城市污水處理廠污泥處理處置現(xiàn)狀與技術研究分析
行業(yè)動態(tài)
1 引言
隨著中國城市化進程不斷加快，城市人口不斷增加，我國污水處理量與之俱增，同時也產(chǎn)生了大量污泥。污泥的處理問題作為一項環(huán)保難題擺在了決策層面前。它聚集了城市污水處理過程中無法消解的重金屬等污染物，同時還包含大量的病原體、微生物等；如果不進行妥善的處理處置，將會形成二次污染，對環(huán)境造成很大破壞。
2 污泥
2.1 污泥的含義
污泥是在污水處理過程中產(chǎn)生的半固態(tài)或固態(tài)物質，包含了大量的微生物病原體、有機物和膠體等。不論是活性污泥及其衍生技術，還是膜處理技術，在污水處理過程中都會產(chǎn)生污泥。
2.2 污泥的分類
污泥通常是固液混合共呈存膠著狀的粘稠物，用自然沉降的方法一般很難進行固液分離。通常按照以下的幾種方法來對污泥進行分類：根據(jù)污泥的分離階段和處理的方法一般分為生物處理污泥和沉淀污泥。目前一般的污水處理廠污泥大部分是生物處理污泥和沉淀污泥的混合污泥。處理的主要對象包括腐殖污泥、剩余污泥和初次沉淀污泥。按照污泥的來源通常分為河道湖泊淤泥、工業(yè)污泥和生活污泥。
2.3 污泥的特性
污泥的主要特性是含水率高，含油大量的有機質、易腐爛，有濃烈臭味，內部含有各種寄生蟲和微生物，還含有重金屬，如鋅、鉻、銅、汞等。不加以處置任意排放，對人類及周圍環(huán)境的危害極大。
2.3.1 重金屬污染
中國的污泥重金屬含量高。重金屬通過吸附和沉淀進入并留在污泥里面。其中的一些重金屬主要來自工業(yè)廢水，如鉻、鎘等。還有一些重金屬來自人類生活中，如銅、鋅等。當污泥施用于土壤后，其重金屬將累積于地表層，通過食物鏈，在農作物、動物以及人類體內積聚。因而，污泥中含有大量的重金屬是限制污泥大規(guī)模土地利用的重要方面。
2.3.2 有機質污染
污泥中含有大量的有機質，不斷的進行分解腐爛，也帶來很多病原體的微生物、寄生蟲等。同時污泥中存在大量如多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、呋喃等不易降解、有毒性、對人體危害大的有機高聚物。在未經(jīng)處理的新鮮污泥里面寄生著成千上萬的病原體，如將這些污泥任意排放，會跟土壤、水體結合，導致食物鏈的感染，給人體的健康帶來較大的危害。
2.3.3 含水率較高
通常污泥的含水率用污泥里水的質量除以污泥的總質量來計算表示。污泥的含水率較高是由污泥中各種類型的水份組成決定的。通常污泥中7/10左右的是自由間隙水，呈游離態(tài)，在濃縮脫水環(huán)節(jié)可去除，1/5左右為毛細結合水，一般采用壓濾、離心脫水等較高的機械力去除，1/10左右為表面吸附水，一般通過加入絮凝劑來調節(jié)，較難脫水的是胞內水，約占5%，可通過生物分離或熱力方法去除。
3 國內外污泥處理處置現(xiàn)狀
3.1 國外現(xiàn)狀
國外在污泥的無害化和資源化方面做得比較好。一些發(fā)達國家為了變廢為寶，大力發(fā)展資源化利用，現(xiàn)在已經(jīng)成為主要的發(fā)展趨勢。
3.1.1 美國
在美國，絕大部分的污泥通過好氧發(fā)酵、厭氧消化以及焚燒等多種方式進行相應的處理，處理處置率達到80%左右。而在這80%被處理的污泥中，約有60%的污泥通過1300多座厭氧消化與好氧發(fā)酵系統(tǒng)資源資源化處理，變成肥料進行資源化利用。剩下的處理處置方式中，約1/5左右被焚燒處置，還有一小部分作為覆蓋土或者進行填埋。美國的處置方式是循環(huán)利用，其污泥處理處置的未來發(fā)展趨勢是逐步減少填埋，部分地區(qū)已經(jīng)禁止土地填埋，重視資源化處理處置，加大能源利用。
3.1.2 日本
眾所周知，日本國土面積有限，所以一直以來，日本的處理處置方式是填埋輔助，焚燒為主。從1980年以來，約2/3以上的污泥通過焚燒被處理，被用于水泥原料，路基和建筑材料等。近幾年，污泥的熱解、干餾、氣化技術的不斷發(fā)展，在污泥的處理處置方法和工藝路線上都做了一定的調整，減少污泥的焚燒，重視污泥的生物質能源利用，日本的污泥處理處置在未來的發(fā)展趨勢同樣是注重污泥的資源化利用。
3.1.3 歐洲
20世紀，土地利用和衛(wèi)生填埋是歐洲一些國家的主要處理方式。1990年以后填埋場緊張，為緩解土地壓力，歐洲國家上馬干化焚燒項目。隨著基礎設施建設更完善，污泥成分發(fā)生改變，污泥的泥質特性已遠高于以前，再加上干化焚燒高額的運行成本和投資費用，歐洲發(fā)達國家也紛紛重視污泥資源化的利用，制定了一系列的政策用來支持和鼓勵污泥的土地利用。但是各國的土地資源和經(jīng)濟水平參差不齊，其處理的技術和處置的方式也不完全一致。現(xiàn)在污泥處理的目標是減量化、無害化、穩(wěn)定化和資源化?；旧细鲊家呀?jīng)把如何將污泥在減量化和無害化的基礎上更好的進行資源化利用作為未來污泥處理處置的研究重點，而污泥的資源化處理處置也是未來污泥處置的發(fā)展趨勢。
3.2 國內現(xiàn)狀
受經(jīng)濟條件的制約，我國污泥處理處置整體發(fā)展滯后。一直以來存在著重水輕泥的現(xiàn)象，污水處理廠的污泥通常在污水廠內簡單的脫水后就被外運。隨著生態(tài)環(huán)境的持續(xù)惡化，污泥的處理處置也逐漸受到了重視，進入21世紀后隨著相關部分對這一問題的重視和關注，一些發(fā)達地區(qū)都紛紛建設了污泥的治理項目。在我國，目前污泥的處置方式和比例情況分別是：2/3的土地填埋，1/5倍外運和隨意堆放、焚燒和資源化利用的比例較少。而由于我國這方面的制度不完善，監(jiān)管不到位，大部分的填埋和外運堆放基本屬于無人管狀態(tài)，所以嚴格意義上的減量化、無害化、穩(wěn)定化處置不到1/5。
在我國還有接近18%的縣和90%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)沒有污水處理的設施，農村地區(qū)幾乎還是個空白。隨著我國城市化進程的加快和生活水平的提高，伴隨著大量的污水產(chǎn)生的將是大量的污泥，到2015年底全國的污泥總產(chǎn)生量約為3500萬t。據(jù)預測，中國在2020～2025年間的污水處理量將達到頂峰，到2020年末全國的污泥總產(chǎn)生量很有可能突破6000萬t。
4 污泥處理處置技術
4.1 衛(wèi)生填埋
污泥衛(wèi)生填埋目前在我國污水處理廠中普遍采用。這種處理方式投資小、成本低、操作簡單。但是污泥中的病原體和重金屬很容易進入土壤和污染地下水，進而對居民的生活造成危害。同時未經(jīng)無害化、穩(wěn)定化處理的污泥粘稠而且易腐爛發(fā)臭，縮短了填埋場的使用壽命。
但是鑒于我國的實際情況以及綜合考慮各種處理方法的成本，現(xiàn)階段填埋是我國大部分污泥的處置方式，后果已經(jīng)顯現(xiàn)，一些大城市的填埋場已經(jīng)不堪重負，部分地方城市的垃圾填埋場已經(jīng)明確拒收污泥。
4.2 熱干化
污泥熱干化是指利用熱能，將脫水污泥加溫干化，使之成為干化產(chǎn)品。根據(jù)污泥干化的工藝可以分為間接和直接干化。
間接干化一般是通過換熱器將電廠高溫的煙氣或水泥窯等工藝窯爐的余熱與熱工介質進行熱交換，熱工介質吸收熱量后再通過密閉的管道回路和污泥換熱從而對污泥進行不斷的干化，換熱過程不與污泥發(fā)生直接接觸。相比較直接干化而言，雖然會有一些熱量的損失，但是后續(xù)處理的廢氣較少，大大節(jié)約了后期廢氣處理成本，同時也避免了二次污染。
直接干化是將電廠等窯爐的高溫煙氣或熱風直接通入在干化設備，在設備內和濕的污泥進行直接接觸，污泥吸收熱量后污泥中的水分蒸發(fā)，高溫煙氣或熱風會帶走一部分蒸發(fā)處理的水分，雖然沒有了熱效率的問題，但是隨之帶來的就是煙氣或熱風夾雜了有污染性的氣體，后期廢氣處理的成本大大增加了。
4.3 厭氧消化
厭氧消化指的是在密閉的環(huán)境中，污泥里的可被生物分解的有機質在微生物菌種的作用下，發(fā)生化學反應，產(chǎn)生沼氣、二氧化碳等。厭氧消化根據(jù)厭氧反應的時候的溫度差異可以分為35℃左右的中溫厭氧和55℃的高溫厭氧。目前在國內運用比較多的是中溫的厭氧消化。
因為污泥經(jīng)厭氧反應后穩(wěn)定化和無害化效果好，運行成本較低，并且可以通過產(chǎn)生的沼氣進行資源利用，所以對污泥進行厭氧消化是國際上目前一種比較主流的污泥處理處置方法。與好氧消化相比具有成本低，不良氣體排放少等優(yōu)勢。國內污泥厭氧消化處理起步于1984年建成的天津市紀莊子污水處理廠的污泥項目，隨后的20多年里我國一共建設了60多個污泥的厭氧消化項目。不過遺憾的是污泥的厭氧消化在我國存在明顯水土不服。在我國建設的污泥厭氧消化設施中，可以穩(wěn)定運營的只有幾座。主要原因是由我國污泥的泥質決定了污泥可生化性差，有機物的含量較低，特別雨污分流沒做好導致了污泥含砂量過高。此外，我國缺乏沼氣利用的激勵機制，設備的投資費用公安，系統(tǒng)運行較為復雜不易掌握。
不過，由于厭氧消化的優(yōu)勢明顯，為了彌補污泥厭氧在國內的缺陷，眾多的專家學者針對國內的污泥特性不斷研發(fā)和改進提出了以熱水解、微波以及超聲波等為手段的污泥預處理技術，通過對污泥前期的熱水解等預處理，提高污泥在傳統(tǒng)厭氧過程中的水解和酸化的速率，縮短了厭氧消化的時間，減少了厭氧裝置的容積，污泥的厭氧消化整體效果顯著提高。因此，污泥厭氧消化技術在我國應用的瓶頸正不斷被突破，未來將會得到進一步發(fā)展，會是未來的一個主流方向。
4.4 好氧堆肥
污泥堆肥工藝一般是將木屑、秸稈等植物經(jīng)過破碎后與污泥一起混合攪拌，送入堆肥車間，保持好一定的溫度、濕度，不斷鼓風通入氧氣，在菌種的作用下將混合原料不斷氧化，不斷攪拌翻拋后全部分解成腐殖質。被好氧堆肥處理后的污泥由于寄生蟲病原體都被消滅實現(xiàn)了無害化、穩(wěn)定化的效果，可以用于土壤修復、園林綠化、垃圾填埋場的覆蓋土。
近些年，專家學者不斷的對好氧堆肥運行的不同階段的通風量進行研究，同時針對調理添加劑使用過多的情況，對C/N等控制因素的也進行了一系列的理論研究，在前期預處理及堆肥設備和工藝上都有了明顯提高，運行成本和環(huán)境污染控制水平都有了一定程度的改善。但長期以來人們對污泥好氧發(fā)酵技術存在占地面積大、對發(fā)酵產(chǎn)品存在重金屬污染等的認識，限制了其在我國的推廣。該技術在相對欠發(fā)達地區(qū)，應用前景較大。
4.5 污泥焚燒
污泥焚燒是徹底的處理方法，它能夠使有機物全部碳化，殺死病原體，可實現(xiàn)減量化、穩(wěn)定化和無害化。按照焚燒方式不同分為直接焚燒和干化焚燒兩種。
污泥的直接焚燒通常是用輔助燃料將送入焚燒爐內的含水率很高的濕物料直接進行焚燒，由于污泥水分大，熱值低，焚燒的時候能耗很高，后續(xù)排出的尾氣處理設備龐大，操作復雜。干化焚燒是指污泥干化后再進行焚燒。直接焚燒是建設投資和運行成本要高于干化焚燒，我國目前有很多地方的污泥是采用直接焚燒進行處理，特別是電廠分布較多的沿海及江浙滬地區(qū)。當前焚燒工藝包括單獨焚燒、電廠協(xié)同處置、水泥窯協(xié)同處置。
由于污泥中或多或少都含有一定比例的有機質，在焚燒過程中會產(chǎn)生如二噁英、二氧化硫等有毒氣體，處理不好非常容易造成二次污染影響生態(tài)環(huán)境。但焚燒具有處理效率高、技術成熟等優(yōu)點，且目前我國污泥處理缺口大，以焚燒為核心的處理方法是被認為是污泥處置徹底、快捷和經(jīng)濟的方法。
5 結語
短期來看，深度脫水后衛(wèi)生填埋依然是很多城市的首選，但會逐漸減少被其它方式取代。焚燒方法在現(xiàn)階段優(yōu)勢明顯，但煙氣治理趨嚴以及其帶來的運行費用較高的問題是主要障礙。未來，干化焚燒以及水泥窯等的協(xié)同處置會是主流的技術手段之一。厭氧消化具有運行費用低、資源回收率高等優(yōu)點，特別是熱水解技術的應用較好的解決了傳統(tǒng)厭氧的缺陷，未來也會成為污泥處理的主流技術之一。好氧發(fā)酵的優(yōu)勢在于其成本低，會得到經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)的青睞?？偟膩碚f，我國目前污泥處理技術路線已基本形成，從建造投入、運營效果、資源再利用的角度來看，以厭氧消化、好氧堆肥和干化焚燒為主體的三種技術路線會是未來的主流。
