污水處理廠污泥的處理與利用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
污泥，國(guó)外也稱為生物固體，是廢水處理過程中的產(chǎn)物，包括沉淀物和漂浮物。污泥一部分是從廢水中直接分離出來的，另一部分是在廢水處理過程中產(chǎn)生的剩余污泥。污泥量通常占污水量的0.3～0.5%，約占污水處理量的1～2%，如果屬于深度處理，污泥量會(huì)增加0.5～1倍。污水處理效率的提高必然導(dǎo)致污泥量的增加。雖然目前我國(guó)污水處理量和處理率只有4.5%，但城市污水處理廠排放干污泥約為3.0×105t/a，每年還以大約10%的速度增加。因此，污水處理廠的污泥必須及時(shí)處理利用，不但可保證污水處理裝置的正常運(yùn)行，同時(shí)也可以消除二次污染、保護(hù)環(huán)境。
1 污泥來源及性質(zhì)
城市污水處理廠在污水處理過程中排出的污染物質(zhì)主要有：柵渣、沉砂池沉渣、初沉池污泥和二沉池生物污泥等。格柵所排除的柵渣是尺寸較大的雜質(zhì)，而沉砂池沉渣則以密度較大的無機(jī)顆粒為主，所以這兩者一般作為垃圾處置，不視作污泥。初沉池污泥和二沉池生物污泥因富含有機(jī)物，容易在環(huán)境中腐化發(fā)臭，必須妥善處置。初沉池污泥還常含有病原體和中金屬化合物等有毒有害物質(zhì)，而二沉池污泥基本上以微生物機(jī)體為主，其數(shù)量眾多，且含水率較高。表征污泥性質(zhì)的主要參數(shù)或項(xiàng)目：含水率與含固率、濕污泥密度與干污泥密度、揮發(fā)性固體、有毒有害物含量、污泥肥分以及脫水性能。
2 污泥濃縮
污泥濃縮是降低污泥含水率、減少污泥體積的有效方法。污泥濃縮主要用于減縮污泥的間隙水或游離水，因間隙水或游離水在污泥水分中所占比例較大，故濃縮是污泥減容的主要方法。經(jīng)濃縮后的污泥近似糊狀，含水率可降低至95%～97%，體積可縮小數(shù)倍，但仍能保持良好的流動(dòng)性。如后續(xù)處理是厭氧消化，消化池容積、加熱量和攪拌能耗都可大幅度降低。如后續(xù)處理是機(jī)械脫水，污泥調(diào)理劑用量、脫水機(jī)設(shè)備容量都可大幅度降低。
污泥濃縮通常采用重力濃縮、機(jī)械濃縮兩種方式，對(duì)于剩余污泥也有采用氣浮濃縮池進(jìn)行處理的。過去國(guó)內(nèi)的污水處理廠采用重力濃縮池的較多，關(guān)于重力濃縮池的工藝設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)有較成熟的經(jīng)驗(yàn)。
2.1 重力濃縮法
重力濃縮過程實(shí)際上是一種污泥懸浮液中的固體在重力作用下沉淀和進(jìn)一步固化的過程。污泥在進(jìn)入重力濃縮池后會(huì)在濃縮池內(nèi)形成不同的區(qū)域，自上而下會(huì)形成上清液區(qū)、分離區(qū)、過渡區(qū)、濃縮區(qū)、刮泥區(qū)等。由于濃縮區(qū)在池的底部，大量的污泥絮凝體和固體物質(zhì)齊聚，越來越多的污泥絮凝體和固體物質(zhì)相互擠壓，并以機(jī)械壓力的形式將其重量傳遞給下層污泥層，污泥被壓實(shí)固化，因此在污泥區(qū)主要表現(xiàn)為一種污泥作用。除此之外，由于各種污泥的性質(zhì)差別較大，而且又含有較多的有機(jī)物，因此重力濃縮的物理過程也可能會(huì)伴隨著化學(xué)和生物反應(yīng)過程，其會(huì)對(duì)污泥濃縮效果產(chǎn)生不同的影響。這些影響因素按其所起的作用可分為三類，一是污泥性質(zhì)本身，污泥沉淀和固化速度取決于污泥的比重、污泥的結(jié)構(gòu)、污泥絮凝體和固體顆粒的大小。
2.2 氣浮濃縮法
氣浮濃縮法是依靠微小氣泡與污泥顆粒產(chǎn)生粘附作用，使污泥顆粒的密度小于水而上浮，從而得到濃縮。氣浮法對(duì)于濃縮密度接近于水的、疏水的污泥尤其適用，對(duì)于濃縮時(shí)易發(fā)生污泥膨脹的、易發(fā)酵的剩余活性污泥，其效果尤為顯著。目前，濃縮污泥常用的方法是壓力溶氣氣浮。
2.3 離心濃縮法
離心濃縮法的原理是利用污泥中固、液相的密度不同，在高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)中受到不同離心力而使兩者分離，達(dá)到濃縮的目的。被分離的污泥和水分別由不同的通道導(dǎo)出機(jī)外。
3 污泥厭氧及好氧消化
3.1 污泥厭氧消化
污泥的厭氧消化是生物污泥穩(wěn)定的一個(gè)重要手段，來自初沉池和二沉池的混合污泥通常有高達(dá)60%以上的有機(jī)物質(zhì)，這些有機(jī)物主要成分是碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)，而且還含有大量的各種微生物。若不處理直接堆放會(huì)出現(xiàn)厭氧生物反應(yīng)，產(chǎn)生臭味并導(dǎo)致污泥脫水性能不佳。而污泥厭氧消化可在無氧的條件下，由兼性菌及專性厭氧菌降解有機(jī)物，從而有效地減少生污泥的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪形式存在的高能量物質(zhì)的含量，產(chǎn)物是二氧化碳和甲烷氣，從而改善了污泥的脫水性能、減少了病原菌和減少產(chǎn)生臭味的物質(zhì)的含量，使污泥得到穩(wěn)定。
3.1.1 影響污泥消化的主要因素
在污泥的厭氧消化過程中有許多影響因素，主要的因素有：pH值和堿度、溫度、負(fù)荷、消化池的攪拌。
3.1.2 厭氧消化池的構(gòu)造
厭氧消化系統(tǒng)的主要設(shè)備是消化池及其附屬設(shè)備。消化池一般是一個(gè)錐底或平底的圓池，四周為垂直墻體。
3.2 污泥好氧消化
污泥好氧消化的基本原理是使微生物處于內(nèi)源呼吸階段，以其自身生物體作為代謝底物獲得能量和進(jìn)行再合成。由于代謝過程存在能量和物質(zhì)的散失，使得細(xì)胞物質(zhì)被分解的量遠(yuǎn)大于合成的量，通過強(qiáng)化這一過程達(dá)到污泥減量的目的。污泥好氧消化的主要優(yōu)點(diǎn)：
（1）污泥中可生物降解有機(jī)物的降解程度高。
（2）上清液BOD濃度低。
（3）消化污泥量少，無臭、穩(wěn)定、易脫水，處置方便。
（4）消化污泥的肥分高，易被植物吸收。
（5）好氧消化池運(yùn)行管理方便簡(jiǎn)單，構(gòu)筑物基建費(fèi)用低。
好氧消化池的構(gòu)造與完全混合式活性污泥法曝氣池相似，主要由好氧消化室、曝氣系統(tǒng)、泥液分離室以及消化污泥排出管等設(shè)施組成。其中好氧消化室是污泥進(jìn)行消化降解的場(chǎng)所，由中心導(dǎo)流筒和壓縮空氣管組成的曝氣系統(tǒng)提供污泥消化所需的氧氣并使污泥沉淀回流并排除上清液。
4 污泥調(diào)理
為了改善污泥的脫水性能，提高機(jī)械脫水效果與機(jī)械脫水設(shè)備的生產(chǎn)能力，需要對(duì)污泥進(jìn)行一定的調(diào)理。（消化污泥、剩余活性污泥、剩余活性污泥與初沉污泥的混合污泥等在脫水之前需進(jìn)行調(diào)理）。所謂調(diào)理就是破壞污泥的膠態(tài)結(jié)構(gòu)，減少泥水間的親和力，改善污泥的脫水性能，其中調(diào)理方法有加藥調(diào)理法，淘洗加藥調(diào)理法、冷凍調(diào)理法、加骨粒調(diào)理法等。其中加藥調(diào)理法功效可靠，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，被長(zhǎng)期廣泛采用。
5 污泥脫水
將流態(tài)的原生、濃縮或消化污泥脫除水分，轉(zhuǎn)化為半固態(tài)或固態(tài)泥塊的一種污泥處理方法。經(jīng)過脫水后，污泥含水率可降低到百分之五十五至百分之八十，視污泥和沉渣的性質(zhì)和脫水設(shè)備的效能而定。污泥的進(jìn)一步脫水則稱污泥干化，干化污泥的含水率低于百分之十。脫水的方法，主要有自然干化法、機(jī)械脫水法和造粒法。自然干化法和機(jī)械脫水法適用于污水污泥。造粒法適用于混凝沉淀的污泥。
5.1 自然干化法
主要構(gòu)筑物是污泥干化場(chǎng)，一塊用土堤圍繞和分隔的平地，如果土壤的透水性差，可鋪薄層的碎石和砂子，并設(shè)排水暗管。依靠下滲和蒸發(fā)降低流放到場(chǎng)上的污泥的含水量。下滲過程約經(jīng)2～3天完成，可使含水率降低到百分之八十五左右。此后主要依靠蒸發(fā)，數(shù)周后可降到百分之七十五左右。污泥干化場(chǎng)的脫水效果，受當(dāng)?shù)亟涤炅?、蒸發(fā)量、氣溫、濕度等的影響。一般適宜于在干燥、少雨、沙質(zhì)土壤地區(qū)采用。
5.2 機(jī)械脫水法
機(jī)械脫水法有過濾和離心法。過濾是將濕污泥用濾層（多孔性材料如濾布、金屬絲網(wǎng)）過濾，使水分（濾液）滲過濾層，脫水污泥（濾餅）則被截留在濾層上。離心法是借污泥中固、液比重差所產(chǎn)生的不同離心傾向達(dá)到泥水分離。
5.3 造粒脫水法
加高分子混凝劑后的污泥， 入造粒部，在污泥自身重力的作用下，絮凝壓縮，分層滾成泥丸，接著泥丸和水進(jìn)入脫水部，水從環(huán)向泄水斜縫中排出。進(jìn)入壓密部，泥丸在自重下進(jìn)一步壓縮脫水，形成粒大密實(shí)的泥丸，推出筒體。造粒機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，不易磨損，電耗少，維修容易。泥丸的含水率一般在百分之七十左右。
6 干燥及焚燒
6.1 污泥干燥
污泥脫水、干化后，含水率還很高，體積仍較大，為了便于進(jìn)一步的利用和處理，可作干燥處理或焚燒。干燥處理后，污泥含水率可降至約20%左右，體積可大大減小，便于運(yùn)輸、利用或處理。
6.2 污泥焚燒
污泥所含水分被完全蒸發(fā)，有機(jī)物質(zhì)被完全分解，產(chǎn)物是二氧化碳、水、氮?dú)獾葰怏w及焚燒灰的處理技術(shù)稱為焚燒。
7 污泥利用
目前國(guó)外對(duì)于污泥的處置采用得較多的是焚燒、農(nóng)田利用、建材、衛(wèi)生填埋等。但由于焚燒具有投資高、運(yùn)行費(fèi)用高等不利因素，根據(jù)我國(guó)目前國(guó)力較弱的現(xiàn)狀，該方式無法推行，因此極少采用。而在農(nóng)田利用方面，近十年來， 作了大量的工作，并取得了一定的成效，但現(xiàn)階段基本仍處于試驗(yàn)階段，實(shí)際應(yīng)用得較少，主要原因是受人們使用習(xí)慣的限制，還無法得到廣泛的推廣。國(guó)內(nèi)目前使用得較多的仍是污泥的衛(wèi)生填埋。污泥的衛(wèi)生填埋的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省污泥的處置費(fèi)用，但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，土地的緊缺以及它或多或少對(duì)環(huán)境造成一些危害，越來越不適應(yīng) 的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此現(xiàn)階段，選擇一種合適、合理的污泥處置方案顯得十分重要。
7.1 污泥的農(nóng)田綜合利用
目前國(guó)內(nèi)對(duì)污泥的處置比較重視的是農(nóng)田綜合利用，也有一些 將污泥干燥后制成肥料。在我國(guó)污泥的農(nóng)田利用也有10多年歷史了，其中將污泥直接進(jìn)行堆肥應(yīng)用試驗(yàn)的污水處理廠較多，其中山東淄博市污水處理公司試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，效果較為顯著。此外將污泥直接干燥成型或造粒，制成有機(jī)顆粒肥，有機(jī)復(fù)合肥和有機(jī)微生物肥料也有所采用。
7.2 污泥作為建材
污泥用于制造建筑材料是另一種污泥處置方案。它可用于制造灰渣水泥、灰渣混凝土、污泥磚和地磚及生化纖維板等。國(guó)外有資料表明，污泥焚燒灰投加石灰或石灰石后，可煅燒制成灰渣水泥，其強(qiáng)度符合ASTM水泥規(guī)范。另外污泥焚燒灰還可以作為混凝±的細(xì)骨料，代替部分水泥和細(xì)砂。另外，由于污泥中含有豐富的粗蛋白和球蛋白酶，可溶解于水、稀酸、稀堿及中性鹽溶液中。將干化后的污泥在堿性條件下加熱加壓、干燥后發(fā)生蛋白質(zhì)的變性，制成活性污泥樹脂，在此基礎(chǔ)上加入苛性鈉和氫氧化鈣，可以形成不溶性易凝劑的蛋白質(zhì)鈣鹽，從而增加了活性污泥樹脂耐水性、膠著力和脫水性能。將活性污泥樹脂與纖維按2.2：1的比例混合，攪拌均勻后經(jīng)過預(yù)壓成型、熱壓等處理形成生化纖維板。生化纖維板的污泥力學(xué)性能與我國(guó)三級(jí)硬質(zhì)纖維板在抗折強(qiáng)度、吸水率、容重相當(dāng)。
