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污水處理廠污泥處理與處置工藝研究

一、引言
　　為了控制水污染和實現(xiàn)污水資源化 ，我國對城市污水處理率提出了明確的要求，到2005年，50萬以上人口城市污水處理率應達到60%以上；到2010年，所有設市的城市，污水處理率不低于60%。直轄市、省會城市、計劃單列市和風景旅游城市，污水處理率不低于70%。
　　隨著污水處理設施的普及、處理率的提高和處理程度的深化，污水廠的污泥產生量將有較大的增長，由此引起的二次污染問題已不容忽視。因此如何合理地處理、處置污泥，已成為城市污水廠和相關部門必需引起重視的問題。例如上海正在建設的竹園和白龍港兩個大型污水處理廠，每天將產生約700噸干污泥或2000立方米脫水后含水率65%的污泥730000立方米。如何處置這么大量的污泥，這是許多大城市都將面臨的問題。
　　國內外污泥處理與處置的方法很多，一般采用濃縮、消化、脫水、干化、有效利用（多為農用）、填埋及焚燒等，或用其中幾個方法組合處置。應該說，對污水廠污泥的處理和處置，我們與先進國家相比，差距較大。
　　城市污水廠的污泥是指處理污水所產生的固態(tài)、半固態(tài)及液態(tài)的廢棄物，含有大量的有機物、重金屬以及致病菌和病原菌等，不加處理任意排放，會對環(huán)境造成嚴重的污染。對污泥處理總的要求是穩(wěn)定化、無害化和減量化。
　　以每人每天產生200L污水來說，經濃縮后為1.5L/d.人，污泥干化后0.07kg/d.人，污泥焚燒后為0.02 kg/d.人。
　　污泥的體積取決于污泥的含水率，等于污泥的干重除以污泥的含固率（1-污泥的含水率），即： 污泥干重(t)
—————————————— =污泥體積（m3）
（1-污泥含水率）（t/m3）
以2t干污泥為例，污泥含水率與體積的關系如下：
含水率（t/m3） 0.98 　0.69　 0.92　 0.84 　0.68
污泥體積（m3） 100　　 50　　25 　　12.5 　6.25
　　 國家對城市污水污染控制的技術政策及新頒布的城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002），對城市污水廠的污泥穩(wěn)定和農田利用有明確的要求。但實際情況是，污水處理廠的建設往往只注意污水處理要達到排放標準。近幾年，由于有脫磷脫氮要求，演變出不少污水生物處理工藝，而對污泥處理和處置，設計中一般只提將脫水污泥外運和綜合利用，未計算其投資和經營費用，這勢必會造成二次污染。處理廠建得越多，污泥的二次污染亦越廣泛。未經穩(wěn)定處理的污泥，因有機物含量高，極易腐敗并產生惡臭，尤其是初沉淀池的污泥，含有大量病菌、寄生蟲卵及病毒，易造成傳染病的傳播。
二、污泥的處理和處置
　　通常把污水廠污泥穩(wěn)定和脫水（一般脫水至含水率達70%~80%）稱作污泥的處理；將污泥的堆肥、填埋、干化和加熱處理及最終利用，稱為污泥的處置。如脫水污泥中有毒有害物質超過農用標準，就要考慮衛(wèi)生填埋和污泥干化焚燒技術。從國外污泥處理的發(fā)展來看，無論在歐洲、日本或美國對污泥用于農田控制越來越嚴，而對污泥進行干化和加熱處理的比例正逐年增加。
1、污泥的處理
　　污泥穩(wěn)定處理有好氧穩(wěn)定和厭氧穩(wěn)定，好氧穩(wěn)定有很多優(yōu)點，但能耗很高，只有當污泥量較少時才采用。污泥厭氧穩(wěn)定處理通常采用中溫（350C）厭氧消化方法。國內已有十幾座大型污水處理廠采用此方法，污泥經消化后，有機物含量減少，性能穩(wěn)定，總體積減少，污泥消化過程中還產生大量沼氣（消化降解1gkCOD可產生350L沼氣）可以回收利用。
但由于消化裝置工藝復雜，一次性投資大，運行有難度。污泥厭氧消化和沼氣利用裝置費用，約占污水處理廠投資和運行費的30%左右，而且大多需進口技術和設備。從調查已建消化池的實際運行看，只有少數(shù)達到預期的效果。有管理、設計問題，亦有沼氣利用的經濟性和安全性問題。比較好的如天津市東郊污水處理廠，該廠設計規(guī)模為處理城市污水40萬m3/d，污泥日產2460 m3（含水率96%），產生沼氣13300 m3，供4臺248kW發(fā)電機發(fā)電，日可發(fā)電27000度，并與市電并網。
　　污泥的穩(wěn)定問題，除了采取污泥厭氧消化外，還應結合污水處理工藝中考慮少產生污泥和穩(wěn)定泥質的方案。例如污水處理工藝設計中采用延長污水曝氣時間，減少污泥的產量；設計參數(shù)中增加污泥泥齡（如泥齡20天以上），盡量使污泥趨向穩(wěn)定的污水處理工藝。對中小型污水處理廠來說，采用帶有延時曝氣功能處理工藝（如氧化溝等處理工藝）是可取的。有的污水處理工藝投資低（如AB法的A段），而污泥量較多，增加了污泥的處理成本。故應當把污水處理和污泥處理統(tǒng)一考慮，一并計算投資和運行費用。
　　污泥的穩(wěn)定并不等于污泥無害，用于農田還需要符合國家標準中關于污泥農用時污染物控制標準限值。見下表。其中對鎘、汞、砷、苯并芘、多氯聯(lián)苯的要求是比較高的，應該通過嚴格控制工業(yè)廢水源頭的排放，來控制污泥的性質。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　國家目前對污水廠污泥穩(wěn)定化處理的控制指標表
穩(wěn)定化方法 控制項目 控制指標
厭氧消化 有機物降解率（%） ＞40
好氧消化 有機物降解率（%） ＞40
好氧堆肥 含水率（%） ＜65
有機物降解率（%） ＞50
蠕蟲卵死亡率（%） ＞95
糞大腸菌群菌值 ＞0.01

　　國外在污泥穩(wěn)定方面，除了用生物法（包括中溫消化、高溫消化及利用微生物和某些添加劑）外，還采用了化學法，有的將脫水后的污泥加鹽酸調pH值至2~3，反應60分鐘再加硝酸鈉；有的對脫水污泥添加石灰。后者在歐洲應用較多。
2、污泥的處置
（1）制復合肥
　　 按我國目前的經濟條件，對多數(shù)污水廠（特別是大量小型污水廠）來說，污泥用于農田是比較可行和現(xiàn)實的方案。污泥中的氮、磷、鉀和微量元素，對農作物有增產作用，污泥中的有機質、腐殖質是良好的土壤改良劑。污泥經適當濃縮、脫水后運至市郊或鄰近省份作為農肥，是許多污水廠采用的方法。但農田施肥有季節(jié)性，不需要泥肥時，污水廠會泥滿為患，影響正常運行。于是一些污水廠支付費用，讓農民把污泥拉走，而不問其去向，這會造成二次污染。
　　北京市環(huán)境科學研究院和北京市農業(yè)科學院合作，對北京市密云縣污水處理廠的污泥，通過堆肥加工成復合肥，進行了用于農田的試驗。該廠每天處理15000立方米城鎮(zhèn)污水，污泥產量5~6t/d（含水率80%），由于采用 酸化—好氧污水處理工藝，污泥質量不錯。添加一定數(shù)量的N、P、K做成復合肥（N、P、K的比為1：0.9：0.4），并直接造粒為污泥顆粒肥。通過在北京市大興縣龐各莊冬小麥田試驗以及在溫室內進行的有油菜和玉米苗期盆栽施肥試驗，均取得可喜的結果。由于是制成顆粒狀污泥肥料，便于運輸和貯存。
（2）衛(wèi)生填埋
　　上海市對污水廠的污泥處置提出“處理一點，填埋一點，利用一點”的原則，上海市水務局正組織對污泥處理、處置和利用的專題研究，提出污泥用作農田、衛(wèi)生填埋和污泥焚燒點的布局和具體的分期實施方案，防止產生二次污染。這無疑是正確的舉措。
　　上海白龍港大型污水廠，正在按衛(wèi)生填埋要求建設污泥填埋場，根據(jù)污泥性質、含水率及力學特性等因素進行設計。填埋廠使用期為七年，填埋場底部設有盲管將滲濾液再回到污水廠處理。此法占地大，運行工作量大，遇雨季污泥更難以壓實，到使用期限后仍需另選場址。對大型污水廠采用污泥衛(wèi)生填埋，是不得已的權宜之計。衛(wèi)生填埋場的造價不低，國外對衛(wèi)生填埋場還要有沼氣安全收集系統(tǒng)，對分層復蓋的泥土和排水、綠化有專門的有要求。鑒于地價上升和填埋場有臭味，近幾年來，無論歐盟國家或美國、日本，污泥衛(wèi)生填埋的比例越來越小，美國已有的填埋場還將逐步關閉。
　　有些城市（如成都市）擬將污水廠污泥運至城市垃圾填埋場一并處置，這存在兩個實際問題：一是管理體制上的問題。垃圾的中轉站和填埋場的布點、設計和投資，屬環(huán)衛(wèi)局管理，而污水廠的污泥屬市政系統(tǒng)管理，設計垃圾填埋場使用年限和布點距離未考慮接納污水廠污泥；二是脫水污泥含水率過高。運往垃圾填埋場的污泥，要求含水率不大于30%，而目前污水廠的脫水污泥含水率在70%~80%，這類污泥不易碾壓填埋，除非將污泥作適當干化或加石灰、絮凝劑處理。無論作何種填埋，污泥宜采取高干度脫水方案。
（3）干化、焚燒
　　國內近幾年在一些大城市已建和正建一批城市垃圾焚燒場。但污水廠的污泥作焚燒處置，只有上海市石洞口污水處理廠（設計規(guī)模為40萬m3/d）設有污泥焚燒爐裝置，設計今年年底投產。焚燒爐采用國外技術在國內制造，污泥的干化和焚燒設備總投資為人民幣8000萬元，費用并不算高。
由于污泥干化和污泥焚燒相結合比單污泥焚燒一次性投資少，處理成本低，故污泥干化往往是焚燒的前處理。北京市清河污水廠二期工程和天津市咸陽路污水廠，擬先建污泥干化裝置。　　污泥干化可使污泥含水率控制在10%~40%，減少了污泥的體積和重量，降低了運輸費和填埋費，而且污泥的臭味大為減少。
　　干化裝置分直接干化和間接干化，其能量消耗與污泥成份和水分有關。間接干化（利用沼氣通過熱交換器）一般推薦用立式干化裝置，并選用流化床工藝。干化與焚燒串聯(lián)工藝中，干化的程度取決于污泥的熱值和回收焚燒爐的熱能，使干化的能量盡量平衡，不另外添加燃料。上海石洞口設計污泥的干化和焚燒，污泥熱值高，能源平衡有余。污泥流化床焚燒爐，溫度在800度以上，爐內有沙粒循環(huán)使用，外排氣體要適當處理。污泥焚燒爐遠比垃圾焚燒爐的工藝簡單得多，且污泥焚燒不會產生二惡英。
　　如脫水污泥與垃圾一并焚燒，國外的經驗是每噸垃圾添加15%~20%含水率為30%的污泥。污泥的干化和焚燒，可能將是一些大城市大型污水處理廠的發(fā)展方向。當然，由于國外對焚燒爐排塵有嚴格的要求，除了采用電除塵，還要降溫加溫，加酸加堿，達到無煙塵的排放。
（4）填埋與焚燒的比較
　　上海和浙江一些單位作過污泥衛(wèi)生填埋及焚燒處置的方案比較。其主要工藝流程為：
原污泥→濃縮→消化→脫水→衛(wèi)生填埋
　 原污泥→濃縮→（消化）→脫水→焚燒→焚燒灰填埋
　　對于焚燒處理工藝，為了避免消化后污泥熱值減少，也可以不作污泥消化處置。上述兩個工藝的經濟性比較結果，無論采用國產設備或進口設備，二者的處置工程費用基本相同。按國產設備對污泥進行處置，運行費用折成污泥干固體，處理總成本約為800元/t。以10000m3/d污水廠產生2噸DS計，每噸污泥處理成本約為0.16元，與國內大型污水處理廠污水處理成本（不計折舊和還貸利息）0.3~0.45元/ m3相比，需增加成本35%~50%，這與國外的實例相當。
　　既然污泥的衛(wèi)生填埋與污泥的焚燒其工程費和運行成本大致相當，那么，從污泥無害化和減量化看，焚燒方案有明顯的優(yōu)點。這亦是國外（特別是西歐和日本）污泥焚燒發(fā)展較快的原因。荷蘭的污泥是100%采用焚燒處置的。焚燒后少量的泥灰可用于混凝土、磚瓦制品、路基路面的骨科和工程建設的回填土。
三、污泥處理和處置應注意的問題
　　1、設計城市污水處理設施時，要把工業(yè)污染源控制、污水處理工藝和污泥的處理和處置，作為一個系統(tǒng)來考慮。上海市對全市大小污水廠的污泥成分、數(shù)量進行分析，在此基礎上，對污泥的處置作全面規(guī)劃，協(xié)調多方關系，落實分期實施方案，這是正確的。不認真處置污水廠的污泥，污水處理是不完整的。
　　2、對污泥的最終處置，我們缺乏經驗，如污泥的干化和焚燒裝置的設計，比污水處理工藝復雜得多，我們應認真學習、引進、消化、吸收國外的技術和經驗，同時要制訂和完善污泥處置有關的法規(guī)和標準。我國一些污水處理廠的污泥消化、沼氣利用裝置，基本上都是引進國外的技術和設備。
　　3、采用多途徑來解決污泥問題。大廠與小廠不一樣，南方與北方亦不一樣。有的地方污泥可與垃圾處置相結合，有的地方污泥可與發(fā)電廠燃煤相結合。對量大面廣的小型污水廠的污泥，要總結農用的經驗。在污泥干化和加熱技術上，還可考慮利用太陽能、微波和濕式氧化等多種方案。有的污泥可與工業(yè)廢水治理中的污泥一并處理。要善于總結各地的經驗和教訓，大力發(fā)展國產化設備，這是一項朝陽產業(yè)。要積極探索適合國情的低成本、無害化、多用途的污泥處理和處置途徑。
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