實(shí)現(xiàn)污泥深度脫水和重金屬去除的生物瀝浸處理技術(shù)

周立祥

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)固體廢棄物研究所，南京 210095）

實(shí)現(xiàn)污泥深度脫水和重金屬去除的生物瀝浸處理技術(shù)

周立祥

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)固體廢棄物研究所，南京 210095）

闡述了生物瀝浸處理技術(shù)的基本原理、工藝流程及主要技術(shù)特點(diǎn)，通過(guò)典型應(yīng)用工程實(shí)例表明，采用生物瀝浸預(yù)處理方法不但可大幅度提高污泥脫水性能，而且可去除污泥中的重金屬、惡臭，殺滅病原物，脫水后的污泥水分含量很低（60%以下），無(wú)臭、衛(wèi)生、無(wú)害，可廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水處理廠及工業(yè)行業(yè)的污泥處理，市場(chǎng)前景十分廣闊。

污泥;微生物;生物瀝浸;預(yù)處理;工程應(yīng)用

1 引言

截至2011年底，我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠已達(dá)3135座，年產(chǎn)生脫水污泥（含水80%）近4000萬(wàn)噸。由于我國(guó)城市污泥主要是污水處理廠二級(jí)生化處理后排出的剩余污泥或與一沉池混合而成的混合污泥，有機(jī)質(zhì)含量高，親水性強(qiáng)，加之進(jìn)行機(jī)械脫水前均采用聚丙烯酰胺（PAM）絮凝，因此脫水污泥含水率高（80%～85%），給后續(xù)處置或利用增加了很大難度（如堆肥極不方便，需要大量的輔料、有惡臭、占地大；干化焚燒成本高；不能直接填埋；做建材原料時(shí)難混合均勻，且有惡臭，影響產(chǎn)品質(zhì)量等）。同時(shí)，部分污泥中的重金屬等有害物質(zhì)明顯超標(biāo)，因此實(shí)現(xiàn)污泥深度脫水以及（當(dāng)污泥重金屬超標(biāo)時(shí)）去除重金屬等有害物質(zhì)是破解污泥處置難題的重要途徑。

要實(shí)現(xiàn)污泥含水率由80%～85%進(jìn)一步降低到60%以下，必須進(jìn)行以增強(qiáng)污泥脫水性能為目標(biāo)的污泥機(jī)械脫水前的預(yù)處理技術(shù)的研發(fā)。而目前一些正在研究或投入生產(chǎn)應(yīng)用的污泥預(yù)處理方法，如采用物理方法（如高溫高壓的水熱處理技術(shù)、凍融處理、微波處理、超聲波處理等）或化學(xué)方法（如以添加大量石灰或粉煤灰-三氯化鐵或聚合氯化鋁PAC-PAM為代表的改性方法等）預(yù)處理，然后再經(jīng)隔膜廂式壓濾脫水的方法，也能使脫水污泥的含水量降低到60%以下。但都不能去除重金屬，而且物理方法成本相對(duì)較高，壓濾液的COD和氨氮高，增加了水處理的負(fù)荷?；瘜W(xué)法則因需大量引入無(wú)機(jī)物質(zhì)，實(shí)際上增加了污泥干物質(zhì)量，降低了污泥的有機(jī)質(zhì)和熱值，影響了污泥的后續(xù)資源化利用的性質(zhì)。

針對(duì)上述實(shí)際情況，采用微生物瀝浸處理技術(shù)可有效彌補(bǔ)上述方法的不足。其最大特點(diǎn)是既能實(shí)現(xiàn)污泥深度脫水（含水率低于60%），也能實(shí)現(xiàn)污泥無(wú)害化（污泥中的重金屬80%以上脫出回收，病原物99%以上殺滅，惡臭完全消除），更重要的是，經(jīng)過(guò)微生物處理，污泥的有益成分（有機(jī)質(zhì)、熱值等）并不損失。生物瀝浸后的污泥餅非常容易資源化（如高溫發(fā)酵后開(kāi)發(fā)成園林綠化用肥、土壤改良劑以及作為低熱值燃料等）。

2 生物瀝浸污泥處理技術(shù)

2.1 生物瀝浸法促進(jìn)污泥脫水的基本原理

生物瀝浸微生物主要由以自養(yǎng)菌為主的10余株微生物復(fù)配而成，微生物替代效應(yīng)和生物酸化效應(yīng)是促進(jìn)污泥脫水性能提高的關(guān)鍵因素。

（1）微生物替代效應(yīng)

生物瀝浸微生物是以自養(yǎng)菌（不分解有機(jī)物）為主，而原污泥中活性污泥則以異養(yǎng)菌（分解污水污泥中COD或有機(jī)物）為主，前者菌的個(gè)體比后者的要小很多。原剩余活性污泥中水分主要以間隙水、毛細(xì)管水、表面吸附水和細(xì)胞內(nèi)結(jié)合水形式存在。由于個(gè)體較小的菌完全替代了原來(lái)個(gè)體較大的菌，原來(lái)菌死亡或新陳代謝停止，因此原來(lái)毛細(xì)管水等束縛水將容易釋放出來(lái)變成間隙水，故經(jīng)過(guò)生物瀝浸處理后，污泥還可進(jìn)一步重力濃縮潷出部分水。另外，生物瀝浸微生物分泌的胞外聚合物（EPS）明顯比傳統(tǒng)活性污泥少得多也是重要原因。因?yàn)镋PS親水性較強(qiáng)，EPS越多污泥越難脫水。

（2）生物酸化效應(yīng)

生物瀝浸處理因微生物會(huì)氧化污泥或營(yíng)養(yǎng)劑中少量S會(huì)導(dǎo)致污泥的pH下降，在生物瀝浸池中，污泥的pH可降低到4.5以下，pH降低意味著H+濃度的增加。由于帶正電荷的H+的增加，會(huì)中和污泥顆粒表面的負(fù)電荷，因此污泥顆粒因表面不帶電荷而不會(huì)互相排斥，有利于污泥聚沉和脫水。

2.2 生物瀝浸法去除污泥重金屬、消除惡臭的基本原理

（1）去除污泥重金屬

污泥中的重金屬主要以難溶態(tài)形式存在，包括金屬硫化物形態(tài)、有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)等，因此，一般很難通過(guò)脫水機(jī)脫出這些重金屬。但污泥生物瀝浸微生物中的自養(yǎng)菌具有明顯的生物氧化作用和生物酸化作用，能將難溶態(tài)的金屬硫化物氧化成易溶性的金屬硫酸鹽，同時(shí)由于生物瀝浸導(dǎo)致污泥pH值的下降，可進(jìn)一步溶出污泥中的重金屬，使其進(jìn)入水相。經(jīng)過(guò)沉淀后，收取上清液，沉淀泥通過(guò)壓濾脫水收獲壓濾液，污泥重金屬就全部進(jìn)入這些上清液和壓濾液中，污泥則變干凈。水中重金屬采用石灰中和到pH為6.5左右即可變成金屬氫氧化物沉淀，壓濾脫水收獲金屬泥餅或加其他沉淀劑或電解方法回收重金屬，金屬泥餅可用于冶煉或安全填埋。中和后的水可排到污水處理廠處理。

（2）去除惡臭

由于生物瀝浸微生物本身就可氧化致臭物質(zhì)（如硫醇、硫醚、硫化氫、氨等），是非常好的除臭微生物，因此，生物瀝浸過(guò)程不存在任何惡臭，最終生成的污泥餅也無(wú)惡臭。由于酸化和氧化作用，污泥中的病原菌殺滅率可達(dá)到99%以上。

2.3 工藝流程

（1）當(dāng)污泥中重金屬不超標(biāo)時(shí)的工藝流程（見(jiàn)圖1）

圖1 污泥生物瀝浸處理與利用工藝流程圖（當(dāng)重金屬不超標(biāo)時(shí)）

適合處理：重金屬不超標(biāo)的市政污泥、毛紡與印染廢水污泥、某些化工污泥、化纖污泥、石化污泥、制漿造紙污泥、制藥污泥、釀造與食品加工污泥、養(yǎng)殖行業(yè)污泥等。

（2）當(dāng)污泥中重金屬超標(biāo)，需要去除時(shí)的工藝流程（見(jiàn)圖2）

圖2 污泥生物瀝浸處理與利用工藝流程圖（當(dāng)重金屬超標(biāo)時(shí)）

適合處理：重金屬超標(biāo)的市政污泥、制革污泥、某些化工污泥、電鍍行業(yè)污泥、IT行業(yè)污泥、機(jī)械加工及冶煉等行業(yè)含金屬污泥等。對(duì)無(wú)機(jī)污泥，處理后污泥含水率可低至45%以下。

3 技術(shù)主要特點(diǎn)

（1）實(shí)現(xiàn)污泥深度脫水

污泥容易機(jī)械脫水至含水60%以下，成為半干化污泥餅。

（2）處理時(shí)間短

污泥處理時(shí)間僅需1～2天，是污泥厭氧或好氧消化技術(shù)所需時(shí)間的1/20～1/10。

（3）處理過(guò)程無(wú)臭味

菌種生態(tài)安全，病原菌殺滅率99%以上。

（4）可去除重金屬

污泥重金屬去除率或回收率達(dá)80%以上。

（5）泥餅可直接堆肥

徹底解決了含水80%的污泥堆肥占地、需要大量輔料以及存在惡臭的弊端。所需要的調(diào)理劑僅為常規(guī)脫水污泥堆肥的1/10，而且占地大幅度減少，惡臭消除。

（6）有機(jī)質(zhì)熱值高

污泥處理后的干基熱值和有機(jī)質(zhì)含量不受影響，污泥干物質(zhì)重量幾乎不變。

（7）經(jīng)濟(jì)高效

運(yùn)行費(fèi)用低且可節(jié)省常規(guī)污泥脫水需添加PAM等絮凝劑的成本。

（8）設(shè)備穩(wěn)定成套

反應(yīng)設(shè)備成套化、系列化，運(yùn)行穩(wěn)定。

4 典型案例（無(wú)錫蘆村污水處理廠污泥處理工藝改造工程）

該項(xiàng)目采用的工藝是“污泥生物瀝浸處理-高溫發(fā)酵-園林用肥和營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)工藝”，設(shè)計(jì)規(guī)模為日處理污泥200噸（折成含水率為80%的污泥）。該工程于2012年6月底投產(chǎn)運(yùn)行。

4.1 污泥生物瀝浸深度脫水部分

由于該廠污泥的重金屬含量不超標(biāo)，故主要工藝單元包括污泥生物瀝浸處理單元、隔膜廂式壓濾脫水單元。工程建設(shè)在無(wú)錫蘆村污水處理廠原厭氧消化池區(qū)域，構(gòu)筑物占地約2500平方米，處理該廠1、2、3期的污水所產(chǎn)生的污泥。圖3～圖7為污泥生物瀝浸處理結(jié)果。

結(jié)果表明，污泥生物瀝浸處理前后干基有機(jī)質(zhì)和氮磷含量、熱值均沒(méi)有明顯變化。但生物瀝浸污泥餅水分含量降低到60%以下，無(wú)污泥特有的惡臭只僅具土腥味，外觀為土黃色半干化餅狀，pH5.2～6.0。壓濾水COD、TN、TP分別在200、60～120、1mg/L以下，可排入污水處理廠處理。

圖3 污泥生物瀝浸反應(yīng)池正在處理濃縮液態(tài)污泥

圖4 用于生物瀝浸污泥脫水的普通隔膜廂式壓濾機(jī)

圖5 壓出的生物瀝浸污泥餅（含水55%～60%，無(wú)惡臭）

圖6 生物瀝浸污泥餅厚度一般在20～30mm

圖7 生物瀝浸污泥隔膜廂式壓濾機(jī)壓濾出水情況

4.2 生物瀝浸污泥餅高溫發(fā)酵制作園林用肥和營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)部分

該工程每天產(chǎn)生的半干化污泥由于有機(jī)質(zhì)高，含水率低，全部用于高溫發(fā)酵堆肥制備園林綠化用肥和營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。堆肥時(shí)由于泥餅水分低，需要調(diào)理劑極少，惡臭少，因此徹底解決了目前常規(guī)脫水污泥餅污泥堆肥占地大、有惡臭、需要大量的輔料（調(diào)理劑）的缺陷。圖8～圖10是生物瀝浸污泥餅堆肥過(guò)程及使用效果，下表是生物瀝浸污泥餅堆肥與常規(guī)污泥堆肥的比較結(jié)果。

生物瀝浸污泥堆肥與常規(guī)污泥堆肥的比較

5 推廣應(yīng)用前景

圖8 行走式翻拋機(jī)正在對(duì)生物瀝浸污泥餅進(jìn)行翻拋?zhàn)鳂I(yè)

圖9 生物瀝浸污泥餅堆肥后的腐熟堆肥產(chǎn)品

圖10 采用生物瀝浸污泥堆肥作為有機(jī)肥的效果（油菜）

截至2011年12月底，我國(guó)已建成運(yùn)轉(zhuǎn)的城鎮(zhèn)污水處理廠有3135座，日處理污水能力1.36億立方米，日產(chǎn)脫水污泥10萬(wàn)噸。“十二五”期間我國(guó)將完成每年新增污水集中處理能力1500萬(wàn)立方米/日，“十二五”末，城鎮(zhèn)污水處理廠預(yù)計(jì)會(huì)增加到4000多座，日產(chǎn)污泥將達(dá)12萬(wàn)～15萬(wàn)噸，污泥處置已成為生活污水處理領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)。近年來(lái)，住建部、環(huán)保部、發(fā)改委等有關(guān)部門(mén)相繼發(fā)文指導(dǎo)規(guī)范污泥處理工作。在相關(guān)文件中，都要求或倡導(dǎo)實(shí)現(xiàn)污泥深度脫水以減少污泥體積和促進(jìn)污泥處置利用，要求污泥的處理處置遵循無(wú)害化、減量化、資源化的原則。

采用生物瀝浸預(yù)處理方法不但可大幅度提高污泥脫水性能，而且可去除污泥中的重金屬、惡臭，殺滅病原物，脫水后的污泥水分含量很低（60%以下），無(wú)臭、衛(wèi)生、無(wú)害，可廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水處理廠，以及工業(yè)行業(yè)的污泥處理，市場(chǎng)前景十分廣闊。

Bioleaching Technology for Improving Sludge Dehydration and Removal of Sludge-borne Heavy Metals

ZHOU Li-xiang

X703

A

1006-5377（2012）09-0017-04