污(wu)(wu)水處理廠每天都會(hui)產生大量(liang)的(de)污(wu)(wu)泥，研究(jiu)表(biao)明(ming)，污(wu)(wu)泥中含有(you)(you)(you)銅、鋅、鉻、汞(gong)等重金(jin)屬、鹽類等難降解的(de)有(you)(you)(you)毒(du)有(you)(you)(you)害物(wu)(wu)質(zhi)，以(yi)及持久(jiu)性(xing)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)污(wu)(wu)染物(wu)(wu)、環(huan)(huan)境(jing)持久(jiu)性(xing)制藥污(wu)(wu)染物(wu)(wu)、多環(huan)(huan)芳烴、揮發性(xing)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)化合物(wu)(wu)、環(huan)(huan)境(jing)外來物(wu)(wu)質(zhi)等，此外污(wu)(wu)泥中還含有(you)(you)(you)大量(liang)的(de)寄生蟲(chong)卵、病(bing)原微生物(wu)(wu)、病(bing)毒(du)。
目前全國污(wu)泥處理(li)(li)處置(zhi)規模(mo)巨(ju)大(da)，但安全處置(zhi)率低。對(dui)我國的環境存在巨(ju)大(da)的威脅。那么如何對(dui)污(wu)泥進行處理(li)(li)處置(zhi)呢?
在(zai)說污泥(ni)處(chu)(chu)理(li)(li)處(chu)(chu)置(zhi)技(ji)術之前，先來了解一(yi)下污泥(ni)處(chu)(chu)理(li)(li)和(he)處(chu)(chu)置(zhi)的(de)含(han)義(yi)：
污泥處理(sludge handling or sludge treatment)：污泥經單元工藝組合(he)處理, 達到“減(jian)量化、穩定化、無害化”目的(de)的(de)全過(guo)程。
污泥處置(sludge disposal)：處理后(hou)的(de)污泥,棄(qi)置于自(zi)然環境(jing)中(地(di)面、地(di)下、水中)或再利用(yong), 能夠達到長期穩定并對生態(tai)環境(jing)無不良影響的(de)最終消納方式(shi)。
一、污泥基礎知識
1、類型
原污(wu)(wu)泥(rawsludge)：未經污(wu)(wu)泥處(chu)理(li)的初沉淀污(wu)(wu)泥。二沉剩余(yu)污(wu)(wu)泥或(huo)兩(liang)者(zhe)的混合(he)污(wu)(wu)泥。
初(chu)(chu)沉污泥(primarysludge)：從初(chu)(chu)沉淀池排出的沉淀物。
二(er)沉污泥(secondeysludge)：從(cong)二(er)次沉淀池(chi)(或沉淀區)排(pai)出的沉淀物。
活(huo)性(xing)污泥(activatedsludge)：曝氣池中繁殖(zhi)的含(han)有各(ge)種(zhong)好氧微生物群體(ti)(ti)的絮(xu)狀(zhuang)體(ti)(ti)。
消化(hua)污泥(ni)(digestedsludge)：經過好氧(yang)消化(hua)或(huo)厭氧(yang)消化(hua)的污泥(ni)，所含有機物質濃度有一定(ding)程(cheng)度的降低(di)，并趨于穩定(ding)。
回流污泥(returnedsludge)：由二次沉(chen)(chen)淀(或沉(chen)(chen)淀區)分離(li)出來(lai)，回流到曝氣池的活性(xing)污泥。
剩(sheng)余污泥(ni)(ni)(excessactivatedsludge)：活(huo)性(xing)污泥(ni)(ni)系(xi)統中從二次沉(chen)淀池(或沉(chen)淀區)排出(chu)系(xi)統外的活(huo)性(xing)污泥(ni)(ni)。
污泥氣(qi)(sludgegas)：在污泥厭氧消化時，有物分(fen)解所產生(sheng)的(de)氣(qi)體(ti)，主要成分(fen)為甲烷和二氧化碳，并有少量(liang)的(de)氫(qing)、氮和硫化氫(qing)。俗稱沼氣(qi)。
2、污泥處理類型
污泥(ni)消化 (sludge digestion)：在氧或無氧的(de)條件下(xia)，利用微生(sheng)物(wu)(wu)的(de)作用，使污泥(ni)中的(de)有機物(wu)(wu)轉(zhuan)化為較穩定物(wu)(wu)質的(de)過程(cheng)。
好氧(yang)消化(aerobic sigestion)：污(wu)泥經過較長時間的曝氣，其中一(yi)部分有機物(wu)(wu)由(you)好氧(yang)微生物(wu)(wu)進行降解和(he)穩定(ding)的過程。
厭氧(yang)消化(hua)(anaerobic digestion):在無氧(yang)條件下，污泥中的有機物由厭氧(yang)微生物進行降解和(he)穩定的過程。
中溫(wen)消化(hua)(mesophilic digestion)：污(wu)泥在溫(wen)度為33-53℃時進行(xing)的(de)厭(yan)氧(yang)消化(hua)工藝(yi)。
高溫(wen)消化(thermophilic digestion)：污(wu)泥在溫(wen)度為(wei)53-330℃進行的厭氧消化工藝。
污泥(ni)濃縮(sludge thickening):采用重力或氣浮法降(jiang)低(di)污泥(ni)含水量，使污泥(ni)稠化的過(guo)程。
污(wu)(wu)泥(ni)淘洗(elutriation of sludge):改善污(wu)(wu)泥(ni)脫水(shui)性能的(de)一種污(wu)(wu)泥(ni)預處理(li)方法。用清水(shui)或廢水(shui)淘洗污(wu)(wu)泥(ni)，降低(di)消化污(wu)(wu)泥(ni)堿(jian)度(du)，節省污(wu)(wu)泥(ni)處理(li)投藥量，提高污(wu)(wu)泥(ni)過(guo)濾脫水(shui)效率。
污泥脫水(sludge dewatering):對濃縮(suo)污泥進一步去除一部分含(han)水量的過(guo)程(cheng)，一般(ban)指機械脫水。
污(wu)泥真空過(guo)濾(lv)(sludge vacuum filtration):利用真空使過(guo)濾(lv)介質(zhi)一側減壓，造(zao)成介質(zhi)兩側壓差，將污(wu)泥水強制濾(lv)過(guo)介質(zhi)的污(wu)泥脫水方法。
污泥壓濾(lv)(sludge pressure filtration):采用(yong)正壓過(guo)濾(lv)，使(shi)污泥水強制濾(lv)過(guo)介質的污泥脫(tuo)水方法(fa)。
污(wu)泥干(gan)化(sludge drying):通過滲濾或蒸發(fa)等作用(yong)，從(cong)污(wu)泥中(zhong)去(qu)除大部(bu)分含水量的過程，一般指采(cai)用(yong)污(wu)泥干(gan)化場(床)等自蒸發(fa)設施或采(cai)用(yong)蒸汽、煙氣、熱油等熱源的干(gan)化設施。
污泥(ni)焚燒(shao)(sludge incineration)：污泥(ni)處(chu)置的一(yi)種(zhong)工(gong)藝。它利用焚燒(shao)爐(lu)將脫水污泥(ni)加溫(wen)干(gan)燥(zao)，再用高溫(wen)氧化污泥(ni)中的有機物，使(shi)污泥(ni)成為少量灰燼。
二、污泥分類
三、污泥處理新技術
1、沉淀污泥生物處理系統
該(gai)技術創新(xin)采用(yong)污(wu)(wu)泥洗滌工藝(yi)，首先洗出污(wu)(wu)泥中(zhong)有(you)機物質(zhi)，分離無機物質(zhi)污(wu)(wu)泥土，再將(jiang)有(you)機污(wu)(wu)泥濃(nong)縮進行高(gao)溫厭氧消化處理。
優點：
沉淀(dian)污泥(ni)經過洗(xi)(xi)滌(di)洗(xi)(xi)出污泥(ni)中一(yi)半(ban)固(gu)體無(wu)機污泥(ni)土，減少了(le)一(yi)半(ban)生物處(chu)理(li)(li)量(liang)，節省工程投(tou)資(zi)和處(chu)理(li)(li)費用;單獨處(chu)理(li)(li)有機污泥(ni)，去除了(le)無(wu)機污泥(ni)土在反(fan)應器中的(de)沉淀(dian)，減少了(le)設(she)備磨損和反(fan)應器的(de)維護;沉淀(dian)污泥(ni)經過洗(xi)(xi)滌(di)洗(xi)(xi)出污泥(ni)中大部分容易沉淀(dian)的(de)重(zhong)金(jin)屬(shu)和無(wu)機污泥(ni)土，提高(gao)(gao)了(le)有機肥(fei)的(de)品質;洗(xi)(xi)滌(di)出的(de)污泥(ni)土還可生產路面彩磚(zhuan)(zhuan)、透水磚(zhuan)(zhuan)。其他(ta)創(chuang)新工藝：超高(gao)(gao)溫厭氧消化、多級(ji)厭氧消化、沼(zhao)渣漂浮等，污泥(ni)生物處(chu)理(li)(li)速度提高(gao)(gao)了(le)幾倍和沼(zhao)氣產量(liang)提高(gao)(gao)20%以上(shang)。
目前國內(nei)外現有污泥處理技術(shu)還(huan)沒有能夠達到免費處理、處置(zhi)污泥的(de)水平。
2、石灰投加技術
脫水后的(de)污泥(ni)進入料(liao)斗，料(liao)斗中加入石灰和(he)氨基璜酸(suan)(suan)，石灰投量為濕泥(ni)量的(de)10%一15%，氨基璜酸(suan)(suan)的(de)投量約為石灰投量的(de)1%。由于(yu)氨基璜酸(suan)(suan)在反(fan)(fan)應過(guo)程中產生氨氣，增強(qiang)了整個工(gong)藝的(de)殺菌(jun)效果，降(jiang)低了反(fan)(fan)應溫(wen)度。
污(wu)泥、生石灰(hui)和氨基(ji)璜酸在料(liao)(liao)斗中攪拌后(hou)，由(you)雙螺旋進(jin)料(liao)(liao)機(ji)推(tui)入柱塞泵進(jin)料(liao)(liao)口，通過(guo)柱塞泵送(song)入反應器，在70℃下停留30 min，輸出的產品(pin)可達到美國EPA PART503 CLASS A標(biao)準。反應后(hou)的污(wu)泥泵送(song)至料(liao)(liao)倉，密(mi)封(feng)容器中產生的氣體經洗滌塔處理后(hou)排放。
該工藝的特點：
pH>12，延續時間(jian)(jian)長，殺菌徹底;高(gao)pH使大(da)部分金(jin)屬(shu)離子沉(chen)淀，降低了其可(ke)溶性和活躍(yue)程(cheng)度;污泥的(de)含固率可(ke)提高(gao)至30%;去(qu)除了污泥中的(de)臭氣，系統全(quan)密封，無(wu)環境(jing)污染;系統全(quan)自動，操作維(wei)護簡單：加入少量(liang)氨基璜酸(suan)，減少了石(shi)灰(hui)用量(liang)和反應時間(jian)(jian)，降低了運(yun)行成本(ben)。3、污泥碳化技(ji)術(shu)
所(suo)謂污(wu)泥(ni)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)，就是通過一定的(de)(de)手(shou)段，使污(wu)泥(ni)中(zhong)的(de)(de)水(shui)分釋(shi)放(fang)出來，同時又最(zui)大限度地保留污(wu)泥(ni)中(zhong)的(de)(de)碳(tan)(tan)(tan)值(zhi)，使最(zui)終產物(wu)中(zhong)的(de)(de)碳(tan)(tan)(tan)含量大幅提(ti)高的(de)(de)過程(cheng)(Sludge Carbonization o在世界范圍內，污(wu)泥(ni)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)主要分為3種。
(1)高溫碳化
碳(tan)(tan)化時不加壓(ya)，溫度為649—982℃。先將污泥干化至(zhi)含水率約(yue)30%，然后進入碳(tan)(tan)化爐高溫碳(tan)(tan)化造粒(li)。碳(tan)(tan)化顆粒(li)可以作為低級燃料使用，其熱值約(yue)為8 360—12 540 kJ/kg(日(ri)本或美國)。
技(ji)(ji)術(shu)上(shang)較為成(cheng)熟的(de)公司包括日本的(de)荏原、三菱重(zhong)工(gong)、巴工(gong)業以及(ji)美國的(de)IES等。該技(ji)(ji)術(shu)可以實現污泥(ni)(ni)的(de)減量化(hua)和資源化(hua)，但由(you)于其(qi)技(ji)(ji)術(shu)復雜，運行(xing)成(cheng)本高，產(chan)品中的(de)熱值含量低，目(mu)前尚未有(you)大規(gui)模地應用，最(zui)大規(gui)模的(de)為30刪濕污泥(ni)(ni)。
(2)中溫碳化
碳(tan)(tan)化(hua)時不加壓(ya)，溫度為426—537℃。先將(jiang)污泥干化(hua)至含水(shui)率約90%，然后進入碳(tan)(tan)化(hua)爐分解(jie)。工(gong)藝中產生油(you)、反應(ying)水(shui)(蒸汽冷(leng)凝(ning)水(shui))、沼氣(未冷(leng)凝(ning)的(de)空(kong)氣)和(he)固體碳(tan)(tan)化(hua)物。該(gai)技術的(de)代表為澳大利亞ESI公(gong)(gong)司。該(gai)公(gong)(gong)司在澳洲建設了(le)1座100t/d的(de)處(chu)理(li)廠。
該技(ji)術(shu)可(ke)以(yi)實現污泥(ni)(ni)的(de)(de)減量(liang)化(hua)(hua)和資(zi)源化(hua)(hua)，但由于(yu)(yu)污泥(ni)(ni)最(zui)終的(de)(de)產物過于(yu)(yu)多樣化(hua)(hua)，利(li)用十分困難。另外，該技(ji)術(shu)是在(zai)干化(hua)(hua)后對污泥(ni)(ni)實行碳化(hua)(hua)，其經濟效益不明顯，除(chu)澳洲(zhou)一(yi)家處理(li)廠外，目前尚無其他潛在(zai)的(de)(de)用戶。
(3)低溫碳化
碳(tan)化前(qian)無(wu)需(xu)干化，碳(tan)化時加壓至6~8 MPa，碳(tan)化溫度為(wei)(wei)315℃，碳(tan)化后(hou)的污(wu)泥(ni)成(cheng)液(ye)態(tai)，脫(tuo)水(shui)(shui)后(hou)的含(han)水(shui)(shui)率50%以下，經干化造粒后(hou)可作為(wei)(wei)低級燃料使用，其(qi)熱值約為(wei)(wei)15 048～20 482 kJ/kg(美國(guo))。
該技術通過(guo)(guo)加溫加壓使得污(wu)(wu)泥(ni)(ni)中(zhong)的(de)(de)(de)生物質全部(bu)裂(lie)解(jie)(jie)，僅通過(guo)(guo)機械方法即(ji)可將(jiang)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)中(zhong)75%的(de)(de)(de)水(shui)分脫(tuo)除，極大地節(jie)省(sheng)了運行中(zhong)的(de)(de)(de)能源(yuan)(yuan)消耗。污(wu)(wu)泥(ni)(ni)全部(bu)裂(lie)解(jie)(jie)保(bao)證(zheng)了污(wu)(wu)泥(ni)(ni)的(de)(de)(de)徹底穩(wen)定(ding)。污(wu)(wu)泥(ni)(ni)碳化過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)保(bao)留(liu)了絕大部(bu)分污(wu)(wu)泥(ni)(ni)中(zhong)熱值，為(wei)裂(lie)解(jie)(jie)后的(de)(de)(de)能源(yuan)(yuan)再利用創造了條件14t。
污(wu)泥(ni)(ni)水(shui)(shui)解(jie)熱干(gan)化(hua)技(ji)術污(wu)泥(ni)(ni)水(shui)(shui)熱干(gan)化(hua)技(ji)術通過將污(wu)泥(ni)(ni)加熱，在一定(ding)溫度和(he)壓力下使(shi)污(wu)泥(ni)(ni)中的(de)粘性有機(ji)物水(shui)(shui)解(jie)，破(po)壞污(wu)泥(ni)(ni)的(de)膠(jiao)體結構，可(ke)以(yi)同時改善脫(tuo)水(shui)(shui)性能和(he)厭(yan)氧(yang)消化(hua)性能。
隨水熱反應溫(wen)度和壓(ya)力的(de)增(zeng)加，顆(ke)粒碰撞增(zeng)大，顆(ke)粒間的(de)碰撞導致了膠體結構的(de)破壞，使束縛水和固體顆(ke)粒分離。
經過水熱處理的污(wu)泥在(zai)不添(tian)加(jia)絮凝劑(ji)的情況下機械(xie)脫(tuo)水的含水率(lv)大幅度降低(di)。污(wu)泥的水解宏(hong)觀上表現為揮(hui)發性懸浮固體濃度減少和COD、BOD以及氨氮等濃度增加(jia)。
水熱(re)(re)干化(hua)技(ji)術采(cai)(cai)用漿化(hua)反(fan)應(ying)器(qi)，通過閃蒸乏汽(qi)返(fan)混預熱(re)(re)漿化(hua)、蒸汽(qi)與機械協同攪拌，提高了系統的(de)處理效(xiao)率;在水熱(re)(re)反(fan)應(ying)器(qi)中，采(cai)(cai)用蒸汽(qi)逆向流直接混合加熱(re)(re)的(de)方式，強化(hua)了傳質傳熱(re)(re)過程，可以避免(mian)局部過熱(re)(re)結焦碳化(hua)：在連續(xu)閃蒸反(fan)應(ying)器(qi)中，實現了系統能量的(de)有效(xiao)回收(shou)。
4、微生物水解(jie)干化蛋白(bai)提取
污(wu)泥(ni)微生物通(tong)過(guo)水(shui)(shui)解(jie)破(po)壁處理后，其胞內蛋白質和水(shui)(shui)分得(de)以(yi)釋放，再經(jing)過(guo)固液分離后，可到含(han)(han)水(shui)(shui)率(lv)35-45%(減量70%以(yi)上)、有機物消減40-50%的污(wu)泥(ni)殘渣和可資源化利用的含(han)(han)蛋白液體。目前天津裕川環境在該方面已取得(de)一定成績。
污(wu)泥(ni)經(jing)水解處理后，其含(han)蛋(dan)白(bai)(bai)液體經(jing)濃(nong)縮后可(ke)(ke)作為(wei)蛋(dan)白(bai)(bai)發泡劑(ji)和有(you)機肥等(deng)(deng)利用，污(wu)泥(ni)殘渣可(ke)(ke)用做覆土、綠(lv)化(hua)土、土壤改良劑(ji)和建筑(zhu)材料等(deng)(deng)。
值得注意的是，蛋白(bai)質提(ti)(ti)取(qu)工藝中保證了重金屬(shu)不(bu)會進入(ru)蛋白(bai)質，而蛋白(bai)可(ke)以(yi)用于(yu)工業(ye)(ye)(ye)制品(pin)，也(ye)可(ke)以(yi)進入(ru)農(nong)業(ye)(ye)(ye)，但(dan)這些(xie)也(ye)都要(yao)企業(ye)(ye)(ye)自身(shen)完成產(chan)(chan)業(ye)(ye)(ye)鏈(lian)整合的工作。目(mu)前裕川環境的污泥蛋白(bai)質提(ti)(ti)取(qu)工藝已成功(gong)運(yun)用，后(hou)期(qi)有(you)望(wang)通過產(chan)(chan)業(ye)(ye)(ye)鏈(lian)上企業(ye)(ye)(ye)間的有(you)機(ji)協調，打通蛋白(bai)進入(ru)農(nong)業(ye)(ye)(ye)的后(hou)端產(chan)(chan)業(ye)(ye)(ye)鏈(lian)。
5、熱水(shui)解+厭氧消化
熱水(shui)解預處(chu)理(li)技術是以(yi)含固率15%~20%的(de)脫水(shui)污(wu)泥為(wei)對象進行的(de)厭(yan)氧消化技術。
具(ju)體而言，該工藝是(shi)通過高溫高壓熱水(shui)解預處理(li)，以高含固的脫水(shui)污泥(含固率15%~20%)為對象的厭氧(yang)消(xiao)化技術。
工藝采用高溫(155℃~170℃)、高壓(6bar)對污(wu)泥(ni)進(jin)行熱水(shui)(shui)解(jie)(jie)與閃蒸處理(li)，使污(wu)泥(ni)中的(de)胞外(wai)聚合(he)物(wu)和大分子有機物(wu)發生水(shui)(shui)解(jie)(jie)、并(bing)破(po)解(jie)(jie)污(wu)泥(ni)中微生物(wu)的(de)細胞壁，強化(hua)物(wu)料(liao)的(de)可(ke)生化(hua)性能，改(gai)善物(wu)料(liao)的(de)流動性，提高污(wu)泥(ni)厭(yan)(yan)氧(yang)消化(hua)池的(de)容積利用率、厭(yan)(yan)氧(yang)消化(hua)的(de)有機物(wu)降解(jie)(jie)率和產(chan)氣(qi)量。
同(tong)時能通過高(gao)溫(wen)高(gao)壓預處理，改善污泥的(de)衛生性能及沼(zhao)渣的(de)脫(tuo)水性能、進一步降低沼(zhao)渣的(de)含水率(lv)，有(you)利(li)(li)于厭(yan)氧消(xiao)化后沼(zhao)渣的(de)資源化利(li)(li)用。
此工藝(yi)已在(zai)歐洲國家得到規模化工程應用。
與傳統消化相(xiang)比，該工(gong)藝(yi)具備以下(xia)特色：
(1)有機物轉(zhuan)化率高
(2)無害化(hua)水平(ping)提(ti)高，完全殺滅病原菌(jun)，泥餅達到(dao)A級(ji);
(3)PH略高，可降低沼氣中的(de)H2S和CO2濃度(du)，使CH4含量提(ti)高;
(4)減少污泥體積，提高污泥穩定性。
四、未來的主流技術
借鑒國(guo)際經(jing)驗，未來污泥處(chu)理處(chu)置的技術發(fa)展主要(yao)有(you)四條路徑(jing)：
1、沼(zhao)氣能源回收(shou)和土地利用為主的厭氧消化技術路(lu)線
厭氧反應流程：
厭氧消化具有以下優點：
1)提高后續處(chu)理(li)(li)的(de)效率并(bing)減(jian)少(shao)后續處(chu)理(li)(li)能耗。通常認為厭(yan)(yan)氧反(fan)應可以(yi)實(shi)現(xian)污泥(ni)減(jian)量化(hua)、穩(wen)定化(hua)。通過厭(yan)(yan)氧反(fan)應，污泥(ni)中有機物(wu)去除40%-60%，有害(hai)病菌(jun)減(jian)少(shao)。此(ci)外(wai)，厭(yan)(yan)氧消化(hua)提高污泥(ni)脫水穩(wen)定性，讓焚燒等后續處(chu)理(li)(li)減(jian)少(shao)35%以(yi)上的(de)能耗。
2)厭(yan)氧(yang)(yang)消化成本(ben)較低。根據《中國環境報》統計，單純(chun)厭(yan)氧(yang)(yang)消化投(tou)資成本(ben)約(yue)為20-40 萬元/(噸(dun)/日(ri))，由于不用鼓風曝氣等，節約(yue)了成本(ben)，單純(chun)厭(yan)氧(yang)(yang)消化運(yun)行費用約(yue)為60-120 元/噸(dun)(含水率80%，不包(bao)括(kuo)濃縮和脫水)，而好氧(yang)(yang)發酵運(yun)行費用為120-160 元/噸(dun)。
歐美(mei)50%以上的(de)(de)污泥采用(yong)厭氧消化(hua)處(chu)理，產(chan)生(sheng)的(de)(de)沼氣(qi)轉(zhuan)化(hua)為電能可滿足污水廠(chang)所需電力的(de)(de)33%～100%。
