污水處理廠污泥集中處置工藝比較與途徑選擇[文獻綜述]

1、<p><b>　　文獻綜述</b></p><p>　　污水處理廠污泥集中處置工藝比較與途徑選擇</p><p><b>　　1.背景</b></p><p>　　污水量會隨著人口總量的增加而增加。按照一般預測，中國人口要在2020年至2025年間達到頂峰，污水量也將在2020年左右達到最高峰。而隨著污水處理廠

2、的大規(guī)模建成，污泥處理處置也成了龐大的市場。截止2009年底，全國投運城鎮(zhèn)污水處理廠1992座，處理污水量280億立方米，產(chǎn)生含水率80%左右的污泥2005萬噸。隨著在建的2000多座污水處廠陸續(xù)投入運行，全國年污泥總產(chǎn)生量將很快突破3000萬噸。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全國處置方式焚燒占6%；堆肥占8%；其余86%進行填埋，這是帶引號的“填埋”，事實上有些是被隨意處置了。污泥處理處置嚴重滯后于污水處理的現(xiàn)實，使得已經(jīng)建成投運的大批污水處理設

3、施的環(huán)境效益大打折扣。污泥是污染物，惡臭物質、病原體、重金屬、持久性有機物；污泥也是營養(yǎng)質，富含有機質、氮、磷、鉀；同時污泥還是能源物質，內(nèi)含大量能量。大量污泥的無序棄置，不只是污染物從污水向陸地的轉移，還使污染物進一步擴散，并且導致營養(yǎng)質和能源物質的大量流失。城市污水處理廠的大規(guī)模建設浪潮行將結束，污泥處理處置才剛剛起步，導致污泥“積壓”成為環(huán)境領域的重大問題之一。西方國家基本是處理污水的同時處理污泥問題；</p>&l

4、t;p>　　污泥處理處置產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，污泥處理處置產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，除了受市場規(guī)模的影響外，技術路線是制約污泥問題解決的關鍵點。我國污泥處理行業(yè)的起步相對較晚，并且在初期對于污泥處理的方式較為簡單，對污泥的處理技術必須予以充分的重視，因為能否解決好污泥問題是污水凈化成功與否的決定性因素之一；甚至可以說在今后我國城市污水工藝方面的技術進步,在很大程度上取決于污泥處理和利用技術的進步，為了解決這一問題有必要加強污泥處理與利用的研究。而在污泥處

5、理技術的選擇上，引發(fā)了業(yè)內(nèi)不少討論與爭議，其中國家污泥處理處置路線及其配套政策是解決污泥問題的關鍵[1] 。</p><p>　　本文所稱的污泥是指在市政污水處理過程中產(chǎn)生的半固態(tài)或固態(tài)物質。由于污泥是一種有潛在危險的物質，如其含水率一般在80%以上，具有很強的流動性；濕污泥中含有各種各樣的細菌、病毒和寄生生物，病菌在其中大量繁殖；污泥中還含有鋅、銅、鉛和鎘等重金屬化合物及其它有毒有害物質等等[2]。</p

6、><p>　　2.污泥處理處置工藝選擇和比較</p><p>　　2.1. 污泥處理的工藝路線 </p><p>　　2.1.1干化 + 焚燒 + 灰渣填埋或建材利用 “干焚”路線[3]</p><p>　　1.污泥濃縮的目的是使污泥初步脫水、縮小污泥體積．為后續(xù)處理創(chuàng)造條件。 污泥濃縮的方法通常有五種：重力濃縮，氣浮濃縮、離心濃縮、帶式濃縮機濃

7、縮和轉鼓濃縮機濃縮等。 </p><p>　　（1）重力濃縮 本質上是一種沉淀工藝，屬于壓縮沉淀。在污水處理廠中一般將初沉污泥和二沉污泥混合后采用重力濃縮，這樣可以提高重力濃縮池的濃縮效果，重力濃縮池固體表面負荷根據(jù)取決于二種污泥的比例。重力濃縮可以分為間歇式和連續(xù)式兩種，間歇式重力濃縮主要用于小型污水處理廠，連續(xù)式重力濃縮主要用于大、中型污水處理廠。 （2）氣浮濃縮 根據(jù)氣泡形成的方式，氣浮可

8、以分為：壓力溶氣氣浮、生物溶氣氣浮、渦凹氣浮、真空氣浮、化學氣浮、電解氣浮等，在污泥處理中壓力溶氣氣浮工藝已廣泛應用于剩余活性污泥濃縮中，生物溶氣氣浮工藝濃縮活性污泥也已有應用，渦凹氣浮工藝在污泥濃縮中的應用正在摸索中，其它幾種氣浮在污泥濃縮中的應用尚未見報道。 （3）離心濃縮 離心濃縮工藝的動力是離心力，離心力是重力的500～3000倍。與離心脫水的區(qū)別在于離心濃縮用于濃縮活性污泥時，一般不需加入絮凝劑調質，只有當需要濃縮污泥

9、含固率大于6％時，才加入少量絮凝劑。而離心脫水機要求必須加入絮凝劑進行調質。 離心濃縮占地小，不會產(chǎn)生惡臭，對于富磷污泥可以避免磷的二次釋放，提高污泥處理系統(tǒng)總的除磷率，造價低，但運行費用的機械維</p><p>　　干化 污泥經(jīng)濃縮和消化之后，其含水率仍在96％左右，體積很大，不便于運輸和使用，需要進一步脫水干化處理，其主要方法有自然蒸發(fā)法和機械脫水法兩種。污泥干化技術主要有熱干化 太陽能干化 微波加熱干化 超

10、聲波干化以及熱泵干化等。目前應用最廣泛也是最成熟的是熱干化技術 .根據(jù)熱介質與污泥的接觸方式可將熱干化技術分為三類:直接干化法 間接干化法和直接一間接聯(lián)合干化法[5]。</p><p>　　(1)直接干化法 利用燃燒裝置向干化設備提供熱風和煙氣, 污泥與熱風和煙氣直接接觸, 在高溫作用下污泥中的水分被蒸發(fā) .此技術熱傳輸效率及蒸發(fā)速率較高, 可使污泥的含固率從25 % 提高至85 %一95 %。但由于與污泥直接接

11、觸, 熱介質將受到污染, 排出的廢水和水蒸氣須經(jīng)過無害化處理后才能排放;同時, 熱介質與干污泥需加以分離, 給操作和管理帶來一定的困難。</p><p>　　(2)間接干化法與直接干化法相對應的是間接干化法, 由加熱設備提供的蒸汽或熱油首先加熱容器, 再通過容器表面將熱傳遞給污泥, 使污泥中的水分蒸發(fā)[6] 。</p><p>　　焚燒 污泥干化后，含水仍達10%-20%，體積仍較大，通過

12、焚燒可將污泥中水分和有機雜質完全去除．并殺滅病原微生物。有些污泥含有有毒物質而不宜作農(nóng)肥，或因其他原因使污泥難以利用時，為防止污染．也采用焚燒方法。焚燒污泥的裝置為焚燒爐[7]。 </p><p>　　污泥焚燒發(fā)電 污泥焚燒技術可以使污泥達到很好的減量效果，同時可以回收其中的熱量，殺死病原菌，污泥需要經(jīng)過必要的預處理使污泥含水率降低后才能進行焚燒。除了污泥單獨焚燒外，還可以將污泥和煤等可燃物混合焚燒，既充分利用

13、了污泥的熱值，又達到了節(jié)約能源的目的［8］但同時，在焚燒技術的應用中，不可避免會產(chǎn)生焚燒煙氣，因此在應用中應配套相應的控制手段，以減少環(huán)境風險，提高焚燒設備的運行穩(wěn)定性［9］。</p><p>　　污泥建材綜合利用 是指污泥的無機化處理，用于制作水泥添加料、制磚、制輕質骨料和路基材料等。污泥建筑材料利用應符合國家和地方的相關標準和規(guī)范要求，并嚴格防范在生產(chǎn)和使用中造成二次污染。污泥建筑材料綜合利用需采用污泥熱干

14、化、污泥焚燒等處理方式，處理成本很高，最終生產(chǎn)的建筑材料價格卻不高，并沒有資源化價值[10]。</p><p>　　污泥衛(wèi)生填埋 污泥衛(wèi)生填埋處置場在利用自然界代謝功能的同時，通過工程手段和環(huán)保措施，使污泥得到安全的消納并逐步達到充分穩(wěn)定無害的污泥處置效果，主要借鑒城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場的工程經(jīng)驗進行建設。與其它污泥處置方案相比，污泥的填埋處置具有投資低、運行成本低、管理操作方便等諸多優(yōu)點，這也是污泥填埋處置是

15、目前國內(nèi)外采用最廣泛的原因。但是污泥填埋處置的不足之處在于占地面積較大，處置場地使用年限短，因此受到用地緊張的限制[11]。</p><p>　　2.1.2厭氧消化 + 土地利用（農(nóng)用為主） “厭土”路線[12]</p><p>　　污泥中含有大量的可分解有機物，通過污泥消化過程，可以減少原污泥中以碳水化合物，蛋白質，脂肪等形式存在的高能量有機物的含量，從而使污泥的體積明顯減小，污泥消化前

16、后的體積一般可以減少1/3-1/2。另外，在使高分子有機物轉變?yōu)榈头肿友趸锏耐瑫r，還改善了污泥的脫水性質，減少了污泥中病原菌和產(chǎn)生異味物質的含量[13]。</p><p>　　1.厭氧消化 在無氧條件下，依靠厭氧微生物使污泥中有機物分解的過程，在這個過程中，微生物將各種復雜的高分子有機物轉換為簡單的有機化合物及CO2、H2O、CH4和H2S,階段性過程：水解→酸化→乙酸化→甲烷化。</p><

17、;p>　?、俪Ｒ?guī)中溫厭氧消化：運行時將不經(jīng)預熱的污泥直接送入消化池內(nèi)，利用產(chǎn)生的沼氣攪動污泥，消化池負荷小于0.9kg/m3.d，適應溫度為30-36,污泥進出是間歇式的，池內(nèi)污泥由上至下分浮渣層，懸浮層，活性層和穩(wěn)定固體層。穩(wěn)定后的污泥由底部周期性排出，上層和下層的 污泥則在每次進料時一并排出。</p><p>　?、诟哓摵上悍峡蛇_5.3kg/m3.d，污泥的進出可以是間歇式也可以是 連續(xù)式，消化池

18、內(nèi)具有加熱和攪拌裝置。不存在分層現(xiàn)象，全池均處于活躍的消化狀態(tài)。</p><p>　?、蹆杉墔捬跸簩⑽勰嘞衷趦蓚€消化池中進行，污泥先在設有集氣罩、加溫和攪拌裝置的第一級消化池中，經(jīng)過7～12d旺盛的消化反應后，將排出的污泥送入第二級消化池。第二級消化池不設加溫和攪拌裝置依靠來自第一級消化池污泥的余熱繼續(xù)消化污泥，消化溫度為20～26oC，產(chǎn)氣量約占總產(chǎn)量的20%，由于沒有攪拌，第二級消化池同時具有污泥濃縮

19、的功率[14]。</p><p>　　2.土地利用 污泥堆肥土地利用是指污泥經(jīng)處理后可用于農(nóng)田的施肥,墾荒地、貧瘠地等受損土壤的修復及改良,園林綠化建設,森林土地施用,以及尾礦堆、露天礦坑的固定等。污泥中的有機物質可明顯改善土壤的結構性，使土壤的容重下降，孔隙增多，土壤的通氣透水性和田間持水量提高，從而改善土壤的物理性質。施用污泥也可提高土壤的陽離子交換量，改善土壤對酸堿的緩沖能力，提供養(yǎng)分交換和吸附的活性位點

20、，從而提高土壤保肥性[15]。但是城市污水處理廠污泥中含有大量的病原微生物和寄生蟲，如不加以控制，則污泥在土地利用或使用過程中會對人畜的健康造成危害[16]。</p><p>　　2.1.3好氧發(fā)酵 + 土地利用（農(nóng)用為主） “好土”路線[17]</p><p>　　1.好氧消化 微生物通過其細胞原生質的內(nèi)源或自身氧化取得能量的一種方法。具有穩(wěn)定和滅菌，投資少，運行管理方便基建費用低、最終

21、產(chǎn)物無臭，以及上清夜BOD5濃度低等優(yōu)點。原理：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。在污泥好氧消化過程中，細胞物質中可生物降解的組分被逐漸氧化成CO2、H2O、CH4和NH3，NH3再進一步被氧化成硝酸根離子。</p><p>　　①傳統(tǒng)污泥好氧消化工藝：主要是通過曝氣，使微生物在進入內(nèi)源呼吸期后進行自身氧化，從而使污泥減量。這種工藝

22、具有設計簡單、運行操作簡便、基建費用低等特點。其消化池構造及設備與傳統(tǒng)的活性污泥法相似，但污泥的停留時間很長[19]。</p><p>　?、谖勰喔邷睾醚跸に嚕豪没钚晕勰辔⑸镒陨硌趸纸忉尫诺臒崃?，來提高好氧消化反應器的溫度。該工藝首先經(jīng)過濃縮，這樣才能產(chǎn)生足夠的熱量，同時反應器要采用封閉式，外壁需要采取隔熱措施以減少熱損失，并采用高效氧轉移設備，以減少蒸發(fā)熱損失，有時甚至采用純氧曝氣</p>

23、<p>　?、鄹邷睾醚跸に嚕阂愿邷睾醚跸に囎鳛橹袦貐捬跸挠幚砉に?，并結合了兩種消化工藝的優(yōu)點，在提高污泥消化能力和對病原菌去除能力的同時還可以回收生物能。該工藝將快速產(chǎn)酸反應階段和較慢產(chǎn)甲烷反應階段，分別在不同的反應器內(nèi)進行，有效地提高了兩段的反應速率，同時，利用好氧高溫消化產(chǎn)生的熱量，來維持中溫厭氧消化的溫度，從而進一步減少了能源的費用[20] 。</p><p>　　2.土地利用

24、 污泥堆肥土地利用是指污泥經(jīng)處理后可用于農(nóng)田的施肥,墾荒地、貧瘠地等受損土壤的修復及改良,園林綠化建設,森林土地施用,以及尾礦堆、露天礦坑的固定等。但是由于污泥中含有很多鹽分、重金屬、病原菌、寄生蟲、有機污染物等有害成分,直接利用會污染土壤、水體,危害農(nóng)作物或通過食物鏈危害人體健康,因此必須經(jīng)過無害化、穩(wěn)定化處理達到一定要求后方能施用[1]。用于土地改良時的泥質應符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置　土地改良泥質》（CJ/T 291）的規(guī)定；用

25、于園林綠化時的泥質應滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置　園林綠化用泥質》(CJ248)的規(guī)定；污泥農(nóng)用時必須達到《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》（GB4284）等國家和地方現(xiàn)行的有關農(nóng)用標準和規(guī)定；其產(chǎn)品的使用也都必須經(jīng)過環(huán)境影響評價和環(huán)境風險評估，并經(jīng)有關部門審批后方可實施。</p><p>　　2.1.4深度脫水 + 填埋“深填”路線</p><p>　　1.深度脫水 污水處理所產(chǎn)生的污泥具有

26、較高的含水量，由于水分與污泥顆粒結合的特性，采用機械方法脫除具有一定的限制，污泥中的有機質含量、灰分比例特別是絮凝劑的添加量對于最終含固率有著重要影響。一般來說，采用機械脫水可以獲得20%-30%的含固率，所形成的污泥也被稱為泥餅。泥餅的含水率仍然較高，具有流體性質，其處置難度和成本仍然較高，因此有必要進一步減量。此時，在自然風干之外，只有通過輸入熱量形成蒸發(fā)，才能夠實現(xiàn)大規(guī)模減量。采用熱量進行干燥的處理就是熱干化。 </p>

27、;<p>　　2.污泥衛(wèi)生填埋 污泥衛(wèi)生填埋處置場在利用自然界代謝功能的同時，通過工程手段和環(huán)保措施，使污泥得到安全的消納并逐步達到充分穩(wěn)定無害的污泥處置效果，主要借鑒城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場的工程經(jīng)驗進行建設。與其它污泥處置方案相比，污泥的填埋處置具有投資低、運行成本低、管理操作方便等諸多優(yōu)點，這也是污泥填埋處置是目前國內(nèi)外采用最廣泛的原因。但是污泥填埋處置的不足之處在于占地面積較大，處置場地使用年限短，因此受到用地緊張

28、的限制。</p><p><b>　　3.總結與展望</b></p><p>　　“好土”路線 ：無能量輸出，還須輸入；二氧化碳是中性碳，基本低碳；碳氮比、氧、濕度控制不當將有甲烷排出。“深填”路線 ：污泥中營養(yǎng)質無法利用（但沒破壞）；清潔能源難以利用；難以實現(xiàn)低碳排放。“干焚”路線 ：營養(yǎng)質無法利用（被破壞）；無能量輸出，如無法平衡，還須能量輸入；無法實現(xiàn)低碳排放。

29、“厭土”路線 ：沒有機會成本，可以考慮成為國家的主要技術路線。</p><p>　　各種方法都有其利與弊，應根據(jù)不同地區(qū)特點選擇工藝。</p><p>　　污泥處理處置需要政府投入和建立收費體系來支撐的公益事業(yè)，應該以減量化、穩(wěn)定化、無害化為目的?！百Y源化”并不是目的，而是一個重要的原則，要盡可能利用污泥處理處置過程中的能量和物質，以實現(xiàn)其資源價值。根據(jù)地方的實際情況和未來發(fā)展的要求，規(guī)劃

30、中要體現(xiàn)布局上的集約化，工藝上的減量化，無害化和穩(wěn)定化，最終處置上的資源化，應將污水處理與污泥處理處置作為一個完整的系統(tǒng)進行全面評價，以從整體上保證工藝的優(yōu)化，合理和經(jīng)濟性。</p><p><b>　　4.參考文獻</b></p><p>　　[1]彭琦，孫志堅.國內(nèi)污泥處理與綜合利用現(xiàn)狀[J].2008,43(3):32-33.</p><p&

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