè)施中有污泥穩(wěn)定處理設(shè)施的還不到1/4，現(xiàn)有污泥消化池能夠正常運(yùn)行的為數(shù)也不多，有些根本就沒(méi)有運(yùn)行。有些地方的污泥沒(méi)有得到合理的處理和處置便直接排放，造成了嚴(yán)重的二次污染，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成了極不安全的隱患[1]。

在印染污水廠污泥的處理處置過(guò)程中，全面執(zhí)行減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化、資源化處理與處置(統(tǒng)稱為“四化”處理和處置)的方式是循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的體現(xiàn)。只有這樣，才能保證印染污水治理系統(tǒng)工程達(dá)到保護(hù)環(huán)境、造福人類的目的。它具有強(qiáng)大的生命力、良好的環(huán)境效益、社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，是印染行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

1 印染廢水處理的污泥來(lái)源和危害

1.1 印染廢水處理的污泥來(lái)源

印染廢水處理中，將廢水中的可溶性或不溶性污染物，部分或全部通過(guò)物理、化學(xué)或生物的方法，將其以污泥的形式從廢水中分離出來(lái)，使廢水得到凈化。印染污泥來(lái)源于廢水處理的各工序，主要包括廢水的預(yù)處理柵渣、物化污泥、生化污泥等。廢水處理所采用的工藝和處理深度不同，污泥量和成分也有所差異[2]。

污水處理廠的污泥根據(jù)處理的工藝級(jí)別不同，可以分為以下幾種。

(1)初沉污泥(Primary)：只經(jīng)過(guò)物理-化學(xué)處理。

(2)二沉污泥(Secondary)：生物處理后的污泥。

(3)三沉污泥(Tertiary)：脫磷/脫氮后的污泥。

根據(jù)污泥的性質(zhì)，又可以區(qū)分為：

(1)未消化生污泥(undigested)。

(2)消化污泥(digested)。

1.2 印染污泥的危害

印染污泥具有潛在的“有害性”，盡管污泥含有豐富的養(yǎng)分，但是也含有大量病原菌、寄生蟲(卵)，銅、鋅、鉻、銀、鎳、銻、砷、鉛等重金屬、鹽類以及多氯聯(lián)苯、氯化苯酚、鄰苯二甲酸鹽(PVC 增塑劑)、鄰苯基苯酚、有機(jī)錫化物、殺蟲劑等難降解的有毒有害物。這些物質(zhì)對(duì)環(huán)境和人類以及動(dòng)物健康有可能造成較大的危害。

從污泥潛在的“危害性”來(lái)看，污泥如不有效進(jìn)行處置，有可能會(huì)帶來(lái)以下五方面危害。

(1)病原體污染。 由于污泥中含有大量有機(jī)物，易分解腐爛，帶來(lái)強(qiáng)烈的惡臭味，伴隨帶來(lái)的大量病原體(病原微生物和寄生蟲)。據(jù)檢測(cè)，在新鮮污泥中存在著上千種病原體。這些污泥如任意堆放，就會(huì)污染水體與土壤，導(dǎo)致食物鏈感染，最終給人體健康帶來(lái)危害。

(2)過(guò)量鹽份污染。 污泥中由于存在著相當(dāng)分額的無(wú)機(jī)物(如食鹽或元明粉、無(wú)機(jī)絮凝劑等)，含鹽量較高，如不適當(dāng)?shù)赝斗诺酵寥乐?，?huì)導(dǎo)致土壤的電導(dǎo)率增加，破壞植物養(yǎng)分平衡，抑制植物養(yǎng)分的吸收，甚至?xí)?duì)植物根系直接帶來(lái)傷害。

(3)過(guò)量的氮磷污染。 當(dāng)土壤中有機(jī)物的氮磷分解速度大于植物吸收速度時(shí)，剩余這部分氮磷就會(huì)流入水體，造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化，進(jìn)入地下引起地下水的污染。

(4)有機(jī)高聚物污染。 污水廠污泥中還含有不易降解、毒性殘留期長(zhǎng)、對(duì)人體危害大的有機(jī)高聚物(如：多環(huán)芳烴、鄰苯二甲酯、氯化有機(jī)載體、鄰苯二甲酸鹽、有機(jī)錫化合物、呋喃、多氯聯(lián)苯、氯化苯和甲苯、氯化苯酚、鄰苯基苯酚、殺蟲劑等)，這些有毒有害物質(zhì)如進(jìn)入水體與土壤中會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。

(5)重金屬污染。 在污水處理過(guò)程中，有70%～90%的重金屬元素(如鉻、錳、鋅、鎘、砷、鈷、銻、汞、銅、鎳)通過(guò)吸附或沉淀而轉(zhuǎn)移到污泥中。因?yàn)槲勰嗍┯糜谕寥篮?，重金屬將積累于地表層，還會(huì)通過(guò)魚、蝦等食物鏈，重新回到“餐桌”上。另外由于重金屬一般具有溶解度小、性質(zhì)穩(wěn)定、難以去除的特點(diǎn)，故潛在毒性易在作物和動(dòng)物以及人體中積累，極大危害人身健康。

(6)含水率高(一般在75%～90%)，含有有毒化學(xué)物質(zhì)等。

(7)污泥中的有機(jī)物被微生物分解后會(huì)釋放出有害氣體、塵埃，加重大氣污染。

由于印染污泥的上述特性，決定了處理處置和綜合利用具有較大的難度，處理成本高而收益微薄也成為污泥處理市場(chǎng)化、產(chǎn)業(yè)化的障礙，種種原因致使污泥處理嚴(yán)重滯后，至今未能全面啟動(dòng)。污水污泥缺乏有效的處理，隨意外運(yùn)或簡(jiǎn)單填埋堆放，都將使污水處理所削減的污染因子通過(guò)污泥而回歸環(huán)境，且引發(fā)二次污染，直接危及生態(tài)環(huán)境和人體健康，成為新的社會(huì)問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題。

2 印染污泥的處理

2.1 污泥處理的目的

印染污泥處理包括三個(gè)處理過(guò)程，即：“減量化”處理、“穩(wěn)定化”和“無(wú)害化”處理。典型的污泥處理工藝流程包括三個(gè)處理階段。第一階段為污泥濃縮，主要目的是使污泥初步減容，縮小后續(xù)處理構(gòu)筑物的容積或設(shè)備容量；第二階段為污泥消化，使污泥中的有機(jī)物分解；第三階段為污泥脫水，使污泥進(jìn)一步減容。

國(guó)內(nèi)外污泥處理的方法很多，一般采用濃縮、消化、脫水、干化等，或用其中幾個(gè)方法組合處置。應(yīng)該說(shuō)，對(duì)污水廠污泥的處理，我們與先進(jìn)國(guó)家相比，差距較大。污泥處理的目的是：

(1)減少污泥最終處置前的體積，以降低污泥處理及最終處置的費(fèi)用。

(2)通過(guò)處理使污泥穩(wěn)定化，最終處置后不再產(chǎn)生污泥的進(jìn)一步降解，從而避免產(chǎn)生二次污染。

(3)達(dá)到污泥的無(wú)害化與衛(wèi)生化。

(4)在處理污泥的同時(shí)達(dá)到變害為利、綜合利用、保護(hù)環(huán)境的目的，如產(chǎn)生沼氣等。

污泥處理的幾大任務(wù)是：

(1)減少污泥體積。① 在水處理工藝中采用生物或化學(xué)的方法直接減少污泥的產(chǎn)生，避免和減少污泥的產(chǎn)生；② 在污泥處理系統(tǒng)中提高污泥的含固率。

(2)污泥性質(zhì)穩(wěn)定。去除污泥中易腐化變質(zhì)的有機(jī)物。

(3)污泥無(wú)害化。去除污泥中對(duì)人體或自然界有危害的病毒、細(xì)菌、原生動(dòng)物和重金屬等。

2.2 污泥的濃縮處理

污泥濃縮后含水率可降為95%～97%，近似糊狀。濃縮可以達(dá)到污泥的減量化。重力濃縮法用于污泥處理是廣泛采用的一種方法，已有50多年歷史。機(jī)械濃縮方法出現(xiàn)在20世紀(jì)30年代的美國(guó)，此方法占地面積小，造價(jià)低，但運(yùn)行費(fèi)用與機(jī)械維修費(fèi)用較高。氣浮濃縮于1957年出現(xiàn)在美國(guó)。此法固液分離效果較好，目前應(yīng)用已越來(lái)越廣泛。

污泥濃縮的方法主要有重力濃縮法、氣浮濃縮法、帶式重力濃縮法和離心濃縮法，還有微孔濃縮法、隔膜濃縮法和生物浮選濃縮法等。

2.3 污泥穩(wěn)定化處理

穩(wěn)定處理的目的就是降解污泥中的有機(jī)物質(zhì)，進(jìn)一步減少污泥含水量，殺滅污泥中的細(xì)菌、病原體等，消除臭味，這是污泥能否資源化有效利用的關(guān)鍵步驟。污泥穩(wěn)定化的方法主要有厭氧消化、好氧消化、石灰穩(wěn)定、濕式氧化等。

2.4 污泥的脫水處理

污泥脫水是將流態(tài)的原生、濃縮或消化污泥脫除水分，轉(zhuǎn)化為半固態(tài)或固態(tài)泥塊的一種污泥處理方法。經(jīng)過(guò)脫水后，污泥含水率可降低到55%～80%，視污泥和沉渣的性質(zhì)和脫水設(shè)備的效能而定。

污泥脫水是整個(gè)污泥處理工藝的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，其目的是使固體富集，減少污泥體積，為污泥的最終處置創(chuàng)造條件。常用脫水方法有自然干燥和機(jī)械脫水兩種，機(jī)械脫水主要有板框壓濾機(jī)壓濾、帶式壓濾機(jī)壓濾和離心機(jī)脫水三種方法。

3 污泥熱干化

利用煙氣余熱進(jìn)行污泥干化，可以徹底克服污泥干化的能耗瓶頸，使污泥處理的運(yùn)行成本大大降低。利用煙氣余熱干化污泥不僅因?yàn)槲崃慷鴾p輕了熱污染，而且因?yàn)槲搅藷焿m和部分二氧化硫而減輕了對(duì)大氣的污染負(fù)荷，能更好地達(dá)到節(jié)能減排的效果。

在現(xiàn)有的污泥深度脫水技術(shù)中，低溫干化是一種能夠使污泥全部毛細(xì)水和吸附水以及部分結(jié)合水蒸發(fā)的有效方法。然而，污泥干化是能量?jī)粝牡倪^(guò)程，能耗費(fèi)用通常占污泥處理總費(fèi)用的80%以上，如果利用煙氣余熱進(jìn)行污泥干化，可以徹底克服污泥干化的能耗瓶頸，使污泥處理的運(yùn)行成本大大降低。

鍋爐排放的煙氣量很大，排放的煙氣溫度一般在120～200 ℃之間，其中蘊(yùn)藏的巨大潛能正是污泥低溫干化最理想的熱源。使用浙江大學(xué)發(fā)明的二段式污泥低溫干化工藝不僅能使污泥有效干化，而且能使污泥在干化過(guò)程中自然形成顆粒。這種工藝采用熱煙氣與污泥直接接觸的方法，借助特制的干化成粒裝置，通過(guò)二段式干化工藝，一方面使熱煙氣能夠盡可能與濕污泥以最大面積接觸；另一方面使?jié)裎勰嗯c煙氣余熱有足夠的時(shí)間進(jìn)行熱交換，從而達(dá)到污泥低溫干化效率的最大化，最終使污泥的含水率從80%左右降至30%以下，污泥的體積減少至原來(lái)的1/3以下，首先實(shí)現(xiàn)了減量化。

污泥中含有大量有機(jī)物質(zhì)，在干化過(guò)程中污泥的部分有機(jī)物會(huì)發(fā)生分解，并釋放出各種氣體。對(duì)污泥干化模擬試驗(yàn)和實(shí)際工程釋放氣體的測(cè)定結(jié)果表明，在低于200 ℃的溫度下，污泥釋放的氣體除最主要的水蒸氣外，還有少量的烴類物質(zhì)，它們通常在大氣中不穩(wěn)定，很容易被氧化或分解。由于利用煙氣余熱干化污泥需要的煙氣量在1.5×105m3/h以上，因此，從污泥中釋放的少量有害氣體被充分稀釋，加上污泥釋放氣體與煙氣之間的相互作用，最后經(jīng)過(guò)除塵除氣裝置的處理，污泥干化產(chǎn)生的尾氣完全可達(dá)標(biāo)排放。

在利用煙氣余熱的二段式污泥低溫干化過(guò)程中，熱煙氣與濕污泥直接接觸，既能使污泥干化的效率大大提高，又能使煙氣中的煙塵被濕污泥吸附，并被固定在污泥顆粒中。除此之外，污泥對(duì)煙氣中的二氧化硫具有吸附作用，分析結(jié)果證實(shí)，污泥對(duì)二氧化硫的吸附屬于化學(xué)吸附，當(dāng)干化后的污泥顆粒作為燃煤輔助燃料資源化利用時(shí)，被化學(xué)吸附的二氧化硫不會(huì)再釋放進(jìn)入煙氣。因此，利用煙氣余熱干化污泥不僅因?yàn)槲崃慷鴾p輕了熱污染，而且因?yàn)槲搅藷焿m和部分二氧化硫而減輕了對(duì)大氣的污染負(fù)荷，能更好地達(dá)到節(jié)能減排的效果。

污泥干燥是個(gè)吸熱的過(guò)程，熱源的供應(yīng)成本直接影響到污泥的處理成本。因此我們將根據(jù)具體情況，選擇成本最低、獲得最容易的熱源。一般有以下幾種：

(1) 煙道廢氣(蒸汽鍋爐、導(dǎo)熱油鍋爐等)。

(2) 高溫?zé)犸L(fēng)(燃煤、燃油、燃天然氣以及定型機(jī)、焙烘機(jī)等)。

(3) 傳熱媒體(過(guò)熱蒸汽、高溫導(dǎo)熱油)。

某公司每天產(chǎn)生的約50 t的印染污泥進(jìn)行干燥，制成干燥的污泥顆粒約11 t，可作為燃料(燃燒值約2 500 kcal/kg)，折成標(biāo)準(zhǔn)煤約3.8 t，每天利用污泥燃燒價(jià)值約3 700元，每年可節(jié)約資金130余萬(wàn)元。

4 污泥的焚燒處置

在世界污水處理設(shè)施日益完善的今天，污泥的處置正引起世界各國(guó)的重視，目前，世界上污泥處置的方法主要有：填埋、焚燒、投海和土地利用等。我國(guó)污泥處置的發(fā)展比較滯后，大部分以農(nóng)用和簡(jiǎn)易填埋處理[3]。

印染污泥因含有較高有機(jī)組分和纖維物質(zhì)而具有較高的熱值，這比其它污泥作為資源被利用具有更明顯的優(yōu)勢(shì)。利用鍋爐或定型機(jī)、焙烘機(jī)等排放廢氣的熱量將污泥水份降至30%左右，印染污泥呈小顆粒狀，可以將干燥后污泥直接與鍋爐原煤混合燃燒(摻入量一般為5%～10%)，一般干污泥的熱值可達(dá)2 000～3 000大卡/kg，如按2 500大卡/kg估算，污泥的熱值相當(dāng)于褐煤熱值(3 500大卡/kg)的71%，煙煤熱值(6 500大卡/kg)的38.4%，節(jié)約燃煤資源相當(dāng)可觀。具有相當(dāng)?shù)哪茉蠢脙r(jià)值，作為燃料使用，能源利用十分方便[4]。

在歐盟，1992年污泥焚燒的比例為11%，美國(guó)為15%。1962年，德國(guó)建議并開始運(yùn)行了歐洲第一座污泥焚燒廠。過(guò)去20年中焚燒的污泥量大幅增加。需要焚燒的污泥中65%以上的污泥在流化床的焚燒爐中焚燒。

污泥焚燒是指污泥在一定溫度、氣相充分有氧的條件下，使污泥中的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、N2等，反應(yīng)過(guò)程中釋放出來(lái)的熱量用于維持反應(yīng)的溫度條件。

以焚燒為核心的處理方法被認(rèn)為是“徹底的無(wú)害化、最大程度的減量化”。污泥的焚燒處置具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)可以迅速和較大程度地使污泥達(dá)到減量化，污泥體積減少到最小化(減容量大于90%，可節(jié)約大量的填埋用地；污泥燒余中有害成分的含量極低)，灰渣可綜合利用，因而最終需要處置的物質(zhì)很少，不形成二次污染。

(2)不存在重金屬離子的問(wèn)題，有時(shí)焚燒灰可制成有用的產(chǎn)品，是相對(duì)比較安全的一種污泥處置方式。

(3)焚燒過(guò)程中所有的病菌、病原體均被徹底殺滅、有毒有害的有機(jī)殘余物被氧化分解。焚燒灰可用作生產(chǎn)水泥的原料，使重金屬被固定在混凝土中而避免其重新進(jìn)入環(huán)境。

(4)污泥處理速度快，由于其在惡劣的天氣條件下不需要長(zhǎng)期儲(chǔ)存，因此不需存儲(chǔ)設(shè)備。

(5)污泥可就地焚燒，不需要長(zhǎng)距離運(yùn)輸，特別適合大城市因遠(yuǎn)離填埋場(chǎng)造成運(yùn)輸費(fèi)用高的場(chǎng)合。

(6)為防治焚燒產(chǎn)生二噁英等有害氣體，要求焚燒溫度高于850 ℃。焚燒后產(chǎn)生的焚燒灰可以改良土壤、筑路、制磚瓦、陶瓷、混凝土填料等。

(7)處理規(guī)模大，投資省。

(8)由于采用了合適的預(yù)處理工藝和焚燒手段，達(dá)到了污泥熱能的自持，可以回收能量用于發(fā)電和供熱，并能滿足越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)境要求和充分地處理不適宜于資源化利用的部分污泥，如將未充分燃燒的燃煤過(guò)濾廢渣一起混合燃燒，則能大大減少能源的浪費(fèi)。因此使用焚燒法處置是經(jīng)濟(jì)有效的[5]。

[1] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南[Z].2011.

[2] 印染廢水處理的污泥來(lái)源[J-OL].http://www.e-dyer.com/tech/2911.html，2008-12-06.

[3] 武建英，姜佩華.印染廢水處理后的污泥處置途徑[J].污染防治技術(shù)，2003(4):58-60.

[4] 印染污泥干燥焚燒循環(huán)增效系統(tǒng)[J/OL].http://www.e-dyer.com/tech/9504.html，2009-05-09.

[5] 李軍，李媛.流化床焚燒爐污泥焚燒工藝特性研究[J].環(huán)境工程，2004(3):76-79.