污水處理廠污泥集中處置工藝比較與途徑選擇[文獻(xiàn)綜述]

1、<p><b>　　文獻(xiàn)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(huì)隨著人口總量的增加而增加。按照一般預(yù)測，中國人口要在2020年至2025年間達(dá)到頂峰，污水量也將在2020年左右達(dá)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(yùn)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(yùn)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(jì)，目前全國處置方式焚燒占6%；堆肥占8%；其余86%進(jìn)行填埋，這是帶引號的“填埋”，事實(shí)上有些是被隨意處置了。污泥處理處置嚴(yán)重滯后于污水處理的現(xiàn)實(shí)，使得已經(jīng)建成投運(yùn)的大批污水處理設(shè)

3、施的環(huán)境效益大打折扣。污泥是污染物，惡臭物質(zhì)、病原體、重金屬、持久性有機(jī)物；污泥也是營養(yǎng)質(zhì)，富含有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀；同時(shí)污泥還是能源物質(zhì)，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(zhuǎn)移，還使污染物進(jìn)一步擴(kuò)散，并且導(dǎo)致營養(yǎng)質(zhì)和能源物質(zhì)的大量流失。城市污水處理廠的大規(guī)模建設(shè)浪潮行將結(jié)束，污泥處理處置才剛剛起步，導(dǎo)致污泥“積壓”成為環(huán)境領(lǐng)域的重大問題之一。西方國家基本是處理污水的同時(shí)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(shù)路線是制約污泥問題解決的關(guān)鍵點(diǎn)。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(shù)必須予以充分的重視，因?yàn)槟芊窠鉀Q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(shù)進(jìn)步,在很大程度上取決于污泥處理和利用技術(shù)的進(jìn)步，為了解決這一問題有必要加強(qiáng)污泥處理與利用的研究。而在污泥處

5、理技術(shù)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(guān)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(zhì)。由于污泥是一種有潛在危險(xiǎn)的物質(zhì)，如其含水率一般在80%以上，具有很強(qiáng)的流動(dòng)性；濕污泥中含有各種各樣的細(xì)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(zhì)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(jī)濃

7、縮和轉(zhuǎn)鼓濃縮機(jī)濃縮等。 </p><p>　?。?）重力濃縮 本質(zhì)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(fù)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?xì)飧　⒄婵諝飧?、化學(xué)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(yīng)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(yīng)用，渦凹?xì)飧」に囋谖勰酀饪s中的應(yīng)用正在摸索中，其它幾種氣浮在污泥濃縮中的應(yīng)用尚未見報(bào)道。 （3）離心濃縮 離心濃縮工藝的動(dòng)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(shí)，一般不需加入絮凝劑調(diào)質(zhì)，只有當(dāng)需要濃縮污泥

9、含固率大于6％時(shí)，才加入少量絮凝劑。而離心脫水機(jī)要求必須加入絮凝劑進(jìn)行調(diào)質(zhì)。 離心濃縮占地小，不會(huì)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(jià)低，但運(yùn)行費(fèi)用的機(jī)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(yùn)輸和使用，需要進(jìn)一步脫水干化處理，其主要方法有自然蒸發(fā)法和機(jī)械脫水法兩種。污泥干化技術(shù)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(yīng)用最廣泛也是最成熟的是熱干化技術(shù) .根據(jù)熱介質(zhì)與污泥的接觸方式可將熱干化技術(shù)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(shè)備提供熱風(fēng)和煙氣, 污泥與熱風(fēng)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(shù)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(zhì)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(shí), 熱介質(zhì)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(yīng)的是間接干化法, 由加熱設(shè)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(dá)10%-20%，體積仍較大，通過

12、焚燒可將污泥中水分和有機(jī)雜質(zhì)完全去除．并殺滅病原微生物。有些污泥含有有毒物質(zhì)而不宜作農(nóng)肥，或因其他原因使污泥難以利用時(shí)，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(shù)可以使污泥達(dá)到很好的減量效果，同時(shí)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(yù)處理使污泥含水率降低后才能進(jìn)行焚燒。除了污泥單獨(dú)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(dá)到了節(jié)約能源的目的［8］但同時(shí)，在焚燒技術(shù)的應(yīng)用中，不可避免會(huì)產(chǎn)生焚燒煙氣，因此在應(yīng)用中應(yīng)配套相應(yīng)的控制手段，以減少環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，提高焚燒設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性［9］。</p><p>　　污泥建材綜合利用 是指污泥的無機(jī)化處理，用于制作水泥添加料、制磚、制輕質(zhì)骨料和路基材料等。污泥建筑材料利用應(yīng)符合國家和地方的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，并嚴(yán)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(jià)格卻不高，并沒有資源化價(jià)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(shí)，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(dá)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(yàn)進(jìn)行建設(shè)。與其它污泥處置方案相比，污泥的填埋處置具有投資低、運(yùn)行成本低、管理操作方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，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(jī)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(zhì)，脂肪等形式存在的高能量有機(jī)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(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿友趸锏耐瑫r(shí)，還改善了污泥的脫水性質(zhì)，減少了污泥中病原菌和產(chǎn)生異味物質(zhì)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(jī)物分解的過程，在這個(gè)過程中，微生物將各種復(fù)雜的高分子有機(jī)物轉(zhuǎn)換為簡單的有機(jī)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(yùn)行時(shí)將不經(jīng)預(yù)熱的污泥直接送入消化池內(nèi)，利用產(chǎn)生的沼氣攪動(dòng)污泥，消化池負(fù)荷小于0.9kg/m3.d，適應(yīng)溫度為30-36,污泥進(jìn)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(jìn)料時(shí)一并排出。</p><p>　　②高負(fù)荷消化：符合可達(dá)5.3kg/m3.d，污泥的進(jìn)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€(gè)消化池中進(jìn)行，污泥先在設(shè)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(yīng)后，將排出的污泥送入第二級消化池。第二級消化池不設(shè)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(shí)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(fù)及改良,園林綠化建設(shè),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(jī)物質(zhì)可明顯改善土壤的結(jié)構(gòu)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(zhì)。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(diǎn)

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(huì)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(xì)胞原生質(zhì)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(yùn)行管理方便基建費(fèi)用低、最終

21、產(chǎn)物無臭，以及上清夜BOD5濃度低等優(yōu)點(diǎn)。原理：在不投加其他底物的條件下，對污泥進(jìn)行較長時(shí)間的曝氣，使污泥中的微生物處于內(nèi)源呼吸階段進(jìn)行自身氧化，并以此來獲得能量。在污泥好氧消化過程中，細(xì)胞物質(zhì)中可生物降解的組分被逐漸氧化成CO2、H2O、CH4和NH3，NH3再進(jìn)一步被氧化成硝酸根離子。</p><p>　?、賯鹘y(tǒng)污泥好氧消化工藝：主要是通過曝氣，使微生物在進(jìn)入內(nèi)源呼吸期后進(jìn)行自身氧化，從而使污泥減量。這種工藝

22、具有設(shè)計(jì)簡單、運(yùn)行操作簡便、基建費(fèi)用低等特點(diǎn)。其消化池構(gòu)造及設(shè)備與傳統(tǒng)的活性污泥法相似，但污泥的停留時(shí)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(yīng)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(shí)反應(yīng)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(zhuǎn)移設(shè)備，以減少蒸發(fā)熱損失，有時(shí)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幚砉に嚕⒔Y(jié)合了兩種消化工藝的優(yōu)點(diǎn)，在提高污泥消化能力和對病原菌去除能力的同時(shí)還可以回收生物能。該工藝將快速產(chǎn)酸反應(yīng)階段和較慢產(chǎn)甲烷反應(yīng)階段，分別在不同的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，有效地提高了兩段的反應(yīng)速率，同時(shí)，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(jìn)一步減少了能源的費(fèi)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(fù)及改良,園林綠化建設(shè),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(jī)污染物等有害成分,直接利用會(huì)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(dá)到一定要求后方能施用[1]。用于土地改良時(shí)的泥質(zhì)應(yīng)符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置　土地改良泥質(zhì)》（CJ/T 291）的規(guī)定；用

25、于園林綠化時(shí)的泥質(zhì)應(yīng)滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置　園林綠化用泥質(zhì)》(CJ248)的規(guī)定；污泥農(nóng)用時(shí)必須達(dá)到《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB4284）等國家和地方現(xiàn)行的有關(guān)農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)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(jià)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評估，并經(jīng)有關(guān)部門審批后方可實(shí)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(jié)合的特性，采用機(jī)械方法脫除具有一定的限制，污泥中的有機(jī)質(zhì)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(jī)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(zhì)，其處置難度和成本仍然較高，因此有必要進(jìn)一步減量。此時(shí)，在自然風(fēng)干之外，只有通過輸入熱量形成蒸發(fā)，才能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模減量。采用熱量進(jìn)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(shí)，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(dá)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(yàn)進(jìn)行建設(shè)。與其它污泥處置方案相比，污泥的填埋處置具有投資低、運(yùn)行成本低、管理操作方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，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(jié)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(dāng)將有甲烷排出?！吧钐睢甭肪€ ：污泥中營養(yǎng)質(zhì)無法利用（但沒破壞）；清潔能源難以利用；難以實(shí)現(xiàn)低碳排放?！案煞佟甭肪€ ：營養(yǎng)質(zhì)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(shí)現(xiàn)低碳排放。

29、“厭土”路線 ：沒有機(jī)會(huì)成本，可以考慮成為國家的主要技術(shù)路線。</p><p>　　各種方法都有其利與弊，應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)特點(diǎn)選擇工藝。</p><p>　　污泥處理處置需要政府投入和建立收費(fèi)體系來支撐的公益事業(yè)，應(yīng)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(gè)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(zhì)，以實(shí)現(xiàn)其資源價(jià)值。根據(jù)地方的實(shí)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(yīng)將污水處理與污泥處理處置作為一個(gè)完整的系統(tǒng)進(jìn)行全面評價(jià)，以從整體上保證工藝的優(yōu)化，合理和經(jīng)濟(jì)性。</p><p><b>　　4.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]彭琦，孫志堅(jiān).國內(nèi)污泥處理與綜合利用現(xiàn)狀[J].2008,43(3):32-33.</p><p&

31、gt;　　[2]何培松，張繼榮，陳玲，等.城市污泥的特性研究與再利用前景分析[J].生態(tài)學(xué)雜志，2004,23(3)：131 -136.</p><p>　　[3]李劍峰. 循環(huán)流化床鍋爐在煤礦電廠應(yīng)用前景好[J]. 煤礦械,2006,37(5):12-14.</p><p>　　[4]楊小文，杜英豪.國外污泥干化技術(shù)進(jìn)展[J].給水排水，2002,35（2）18-20.</p>

32、;<p>　　[5]王璠，柯尊忠，田秀敏.城市污泥干化技術(shù)研究[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)創(chuàng)新，2003，,37（2）：19-21.</p><p>　　[6]楊小文, 杜英豪. 國外污泥干化技術(shù)進(jìn)展[J]. 給水排水,2002,38(2):25-27.</p><p>　　[7]傅劍敏，徐江鋒，戴海潤，等.污泥焚燒工藝研究與進(jìn)展［J］.能源與環(huán)境，2009，5 (6)：74-75，

33、90.</p><p>　　[8]王濤.廢舊熒光燈的回收利用及處理處置[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè),2005，52（3）:11-13.</p><p>　　[9]劉志全，宋秀杰.固體廢棄物處理處置技術(shù)設(shè)備的發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化方向[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè),1999,11(4):19-21.</p><p>　　[10]王亞偉，關(guān)聯(lián)欣，田若濤，郭媚蘭.城市污水污泥資源化的有效途徑[J].

34、科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，1996，13（5）:18-22.</p><p>　　[11]任宏英.北京市城市污水廠污泥利用途徑的研究[D]北京工業(yè)大學(xué)，2003,15(7):17-19.</p><p>　　[12]劉慶余，蔡曉冬.污水污泥的厭氧消化研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，1995，16（3）：27-29.</p><p>　　[13]李曉娟.城市污水處理廠污泥氧化處理

35、的研究[D]天津大學(xué),2005. 19（9）：35-38.</p><p>　　[14]譚鐵鵬.污水污泥的高、中、低溫厭氧發(fā)酵介紹[J].云南化工，1995，57（11）：34-36.</p><p>　　[15]王成新， 王格芳. 江蘇省城市污水處理存在問題及對策分析[J]. 國土與自然資源研究 , 2005,11(2) ：36-39.</p><p>　　[16

36、]王國華, 張辰, 孫曉. 《上海市污泥處理處置專項(xiàng)規(guī)劃》介紹[J]. 給水排水，2005,21（7）:51-52. </p><p>　　[17]呂吉華.城市污水廠污泥好氧堆肥技術(shù)研究[D].貴州大學(xué),2007 ,22(1) ：51-52.</p><p>　　[18]宋玉棟, 胡洪營. 自熱式高溫好氧消化技術(shù)用于污泥處理[J]. 中國給水排水，2005,35(6):31-37.<