城市污水處理廠污泥處理處置現(xiàn)狀與技術(shù)研究分析
行業(yè)動(dòng)態(tài)
1 引言
隨著中國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，城市人口不斷增加，我國(guó)污水處理量與之俱增，同時(shí)也產(chǎn)生了大量污泥。污泥的處理問(wèn)題作為一項(xiàng)環(huán)保難題擺在了決策層面前。它聚集了城市污水處理過(guò)程中無(wú)法消解的重金屬等污染物，同時(shí)還包含大量的病原體、微生物等；如果不進(jìn)行妥善的處理處置，將會(huì)形成二次污染，對(duì)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(guò)程中產(chǎn)生的半固態(tài)或固態(tài)物質(zhì)，包含了大量的微生物病原體、有機(jī)物和膠體等。不論是活性污泥及其衍生技術(shù)，還是膜處理技術(shù)，在污水處理過(guò)程中都會(huì)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(jìn)行固液分離。通常按照以下的幾種方法來(lái)對(duì)污泥進(jìn)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(duì)象包括腐殖污泥、剩余污泥和初次沉淀污泥。按照污泥的來(lái)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(jī)質(zhì)、易腐爛，有濃烈臭味，內(nèi)部含有各種寄生蟲(chóng)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(duì)人類及周圍環(huán)境的危害極大。
2.3.1 重金屬污染
中國(guó)的污泥重金屬含量高。重金屬通過(guò)吸附和沉淀進(jìn)入并留在污泥里面。其中的一些重金屬主要來(lái)自工業(yè)廢水，如鉻、鎘等。還有一些重金屬來(lái)自人類生活中，如銅、鋅等。當(dāng)污泥施用于土壤后，其重金屬將累積于地表層，通過(guò)食物鏈，在農(nóng)作物、動(dòng)物以及人類體內(nèi)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(jī)質(zhì)污染
污泥中含有大量的有機(jī)質(zhì)，不斷的進(jìn)行分解腐爛，也帶來(lái)很多病原體的微生物、寄生蟲(chóng)等。同時(shí)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(duì)人體危害大的有機(jī)高聚物。在未經(jīng)處理的新鮮污泥里面寄生著成千上萬(wàn)的病原體，如將這些污泥任意排放，會(huì)跟土壤、水體結(jié)合，導(dǎo)致食物鏈的感染，給人體的健康帶來(lái)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(zhì)量除以污泥的總質(zhì)量來(lái)計(jì)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(xì)結(jié)合水，一般采用壓濾、離心脫水等較高的機(jī)械力去除，1/10左右為表面吸附水，一般通過(guò)加入絮凝劑來(lái)調(diào)節(jié)，較難脫水的是胞內(nèi)水，約占5%，可通過(guò)生物分離或熱力方法去除。
3 國(guó)內(nèi)外污泥處理處置現(xiàn)狀
3.1 國(guó)外現(xiàn)狀
國(guó)外在污泥的無(wú)害化和資源化方面做得比較好。一些發(fā)達(dá)國(guó)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(shì)。
3.1.1 美國(guó)
在美國(guó)，絕大部分的污泥通過(guò)好氧發(fā)酵、厭氧消化以及焚燒等多種方式進(jìn)行相應(yīng)的處理，處理處置率達(dá)到80%左右。而在這80%被處理的污泥中，約有60%的污泥通過(guò)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(jìn)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(jìn)行填埋。美國(guó)的處置方式是循環(huán)利用，其污泥處理處置的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)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(guó)土面積有限，所以一直以來(lái)，日本的處理處置方式是填埋輔助，焚燒為主。從1980年以來(lái)，約2/3以上的污泥通過(guò)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(shù)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(diào)整，減少污泥的焚燒，重視污泥的生物質(zhì)能源利用，日本的污泥處理處置在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)同樣是注重污泥的資源化利用。
3.1.3 歐洲
20世紀(jì)，土地利用和衛(wèi)生填埋是歐洲一些國(guó)家的主要處理方式。1990年以后填埋場(chǎng)緊張，為緩解土地壓力，歐洲國(guó)家上馬干化焚燒項(xiàng)目。隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)更完善，污泥成分發(fā)生改變，污泥的泥質(zhì)特性已遠(yuǎn)高于以前，再加上干化焚燒高額的運(yùn)行成本和投資費(fèi)用，歐洲發(fā)達(dá)國(guó)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(lái)支持和鼓勵(lì)污泥的土地利用。但是各國(guó)的土地資源和經(jīng)濟(jì)水平參差不齊，其處理的技術(shù)和處置的方式也不完全一致?，F(xiàn)在污泥處理的目標(biāo)是減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化和資源化?；旧细鲊?guó)都已經(jīng)把如何將污泥在減量化和無(wú)害化的基礎(chǔ)上更好的進(jìn)行資源化利用作為未來(lái)污泥處理處置的研究重點(diǎn)，而污泥的資源化處理處置也是未來(lái)污泥處置的發(fā)展趨勢(shì)。
3.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀
受經(jīng)濟(jì)條件的制約，我國(guó)污泥處理處置整體發(fā)展滯后。一直以來(lái)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(nèi)簡(jiǎn)單的脫水后就被外運(yùn)。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(jìn)入21世紀(jì)后隨著相關(guān)部分對(duì)這一問(wèn)題的重視和關(guān)注，一些發(fā)達(dá)地區(qū)都紛紛建設(shè)了污泥的治理項(xiàng)目。在我國(guó)，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(yùn)和隨意堆放、焚燒和資源化利用的比例較少。而由于我國(guó)這方面的制度不完善，監(jiān)管不到位，大部分的填埋和外運(yùn)堆放基本屬于無(wú)人管狀態(tài)，所以嚴(yán)格意義上的減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化處置不到1/5。
在我國(guó)還有接近18%的縣和90%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)沒(méi)有污水處理的設(shè)施，農(nóng)村地區(qū)幾乎還是個(gè)空白。隨著我國(guó)城市化進(jìn)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(guó)的污泥總產(chǎn)生量約為3500萬(wàn)t。據(jù)預(yù)測(cè)，中國(guó)在2020～2025年間的污水處理量將達(dá)到頂峰，到2020年末全國(guó)的污泥總產(chǎn)生量很有可能突破6000萬(wàn)t。
4 污泥處理處置技術(shù)
4.1 衛(wèi)生填埋
污泥衛(wèi)生填埋目前在我國(guó)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(jiǎn)單。但是污泥中的病原體和重金屬很容易進(jìn)入土壤和污染地下水，進(jìn)而對(duì)居民的生活造成危害。同時(shí)未經(jīng)無(wú)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(chǎng)的使用壽命。
但是鑒于我國(guó)的實(shí)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(guó)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(chǎng)已經(jīng)不堪重負(fù)，部分地方城市的垃圾填埋場(chǎng)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(guò)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(zhì)進(jìn)行熱交換，熱工介質(zhì)吸收熱量后再通過(guò)密閉的管道回路和污泥換熱從而對(duì)污泥進(jìn)行不斷的干化，換熱過(guò)程不與污泥發(fā)生直接接觸。相比較直接干化而言，雖然會(huì)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(shí)也避免了二次污染。
直接干化是將電廠等窯爐的高溫?zé)煔饣驘犸L(fēng)直接通入在干化設(shè)備，在設(shè)備內(nèi)和濕的污泥進(jìn)行直接接觸，污泥吸收熱量后污泥中的水分蒸發(fā)，高溫?zé)煔饣驘犸L(fēng)會(huì)帶走一部分蒸發(fā)處理的水分，雖然沒(méi)有了熱效率的問(wèn)題，但是隨之帶來(lái)的就是煙氣或熱風(fēng)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(jī)質(zhì)在微生物菌種的作用下，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生沼氣、二氧化碳等。厭氧消化根據(jù)厭氧反應(yīng)的時(shí)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(guó)內(nèi)運(yùn)用比較多的是中溫的厭氧消化。
因?yàn)槲勰嘟?jīng)厭氧反應(yīng)后穩(wěn)定化和無(wú)害化效果好，運(yùn)行成本較低，并且可以通過(guò)產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行資源利用，所以對(duì)污泥進(jìn)行厭氧消化是國(guó)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?xì)怏w排放少等優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)污泥厭氧消化處理起步于1984年建成的天津市紀(jì)莊子污水處理廠的污泥項(xiàng)目，隨后的20多年里我國(guó)一共建設(shè)了60多個(gè)污泥的厭氧消化項(xiàng)目。不過(guò)遺憾的是污泥的厭氧消化在我國(guó)存在明顯水土不服。在我國(guó)建設(shè)的污泥厭氧消化設(shè)施中，可以穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)的只有幾座。主要原因是由我國(guó)污泥的泥質(zhì)決定了污泥可生化性差，有機(jī)物的含量較低，特別雨污分流沒(méi)做好導(dǎo)致了污泥含砂量過(guò)高。此外，我國(guó)缺乏沼氣利用的激勵(lì)機(jī)制，設(shè)備的投資費(fèi)用公安，系統(tǒng)運(yùn)行較為復(fù)雜不易掌握。
不過(guò)，由于厭氧消化的優(yōu)勢(shì)明顯，為了彌補(bǔ)污泥厭氧在國(guó)內(nèi)的缺陷，眾多的專家學(xué)者針對(duì)國(guó)內(nèi)的污泥特性不斷研發(fā)和改進(jìn)提出了以熱水解、微波以及超聲波等為手段的污泥預(yù)處理技術(shù)，通過(guò)對(duì)污泥前期的熱水解等預(yù)處理，提高污泥在傳統(tǒng)厭氧過(guò)程中的水解和酸化的速率，縮短了厭氧消化的時(shí)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(shù)在我國(guó)應(yīng)用的瓶頸正不斷被突破，未來(lái)將會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展，會(huì)是未來(lái)的一個(gè)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(guò)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(fēng)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(zhì)。被好氧堆肥處理后的污泥由于寄生蟲(chóng)病原體都被消滅實(shí)現(xiàn)了無(wú)害化、穩(wěn)定化的效果，可以用于土壤修復(fù)、園林綠化、垃圾填埋場(chǎng)的覆蓋土。
近些年，專家學(xué)者不斷的對(duì)好氧堆肥運(yùn)行的不同階段的通風(fēng)量進(jìn)行研究，同時(shí)針對(duì)調(diào)理添加劑使用過(guò)多的情況，對(duì)C/N等控制因素的也進(jìn)行了一系列的理論研究，在前期預(yù)處理及堆肥設(shè)備和工藝上都有了明顯提高，運(yùn)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(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)污泥好氧發(fā)酵技術(shù)存在占地面積大、對(duì)發(fā)酵產(chǎn)品存在重金屬污染等的認(rèn)識(shí)，限制了其在我國(guó)的推廣。該技術(shù)在相對(duì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，應(yīng)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(jī)物全部碳化，殺死病原體，可實(shí)現(xiàn)減量化、穩(wěn)定化和無(wú)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(nèi)的含水率很高的濕物料直接進(jìn)行焚燒，由于污泥水分大，熱值低，焚燒的時(shí)候能耗很高，后續(xù)排出的尾氣處理設(shè)備龐大，操作復(fù)雜。干化焚燒是指污泥干化后再進(jìn)行焚燒。直接焚燒是建設(shè)投資和運(yùn)行成本要高于干化焚燒，我國(guó)目前有很多地方的污泥是采用直接焚燒進(jìn)行處理，特別是電廠分布較多的沿海及江浙滬地區(qū)。當(dāng)前焚燒工藝包括單獨(dú)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(jī)質(zhì)，在焚燒過(guò)程中會(huì)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(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，且目前我國(guó)污泥處理缺口大，以焚燒為核心的處理方法是被認(rèn)為是污泥處置徹底、快捷和經(jīng)濟(jì)的方法。
5 結(jié)語(yǔ)
短期來(lái)看，深度脫水后衛(wèi)生填埋依然是很多城市的首選，但會(huì)逐漸減少被其它方式取代。焚燒方法在現(xiàn)階段優(yōu)勢(shì)明顯，但煙氣治理趨嚴(yán)以及其帶來(lái)的運(yùn)行費(fèi)用較高的問(wèn)題是主要障礙。未來(lái)，干化焚燒以及水泥窯等的協(xié)同處置會(huì)是主流的技術(shù)手段之一。厭氧消化具有運(yùn)行費(fèi)用低、資源回收率高等優(yōu)點(diǎn)，特別是熱水解技術(shù)的應(yīng)用較好的解決了傳統(tǒng)厭氧的缺陷，未來(lái)也會(huì)成為污泥處理的主流技術(shù)之一。好氧發(fā)酵的優(yōu)勢(shì)在于其成本低，會(huì)得到經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的青睞?？偟膩?lái)說(shuō)，我國(guó)目前污泥處理技術(shù)路線已基本形成，從建造投入、運(yùn)營(yíng)效果、資源再利用的角度來(lái)看，以厭氧消化、好氧堆肥和干化焚燒為主體的三種技術(shù)路線會(huì)是未來(lái)的主流。
