造紙污泥成分特性分析及處置措施探討

王 冰，洪世杰，陳云臻，周春華

（1.漯河市環(huán)境科學(xué)技術(shù)研究所，河南 漯河 462000；2.漯河市沙澧河水源保護(hù)中心，河南 漯河 462000；3.漯河市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，河南 漯河 462000；4.漯河市生態(tài)環(huán)境局源匯分局，河南 漯河 462000）

河南省某廢紙制漿造紙企業(yè)，年產(chǎn)牛皮箱板紙18萬(wàn)噸、高強(qiáng)瓦楞紙19萬(wàn)噸，建有日處理16000噸的污水處理站一座，污泥產(chǎn)生量約為30600噸/年（絕干）。如何有效、低成本地處理污水處理站所產(chǎn)生的大量污泥，一直是困擾企業(yè)發(fā)展的重要問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)污泥有害成分的監(jiān)測(cè)，明確污泥性質(zhì)，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)原料、生產(chǎn)工藝分析污泥的特性，并根據(jù)國(guó)家和地方有關(guān)政策和要求，對(duì)造紙廢水處理站污泥的最終處置方式進(jìn)行探討。

1 污泥來(lái)源及主要成分

1.1 污泥來(lái)源

該企業(yè)污水處理工藝為“預(yù)處理+初沉+生化處理+氣浮”。污泥來(lái)源主要分為三部分，分別為初沉池產(chǎn)生的生污泥，主要成分由粗纖維、木素、泥沙雜質(zhì)等組成；生化處理產(chǎn)生的剩余污泥，主要成分為微生物、微生物自身氧化殘余物、廢水中未降解的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物；氣浮池產(chǎn)生的化學(xué)污泥，主要是高分子混凝劑聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺等與水中的污染物反應(yīng)生成的沉淀物。

1.2 污泥主要成分及特性

1.2.1 污泥組成成分

顯微鏡觀察顯示，廢紙制漿造紙污泥顆粒顯棕褐色，呈團(tuán)絮狀結(jié)構(gòu)，包含部分后生生物，例如線蟲(chóng)、浮游甲殼動(dòng)物等。經(jīng)檢測(cè)化驗(yàn)分析，污泥未干化處理前含水率為64.75%，pH值為6.8，粗纖維含量為23.02%，木素含量為11.96%，污泥顆粒的中位徑為35.4μm左右；105℃烘干干燥后含水率為2.20%，有機(jī)物含量為28.03%，無(wú)機(jī)物含量為69.77%。干化后污泥主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。[1]

表1 造紙污泥的主要化學(xué)元素組成與含量 （%）

1.2.2 污泥的熱解特性

污泥的熱解特性直接決定了污泥是否能夠焚燒或者摻煤燃燒。根據(jù)熱解試驗(yàn)結(jié)果，污泥熱解共分為4個(gè)階段：（1）水分析出階段，溫度為30℃～150℃，質(zhì)量損失2.2%，主要來(lái)源為干污泥中殘留水分蒸發(fā)。（2）有機(jī)物質(zhì)析出階段，溫度為150℃～600℃，質(zhì)量損失28.03%。溫度超過(guò)200℃以后，污泥分解加速，在314℃時(shí)熱分解速率達(dá)到峰值，主要因?yàn)槲勰嘀邪肜w維素、纖維素、木素等有機(jī)物分解為小分子氣體和大分子可冷凝揮發(fā)物造成質(zhì)量損失。（3）礦物質(zhì)分解階段，溫度為600℃～700℃，質(zhì)量損失16.33%，這是由于造紙污泥中礦物填料分解引起質(zhì)量損失。（4）灰分殘留階段，溫度達(dá)到700℃以上，由于這個(gè)階段污泥熱解殘?jiān)馁|(zhì)量基本保持穩(wěn)定，殘余質(zhì)量為53.86%。根據(jù)分析結(jié)果，污泥105℃干燥后含水率為2.2%，低位發(fā)熱值為2295～2650kcal/kg，有機(jī)物含量為28.03%，無(wú)機(jī)物含量為69.84%，灰分含量為53.86%?；曳种兄饕瘜W(xué)成分見(jiàn)表2。[2]

表2 污泥灰分的主要化學(xué)元素組成與含量 （%）

2 污泥性質(zhì)鑒別

首先對(duì)該企業(yè)污水處理站污泥按照《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》（GB 5085.3-2007）[3]要求進(jìn)行采樣、監(jiān)測(cè)，判定是否為危險(xiǎn)廢物。然后按照《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18599-2001）[4]要求對(duì)污泥進(jìn)行采樣、監(jiān)測(cè)，判定屬于“第Ⅰ類(lèi)”或“第Ⅱ類(lèi)”工業(yè)固體廢物。

2.1 危險(xiǎn)廢物鑒別

2.1.1 鑒別監(jiān)測(cè)因子

根據(jù)《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》（GB 5085.3-2007）[3]進(jìn)行“無(wú)機(jī)元素及化合物”“非揮發(fā)性有機(jī)化合物”“揮發(fā)性有機(jī)化合物”三大類(lèi)的全因子監(jiān)測(cè)，不監(jiān)測(cè)“有機(jī)農(nóng)藥類(lèi)”。

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：無(wú)機(jī)元素及化合物（銅、鋅、總鎘等）、非揮發(fā)性有機(jī)化合物（硝基苯、二硝基苯、苯酚等）、揮發(fā)性有機(jī)化合物（苯、甲苯、乙苯等）。

2.1.2 鑒別結(jié)果

污泥危險(xiǎn)廢物鑒別結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 污泥（危險(xiǎn)廢物鑒別）監(jiān)測(cè)結(jié)果 單位：mg/L

對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》（GB 5085.3-2007）[3]，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，該造紙企業(yè)污泥中所有監(jiān)測(cè)指標(biāo)均未超過(guò)《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》（GB 5085.3-2007）[3]中的標(biāo)準(zhǔn)限值要求，污泥不屬于危險(xiǎn)廢物。

2.2 一般固廢的鑒別

2.2.1 鑒別監(jiān)測(cè)因子

按照《固體廢物浸出毒性浸出方法 翻轉(zhuǎn)法》（GB 5086.1-1997）[5]規(guī)定方法進(jìn)行浸出實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：pH、色度、COD、BOD5、SS、總汞、總鎘、總鉻、六價(jià)鉻、總砷、總鉛、總鎳、總銅、總鋅、苯酚、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、總有機(jī)碳（TOC）、糞大腸菌群數(shù)。

2.2.2 鑒別結(jié)果

一般固廢鑒別結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 污泥（一般固廢鑒別）監(jiān)測(cè)結(jié)果 單位：mg/L

對(duì)照《一般工業(yè)固體廢物儲(chǔ)存、處置場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18599-2001）[4]要求，污泥樣品的各項(xiàng)指標(biāo)均低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）[6]最高允許排放濃度的限值要求，因此該污泥屬于Ⅰ類(lèi)一般固體廢物。

3 污泥處置途徑探討

3.1 衛(wèi)生填埋

根據(jù)《生活垃圾填埋場(chǎng)污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889-2008）[7]的規(guī)定，一般工業(yè)固廢經(jīng)過(guò)處理后，按照《固體廢物 浸出毒性浸出方法 醋酸緩沖溶液法》（HJ/T 300-2007）[8]相關(guān)要求制備的浸出液，如果其危害成分質(zhì)量濃度低于浸出液污染物濃度限值，則可以進(jìn)行填埋處置。浸出液污染物濃度限值具體見(jiàn)表5。

由表4、表5對(duì)比可知，該企業(yè)污泥浸出液的浸出毒性各指標(biāo)均遠(yuǎn)低于《生活垃圾填埋場(chǎng)污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889-2008）[7]規(guī)定的污染物限值，符合生活垃圾填埋場(chǎng)填埋處置入場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)。但是，由于該企業(yè)污泥產(chǎn)生量較大，進(jìn)入生活垃圾填埋場(chǎng)處置會(huì)占用填埋場(chǎng)大量庫(kù)容，填埋成本會(huì)非常高。

表5 浸出液污染物質(zhì)量濃度限值

3.2 一般工業(yè)廢物處置場(chǎng)堆放

公司污水處理站污泥為I類(lèi)一般工業(yè)固體廢物，可以按照《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18599-2001）[4]要求將污泥運(yùn)送至一般工業(yè)固廢處置場(chǎng)進(jìn)行堆放，同樣會(huì)受到場(chǎng)地、成本等條件制約。

3.3 污泥焚燒處置綜合利用

3.3.1 污泥焚燒綜合利用可行性

造紙污泥焚燒處置的原理是利用污泥有機(jī)成分較高，有一定熱值的特點(diǎn)，將污泥置于在焚燒爐內(nèi)進(jìn)行高溫燃燒，將污泥中的有毒有害物質(zhì)在高溫下氧化、熱解，對(duì)污泥泥質(zhì)有一定的要求。污泥焚燒泥質(zhì)要求一覽表見(jiàn)表6。

表6 污泥焚燒泥質(zhì)要求一覽表

該污泥未干化處理前的含水率為64.75%，干化后含水率約為38.1%，pH值為6.8，揮發(fā)分為41.22%，滿足焚燒的條件。

3.3.2 污泥綜合利用環(huán)保效益

企業(yè)污泥絕干污泥量為30600t/a，該造紙污泥絕干狀態(tài)下的低位發(fā)熱值熱值為2295～2650kcal/kg，目前公司所使用的原煤熱值為5560kcal/kg，則公司30600t造紙污泥所產(chǎn)生的熱量相當(dāng)于12630.7t燃煤所產(chǎn)生的熱量，計(jì)算方式如下：

綜合以上分析，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)講，按照《固體廢物處理處置工程技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 2035-2013）[9]中“固體廢物處理應(yīng)按照減量化、資源化、無(wú)害化”的要求，采取焚燒法處置造紙污泥是能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益相統(tǒng)一的最好方式。