市政污泥处理和处置技术探讨

关键词：市政污泥；污泥处理；浓缩工艺；稳定化处理；干化处理 

　　市政污泥是处理生活污水时所产生的沉淀、悬浮及颗粒物。随着我国经济的快速发展，污水处理市场已由投资建设转入运营完善阶段，污泥的处理问题也日渐凸显。目前，我国80%的市政污泥未得到妥善处理。预计到2015年末，我国脱水污泥年产量将超过2600万吨。如何妥善处理污泥，实现其稳定化、无害化、减量化和资源化，已成为社会广泛关注的课题。本文针对近年来国内外较为成熟的污泥处理和处置技术进行介绍，对设计工作中污泥处理、处置工艺和方法的选择具有参考意义。 

　　1 污泥处理工艺探讨 

　　污泥是污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒和胶体等组成的复杂非均质体。污泥含水率高（>98%），有机物含量高，容易腐化发臭。典型的污泥处理工艺流程包括浓缩、稳定化处理、干化和污泥处理四个阶段。 

　　1.1 浓缩工艺 

　　污泥水分主要包含表面粘附水、间隙水、毛细结合水和内部水四类。污泥浓缩的目的是去除其中的自由水和间隙水，方法主要有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩三种，此外还有带式重力浓缩、微孔浓缩、隔膜浓缩和生物浮选浓缩等。重力浓缩是最节能的污泥浓缩方法，不需外加能量，利用污泥自身重力自然沉降分离；气浮浓缩是依靠附着在污泥颗粒周围的微气泡减轻比重，使其强制上浮，达到浓缩目的；离心浓缩与带式重力浓缩均属于机械浓缩。经浓缩后污泥含水率可降至95%左右。 

　　1.2 稳定化处理工艺 

　　稳定化处理旨在降解污泥中易腐败发臭的有机营养物，进一步减少污泥含水量，降低病原菌、细菌含量，消除臭味。稳定化处理方法主要有厌氧、好氧和好氧堆肥三种。 

　　厌氧消化是我国普遍采用的污泥处理工艺，占污泥稳定化处理技术的38.04%。在无氧条件下，兼性菌与厌氧菌共同作用，将污泥中的有机物通过水解酸化、乙酸化和甲烷化三个阶段分解为甲烷（占60%～70%）、二氧化碳及少量的氮硫化物和硫化氢（占25%～40%）等气体的过程，如式（1）和式（2）所示。分解乙酸产生的甲烷约占总量的2/3，由CO2和H2转化的甲烷约占量的1/3。 

　　好氧消化技术占污泥稳定化处理技术的2.81%，在微生物的内源代谢过程中，细胞组织在好氧条件下将自身原生质分解为二氧化碳、水、氨氮和硝基氮等小分子物质，反应过程如式（3）所示。 

　　好氧堆肥是在有氧条件下，由好氧菌对部分有机物进行分解以合成新细胞质的稳定过程，其工艺流程分为前处理、主发酵、后发酵、后处理及贮存五个阶段。 

　　1.3 干化工艺 

　　污泥干化是利用热能去除脱水污泥水分的过程。根据热源不同，可分为自然干化与热干化两类。自然干化利用太阳能进行脱水。热干化采用的热源按成本由低到高依次为烟气、燃煤、热干气、沼气、蒸汽、燃油和天然气。按热媒与污泥的接触方式可将热干化法分为直接接触加热、间接传导加热及联合加热三种，采用的设备主要有转鼓式、转盘式、带式、螺旋式和离心式干化机。污泥干化过程中要注意污泥粘结问题、尾气处理问题，粘结问题采用干料返混措施可得到减轻。尾气循环回用不仅可降低系统的氧气含量，提高运行安全性能，还可回收热量，降低能耗。尾气需经过除尘、冷凝、水洗、热氧化后排放。 

　　1.4 污泥处理新工艺 

　　除上述常规技术外，国内外还研发出多种新型高效污泥处理工艺，如熔化、两相消化、制油、超声波处理等，可对污泥进行深加工，以实现污泥的资源化利用。 

　　1.4.1 熔化。污泥处理厂的脱水滤饼经干燥粉碎后，送入1300℃～1500℃的熔化炉中进行燃烧，燃后烟气用于加热新空气和循环蒸汽，熔融炉渣用于建筑材料。污泥熔点取决于灰组分，重要指标为CaO/SiO2比。满足污泥熔化条件的炉子主要有底焦熔化炉、表面熔化炉和旋转熔化炉三种。 

　　1.4.2 两相消化。传统厌氧消化工艺需依次经过发酵、产氢产乙酸和产甲烷三类菌群。后两者属共生互营菌，划为一相称产甲烷菌，发酵菌称为产酸菌。两类菌种特性差异较大，对环境要求迥异，无法同时处于最佳生态环境中。两相消化即将两类菌分别置于串联的两个反应器中单独进行消化，大大提高处理效率。 

　　1.4.3 制油。利用污泥中大量有机物及营养元素可取油产品。污泥制油有低温热解油化和直接热化学液化两种技术。前者由Bayer等提出，常压下可将含水率5%以下的干燥污泥转化为油、反应水、不凝性气体和炭四种物质。后者污泥无需干燥，热解反应直接在水中进行，有机物经分解、缩合、脱氢、环化转化成低分子油状物，用萃取剂即可分离收集，此方法成为未来污泥制油的发展趋势。 

　　1.4.4 超声波处理。超声波处理即利用超声波能量在液体污泥中形成气泡，依靠气泡破灭形成高温高压环境并产生剪切力，从而破坏菌胶团结构，提高污泥的脱水性能，为后续工艺提供有利条件。超声波处理的主要影响因素有声波频率、声强或声密度及作用时间等。德国污泥处理运行实践表明，超声波技术可使污泥质量、体积减少20%，沼气产率提高20%～25%，环境、经济效益良好。 

　　2 污泥处置方式探讨 

　　污泥处置是处理后污泥的最终消纳方式，主要包括卫生填埋、土地及农田利用、焚烧和综合利用四个方面。目前，75%的污泥采用土地填埋，其次为土地利用，而最有发展潜力的焚烧仅占3%。 

　　填埋操作简单，经济可行，是我国采用最多的污泥处置方式，因不能满足资源化利用要求，在国外填埋污泥比例逐年下降。污泥可单独填满，也可与生活垃圾混合后填埋，考虑到占用土地及对环境污染等因素，已逐渐被 　　淘汰。 

　　污泥中含有丰富的氮、磷等营养物质及各种微量元素，可改善土壤特性，进行稳定无害化处理并满足《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》标准要求后，依据当地土壤特性及植物习性，确定试用范围、施用量及期限后方可被用于土地及农田。在利用过程中应严格控制重金属含量，防止重金属通过食物链影响身体健康。 

　　焚烧是污泥处置技术中对污泥稳定化、无害化、减量化处理最为彻底的方式。在高温、有氧条件下，通过蒸发、挥发、分解、烧结、熔融以及氧化还原反应，将污泥中的有机成分分解为CO2、H2O、N2等气相成分。该方法可杀死一切病原体，彻底解决污泥恶臭问题。污泥可独立焚烧，也可与生活垃圾、水泥原料、煤以及生物质掺混燃烧。屈会格等研究煤与污泥掺混燃烧特性时发现，掺混燃烧使煤的着火与燃尽时间提前，综合燃烧特性降低。尹龙晓等发现，秸秆中挥发分的大量析出及燃烧提高了掺混燃烧的稳定性及燃尽能力，当秸秆掺混比例为20%时可满足热值指标要求。 

　　污泥的综合利用主要包括制砖、生产水泥、制陶粒和制熔融材料等。污泥制砖可采用干化污泥和污泥灰渣两种原料，其中灰渣成分与黏土砖更为接近，在制造过程中仅需添加适量黏土与硅砂即可。污泥作为粘结剂可将无烟粉煤加工为型煤，不仅改善了常规型煤的内部孔结构，而且还提高了型煤的气化反应性。 

　　3 结语 

　　随着人口的增长和经济的发展，污泥产量逐年增加，污泥处理问题提上日程。如何合理有效地对污泥进行资源化利用，在消除二次污染问题的同时，减少一次能源的消耗，成为各国关注的焦点。作为高速发展的发展中国家，应寻求适合当下国情的污泥处理办法，并不断探索污泥处理新工艺。 

　　参考文献 

　　[1]万耀强，冯书岗.我国城市污水处理厂污泥处理现状及其研究进展[J].河南建材，2007，（3）：56-57. 

　　[2]许晓萍.我国市政污泥处理现状与发展探析[J].江西化工，2010，（3）：24-32. 

　　[3]俞珏瑾.污泥干化焚烧处理工艺和设计要点[J].中国市政工程，2009，（3）：64-66. 

　　[4]杨小文.国外污泥干化技术进展[J].给水排水，2002，28（12）：35-36. 

　　[5]张希衡.废水厌氧生物处理工程[M].北京：中国环境科学出版社，1996. 

　　[6]BridleTR. Control of heavy metals and organochlorinesusing the oil from sewage process[J]. Water Science andTechnology， 1900， 22（12）： 249-258. 

　　[7]李兆辉， 王晓. 超声波处理城市污泥的研究进展[J].环境科学，2010，23（4）：69-72. 

　　[8]刘彩，高静，王宝霞.浅谈超声波剩余污泥减量化技术[A].全国城镇污水处理及污泥处理处置技术高级研讨会论文集[C]，2009：705-708. 

　　[9]Fytili D， Zabaniotou A.Utilization of sewage sludgein EU application of old and new methods-A review[J].Renewable & Sustainable Energy Reviews， 2008，12（1）： 116-140. 

　　[10]屈会格，周昊，孔俊俊，等.煤与污泥混合物燃烧特性与动力学研究[J].电站系统工程，2013，29（1）：1-3. 

　　[11]尹龙晓，周兴求，伍健东，等.污泥与秸秆掺烧的燃烧特性研究及应用[J].可再生能源，2013，31（1）：71-75. 

　　[12]王菲，杨国录.城市污泥资源化利用现状及发展探讨[J].南水北调与水利科技，2013，11（2）：34-38. 

　　[13]余杰，田宁宁，王凯军，等.国城市污水处理厂污泥处理、处置问题探讨分析[J].环境工程学报，2007，1（1）：82-86. 

　　[14]刘磊.城市污水处理厂污泥综合利用方式[J].山西建 筑，2010，36（22）：215-216.