城市污水處理廠污泥的處理處置技術(shù)
行業(yè)動(dòng)態(tài)
我國(guó)自改革開放以來，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，城市化進(jìn)程迅速，水資源面臨著越來越大的壓力。目前， 上超過90%的城市污水處理都采用活性污泥法，產(chǎn)生的大量剩余污泥通常含有相當(dāng)量的有毒有害物質(zhì)及未穩(wěn)定化的有機(jī)物，如不進(jìn)行妥善的處理，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成直接或潛在的污染。全國(guó)一年產(chǎn)生的污泥量大約為300萬t，污泥的儲(chǔ)存、處理處置及資源化過程中均可能危害環(huán)境，污泥的處理處置已成為一個(gè) 性的社會(huì)和環(huán)境問題。本文分析了當(dāng)前污泥處理處置技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)，分析了我國(guó)城市污水處理廠污泥處理處置存在的問題及應(yīng)采取的有關(guān)技術(shù)政策。
1 國(guó)外城市污水處理廠污泥處理處置技術(shù)的動(dòng)向
為避免污水處理廠污泥對(duì)環(huán)境的二次污染，各國(guó)政府及研究機(jī)構(gòu)對(duì)污泥的處置問題十分重視并根據(jù)各國(guó)的國(guó)情制定出污泥處置的法規(guī)和具體方案。
大部分歐洲 的污泥以填埋為主；美國(guó)和英國(guó)的污泥以農(nóng)用為主；日本的污泥則以焚燒為主；總之，污泥農(nóng)用和陸地填埋是大多數(shù) 污泥處置的兩種主要方法，農(nóng)用和陸地填埋是大多數(shù) 污泥處置的兩種主要方法，農(nóng)用和陸地填埋方案的選擇很大程度上取決于各國(guó)政府有關(guān)的法律法規(guī)和污染控制狀況；同時(shí)也與 的大小和農(nóng)業(yè)發(fā)展情況有關(guān)。近年來，隨著污泥農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)（如合成有機(jī)物和重金屬含量）日益嚴(yán)格的趨勢(shì)，許多 ，如德國(guó)、意大利、丹麥等污泥農(nóng)用的比例不斷降低，而污泥填埋的比例又有增加的趨勢(shì)。但也有一些 ，如美國(guó)、英國(guó)和日本等污泥農(nóng)用的比例呈增加趨勢(shì)，填埋呈減少趨勢(shì)。
近10年來， 各國(guó)污泥處理涌現(xiàn)了許多新技術(shù)，例如污泥熱化學(xué)液化處理使之轉(zhuǎn)化為燃料油；低溫?zé)峄瘜W(xué)過程將污泥轉(zhuǎn)化為燃料；利用污泥制磚、制陶瓷等用作建筑材料；日本、新加坡都在研究污泥焚燒后殘?jiān)?jīng)1300℃的高溫融鑄成塊石堆砌的處置方法；美國(guó)新澤西州嘗試用污泥壓制成粒，銷售給農(nóng)業(yè)和化肥工藝，我國(guó)也做了一定的結(jié)團(tuán)造粒和利用污泥作復(fù)合肥粘結(jié)劑研究；還有蚯蚓處理厭氧消化污泥；新技術(shù)中研究集中的有以下幾個(gè)方面。
1.1 污泥熔化
為了減少污泥體積和利用其中的重金屬粘結(jié)作用，日本曾開展污泥熔化技術(shù)研究，但還不十分深入。污泥熔化處理也是污泥熱化學(xué)處理方法的一種。污泥熔化技術(shù)是把污泥加熱至1300～1500℃，使污泥中有機(jī)物燃燒，其殘留物質(zhì)可用作制作玻璃、鋼鐵、建筑材料等。
1.2 污泥消化
污泥消化是在人工控制下，通過微生物的代謝作用，使污泥中有機(jī)物質(zhì)穩(wěn)定化，包括好氧消化和厭氧消化。
好氧消化法在曝氣池中進(jìn)行，依靠有機(jī)物的好氧代謝和微生物內(nèi)源代謝穩(wěn)定污泥中的有機(jī)組成。好氧消化法降解程度高，無臭穩(wěn)定，易脫水，肥份高，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，基建費(fèi)用低；但運(yùn)行費(fèi)用高，消化污泥量少，降解程度隨溫度波動(dòng)大。
目前比較常用的是厭氧消化，它是在厭氧條件下，污泥中有機(jī)物礦化成一些無機(jī)物和氣體。消化后污泥體積顯著減小，呈黑色粒狀結(jié)構(gòu)，易脫水，性質(zhì)穩(wěn)定。根據(jù)操作溫度，傳統(tǒng)的工藝分為中溫消化和高溫消化。目前較多采用兩種工藝結(jié)合應(yīng)用的方式，如高溫酸化-中溫甲烷化兩相厭氧消化中溫-高溫二級(jí)處理工藝等。
1.3 污泥制油
污泥制油是把含水率為65%的干泥在隔絕空氣下，加熱升溫450℃，在催化劑作用下把污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為碳?xì)浠衔?，轉(zhuǎn)化率取決于污泥組成和催化劑的種類，正常產(chǎn)率為200～300L（油）/t（干泥），其性質(zhì)與柴油相似。加拿大正在進(jìn)行中試實(shí)驗(yàn)，澳大利亞Perth也正在建造利用熱化學(xué)方法將污泥制油的工廠。
1.4 污泥濕式氧化（Wet Air Oxidation，簡(jiǎn)稱WAO）
污泥濕式氧化技術(shù)是將污泥置于密閉反應(yīng)器中，在高溫高壓條件下通入空氣或氧氣作氧化劑，按浸沒燃燒原理使污泥中有機(jī)物氧化分解，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物的過程。就濕式空氣氧化過程原理講，濕式氧化包括水解、裂解和氧化等過程。WAO法主要適用于處理各種難降解有機(jī)污泥，但需要高溫（臨界溫度為150～370℃）和一定的壓力。在300℃以上并氧化30min后，污泥中82%的有機(jī)物被降解，70%以上的MLSS被去除。WAO法的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性較強(qiáng)，滅菌和除毒效果好，脫水性能 ，處理周期短，污泥經(jīng)處理后重量和體積都大為減少。
1.5 臭氧剩余污泥減量化
這一工藝是由日本的H Yasui等學(xué)者提出的。在此工藝中，剩余污泥的消化與污水處理在同一個(gè)曝氣池中同時(shí)進(jìn)行。工藝分成兩個(gè)過程，一個(gè)是臭氧氧化過程，另一個(gè)是生物降解過程。
從二沉池中沉下來的污泥，一部分直接回流到曝氣池中，另一部分則是 行臭氧處理然后再回流到曝氣池。污泥經(jīng)過臭氧處理后，能夠提高其可生物降解性，在曝氣池中與污水同時(shí)進(jìn)行生物處理。而且在經(jīng)臭氧處理后，將有一部分污泥（1/3）被無機(jī)化。因此，只要操作適當(dāng)，可以使污水處理過程中凈增污泥量與無機(jī)化污泥量相等，從而可以達(dá)到無剩余污泥的目的。
日本的Shima污水處理廠已經(jīng)運(yùn)行了9個(gè)月而沒有產(chǎn)生剩余污泥。這是由于對(duì)部分回流污泥進(jìn)行臭氧化所致，由此提高了其生化降解性并在曝氣池中強(qiáng)化了生物氧化降解。該廠處理污水量為450m3/d。試驗(yàn)證明，污泥減少量與O3投加劑量和被處理的污泥量成比例。試驗(yàn)證明，為完全消除剩余活性污泥所需的O3劑量為0.034kg/kg懸浮固體，而需要處理的回流污泥量為常規(guī)污水處理廠剩余污泥量的4倍。
1.6 超聲波處理剩余污泥
超聲波通過交替的壓縮和擴(kuò)張作用產(chǎn)生空穴作用，在溶液中這個(gè)作用以微氣泡的形成、生長(zhǎng)和破裂來體現(xiàn)，以此壓碎細(xì)胞壁，釋放出細(xì)胞內(nèi)所含的成分和細(xì)胞質(zhì)，以便進(jìn)一步降解。超聲波細(xì)胞處理器能加快細(xì)胞溶解，用于污泥回流系統(tǒng)，強(qiáng)化了細(xì)胞的可降解性，減少了污泥的產(chǎn)量，用于污泥脫水設(shè)備，有利于污泥脫水和污泥減量。
超聲波由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生，經(jīng)探針插入污水中，超聲波的設(shè)計(jì)頻段在25～30kHz。小于25kHz在人的聽力范圍內(nèi)，產(chǎn)生噪聲問題，而超過35kHz時(shí)，能量利用率低。
超聲波的作用受到液體的許多參數(shù)的影響，如：溫度、粘度和表面張力等。此外，超聲波與各種液體的接觸時(shí)間，探針的幾何形狀和材質(zhì)也是超聲波應(yīng)用的限制因素。
1.7 高速生物反應(yīng)器
高速生物反應(yīng)器技術(shù)是在利用土壤處理污泥的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。利用土壤中的微生物處理污泥，由于系統(tǒng)是開放的，因而會(huì)受到氣溫和土壤濕度的影響，使土壤利用的時(shí)間和區(qū)域受到一定的限制。
美國(guó)SWEC公司在20世紀(jì)80年代開始研制開發(fā)高速生物反應(yīng)器，該技術(shù)將污泥的脫水、消化和干化相結(jié)合，將土壤處理的整個(gè)過程放置在室內(nèi)一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行。Texaco經(jīng)過近20年的研究開發(fā)，使高速生物反應(yīng)器技術(shù)成熟并得以推廣。整個(gè)操作系統(tǒng)的核心部分是生物反應(yīng)器，它由2個(gè)區(qū)域組成：上半部分是污泥與土壤相混合的區(qū)域，使污泥負(fù)荷達(dá)到均一化，污泥的有機(jī)部分在這一區(qū)域中被生物降解；下半部分是氣、液分離區(qū)，使液體不滯留于土壤中，以增加氧的傳遞率。高負(fù)荷率的污泥通過該系統(tǒng)的處理，污泥中的有機(jī)組分將降解70%～80%，懸浮固體濃度去除率達(dá)到45%～60%。從沉淀池排出的5000～30000mg/L濃度的污泥都可以直接進(jìn)入該系統(tǒng)中，而不需要任何的預(yù)處理。相比于其他生物處理技術(shù)，該系統(tǒng)所需能量較少，可以連續(xù)進(jìn)行，并能保持較佳溫度以利于微生物的降解，特別適合于受自然條件限制或土壤濕度大的污泥處理過程中。
2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀
我國(guó)存在著重廢水處理，輕污泥處理處置的傾向，污泥的處理處置起步較晚，且存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：污泥處理技術(shù)設(shè)備落后；污泥處理管理、設(shè)計(jì)水平低；污泥處理處置投資低；污泥處理處置狀況較為混亂；除幾個(gè)大型城市外，國(guó)內(nèi)各城市的總體規(guī)劃中缺少污泥處理處置內(nèi)容，更無專項(xiàng)規(guī)劃。
國(guó)內(nèi)現(xiàn)在運(yùn)行的污水處理廠由于90%以上污泥沒有真正達(dá)到穩(wěn)定化、無害化處理，也沒有處置的途徑。大部分地區(qū)污泥不經(jīng)過無害化處理，將污泥外運(yùn)。有的地區(qū)雖然將污泥進(jìn)行了消化處理，將污泥堆放在場(chǎng)外，任意取走不知下落。有的地區(qū)將污泥進(jìn)行干燥用農(nóng)肥，重金屬含量是否達(dá)標(biāo)考慮很少，對(duì)農(nóng)作物有多大的危害分析不足。 環(huán)保部門禁止將污泥作為菜田、稻田的肥料，作為旱田的農(nóng)肥需要對(duì)污泥的成分進(jìn)行分析，重金屬及有毒害物質(zhì)不超標(biāo)方能使用。污泥作為綠地用肥要有園林部門認(rèn)可，有監(jiān)測(cè)部門跟蹤分析方能使用，總之污泥若沒有處置的途徑，是給環(huán)境帶來再次污染的隱患。
3 我國(guó)的發(fā)展政策
改革現(xiàn)有的管理體制和價(jià)格機(jī)制，根據(jù) 開放市政基礎(chǔ)公用設(shè)施建設(shè)與運(yùn)營(yíng)的有關(guān)政策，鼓勵(lì)外資與民企參與經(jīng)營(yíng)污泥處理處置過程，實(shí)現(xiàn)污泥處理處置設(shè)施建設(shè)的投資多元化、運(yùn)營(yíng)企業(yè)化、管理市場(chǎng)化的開放式、競(jìng)爭(zhēng)性的建設(shè)運(yùn)營(yíng)格局。
污泥處理處置應(yīng)促進(jìn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，按照地區(qū)差別實(shí)行分類指導(dǎo)，根據(jù)本地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和自然環(huán)境條件及地理位置等因素，合理選擇處理處置方式。禁止污泥隨意傾倒和無控制堆放。
污泥處理處置應(yīng)按照減量化、穩(wěn)定化、無害化原則，鼓勵(lì)污泥資源化綜合利用，盡可能利用其中的能量和物質(zhì)。
污泥處理處置設(shè)施建設(shè)應(yīng)依據(jù)城市總體規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)規(guī)劃、固體廢棄物處理處置規(guī)劃及城市污水處理廠規(guī)劃的要求，按照在污水處理的同時(shí)，必須對(duì)污泥進(jìn)行處置的原則，做到規(guī)劃先行，合理確定污水處理廠污泥處理處置設(shè)施的布局和設(shè)計(jì)規(guī)模。
污泥處理到處置是一系列工藝技術(shù)的組合系統(tǒng)，必須總體規(guī)劃考慮，不能分離整個(gè)處理處置過程而強(qiáng)調(diào)某一局部單元工藝技術(shù)的效果。其組合系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)環(huán)境納容量、污泥特性、處理處置規(guī)模及當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況和要求，經(jīng)全面技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后優(yōu)化組合確定。
污泥處理和處置技術(shù)選擇的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括：處理單位干污泥量投資、處理單位干污泥量運(yùn)行成本、占地面積、系統(tǒng)技術(shù)運(yùn)行的可靠性、管理維護(hù)難易程度、總體環(huán)境效益和環(huán)境的危害性、資源化利用價(jià)值及其他因素。
應(yīng)開展我國(guó)污泥產(chǎn)量、污泥質(zhì)量、污泥處理處置及再利用現(xiàn)狀的調(diào)研和評(píng)價(jià)工作；加快城市污水處理廠污泥處理、處置技術(shù)政策的編制工作；抓緊建立污泥處理處置技術(shù)的評(píng)價(jià)體系和方法。鼓勵(lì)科技工作者研究開發(fā)和引進(jìn)高效實(shí)用的污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化處理技術(shù)與設(shè)備。
4 結(jié)語
目前國(guó)內(nèi)污泥處理利用技術(shù)還比較落后，人們對(duì)污泥處理處置必要性認(rèn)識(shí)還不夠，許多問題等待解決。根據(jù)我國(guó)國(guó)情，將經(jīng)過堆肥穩(wěn)定化后的污泥進(jìn)行土地利用，應(yīng)該是國(guó)內(nèi)污泥處置利用較有發(fā)展前景的一種途徑，同時(shí)積極發(fā)展其他污泥資源化利用方法。為了解決國(guó)內(nèi)污泥處理處置中存在的問題，充分利用污泥資源，必須大力發(fā)展污泥處理處置和利用的各種技術(shù)，建立與完善污泥處理處置相關(guān)的技術(shù)政策，制定污泥處理處置過程中相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)。
