污泥含水率與處置對(duì)策的關(guān)系
行業(yè)動(dòng)態(tài)
1 含水率和污泥性狀
污泥主要由干固體（S）和水分（W）組成，含水率是指W/（S+W），是質(zhì)量比。根據(jù)定義簡(jiǎn)單計(jì)算就可以得到結(jié)論：污泥含水率下降可有效減少污泥質(zhì)量和體積，含水率越高效果越明顯。以20t干固體污泥為例，濕污泥質(zhì)量與含水率關(guān)系見下表：
97 | 95 | 90 | 80 | 70 | 60 | 40 | 10 | |
濕污泥質(zhì)量/t | 667 | 400 | 200 | 100 | 67 | 50 | 33 | 22 |
與常規(guī)泥土中含水特征不同，污泥中由于含有大量有機(jī)物，其水分存在形式有4類：間隙水、毛細(xì)結(jié)合水、表面吸附水和內(nèi)部水。因此有機(jī)污泥水分的脫除將隨著含水率下降而越來(lái)越困難。將含水率控制到特定的水平就需要采取特定的工藝組合。
污泥在不同含水率時(shí)的性狀和需要采取的建議工藝見下表：
含水率/% | 90 | 70～85 | 55～65 | 40～60 | 30～40 | ＜10 |
污泥性狀 | 液體 | 粥狀物 | 柔軟餅狀 | 黏性固體 | 土狀固體 | 疏松顆粒 |
工藝階段 | 沉淀、濃縮 | 普通脫水 | 調(diào)理脫水 | 干化過(guò)程 | 半干化 | 全干化 |
2 污泥處置分類
污泥處理和處置是2個(gè)不同的概念，GB/T 23484-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置分類中對(duì)污泥處置定義為：“對(duì)處理后污泥的消納過(guò)程，一般包括土地利用、填埋、建筑材料利用和焚燒等。”并作了全面的分類，見下表：
分類 | 范圍 | 備注 |
污泥土地利用 | 園林綠化 土地改良 農(nóng)用 | 造林、育苗和園林綠化等的基質(zhì)或肥料 鹽堿地、沙化地和廢棄礦場(chǎng)的土壤改良材料 農(nóng)用肥料、農(nóng)田土壤改良材料 |
污泥填埋 | 混合填埋 單獨(dú)填埋 特殊填埋 | 在城市生活垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行混合填埋 在專門填埋污泥的填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處置 填地和填海造地 |
污泥建筑材料利用 | 制水泥添加料 制磚 制輕質(zhì)骨料 制其他建筑材料 | 制水泥的部分原料或添加劑 制磚的部分原料 制輕質(zhì)骨料（陶粒等）的部分原料 制生化纖維板等其他建筑材料的部分原料 |
污泥焚燒 | 單獨(dú)焚燒 與垃圾混合焚燒 利用火力發(fā)電廠焚燒 利用工業(yè)鍋爐焚燒 | 在專門污泥焚燒爐焚燒 與生活垃圾一同焚燒 |
注：農(nóng)用包括進(jìn)食物鏈利用和不進(jìn)食物鏈利用
20世紀(jì)90年代初期，國(guó)內(nèi)存在的污水廠污泥（以下簡(jiǎn)稱污泥）處置路線主要是：濃縮+脫水+坑塘或堆場(chǎng)（甚至河道）棄置，濃縮+消化+脫水+農(nóng)用（或棄置）。脫水污泥由于未經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化處理，表觀性狀稀、黑、臭，其中含有大量易降解有機(jī)質(zhì)、病原菌、寄生蟲（卵）等污染物，隨意棄置嚴(yán)重污染環(huán)境。增加消化工藝后可以使污泥中有機(jī)質(zhì)減少約40%，病原菌、寄生蟲（卵）等被基本消除，臭味也大大減少，滿足農(nóng)用要求。但是隨著城市化進(jìn)程的加速，污泥量劇增，污泥中重金屬富集的問(wèn)題也逐漸被關(guān)注，農(nóng)用越來(lái)越困難，又回到棄置的老路上。
我國(guó)真正意義上衛(wèi)生、科學(xué)的污泥處置在2000年后。GB 18918-2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了污泥的控制標(biāo)準(zhǔn)。但是此標(biāo)準(zhǔn)未明確規(guī)定是排出污水廠的標(biāo)準(zhǔn)，還是整個(gè)處置線路上的標(biāo)準(zhǔn)，造成很多污水廠避重就輕的回避穩(wěn)定化問(wèn)題而僅選擇含水率小于80%這一單一指標(biāo)。
事實(shí)上，目前滿足 標(biāo)準(zhǔn)的污泥處置的路線應(yīng)該從分類標(biāo)準(zhǔn)、泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以及 出臺(tái)的相關(guān)法規(guī)政策中尋找。含水率指標(biāo)是制定科學(xué)的污泥處置對(duì)策的關(guān)鍵，絕大多數(shù)情況下含水率80%的濕污泥不符合處置要求。
3 污泥含水率與各類處置對(duì)策的關(guān)系
3.1 含水率與土地利用的關(guān)系
針對(duì)污泥土地利用3種途徑，國(guó)內(nèi)出臺(tái)了相應(yīng)的泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
雖然土地利用重要的是污泥中重金屬等污染物的指標(biāo)，但是標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)這些污染物的限值都是以總量計(jì)算的，無(wú)法用螯合、穩(wěn)定化、固化等方法改善，因此，污泥本身特性決定了重金屬污染物指標(biāo)。衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)則可通過(guò)消化或熱調(diào)理等加熱消毒滅菌的方法滿足。含水率指標(biāo)則必須采取額外的工藝才能滿足。
GB/T 23484-2009中規(guī)定的3種土地利用途徑都對(duì)污泥的含水率提出了要求：GB/T 24600-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 土地改良用泥質(zhì)，要求含水率≤60%；CJ/T 291-2008城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 土地改良用泥質(zhì)，要求含水率＜65%；GB/T 23486-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)，要求含水率＜40%。
顯然，污泥普通脫水至含水率＜80%無(wú)法滿足土地利用的要求。結(jié)合土地利用衛(wèi)生要求，可行的土地利用工藝路線大致為：濃縮+消化+調(diào)理+深度脫水→農(nóng)用或土地利用，濃縮+消化+調(diào)理（可選）+脫水+半干化園林綠化。其中“調(diào)理”以物理調(diào)理為佳，例如熱調(diào)理、凍融調(diào)理、超聲波調(diào)理等，而化學(xué)調(diào)理有增加污染物的風(fēng)險(xiǎn)，需要試驗(yàn)評(píng)估后謹(jǐn)慎采用。
3.2 含水率與填埋的關(guān)系
針對(duì)污泥填埋，目前 標(biāo)準(zhǔn)還不完善，僅有GB/T 23485-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋泥質(zhì)，混合填埋時(shí)含水率應(yīng)＜60%，作覆蓋材料時(shí)含水率應(yīng)＜45%。
對(duì)于單獨(dú)填埋，含水率要求直接與污泥的土力學(xué)特性相關(guān)，研究表明，當(dāng)污泥含水率＜60%時(shí)，其抗壓、抗剪強(qiáng)度滿足基本填埋要求。
特殊填埋包括填地和填海造地，雖然沒(méi)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，但其含水率指標(biāo)至少不應(yīng)低于填埋要求的60%。如果填埋后的土地要利用，那么對(duì)其中重金屬和有機(jī)污染物等指標(biāo)必須加以規(guī)定。
污泥填埋必須經(jīng)過(guò)必要的預(yù)處理，預(yù)處理后的含水率指標(biāo)是決定性因素。因此，結(jié)合污泥填埋要求，可行的工藝包括：脫水+混合固化劑/土/礦化垃圾等（混合后含水率＜60%）+衛(wèi)生填埋；熱/藥劑調(diào)理+深度脫水（含水率＜60%）+衛(wèi)生填埋；脫水+半干化（含水率＜45%）+衛(wèi)生填埋。半干化后污泥含水率＜45%，雖然滿足GB/T 23485-2009作填埋覆蓋材料的要求，但是根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，不能作為主要消納處置方向。因?yàn)?，目前比較好的填埋場(chǎng)都采用了雨污分流以及填埋氣體收集效果更好且衛(wèi)生、安全的HDPE膜覆蓋，而此類污泥覆蓋效果較差，因此只能作為輔助方法。
線路中的“深度脫水”一般要采用高干度板框機(jī)（或特制的其他機(jī)械）。加藥或熱處理環(huán)節(jié)也是必須的，可以實(shí)現(xiàn)污泥的改性，提高脫水效果和穩(wěn)定性。線路中的“半干化”一般要采用帶式/盤片式/流化床等專用熱力機(jī)械設(shè)備，也可以采用脫水干化一體化設(shè)備。
3.3 含水率與污泥建筑材料利用的關(guān)系
針對(duì)污泥建材利用目前有2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，CJ/T 289-2008城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 制磚用泥質(zhì)，要求含水率≤40%；CJ/T 314-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 水泥熟料生產(chǎn)用泥質(zhì)，要求含水率≤80%，窯頭噴嘴添加含水率≤12%。因此污泥制磚利用時(shí)，必須采取污泥的半干化工藝。
污泥建材利用的工藝為：脫水+干化+制磚利用；脫水+干化+水泥窯廠利用；脫水+水泥窯廠利用。其實(shí)，比較安全的建材利用工藝建議為：脫水+干化+焚燒+灰渣制磚或水泥窯利用。
在選擇污泥建材利用處置對(duì)策時(shí)，還需要重視的問(wèn)題：
（1）污泥的有機(jī)成分對(duì)于制磚過(guò)程是有害的，會(huì)影響磚的建材特性，如果是免燒磚則還應(yīng)注意其衛(wèi)生學(xué)特性（如臭味、病菌、有毒物質(zhì)等）。
（2）污泥作水泥窯熟料生產(chǎn)時(shí)，可以將污泥中的有機(jī)成分燒卻，無(wú)機(jī)成分成為水泥熟料。濕污泥燒制的過(guò)程中會(huì)蒸發(fā)大量的水分，需要額外消耗窯廠的燃料，因此窯廠希望污泥的含水率越低越好。
（3）建材利用的其他限制條件還包括運(yùn)距不宜過(guò)遠(yuǎn)、污泥燃燒后灰分中氯離子等對(duì)水泥品質(zhì)的影響分析控制以及煙氣凈化要達(dá)到GB 18485-2001的要求等。
3.4 含水率與污泥焚燒的關(guān)系
污泥焚燒與含水率關(guān)聯(lián)度更大。污泥絕干固體（水分完全去除后）具有很高的燃燒熱值，但是濕污泥中含有大量的水分，含水率越高其（低位）熱值就越低。各地污泥的熱值差別較大，以典型值12540kJ/kg干基低位熱值為例，不同含水率狀況下濕污泥的低位熱值可用熱工公式簡(jiǎn)單計(jì)算出來(lái)：
含水率/% | 10 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 |
低位熱值/kJ/kg | 11035 | 6520 | 1200 | 3507 | 2002 | 497 |
注：濕基低位熱值=干基低位熱值×含固率-25.12×含水率，單位kJ/kg
針對(duì)污泥焚燒，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)目前僅有GB/T 24602-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置單獨(dú)焚燒用泥質(zhì)。對(duì)污泥理化特性的規(guī)定見下表：
控制項(xiàng)目類別 | pH | 含水率/% | 低位熱值/（kJ/kg） | 有機(jī)物含量/% |
自持焚燒 | 5～10 | ＜50 | ＞5000 | ＞50 |
助燃焚燒 | 5～10 | ＜80 | ＞3500 | ＞50 |
干化焚燒 | 5～10 | ＜80 | ＞3500 | ＞50 |
注：①干化焚燒含水率（＜80%）是指污泥進(jìn)入干化系統(tǒng)的含水率；②在選擇焚燒爐型時(shí)要充分考慮污泥的含砂量。
污泥含水率和干固體低位熱值是決定性因素。目前，國(guó)內(nèi)脫水污泥干化后，一般都能滿足自持燃燒選項(xiàng)。
污泥在其他焚燒設(shè)施中混燒的情況下，原則希望污泥熱值與原燃料的熱值接近，這樣既能避免污泥熱值低而導(dǎo)致原設(shè)施出力降低的情況，又能避免污泥熱值過(guò)高導(dǎo)致燃燒負(fù)荷不穩(wěn)的情況。當(dāng)然也應(yīng)使煙氣凈化達(dá)到GB 18485-2001要求。垃圾焚燒廠垃圾的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)熱值是7100kJ/kg左右，并可適應(yīng)低質(zhì)垃圾熱值4600kJ/kg。因此，半干化后的污泥（含水率約40%）送生活垃圾焚燒廠在熱值和環(huán)保特性上都符合要求。
通過(guò)上述分析，污泥焚燒的合理線路包括：脫水+半干化+單獨(dú)焚燒；脫水+半干化+垃圾焚燒廠焚燒；脫水+（半）干化+火力發(fā)電廠焚燒；脫水+半干化+其他窯爐焚燒。
焚燒處理處置還必須注意的問(wèn)題：
（1）不同爐型對(duì)污泥形態(tài)的適應(yīng)性，如粉狀、顆粒狀、塊狀、片狀、混合狀等形態(tài)是否適應(yīng)具體的儲(chǔ)存、輸送和焚燒要求。
（2）焚燒后，各類污染物排放是否滿足相關(guān)規(guī)范的要求，主要包括煙氣凈化應(yīng)達(dá)到CJ/T 290-2008和GB 18485-2001的要求，焚燒后的爐渣、飛灰的處置或利用也應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
4 結(jié)束語(yǔ)
污水廠污泥的含水率指標(biāo)是決定污泥處置對(duì)策的關(guān)鍵因素。目前滿足 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并且基本可行的處置方案包括土地利用、衛(wèi)生填埋、建材利用、焚燒等。這些處置方案都對(duì)含水率提出了明確規(guī)定，絕大多數(shù)情況下，僅將污泥脫水至含水率小于80%無(wú)法滿足下游處置設(shè)施要求。在選擇污泥處置線路時(shí)，環(huán)保因素非常重要，但降低含水率是解決工程技術(shù)問(wèn)題的關(guān)鍵。
