剩余污泥處理處置技術(shù)及展望
技術(shù)支持
1 引言
污水處理廠剩余污泥含水率高，可達(dá)90%，并含有豐富的氮、磷等元素，以及多種微量元素和土壤改良劑，如腐殖質(zhì)，但同時也含有大量病原體、寄生蟲卵、一定量的重金屬(Cd、Cr、Pb、As、Zn、Cu、Ni等)和多種有毒有害的有機污染物如多氯聯(lián)苯、二惡英、放射性核素等且伴有惡臭。因此污泥如未經(jīng)有效處理處置進入環(huán)境，極易對地下水、土壤等造成二級污染，威脅環(huán)境安全和公眾健康，這些因素嚴(yán)重制約著污泥的資源化利用。污泥處理處置的目標(biāo)就是實現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化和無害化。
“十二五”期間我國將完成每年新增污水集中處理能力1500萬m3/d，以新增污水處理量運行負(fù)荷率為75%以及污泥(含水率80%)占污水質(zhì)量比例為0.6%計算，“十二五”期間污泥年產(chǎn)量將以246萬m3/年的速度遞增。在我國污泥處理可占整個污水廠投資及運行費用的25%～65%污泥處理已成為污水廠所面臨的沉重負(fù)擔(dān)，在污泥產(chǎn)量迅速增加的同時，污泥的處理處置也存在著諸多問題，因此，如何合理的解決污泥問題，已是當(dāng)前亟待解決的環(huán)保問題之一。
2 污泥處置處理技術(shù)
2.1 污泥處理
污泥處理是指對污泥進行穩(wěn)定化、減量化和無害化處理的過程，污泥處理包括脫水、消化、發(fā)酵以及熱干化等工藝過程。
2.1.1 污泥脫水
污泥脫水是將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55%～80%，脫水的方法主要為自然干化法、機械脫水法和造粒法。自然干化法和機械脫水法適用于污水污泥，造粒法適用于混凝沉淀的污泥。顧瑞環(huán)等通過實驗，將剩余污泥與消化污泥混合之后脫水，脫水效果較好，絮凝劑單耗降低，與純消化污泥脫水耗絮凝劑量一致，泥餅含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在77%～78%時，絮凝劑單耗均值3.17kg/t干污泥。
當(dāng)剩余污泥產(chǎn)量大時，為了減少對初沉污泥的濃縮沉降性的沖擊，剩余污泥與初沉污泥可以分開濃縮處理的，但在分別濃縮之后需混合脫水。對續(xù)建的污水廠來說，此種工藝運行不但可以節(jié)省濃縮池的投資，而且混和污泥脫水效果較好。
2.1.2 污泥熱干化
污泥熱干化指利用燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量或其他工業(yè)余熱，通過專門的工藝和設(shè)備，使污泥失去部分水分的過程。熱干化能夠使污泥減容，且干化后污泥的臭味、病原物、粘度、不穩(wěn)定等負(fù)面特性得到顯著改善而具有多種用途，如用作肥料、土壤改良劑、替代能源或是轉(zhuǎn)變成油、氣后再進一步提煉化工產(chǎn)品等。熱干化成為污泥處理、處置重要的“ 步”。在美國，污泥干化處理后土地利用已經(jīng)逐漸成為污泥處理、處置的重要途徑。由于污泥填埋越來越受到土地和費用的限制，美國現(xiàn)有的大部分填埋場將在未來的數(shù)年內(nèi)關(guān)閉，污泥熱干化在美國的應(yīng)用將更加普及。
熱干化其優(yōu)點為占地小、處理能力大、減量率高、為生化程度高、處置途徑具有較廣泛的適用性和靈活性等；缺點是建設(shè)投資大，運行費用較高。
2.1.3 石灰干化技術(shù)
石灰干化技術(shù)是利用混合設(shè)備將污泥與生石灰等固化劑充分?jǐn)嚢杞佑|，通過物理化學(xué)反應(yīng)達(dá)到降低含水率、去除臭味、殺滅微生物和病原菌并有效鈍化重金屬的效果。較為經(jīng)典的應(yīng)用包括利用加入氧化鈣后pH值和溫度的升高來實現(xiàn)污泥的殺菌；或利用添加氧化鈣(也可同時添加其他物質(zhì)如飛灰、水泥、粉煤渣等)后污泥的固化效果來滿足污泥的填埋工藝要求。另外，處理過程中選擇適宜的混合條件和設(shè)備可有效改變污泥的性質(zhì)，使其由致密、粘稠變成疏松、流動性好、便于儲存和運輸?shù)奈锪稀?yīng)梅娟等通過對小紅門污水處理廠污泥干化項目的運行及實驗室數(shù)據(jù)檢測，初步研究和分析了污泥原始含水率對處理后污泥含水率的影響以及石灰投加量對殺菌效果的影響。結(jié)果表明，針對小紅門污水廠的污泥，僅需添加5%的石灰，即可將大腸桿菌的含量降至未檢出水平。而為了使成品污泥含水率同樣達(dá)到小于60%的效果，原始污泥含水率越低，所需投加的生石灰量越少，當(dāng)原始污泥含水率為80%～85%時，需要的石灰投加量為20%～30%，而原始污泥含水率為77%～78%時，僅需投加13%的石灰。
石灰干化技術(shù)其優(yōu)點是建設(shè)投資小、設(shè)施建設(shè)中期短；缺點是石灰需求量大，易受到石灰來源不穩(wěn)定以及產(chǎn)品出路不確定的影響。
2.1.4 污泥消化
污泥消化是典型的污泥穩(wěn)定方法，剩余污泥經(jīng)過消化處理后，一方面可減少污泥的體積，另一方面可降低污泥中揮發(fā)固體的含量，滅活部分病原菌和去除臭味，消化可用好氧消化和厭氧消化兩種方式。國外厭氧消化技術(shù)比較成熟，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
好氧消化是在不投加其他底物的條件下，對污泥進行較長時間的曝氣，使污泥中的微生物處于內(nèi)源呼吸階段進行自身氧化，并以此來獲得能量。它的主要優(yōu)點是處理效率高，需要的處理設(shè)施體積小，投資較少，運行管理方便，基建費用低，上清液中的BOD5濃度較低(10mg/L以下)，處理后的產(chǎn)物無臭、類似腐殖質(zhì)，肥效較高，運行安全、管理方便。但由于需要輸入動力，所以運行費較高。
厭氧消化是利用厭氧微生物分解污泥中的有機物，使污泥趨于穩(wěn)定，達(dá)到減量之目的，還可回收部分能源，投資費用較低。它是目前國內(nèi)外較為常用的污泥生物處理方法，同時也是大型污水處理廠較為經(jīng)濟的污泥處置方法。同時為了克服傳統(tǒng)污泥厭氧消化工藝存在的消化速率慢、停留時間長、處理效率低的缺點，相繼出現(xiàn)了機械破碎、超聲波、堿處理、熱水解、臭氧處理、酶法等預(yù)處理方法，王治軍等人通過對熱水解后的污泥進行厭氧消化處理，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過熱水解預(yù)處理的剩余污泥后續(xù)厭氧消化處理系統(tǒng)的COD去除率可達(dá)60.61%；與未經(jīng)熱水解污泥的厭氧消化對比，產(chǎn)氣量可增加79.20%～99.55%。
2.2 污泥處置
污泥處置是指處理后污泥進行消納的過程。在污泥處置過程中，污泥得以穩(wěn)定。污泥處置包括填埋、堆肥、焚燒、建材利用以及土地利用等不同的方式，污泥焚燒后灰分即可填埋，也可作為建材原料。
2.2.1 衛(wèi)生填埋
衛(wèi)生填埋措施簡單，對無法農(nóng)用的高污染污泥、不利于堆肥的污泥以及污泥焚燒殘渣的處理，衛(wèi)生填埋方法也是一種不可或缺的處理手段。到目前為止，已發(fā)展成為一項比較成熟的污泥處置技術(shù)，具有不需要高度脫水(自然干化)，投資較少、容量大、見效快等優(yōu)點，利于推廣。當(dāng)然。污泥衛(wèi)生填埋也有不足之處。例如，污泥中含有的有毒有害物質(zhì)可能會隨雨水等滲入地下，對地下水和周圍土壤造成二次污染；衛(wèi)生填埋需要較大的場地，對于用地緊張的城市不適宜采用。
2.2.2 堆肥
堆肥是利用微生物分解污泥中有機物，并殺滅傳染病菌、寄生蟲和病毒，提高污泥肥分的污泥處理技術(shù)，產(chǎn)物可用于園藝和農(nóng)業(yè)肥料。
綜合國內(nèi)外污泥堆肥技術(shù)，制約污泥堆肥技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的瓶頸主要為占地面積、臭氣外排造成的二次污染、干物料的投加和安全儲運、污泥的處置和操作員的健康安全問題。相對于靜態(tài)堆肥倉工藝，動態(tài)堆肥倉工藝在這幾個方面都有所突破，污泥堆肥是較好的城市污水污泥處置方式，污泥堆肥添加的輔助填充料，鼓勵利用園林廢棄物(剪枝、落葉)和周邊農(nóng)村的礱糠、谷殼、秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物。鼓勵開展污泥堆肥技術(shù)創(chuàng)新，提高生物熱能循環(huán)利用，利用污泥改善土壤肥效，減少能源消耗，對臭氣進行有效處理。
堆肥優(yōu)點為投資較小，運行費用較低；缺點是占地面積大，受外部因素如氣候、堆肥產(chǎn)品出路等影響大。國內(nèi)外應(yīng)該不斷完善污泥堆肥過程中各環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)，加強保障性政策的制定，加強標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)的建設(shè)，積極推進各種污泥堆肥技術(shù)。
2.2.3 污泥焚燒
污泥焚燒是指將污泥置于焚燒爐中。在過量空氣的條件下，進行完全焚燒，使有機物完全碳化，可以較大限度的較少污泥的體積，使污泥中病原微生物、寄生蟲卵、病毒等徹底被殺死，高溫也能使污泥中的部分重金屬固化。其優(yōu)點是占地面積小，且較大限度的實現(xiàn)污泥減量化、無害化；缺點是，在焚燒過程中污泥中的一部分重金屬能隨燃燒產(chǎn)生的煙塵擴散到空氣中:況且，不完全的焚燒過程中也會有二嗯英等劇毒空氣污染物的產(chǎn)生，可能造成二次污染。
2.2.4 污泥建材利用
污泥建材利用主要指以污泥作為原料制造建筑材料，產(chǎn)物是可以用于工程的材料或制品。建材利用的主要方式包括污泥用于水泥熟料的燒制，污泥制陶粒、污泥制磚、污泥制作道路材料和垃圾填埋場覆蓋材料等。污泥用于水泥原料、制磚和制陶粒屬于污泥協(xié)同焚燒過程。當(dāng)污泥用于路基材料和垃圾填埋場覆蓋材料時，可采用石灰、水泥基材料、工業(yè)固體廢棄物等污泥進行改性處理。
2.2.5 土地利用
當(dāng)污泥以農(nóng)用、園林綠化為土地利用方式時，可采用厭氧消化或高溫好氧發(fā)酵等工藝對污泥進行處理。在有條件的污水處理廠，應(yīng)首先考慮采用污泥厭氧消化對污泥進行穩(wěn)定化及無害化處理的可行性。污泥消化產(chǎn)生的沼氣應(yīng)收集利用于發(fā)電、鼓風(fēng)機驅(qū)動或熱水鍋爐，降低污水處理廠的能耗。為提高能量回收率，可采用超聲波、高壓或熱水解等污泥破解技術(shù)對活性污泥在厭氧消化前進行預(yù)處理。當(dāng)污水處理廠沒有可供厭氧消化的場地，或污水處理廠規(guī)模較小時，可采用高溫好氧發(fā)酵等工藝對脫水泥餅進行穩(wěn)定化及無害化處理。
2.2.6 污泥處置存在的問題
污泥脫水率低，不便運輸，且造成干化場占地面積越來越大。傳統(tǒng)活性污泥處理工藝的結(jié)果只有社會效益而沒有經(jīng)濟效益。堆放在干化場的污泥會產(chǎn)生較大的異味，嚴(yán)重影響環(huán)境。
3 發(fā)展方向展望
污泥減量從根本上減少污泥的產(chǎn)生，避免后續(xù)處理處置的經(jīng)濟成本和二次環(huán)境污染，具有應(yīng)用前景。同時，應(yīng)不斷研發(fā)新技術(shù)，充分利用污泥的生物質(zhì)原料特點，將其資源化和能源化，并避免環(huán)境污染。目前污泥填埋仍占很大比例，這種方式不具有可持續(xù)性，對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。近階段，土地利用仍是污泥處置的一條重要途徑，能將污泥有效地資源化，但污泥必須經(jīng)過有效的穩(wěn)定化和無害化處理，并經(jīng)檢測合格，同時加強對施用土地的監(jiān)測。污泥熱處理技術(shù)實現(xiàn)了污泥的資源化和能源化，受到廣泛重視。其中污泥焚燒技術(shù)已獲得廣泛的應(yīng)用，而污泥氣化技術(shù)則更具有應(yīng)用前景。
我國對于污泥問題的處理，目前還存在很多的漏洞和弊端，今后我國必然將加大力度對污泥問題進行徹底的整治。一方面我國要加大立法工作力度，通過立法加強污泥污染治理和管理，促進污水污泥治理事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，另一方面要發(fā)展新技術(shù)，開發(fā)新方案、增設(shè)新工藝、走污泥治理專業(yè)化、市場化的發(fā)展道路。
4 結(jié)語
在污水處理過程中對剩余處理處置是不可忽視的重要環(huán)節(jié)，污水處理系統(tǒng)只有具備污泥處理，才能真正成其為是一個完善、成套的處理工藝，在對污泥的管理控制當(dāng)中要充分考慮到污泥產(chǎn)生的源頭——污水處理廠，通過改進污水廠的處理工藝來達(dá)到從源頭減少和避免污泥產(chǎn)生。同時對污泥放任自流，在實際中制定的標(biāo)準(zhǔn)也沒有得到有效的貫徹實施，特別隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國污水處理量和處理水平將會有更大的發(fā)展，勢必會產(chǎn)生更多的污泥。如果還是采取原來的態(tài)度對污泥進行處置，必將會對我國環(huán)境質(zhì)量和公眾健康造成很大的威脅，同時也違背了資源循環(huán)利用和可持續(xù)發(fā)展的要求。
