污泥处置技术

污泥处置技术§2.1污水污泥的组成与性状特点§2.1.1污水污泥的来源与分类市政污水污泥是城市市政排水系统的副产品，主要来源于城市排水系统，包括排水管道、泵站和污水处理厂。一般地，以无机物为主要成分的称为'沉渣”，呈大颗粒，易脱水，不腐化且流动性差。以有机物为主要成分的称为"污泥”，如污水处理厂的剩余污泥等。根据不同的处理方法和稳定化程度，污泥还可分为生物泥、熟污泥、化学污泥等。不同种类的污泥，其性状特点有着较大的差异，采取的最终处理处置措施也应具有针对性。§2.1.2污水污泥的组成与性状特点污水污泥成分对处理方案的选择具有重要意义，一般以下指标是确定污泥性质的主要依据：（1） 含水率污泥颗粒中水有不同的相性，包括可经重力沉淀和机械作用去除的自由水、必须通过较复杂或需要较高的能量（如加热、焚烧等）才能去除的物理性结合水、间隙水、胶态表面吸附水、化学性结合水、生物细胞内的水和分子水等。污泥颗粒中水不同相性特征见右图。水在污泥的存在形式与含量，直接影响具有重要减量化处理效果的污泥处理工艺的选择。市政通挖污泥的亲水性较污水处理厂污泥低，相当部分的水份以自由间隙水的形式存在于污泥中，易于在机械脱水过程中去除，但由于无机砂含量较高，对脱水机械的磨损也较为严重。（2） 有机物和无机物在干物质中的含量污水经生物处理产生的污水污泥中很大一部分是微生物团，因污泥成分不同，未消化的市政污水污泥的有机物含量约占干物质的60%~75%，高效厌氧消化处理后可降至38%左右，其中有机硝酸盐构成污泥中的有机物有效成分，当施用到土壤，硝酸盐经生物降解可改善土壤。在污水处理过程中，细菌及大部分寄生生物在初级和二级沉淀中沉积下来，并与污泥混合，病毒则吸附在污水中的颗粒上，再随颗粒的沉淀沉积在污泥中。大肠菌、大肠粪菌、粪链球菌由哺乳动物直肠正常排出，它们的数量在污水和污泥中均保持恒定。相对应的，各种病原菌如沙门氏菌、痢疾菌、肠道病毒（例如脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒、肝炎病毒、轮状病毒等）和寄生生物（例如蛔虫、鞭虫、阿米巴虫等）在污水污泥中的比率同当地传染病的流行有关。市政通挖污泥虽然有机物含量仅接近消化污泥的水平，但仍具有着污染环境的能力，必须进一步处理并安全利用或消纳。（3） 无机物与惰性成分污泥中的无机物或矿物质主要由下列物质组成：矿物盐（硝酸盐、亚硝酸盐、氨盐等）、石灰（干CaO或含水的Ca（OH）2等）、砂（SiO2）和灰分。在污水处理厂中，生物处理的细菌种类并不影响污水和污泥中的矿物质成分。惰性成分来源于污水中的沙粒、灰分和盐分等。对于市政通挖污泥，由于无机成分含量较高，惰性成分的含量也相应较高。（4） 挥发性成分（如氯等）的百分比污泥中的高浓度氯可导致污泥处理设备的腐蚀，虽然主要取决于工序条件和稀释工艺，腐蚀也会妨碍污泥作为燃料的应用。（5） 金属等重污染物的浓度重金属的存在妨碍污水污泥在农业方面的应用，1984年5月18日国家建设部发布并于1985年3月1日实施了《农用污泥中污染物控制标准》，该标准主要为贯彻《中华人民共和国环境保护法（试行）》、防治农用污泥对土壤、农作物、地面水、地下水的污染而制订，对污泥中金属的含量提出了严格的要求。天津市的城市污水由生活污水和工业污水组成，且工业污水所占比例较高(大于40%),历年监测结果表明，个别重金属(如铜、锌等)含量指标超标的现象经常发生。本项目的处置对象中，市政排水系统通挖污泥受排水系统的完善程度影响，组成与性质也相应不同，有机物含量一般在20%〜40%之间，新鲜污泥含水率在91%〜93%之间，属于具有一定污染能力的有机污泥。有机污泥易于腐化发臭，颗粒较细，比重低(约1.02~1.006)，含水率高且不易脱水，是胶状结构的亲水性物质，泥中含有各种杂物，与污水处理厂污泥相比，具有一定的沉渣特征。§2.1.3市政排水系统通挖污泥的危害根据组成性状特点以及产量和处置方式情况，目前市政排水系统污泥的危害主要表现在以下方面：由于含有多种致病菌、寄生虫卵等，卫生指标极差，从而成为引发疾病流向的隐患，造成对人群健康的危害。污泥易腐败变质，产生恶臭和多种有害危险气体，视觉感官污染严重，形成对环境卫生的危害。污泥的随意倾倒不仅占用大量的土地，同时由于泥中含有的重金属等有毒有害污染物质因未经控制而扩散，对土壤和周围各种水源造成污染。如随意施用于农田，污染物进入食物链，将造成难以治理的危害。污泥在管道中占用空间，造成管内流速大于设计流速，加剧对管道的冲涮；腐败后的产物对管道内壁起腐蚀作用；过量淤堵可能造成排水不畅，影响排水系统的功能。污泥产量高危害大的问题，对市政排水管理部门提出了严重的挑战，而污水处理厂脱水污泥长期缺少安全出路的情况，也已成为影响其发挥正常功能和环境效益的制约因素，同时也严重地影响着城市的形象和发展。§2.2.3污水污泥处理处置常见技术介绍传统处理技术由于城市污水处理厂的普及率快速提高，针对污水处理厂污水污泥的传统处理技术发展较为完整、成熟，主要工艺包括：浓缩、消化、自然干化、机械脱水、消毒等，主要依据污水处理工艺技术特点和预测的污水污泥泥质特性加以选择确定。以上方法对于确定本项目的污泥处理技术路线有着重要的借鉴意义。污泥浓缩的主要方式有重力浓缩、气浮浓缩、离心浓缩。通过浓缩一般可使污泥体积减少50%〜70%，使后续处理的规模、能耗大幅度降低并为之创造条件。污水污泥的消化处理是污泥稳定化的过程，可分为好氧消化和厌氧消化，工程上一般采用厌氧中温消化，厌氧消化过程中产生的沼气可通过集中收集后加以利用，通过消化过程，污泥中的有机物含量可降低至40%左右，达到初步稳定化效果。值得指出的是，经污水处理厂消化(稳定化)处理后的污泥，仍未失去其较强的污染环境的能力，而脱水污泥的排放问题一直困扰着污水处理厂的管理者们，因此污泥的后处置技术的发展和应用不仅是必要的也是必须的。污泥自然干化的目的在于进一步降低污水污泥的含水率，从而减小其体积。污泥自然干化过程的完成一般在污泥干化场内，根据泥质的不同，干化机理可分为渗滤作用、蒸发或撇除。污泥干化场占地面积较大，受环境气候条件影响严重，而且操作卫生条件恶劣，目前已基本被淘汰。污泥机械脱水前一般需要进行预处理，主要目的在于提高其脱水性能，降低运行成本。预处理主要方法有化学调理法、热处理法、冷冻法及淘洗法等。一般采用投加絮凝剂的化学调理法。脱水机械设备依据不同的脱水原理一般有带式压滤机、真空过滤机、离心脱水机、螺压脱水机等。目前工程上应用较多的为带式脱水机和离心脱水机。（2） 卫生填埋处置技术污泥卫生填埋处置场中污泥的处置工艺采用卫生填埋技术，与传统的无控制堆放不同，卫生填埋即在利用自然界代谢功能的同时，通过工程手段和环保措施，使污泥得到安全的消纳并逐步达到充分稳定无害的污泥处置效果，主要借鉴城市生活垃圾卫生填埋场的工程经验进行建设。污泥卫生填埋方式基本属厌氧性填埋，仅在初期填埋污泥表层及填埋区内排水排气管路附近由于空气的接触扩散形成局部的准好氧填埋方式。虽然污泥在污水处理厂中经过了厌氧中温消化处理，但由于这一过程没有达到完全的降解（进入填埋区的污泥有机物含量仍在40%左右），因此，污泥在填埋过程中依然存在着一个稳定化降解过程。填埋污泥降解的主要方式为厌氧分解，一般要经历由专性厌氧菌和兼性厌氧菌共同发挥作用的水解酸化阶段和由产甲烷菌起主导作用的产甲烷阶段，最终污泥中的可降解的有机质被分解为稳定的矿化物或简单的无机物，并释放出包括CO2和CH4在内的填埋气体，从而完成污泥的稳定化过程。填埋污泥彻底的稳定化是一个漫长的过程，一般需十几年，甚至几十年，但厌氧降解的主体过程一般发生在填埋最初的几年中。填埋体中有机物的厌氧降解受多方面因素的影响。对于污水处理厂消化污泥在填埋过程中的情况而言，具有如下特点：①污泥富含大量微生物和各种微生物菌种，有机物的降解比较完全；②污泥中含有的N、P等物质为有机物的降解提供营养；③污泥较高的含水率为微生物的生命活动创造了有利的条件；④由于污泥堆体稳定性的需要覆盖土层较厚，特别是由于污泥自身高粘度性状的影响，对厌氧降解过程起到了一定的抑制作用；⑤由于经历过污水处理厂的中温厌氧消化过程，填埋污泥中易降解物质量较少，一般不会出现明显的快速降解过程，可不考虑由于甲烷气体的过量集聚造成的危害，因此可对填埋气体采取自然排逸的方式；⑥污泥中重金属离子的存在对降解过程也会产生一定的抑制影响。（3） 投海、填海技术污泥投海处置的方法主要是利用海洋的环境容量，投海区距海岸的距离不应小于10km。在浅水海滩或海湾处，可通过建立围堤，用污泥填海造地，此两种污泥处置方法在过去的实际应用中都发现存在一定的污染环境的危险，目前，随着环境保护要求的不断提高和人们环保意识的增强，污泥投海、污泥填海造地方法在应用时受到严格的控制，使其建设成本大幅度提高，或者已经被禁止使用。（4） 堆肥处理技术污泥堆肥农用是再利用的有效途径之一。可采用单独堆肥或与城市垃圾混合堆肥的方式。污泥堆肥一般采用好氧动/静态技术，利用嗜温菌、嗜热菌的作用，分解污泥中有机质并杀死致病菌、寄生虫卵和病毒，提高污泥肥份。污泥堆肥一般应添加膨胀剂，其作用是增加污泥堆肥的孔隙率，改善通风条件以及调节污泥含水率和碳氮比。污泥堆肥过程可分为一级堆肥阶段和二级堆肥阶段，要经过发热、高温消毒、腐熟、熟化、干燥和成粒几个阶段，污泥堆肥的产品还可以通过进一步的加工，制成有机复合肥或有机菌肥以提高其利用价值。好氧堆肥的方式主要有滚筒式或仓式，见下图。污泥的农用的处理方式因具有明显的资源化处理特征而受到人们的关注，有报道在有的发达国家污水污泥的利用率可达60%以上。污泥作为肥料的方式可以通过堆肥，也有的采用直接烘干、二次烘干后农用的方法，或者加入辅料(N、P、K、菌粉等)制成复合肥或菌肥的技术。在堆肥农用技术的应用中，必须注意解决好由于脱水污泥高粘度特征带来的肥料养分难以溶解利用的问题。热干化与焚烧处理技术污水污泥的热干化与焚烧处理可以达到彻底的无害化处理效果，同时污泥体积可以大幅度减小，处理效果上明显的优越性使得该技术的研究与应用在近年来得到长足的发展。在实际应用中，热干化与焚烧通常被认为是两个独立的工艺过程，事实上，没有经过干化的污泥直接进行燃烧不仅十分困难，而且在能耗上也是极不经济的。污泥的热干化必须考虑到以下四方面因素的影响： 污泥的蒸发面积:污泥粒径较小可提高蒸发面积，使水分的蒸发迅速而有效。 进料污泥与干化工质的温差:一般污泥热干化的工质为高温气体，温差越高，干化的效率和效果越理想。 污泥与干化工质的混合程度：使污泥与干化工质充分混合，可以提高对污泥的导热率以及水分蒸发速度。 污泥的粒径：粒径较小的污泥不仅可以提高蒸发面积，同时也利于污泥内部水分向表面的扩散。污泥干化设备的设计与应用，一方面应考虑解决好上述因素带来的问题，尽可能地提高热效率和干化效果，另一方面也特别要注意运行的安全性和对废气的无害化处理。因污泥的构成和干化技术不同，加热干化后污泥的干性成分可从20%〜35%提高到60%〜95%，能耗也比干机械脱水高。污泥热干化系统的工艺过程如下图所示。热干化系统的形式包括转鼓式、立式、多盘式、盘式、流化床等，如下图所示。常见污泥热干化系统示意图污泥热干化系统根据干化工质与污泥在干燥器中流动方向的不同，污泥热干化系统分为并流式、逆流式和错流式几种。在干化器内温度自进口至出口一般由700°C降至120°C，烟气排出后经脱臭一除尘一冷却达标后排放大气。污泥的焚烧处理是一个彻底的无机化处理过程，最终产物为CO2、H2