廣西污水處理廠污泥處理處置工藝選擇

劉中位， 張志蓉

(1.廣西城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)院， 南寧 530022； 2. 廣西交通科學(xué)研究院， 南寧 530007)

我國(guó)污泥處理技術(shù)發(fā)展起步較晚，早期建設(shè)的污水處理廠普遍存在“重視污水處理、忽略污泥處理處置”的問題。污水處理過程將大部分污染物從污水轉(zhuǎn)移到污泥中，因而污泥中的物質(zhì)種類較多，包括有機(jī)物、氮、磷、鉀和其它微量元素，致病微生物，鋅、銅、鉻等重金屬。如果污泥不能進(jìn)一步妥善處置，直接排放到環(huán)境中，會(huì)造成二次污染。

針對(duì)污泥處理處置，2009年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理技術(shù)規(guī)程》(CJJ131—2009)，2010年環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置污染防治最佳可行技術(shù)指南(試行)》。規(guī)程和指南針對(duì)整個(gè)中國(guó)大的范圍提出了各種可行的方法，每種方法均有不同的適用條件和各自的優(yōu)缺點(diǎn)，而中國(guó)幅員遼闊，各地經(jīng)濟(jì)、氣候環(huán)境差異較大，因此，應(yīng)根據(jù)各地的實(shí)際情況，選擇合適的處理處置工藝。

廣西和國(guó)內(nèi)其他省份相比又有自身的特點(diǎn)，本文通過對(duì)污泥性質(zhì)、處理處置工藝的分析，結(jié)合廣西污水處理廠的實(shí)際情況，推薦適合廣西的污泥處理處置工藝。

1 污泥處理處置現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外污泥處理處置情況

國(guó)外污泥處理處置的方法主要有填埋、焚燒和土地利用三種，各國(guó)具體情況不同，選擇的方法各異。美國(guó)以土地利用為主，上世紀(jì)80年代末填埋約占42%，至90年代末，土地利用比例急劇上升至59%；日本國(guó)土面積較小，以焚燒為主，約占63%，土地利用占22%，填埋占5%，其它約10%；丹麥、盧森堡和法國(guó)污泥以農(nóng)用為主，法國(guó)、盧森堡、德國(guó)和荷蘭計(jì)劃加大焚燒的比例。同一個(gè)國(guó)家的不同地區(qū)對(duì)污泥處理處置的工藝也有所差異，如在英國(guó)，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，因此焚燒約占50%，而其它城市則以土地利用為主[1]。

國(guó)外污泥處置的趨勢(shì)是回收污泥中的能源，將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)組分回用于土地。

1.2 國(guó)內(nèi)污泥處理處置情況

多數(shù)污水處理廠都是采用濃縮脫水來處理污泥，而采用穩(wěn)定化處理的污水處理廠比例不到20%；多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥主要的處置方法是土地填埋，其次是污泥土地利用[2]。近年來，最終處置出現(xiàn)很多新技術(shù)，如干化(利用低溫余熱、單獨(dú)加熱)焚燒、水泥焚燒、堆肥(生物干化)等。

2 污泥處理處置原則及工藝分析

2.1 污泥處理處置原則

我國(guó)污泥處理的原則是“減量化、無害化和資源化”，減量化主要是指降低含水率，減小污泥的體積；無害化指降解有機(jī)物，將有害物質(zhì)穩(wěn)定，避免污染環(huán)境；資源化指將無害化的污泥再次利用。

2.2 污泥處理處置工藝概況

《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理技術(shù)規(guī)程》(CJJ131—2009)中處理工藝較多，包括濃縮、脫水、厭氧消化、好氧消化、石灰穩(wěn)定、堆肥、干化和焚燒；在《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置污染防治最佳可行技術(shù)指南(試行)》中，土地利用和焚燒作為最終處置方式。

濃縮、脫水只能減量化，經(jīng)濃縮脫水后污泥含水率從98%降到在80%左右，體積為原來的1/10，減量效果明顯，目前幾乎所有污水廠都有濃縮、脫水設(shè)施。

厭氧消化能一定程度上減量化、穩(wěn)定化，有機(jī)物降解率可達(dá)40%～50%，消化后污泥需要后續(xù)處理，如脫水、干化、堆肥等。

石灰穩(wěn)定通過投加生石灰發(fā)熱將污泥中的水分蒸發(fā)，降低污泥含水率，同時(shí)使pH值和溫度升高，以抑制病原菌和其它微生物生長(zhǎng)，減少臭味。石灰穩(wěn)定從減量化看，雖然降低了含水率，但是投加生石灰一定程度上增加了污泥的重量。

污泥堆肥是在一定條件下通過微生物的作用，使有機(jī)物不斷被降解和穩(wěn)定的過程。分為好氧堆肥和厭氧堆肥兩種。好氧堆肥是在有氧情況下有機(jī)物料的分解過程，其代謝產(chǎn)物主要是二氧化碳、水和熱；厭氧堆肥是在無氧條件下有機(jī)物料的分解，厭氧分解最后的產(chǎn)物是甲烷、二氧化碳和許多低分子量的中間產(chǎn)物，如有機(jī)酸等。厭氧堆肥與好氧堆肥相比較，單位質(zhì)量的有機(jī)質(zhì)降解產(chǎn)生的能量較少，而且厭氧堆肥通常容易發(fā)出臭氣。由于這些原因，好氧堆肥采用較多。

熱干化是對(duì)脫水污泥加熱將污泥中的水蒸發(fā)，降低含水率，濕污泥成為干化產(chǎn)品。干化過程能源消耗較大，包括水分氣化、污泥升溫消耗的熱能(約占總能耗的80%)和系統(tǒng)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行消耗的電能(約占總能耗的20%)[3]。根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理技術(shù)規(guī)程》，熱干化的熱源應(yīng)充分利用污泥自身的熱量和其他設(shè)施的余熱，不宜采用優(yōu)質(zhì)一次能源。對(duì)于含水率為80%的污泥，干化后焚燒產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)低于干化階段熱能的消耗，必須利用其它余熱，如熱電廠、水泥廠的熱煙氣等，熱干化過程中存在污泥自燃和設(shè)備爆炸等安全問題。熱干化后的污泥可以作為土壤改良劑、肥料，或作為水泥窯、發(fā)電廠和焚燒爐燃料，因此，熱干化適用于當(dāng)?shù)赜锌衫玫臒嵩?，或干化污泥后續(xù)作為燃料的污泥處理工程。

《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置污染防治最佳可行技術(shù)指南(試行)》中，污泥中溫厭氧消化和污泥好氧發(fā)酵為污泥處理污染防治最佳可行技術(shù)，污泥土地利用和污泥干化焚燒為污泥處置污染防治最佳可行技術(shù)，本文重點(diǎn)對(duì)污泥處理處置最佳可行技術(shù)進(jìn)行分析。

2.3 污泥厭氧消化、好氧發(fā)酵工藝分析

污泥厭氧消化是在厭氧條件下，通過微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行降解，將污泥中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣，使污泥中有機(jī)物礦化、穩(wěn)定的過程。厭氧消化有中溫厭氧消化(35±2℃)和高溫厭氧消化(53±2℃)兩種。中溫厭氧消化速率較慢，產(chǎn)氣率低，但維持中溫厭氧的能耗較少，沼氣產(chǎn)能能夠維持在較高水平；高溫厭氧消化微生物生長(zhǎng)活躍，有機(jī)物分解速度快，產(chǎn)氣率高，停留時(shí)間短，但需要維持消化池的高溫運(yùn)行，能量消耗較大，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，適合污水處理規(guī)模10萬(wàn)t/d以上的污水處理廠。污泥厭氧消化有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 降解污泥中的有機(jī)物，減少污泥中可分解、易腐化物質(zhì)的數(shù)量，使污泥性質(zhì)穩(wěn)定，同時(shí)使污泥的體積減少。

(2) 提高污泥的脫水性能，未消化的污泥呈粘性膠狀結(jié)構(gòu)，不易脫水，消化過的污泥，膠體物質(zhì)被氣化、液化或分解，使污泥中的水分與固體易分離。

(3) 利用厭氧消化產(chǎn)生的沼氣作為燃料，用來保持厭氧反應(yīng)的溫度或燒鍋爐、發(fā)電等。

厭氧消化存在以下問題：

(1) 保證厭氧反應(yīng)器的反應(yīng)速率，需要保持適宜的溫度，因此需要消耗能量。

(2) 需要較高的污泥濃度及污泥中有機(jī)物含量，以保證沼氣產(chǎn)氣率。

(3) 沼氣利用關(guān)鍵設(shè)備大多精密度較高, 自控和維修相對(duì)比較復(fù)雜且昂貴。污泥厭氧消化、沼氣收集和利用等多個(gè)環(huán)節(jié), 污泥厭氧消化工藝對(duì)多工種技術(shù)水平和配合協(xié)調(diào)能力要求高, 運(yùn)行存在一定難度。

(4) 厭氧消化污泥還需要進(jìn)一步處理，含水率才能達(dá)到處置要求。

污泥好氧發(fā)酵是指在有氧條件下，好氧微生物將污泥中的有機(jī)物降解，反應(yīng)過程中釋放的熱量形成高溫，并持續(xù)一定時(shí)間將污泥中的病原微生物殺死，從而實(shí)現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化和無害化的過程。

污泥好氧發(fā)酵具有使有機(jī)有害物分解徹底、堆肥周期短、臭味小、好控制等優(yōu)點(diǎn)。通過添加輔料(鋸末、水稻秸稈、玉米秸稈)調(diào)節(jié)合適的C/N比、含水率和鼓風(fēng)，經(jīng)發(fā)酵后，發(fā)酵產(chǎn)品含水率在40%左右。

常見的好氧發(fā)酵有條垛式好氧發(fā)酵、發(fā)酵槽(池)式好氧發(fā)酵和一體化的好氧發(fā)酵設(shè)備，前兩種適合規(guī)模較大的污泥處理；一體化好氧發(fā)酵設(shè)備集發(fā)酵、除臭等于一體，土建工程量小，自動(dòng)化程度高，運(yùn)行管理方便，適合小規(guī)模的污泥處理。

好氧發(fā)酵運(yùn)行維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)更穩(wěn)定。

2.4 污泥土地利用和干化焚燒工藝分析

污泥土地利用是指污泥經(jīng)過穩(wěn)定化和無害化處理后，通過播撒、深耕等方式施用于土壤的處置方式，包括園林綠化、林地利用和土壤修復(fù)及改良等綜合利用。園林綠化、林地利用可促進(jìn)樹木、花卉、草坪的生長(zhǎng)，而對(duì)于各種采礦后殘留的礦場(chǎng)、建筑取土場(chǎng)、垃圾填埋場(chǎng)、森林采伐場(chǎng)、地表嚴(yán)重破壞需復(fù)墾的土地，由于已失去一般土壤的特性，無法直接植樹種草，施入污泥可以增加土壤養(yǎng)分，改良土壤特性，促進(jìn)地表植物生長(zhǎng)。這三種處置方式都避開了食物鏈，對(duì)人類潛在威脅小，但污泥泥質(zhì)需要達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

干化焚燒是利用焚燒爐將污泥加熱，并高溫氧化污泥中的有機(jī)物，使之成為少量灰燼。焚燒前通常采用熱干化作為預(yù)處理，以提高污泥熱值，降低運(yùn)輸和貯存成本。焚燒過程中，需對(duì)煙氣進(jìn)行處理。焚燒過程需要消耗大量的能源，焚燒的減量化和無害化效果最好，但投資較大，處理成本較高，運(yùn)行管理要求很高。目前國(guó)內(nèi)正在建設(shè)和運(yùn)行的采用焚燒工藝的污泥處理廠有十多座，其中上海石洞口污泥處理廠2004年11月建成，是國(guó)內(nèi)第一套處理城市污水廠污泥的干化焚燒裝置，設(shè)計(jì)規(guī)模213 t/d[4]，運(yùn)行過程中經(jīng)過多次大修，目前正在進(jìn)行后續(xù)完善工程。干化焚燒工藝適用于污泥量大、經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地方。

3 廣西污泥處理處置現(xiàn)狀分析

3.1 廣西污泥處理處置現(xiàn)狀

廣西在“十一五”期間，污水處理發(fā)展較快，縣級(jí)及以上城市均建有污水處理廠，截止2011年底，全區(qū)已建設(shè)污水處理廠108座，污水處理規(guī)模332萬(wàn)m3/d[5]，污泥處理處置情況詳見表1。

表1 廣西污水處理廠污泥處理處置現(xiàn)狀

3.2 廣西污泥處理處置現(xiàn)狀分析

廣西污水處理廠污泥處理處置具有以下特點(diǎn)：

(1) 處理規(guī)模5萬(wàn)t/d以下的中小型污水處理廠為主(占83.3%)，每座污水處理廠污泥產(chǎn)量較少，污泥產(chǎn)率按每萬(wàn)t污水4 t污泥(含水率為80%)計(jì)算，大部分污水處理廠污泥產(chǎn)量在20 t/d以下。

(2) 污泥處理以“濃縮+帶式脫水/離心脫水”為主，占94.4%。

(3) 最終的處置以衛(wèi)生填埋為主，占96.3%。

(4) 污泥中有無機(jī)物(泥砂)含量大，廣西絕大部分城市的污水收集管網(wǎng)為雨污合流式，而大部分污水處理廠僅設(shè)有沉砂池，未設(shè)初沉池，剩余污泥中泥砂含量大。

廣西污水處理廠污泥處理處置存在以下問題：

(1) 減量化不明顯，脫水后污泥含水率在80%左右。

(2) 脫水污泥直接進(jìn)入生活垃圾填埋場(chǎng)填埋，雖然做到了無害化，但存在諸多問題。根據(jù)GB 16889—2008《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定，污泥含水率小于60%才能進(jìn)生活垃圾填埋場(chǎng)填埋處置，目前的帶式脫水機(jī)和離心脫水機(jī)脫水效果達(dá)不到要求。污泥進(jìn)入填埋場(chǎng)以后，含水率較高，影響填埋作業(yè)和垃圾堆體的安全。

(3) 未能資源化，直接填埋，污泥中含有的大量有機(jī)質(zhì)及氮、磷等養(yǎng)分不能利用。

4 廣西污水處理廠污泥處理處置推薦工藝

4.1 污泥處理工藝推薦

廣西排水管網(wǎng)絕大部分為雨污合流制，進(jìn)水含砂量大，導(dǎo)致污泥中含砂量大，不利于厭氧消化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此推薦采用好氧發(fā)酵工藝。廣西污水處理廠以5萬(wàn)t以下的中小型污水處理廠為主(占83.3%)，污泥產(chǎn)量少，這類規(guī)模較小的污水處理廠污泥處理推薦采用一體化好氧發(fā)酵處理工藝，占地面積小，自動(dòng)化程度高，運(yùn)行管理更方便，但應(yīng)注意設(shè)備的維護(hù)管理，以保證發(fā)酵、除臭效果和設(shè)備的使用壽命；規(guī)模5萬(wàn)t以上的污水處理廠，推薦采用條垛式好氧發(fā)酵或發(fā)酵槽(池)式好氧發(fā)酵處理工藝，以保證發(fā)酵、除臭效果，同時(shí)可以降低工程投資。

4.2 污泥處置工藝推薦

土地利用和焚燒兩種最佳可行的最終處置方式中，土地利用更為合適，特別是廣西大面積種植速生桉、甘蔗等作物，有污泥土地利用的條件。對(duì)于污泥產(chǎn)量大、有可利用熱源、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的小部分地方，也可采用焚燒處置。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)廣西污水處理廠的實(shí)際情況，污泥處理處置工藝采用“濃縮脫水+好氧發(fā)酵+土地利用”是合適的；對(duì)于少量規(guī)模較大的污水處理廠，當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，同時(shí)有合適的熱源可利用時(shí)，也可采用“濃縮脫水+好氧發(fā)酵/熱干化+焚燒”技術(shù)路線。

[1] 杭世珺，陳吉寧，鄭興燦，等.污泥處理處置的認(rèn)識(shí)誤區(qū)與控制對(duì)策[J]. 中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2005(3)：11-14.

[2] 池勇志，遲季平，馬顏，等.城鎮(zhèn)污水污泥性質(zhì)與處理處置概況[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010, 33(12):169-172.

[3] 李潤(rùn)東，張萬(wàn)里，孫洋，等.污泥熱干化技術(shù)適應(yīng)性分析及未來發(fā)展趨勢(shì)[J]. 可再生能源，2012, 30(5):95-99.

[4] 曹晶.上海市石洞口城市污水處理廠污泥處理工程后評(píng)估[J].中國(guó)給水排水，2012， 28(12):46-50.

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