城市污水處理廠污泥的處理處置技術(shù)
行業(yè)動態(tài)
我國自改革開放以來，社會經(jīng)濟發(fā)展勢頭強勁，城市化進程迅速，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量的有毒有害物質(zhì)及未穩(wěn)定化的有機物，如不進行妥善的處理，將會對環(huán)境造成直接或潛在的污染。全國一年產(chǎn)生的污泥量大約為300萬t，污泥的儲存、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 性的社會和環(huán)境問題。本文分析了當前污泥處理處置技術(shù)及其發(fā)展趨勢，分析了我國城市污水處理廠污泥處理處置存在的問題及應采取的有關(guān)技術(shù)政策。
1 國外城市污水處理廠污泥處理處置技術(shù)的動向
為避免污水處理廠污泥對環(huán)境的二次污染，各國政府及研究機構(gòu)對污泥的處置問題十分重視并根據(jù)各國的國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；美國和英國的污泥以農(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政府有關(guān)的法律法規(guī)和污染控制狀況；同時也與 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)用標準（如合成有機物和重金屬含量）日益嚴格的趨勢，許多 ，如德國、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。但也有一些 ，如美國、英國和日本等污泥農(nóng)用的比例呈增加趨勢，填埋呈減少趨勢。
近10年來， 各國污泥處理涌現(xiàn)了許多新技術(shù)，例如污泥熱化學液化處理使之轉(zhuǎn)化為燃料油；低溫熱化學過程將污泥轉(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渣經(jīng)1300℃的高溫融鑄成塊石堆砌的處置方法；美國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，我國也做了一定的結(jié)團造粒和利用污泥作復合肥粘結(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行，依靠有機物的好氧代謝和微生物內(nèi)源代謝穩(wěn)定污泥中的有機組成。好氧消化法降解程度高，無臭穩(wěn)定，易脫水，肥份高，運行管理簡單，基建費用低；但運行費用高，消化污泥量少，降解程度隨溫度波動大。
目前比較常用的是厭氧消化，它是在厭氧條件下，污泥中有機物礦化成一些無機物和氣體。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物轉(zhuǎn)化為碳氫化合物，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。加拿大正在進行中試實驗，澳大利亞Perth也正在建造利用熱化學方法將污泥制油的工廠。
1.4 污泥濕式氧化（Wet Air Oxidation，簡稱WAO）
污泥濕式氧化技術(shù)是將污泥置于密閉反應器中，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物氧化分解，將有機物轉(zhuǎn)化為無機物的過程。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%的有機物被降解，70%以上的MLSS被去除。WAO法的優(yōu)點是適應性較強，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曝氣池中同時進行。工藝分成兩個過程，一個是臭氧氧化過程，另一個是生物降解過程。
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進行生物處理。而且在經(jīng)臭氧處理后，將有一部分污泥（1/3）被無機化。因此，只要操作適當，可以使污水處理過程中凈增污泥量與無機化污泥量相等，從而可以達到無剩余污泥的目的。
日本的Shima污水處理廠已經(jīng)運行了9個月而沒有產(chǎn)生剩余污泥。這是由于對部分回流污泥進行臭氧化所致，由此提高了其生化降解性并在曝氣池中強化了生物氧化降解。該廠處理污水量為450m3/d。試驗證明，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張作用產(chǎn)生空穴作用，在溶液中這個作用以微氣泡的形成、生長和破裂來體現(xiàn)，以此壓碎細胞壁，釋放出細胞內(nèi)所含的成分和細胞質(zhì)，以便進一步降解。超聲波細胞處理器能加快細胞溶解，用于污泥回流系統(tǒng)，強化了細胞的可降解性，減少了污泥的產(chǎn)量，用于污泥脫水設備，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，超聲波的設計頻段在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，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間，探針的幾何形狀和材質(zhì)也是超聲波應用的限制因素。
1.7 高速生物反應器
高速生物反應器技術(shù)是在利用土壤處理污泥的基礎上發(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，因而會受到氣溫和土壤濕度的影響，使土壤利用的時間和區(qū)域受到一定的限制。
美國SWEC公司在20世紀80年代開始研制開發(fā)高速生物反應器，該技術(shù)將污泥的脫水、消化和干化相結(jié)合，將土壤處理的整個過程放置在室內(nèi)一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)中進行。Texaco經(jīng)過近20年的研究開發(fā)，使高速生物反應器技術(shù)成熟并得以推廣。整個操作系統(tǒng)的核心部分是生物反應器，它由2個區(qū)域組成：上半部分是污泥與土壤相混合的區(qū)域，使污泥負荷達到均一化，污泥的有機部分在這一區(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。高負荷率的污泥通過該系統(tǒng)的處理，污泥中的有機組分將降解70%～80%，懸浮固體濃度去除率達到45%～60%。從沉淀池排出的5000～30000mg/L濃度的污泥都可以直接進入該系統(tǒng)中，而不需要任何的預處理。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 國內(nèi)現(xiàn)狀
我國存在著重廢水處理，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)在以下幾個方面：污泥處理技術(shù)設備落后；污泥處理管理、設計水平低；污泥處理處置投資低；污泥處理處置狀況較為混亂；除幾個大型城市外，國內(nèi)各城市的總體規(guī)劃中缺少污泥處理處置內(nèi)容，更無專項規(guī)劃。
國內(nèi)現(xiàn)在運行的污水處理廠由于90%以上污泥沒有真正達到穩(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。有的地區(qū)雖然將污泥進行了消化處理，將污泥堆放在場外，任意取走不知下落。有的地區(qū)將污泥進行干燥用農(nóng)肥，重金屬含量是否達標考慮很少，對農(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)肥需要對污泥的成分進行分析，重金屬及有毒害物質(zhì)不超標方能使用。污泥作為綠地用肥要有園林部門認可，有監(jiān)測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 我國的發(fā)展政策
改革現(xiàn)有的管理體制和價格機制，根據(jù) 開放市政基礎公用設施建設與運營的有關(guān)政策，鼓勵外資與民企參與經(jīng)營污泥處理處置過程，實現(xiàn)污泥處理處置設施建設的投資多元化、運營企業(yè)化、管理市場化的開放式、競爭性的建設運營格局。
污泥處理處置應促進社會、經(jīng)濟和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，按照地區(qū)差別實行分類指導，根據(jù)本地區(qū)的經(jīng)濟發(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。
污泥處理處置應按照減量化、穩(wěn)定化、無害化原則，鼓勵污泥資源化綜合利用，盡可能利用其中的能量和物質(zhì)。
污泥處理處置設施建設應依據(jù)城市總體規(guī)劃、環(huán)境保護規(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，必須對污泥進行處置的原則，做到規(guī)劃先行，合理確定污水處理廠污泥處理處置設施的布局和設計規(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，不能分離整個處理處置過程而強調(diào)某一局部單元工藝技術(shù)的效果。其組合系統(tǒng)應根據(jù)環(huán)境納容量、污泥特性、處理處置規(guī)模及當?shù)氐膶嶋H情況和要求，經(jīng)全面技術(shù)經(jīng)濟比較后優(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)濟指標包括：處理單位干污泥量投資、處理單位干污泥量運行成本、占地面積、系統(tǒng)技術(shù)運行的可靠性、管理維護難易程度、總體環(huán)境效益和環(huán)境的危害性、資源化利用價值及其他因素。
應開展我國污泥產(chǎn)量、污泥質(zhì)量、污泥處理處置及再利用現(xiàn)狀的調(diào)研和評價工作；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)的評價體系和方法。鼓勵科技工作者研究開發(fā)和引進高效實用的污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化處理技術(shù)與設備。
4 結(jié)語
目前國內(nèi)污泥處理利用技術(shù)還比較落后，人們對污泥處理處置必要性認識還不夠，許多問題等待解決。根據(jù)我國國情，將經(jīng)過堆肥穩(wěn)定化后的污泥進行土地利用，應該是國內(nèi)污泥處置利用較有發(fā)展前景的一種途徑，同時積極發(fā)展其他污泥資源化利用方法。為了解決國內(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的標準和法律法規(guī)。
