鎮(zhèn)江新區(qū)第二污水處理廠的污泥處置方案

王 申，趙寶康，許立群，張有倉

（鎮(zhèn)江市水業(yè)總公司，江蘇鎮(zhèn)江 212001）

污泥是污水處理后的附屬品，由有機殘片、無機顆粒、膠體等極其復雜的非均質(zhì)體組成。污泥中含有大量的有害物質(zhì)，包括重金屬、細菌、病原體等，如處理不當，可能會對環(huán)境造成較大的影響[1,2]。我國的污泥處理近幾年才剛剛起步，大部分地方污水處理過程中產(chǎn)生的污泥沒有得到充分有效的控制，多數(shù)污水處理廠只是將污泥送往垃圾場填埋或直接暴露在曠野中，不僅造成二次污染，而且危及當代及后代人的身體健康。

1 項目背景

鎮(zhèn)江新區(qū)第二污水處理廠位于鎮(zhèn)江市大港化工園區(qū)北山路西側(cè)，服務對象以鎮(zhèn)江新區(qū)國際化工園區(qū)內(nèi)的化工企業(yè)為主，服務面積為10.8 km2，污水處理廠進水中90%以上為工業(yè)廢水，污水處理廠處理后的出水，就近排入北山河并最終流入長江。污水處理廠于2008年底開工建設，2010年4月建成并投入試運行，該廠生化處理產(chǎn)生的剩余污泥由泵抽至污泥貯泥池，經(jīng)濃縮脫水后，含水率80%左右的污泥產(chǎn)生量為186 m3/月，污泥送至垃圾處理廠進行填埋處理。

污泥填埋雖然形式上解決了地表面環(huán)境中的亂堆放及惡臭等問題，但隨時間推移填坑中含有的各種有毒有害物經(jīng)雨水的浸蝕和滲漏作用污染地下環(huán)境，造成安全隱患[3,4]。同時，污泥填埋占用大量的土地資源，對于人口眾多、資源緊缺的地區(qū)來說填埋并不是理想的選擇。本項目主要是通過對污泥有關的參數(shù)進行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果分析新區(qū)第二污水處理廠的污泥是否屬于危險固廢，以選擇合理的污泥處置方式。

2 污泥鑒定分析

危險固廢鑒別主要采用以下標準：危險廢物鑒別標準－腐蝕性鑒別（GB 5085.1—2007）；危險廢物鑒別標準－浸出毒性鑒別（GB 5085.3—2007）；危險廢物鑒別標準－通則（GB 5085.7—2007）。

根據(jù)《國家危險廢物名錄》所列屬于危險廢物的污泥主要有33種。新區(qū)第二污水處理廠采用的工藝為生化處理工藝，產(chǎn)生的污泥主要是生化污泥，該污泥不屬于危險廢物物化處理過程中產(chǎn)生的廢水處理污泥，不屬于離子交換裝置再生過程產(chǎn)生的污泥，不屬于使用砷或有機砷化合物生產(chǎn)獸藥過程中產(chǎn)生的廢水處理污泥。因此，該廠污泥不屬于《國家危險廢物名錄》規(guī)定中的危險固廢。

2.1 污泥檢測項目

根據(jù)污泥的相關指標和鑒定的目的，確定新區(qū)第二污水處理廠污泥檢測項目如下。

（1）腐蝕性監(jiān)測項目

按照GB/T 15555.12—1995制備的浸出液pH。

（2）浸出毒性鑒別

監(jiān)測項目為銅、鋅、鎘、鉛、總鉻、六價鉻、有機汞、汞、鎳、砷、無機氟化物、總氰化物。

（3）全元素分析

監(jiān)測項目為全水分、水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳、硫含量、氫含量、高位發(fā)熱量。

2.2 分析方法

（1）腐蝕性監(jiān)測項目

腐蝕性（pH）：玻璃電極法。

（2）浸出毒性鑒別

銅、鋅、鎘、鉛：GB/T 15555.12—1995（原子吸收分光光度法）；總鉻：GB/T 15555.6—1995（直接吸入火焰原子吸收分光光度法）；六價鉻：GB/T 15555.4—1995（二苯碳酰二肼分光光度法）；甲基汞、乙基汞：GB/T 17132—1997（氣相色譜法）；汞：《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）（固體廢物浸出液原子熒光法）；鎳：GB/T 15555.9—1995（直接吸入火焰原子吸收分光光度法）；砷：GB/T 15555.3—1995（二乙基二流戴安基甲酸銀分光光度法）；氟化物 GB/T 15555.11—1995（離子選擇電極法）；總氰化物：GB/T 7486—1987。

（3）全元素分析

全水分、水分：GB/T 211—2007（煤中全水分的測定方法）；灰分、揮發(fā)分：GB/T 212—2008（煤的工業(yè)分析方法）；固定炭、氫含量：GB/T 476—2008（煤中碳和氫的測定方法）；硫含量：GB/T 214—2007（煤中全硫的測定方法）；高位發(fā)熱量：GB/T 213—2008(煤的發(fā)熱量測定方法）。

2.3 檢測結(jié)果與分析

新區(qū)第二污水處理廠污泥的腐蝕性監(jiān)測項目、浸出毒性鑒別和全元素分析的監(jiān)測結(jié)果分別如表1和表2所示。

由表1和表2可知，該廠污泥樣品制備的浸出液pH為7.02，新區(qū)第二污水處理廠的污泥沒有腐蝕性，從pH指標來看，不屬于危險固廢。按照HJ/T299制備的固體廢物浸出液中任何一種危害成分含量超過標準中所列濃度限制，則判定該固體廢物是具有浸出毒性特征的危險廢物。根據(jù)污泥浸出毒性檢測結(jié)果，新區(qū)第二污水處理廠污泥沒有檢測毒性，不屬于危險廢物。同時，根據(jù)危險廢物鑒別標準，上述污泥沒有易燃性、反應性和應急毒性。雖然污泥可能會含有毒性物質(zhì)，但是毒性物質(zhì)的含量不會超過0.1%。綜上所述，該廠污泥不屬于危險固廢，可以按照一般固體廢物進行處置。

表1 腐蝕性監(jiān)測項目、浸出毒性鑒別監(jiān)測結(jié)果Tab.1 Results of Corrosion Monitoring and Leaching Toxicity Identification

表2 全元素分析的監(jiān)測結(jié)果Tab.2 Results of Elemental Analysis

3 污泥處置方式選擇

妥善處置污泥是指將污泥經(jīng)過處理和再利用后，在自然環(huán)境中能夠達到長期穩(wěn)定并對生態(tài)環(huán)境無不良環(huán)境影響的最終消納方式。

3.1 當前污泥處置方法

目前國內(nèi)外污泥處理的主要方法有直接填埋、堆肥農(nóng)用、干化和焚燒[5－7]。

（1）污泥直接填埋

污泥直接填埋技術(shù)簡單，實施方便，一般在有垃圾填埋場的地方，都可以進行污泥的直接填埋。隨著城市化進程的加大，垃圾和污泥量不斷增多，同時由于污泥本身難分解，造成污染嚴重，尤其是地下水資源污染嚴重，且污泥直接填埋往往會占用大量土地，造成周邊環(huán)境的污染，所以這種處置方式最終將被淘汰。

（2）污泥堆肥農(nóng)用

根據(jù)污泥本身成分的分析，污泥富含大量微量元素，對于土地有一定的肥沃作用，但是污泥本身也含有有害元素，有關專家也在尋找添加劑來消除有害元素，能否將污泥中的有害物質(zhì)完全消除還有待研究和探討，所以污泥堆肥農(nóng)用的處理方式?jīng)]有廣泛推廣開來，這種處置方式漸被邊緣化。

（3）污泥干化

污泥干化是在污泥機械脫水后，進一步進行干燥，經(jīng)過干化后的污泥進行利用或者焚燒，干化的目的是使污泥進一步脫水，從機械脫水后含水量大概為80%的狀態(tài)，進一步脫水到10%～50%。這一方面進行了有效的減容，另一方面干化后的污泥便于運輸、利用。但是，此種方法處理成本和技術(shù)要求高，干化后污泥依然存在出路問題。

（4）污泥焚燒

污泥焚燒是利用污泥的有機成分較高，具有一定熱值的特點來處置污泥。焚燒可以使生物污泥的體積最小化，因而最終需要處置的物質(zhì)很少，這對日益緊張的土地資源來說是很重要的；焚燒處理速度快，減少了污泥存儲時間；焚燒可以使污泥中的水分、有機物等都被氣化分解，有機物全部碳化，只剩下很少量的污泥成為焚燒灰，消除有害物質(zhì)，不存在重金屬離子問題；焚燒灰可以用于制作建筑材料，焚燒釋放污泥所含的化學能量，可以有效回收，用于污泥自身的干化或者供熱發(fā)電。

從以上可知污泥焚燒處理既節(jié)約污泥填埋占用的土地資源，也避免因填埋產(chǎn)生的二次污染，污泥焚燒真正實現(xiàn)污泥減量化、無害化和資源化處理，是一種比較安全有效的污泥處置方式。

當前我國正面臨巨大的能源與環(huán)境壓力，利用各種可再生資源來替代煤炭石油和天然氣等化工燃料是今后解決能源緊缺的一種有效途徑[8]。焚燒處理后的焚燒灰可以作為建筑材料[9]，如將焚燒灰作為瀝青填料、路床和路基材料、磚瓦材料、水泥原料、熔融填料等。焚燒在日本是污泥處置的主要方法，在歐美發(fā)達國家中也占有很大的比例，而在中國才剛剛起步，應用較少[10]。污泥焚燒方式代表了當前國際上污泥處理的主流方向，也是國內(nèi)目前發(fā)展的主要方向，新區(qū)第二污水處理廠擬選用焚燒方式對污泥進行處理。

3.2 污泥焚燒方式

3.2.1 污泥直接焚燒

污泥直接焚燒的前提條件是污泥中的含水率較低，熱值較高，污泥添加少量的輔助燃料后可直接入爐進行焚燒。直接焚燒是一種節(jié)能型處理方式，包括預處理、焚燒和后處理三個階段。預處理主要包括脫水、粉碎、預熱等，將污泥脫水可降低含水率，使污泥能夠達到可燃，將污泥粉碎可使投入爐內(nèi)污泥均勻，保障燃燒充分，污泥預熱可進一步降低污泥含水率，進而降低污泥焚燒時所消耗能源；污泥焚燒是整個工藝的核心，目前污泥焚燒系統(tǒng)大多采用循環(huán)流化床焚燒技術(shù)，廢物從塔側(cè)或塔頂加入，在流化床內(nèi)進行干燥、粉碎、氣化等過程后，迅速燃燒；后處理主要是處理焚燒時產(chǎn)生的煙氣和固體殘渣，目前煙氣處理主要采用高性能靜電除塵器與濕式洗滌設備和脫硝設備相組合的處理方法，固體殘渣可作為燒磚或水泥的原料，或采用土地填埋方法予以處置。

3.2.2 污泥混合焚燒

由于污泥中含有豐富的有機物，本身有一定的熱值，因此將污泥與煤混合進行燃燒用于發(fā)電是污泥焚燒研究的一個熱點。劉亮等[11]采用熱重法對污泥和煤混燒特性進行了分析。結(jié)果表明混合試樣和煤相比，其著火溫度有所上升，綜合燃燒性能有所下降，在混燃過程中煤和污泥基本上保持了各自的特性，在摻混比例較小時（污泥質(zhì)量分數(shù)為20%）對煤的活性幾乎沒有什么影響。目前對煤和污泥混合燃燒特性的研究，驗證了發(fā)電廠摻污泥用于發(fā)電的可能性，通過克服污泥運輸、儲備、干化以及燃燒廢氣污染等方面的難題，污泥混合焚燒將成為污泥處置的一個很好的途徑。

通過對污泥兩種焚燒方式的分析可知，污泥混合焚燒可以充分利用污泥中的有機物燃燒所產(chǎn)生的熱能進行發(fā)電，污泥混合焚燒與污泥直接焚燒相比，可以節(jié)省30%左右的處置費用，因此建議該廠污泥進行混合焚燒。

3.3 污泥焚燒的基本條件分析

3.3.1 熱值分析

通常垃圾焚燒發(fā)電項目，熱值達到8 500 kJ/kg左右即可順利燃燒發(fā)電。鎮(zhèn)江新區(qū)第二污水處理廠的污泥熱值為6 530 kJ/kg，在燃燒過程中還要吸收一定量的爐膛熱量，原煤的熱值為20 934 kJ/kg。從熱值角度考慮，污水處理廠的污泥摻混質(zhì)量分數(shù)為20%時，熱電廠的泥煤混合物實現(xiàn)焚燒是有保證的。其主要工藝過程和垃圾焚燒發(fā)電相似，而且燃料成分更為穩(wěn)定，運行管理得當能夠確保穩(wěn)定運行。

3.3.2 污泥含水率分析

由污泥自身的熱平衡計算可知當污泥含水率75%時，自身可以實現(xiàn)熱平衡。根據(jù)污泥焚燒發(fā)電項目在發(fā)達國家實際運行經(jīng)驗可知，污泥脫水干燥后在含水率低于70%的情況下可以順利燃燒，但是燃燒效率及產(chǎn)生的熱量較低，致使燃燒不充分。污泥脫水干燥后含水率低于50%，完全能夠滿足焚燒條件?？紤]到費用效益比和實際操作運行，選用污泥含水率40%～50%，泥煤比15%進行實際生產(chǎn)是較為合理的。

新區(qū)第二污水處理廠污泥含水率在80.3%左右，污泥混入未磨干的煤里，煤泥混合物一起干化，使其含水量降至45%左右，再進行焚燒。長期對發(fā)電廠焚燒污泥研究證明，污泥占耗煤總量的10%～15%以內(nèi)，對于尾氣凈化以及發(fā)電廠的正常運轉(zhuǎn)沒有不利影響。

雖然焚燒法與其他方法相比具有突出的優(yōu)點，但隨著焚燒工藝的使用，其存在的問題也日漸突出，而且也是必須解決的問題。污泥焚燒應該控制對大氣污染，焚燒所產(chǎn)生的廢氣中主要含有二噁英和NOx。二噁英的控制可采取以下措施：改善燃燒條件，有效控制爐溫；在煙氣凈化系統(tǒng)中，設置活性炭噴入裝置；在袋式除塵器中，采用聚四氟乙烯覆膜優(yōu)質(zhì)濾袋，將二噁英截留去除。降低NOx的方法有：在燃燒過程中降低O2濃度的生成抑制法；將生成的NOx用還原劑還原減少排出量的排煙脫氮法[12]。

4 總結(jié)

根據(jù)污泥檢測結(jié)果，新區(qū)第二污水處理廠污泥不屬于危險固廢，可以按照一般固體廢物進行處置。污泥焚燒能夠?qū)崿F(xiàn)污泥減量化、無害化和資源化處理，是一種比較安全有效的污泥處置方式。通過對污泥熱值和含水率的分析，鎮(zhèn)江新區(qū)第二污水處理廠污泥和煤的摻燒比例為10%～15%，完全滿足熱值條件。泥煤混合后，先干化，使污泥含水量降至45%左右，再進行焚燒，是比較經(jīng)濟合理的選擇。

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