印染廢水污泥的資源化焚燒綜合利用技術

劉宏喜

(廣東紡織職業技術學院，廣東 佛山 528041)

印染廢水處理產生的污泥是一種不穩定的、含水率較高的廢棄物。每座污水處理廠每天要排放含水率約99.2%的剩余污泥數百乃至上萬噸，這些數量巨大的污泥將成為未來急需處理的難題。作為污水行業發展的瓶頸，污泥處理和處置問題現在是所有污水處理廠都必須面對并感到頭痛的一件事。

印染污水處理廠大部分的污泥是未經安全處理處置的，只有10%是通過堆肥技術等方式來處理處置后回用到土地的，20%的污泥采用填埋的方式，少量的污泥采用焚燒和建材利用的方式。剩下70%的污泥進行簡單的外運，隨意填埋或堆放?，F有污水處理設施中有污泥穩定處理設施的還不到1/4，現有污泥消化池能夠正常運行的為數也不多，有些根本就沒有運行。有些地方的污泥沒有得到合理的處理和處置便直接排放，造成了嚴重的二次污染，對當地的生態環境造成了極不安全的隱患[1]。

在印染污水廠污泥的處理處置過程中，全面執行減量化、穩定化、無害化、資源化處理與處置(統稱為“四化”處理和處置)的方式是循環經濟模式的體現。只有這樣，才能保證印染污水治理系統工程達到保護環境、造福人類的目的。它具有強大的生命力、良好的環境效益、社會效益與經濟效益，是印染行業可持續發展的關鍵。

1 印染廢水處理的污泥來源和危害

1.1 印染廢水處理的污泥來源

印染廢水處理中，將廢水中的可溶性或不溶性污染物，部分或全部通過物理、化學或生物的方法，將其以污泥的形式從廢水中分離出來，使廢水得到凈化。印染污泥來源于廢水處理的各工序，主要包括廢水的預處理柵渣、物化污泥、生化污泥等。廢水處理所采用的工藝和處理深度不同，污泥量和成分也有所差異[2]。

污水處理廠的污泥根據處理的工藝級別不同，可以分為以下幾種。

(1)初沉污泥(Primary)：只經過物理-化學處理。

(2)二沉污泥(Secondary)：生物處理后的污泥。

(3)三沉污泥(Tertiary)：脫磷/脫氮后的污泥。

根據污泥的性質，又可以區分為：

(1)未消化生污泥(undigested)。

(2)消化污泥(digested)。

1.2 印染污泥的危害

印染污泥具有潛在的“有害性”，盡管污泥含有豐富的養分，但是也含有大量病原菌、寄生蟲(卵)，銅、鋅、鉻、銀、鎳、銻、砷、鉛等重金屬、鹽類以及多氯聯苯、氯化苯酚、鄰苯二甲酸鹽(PVC 增塑劑)、鄰苯基苯酚、有機錫化物、殺蟲劑等難降解的有毒有害物。這些物質對環境和人類以及動物健康有可能造成較大的危害。

從污泥潛在的“危害性”來看，污泥如不有效進行處置，有可能會帶來以下五方面危害。

(1)病原體污染。 由于污泥中含有大量有機物，易分解腐爛，帶來強烈的惡臭味，伴隨帶來的大量病原體(病原微生物和寄生蟲)。據檢測，在新鮮污泥中存在著上千種病原體。這些污泥如任意堆放，就會污染水體與土壤，導致食物鏈感染，最終給人體健康帶來危害。

(2)過量鹽份污染。 污泥中由于存在著相當分額的無機物(如食鹽或元明粉、無機絮凝劑等)，含鹽量較高，如不適當地投放到土壤中，會導致土壤的電導率增加，破壞植物養分平衡，抑制植物養分的吸收，甚至會對植物根系直接帶來傷害。

(3)過量的氮磷污染。 當土壤中有機物的氮磷分解速度大于植物吸收速度時，剩余這部分氮磷就會流入水體，造成水體的富營養化，進入地下引起地下水的污染。

(4)有機高聚物污染。 污水廠污泥中還含有不易降解、毒性殘留期長、對人體危害大的有機高聚物(如：多環芳烴、鄰苯二甲酯、氯化有機載體、鄰苯二甲酸鹽、有機錫化合物、呋喃、多氯聯苯、氯化苯和甲苯、氯化苯酚、鄰苯基苯酚、殺蟲劑等)，這些有毒有害物質如進入水體與土壤中會嚴重污染環境。

(5)重金屬污染。 在污水處理過程中，有70%～90%的重金屬元素(如鉻、錳、鋅、鎘、砷、鈷、銻、汞、銅、鎳)通過吸附或沉淀而轉移到污泥中。因為污泥施用于土壤后，重金屬將積累于地表層，還會通過魚、蝦等食物鏈，重新回到“餐桌”上。另外由于重金屬一般具有溶解度小、性質穩定、難以去除的特點，故潛在毒性易在作物和動物以及人體中積累，極大危害人身健康。

(6)含水率高(一般在75%～90%)，含有有毒化學物質等。

(7)污泥中的有機物被微生物分解后會釋放出有害氣體、塵埃，加重大氣污染。

由于印染污泥的上述特性，決定了處理處置和綜合利用具有較大的難度，處理成本高而收益微薄也成為污泥處理市場化、產業化的障礙，種種原因致使污泥處理嚴重滯后，至今未能全面啟動。污水污泥缺乏有效的處理，隨意外運或簡單填埋堆放，都將使污水處理所削減的污染因子通過污泥而回歸環境，且引發二次污染，直接危及生態環境和人體健康，成為新的社會問題和環境問題。

2 印染污泥的處理

2.1 污泥處理的目的

印染污泥處理包括三個處理過程，即：“減量化”處理、“穩定化”和“無害化”處理。典型的污泥處理工藝流程包括三個處理階段。第一階段為污泥濃縮，主要目的是使污泥初步減容，縮小后續處理構筑物的容積或設備容量；第二階段為污泥消化，使污泥中的有機物分解；第三階段為污泥脫水，使污泥進一步減容。

國內外污泥處理的方法很多，一般采用濃縮、消化、脫水、干化等，或用其中幾個方法組合處置。應該說，對污水廠污泥的處理，我們與先進國家相比，差距較大。污泥處理的目的是：

(1)減少污泥最終處置前的體積，以降低污泥處理及最終處置的費用。

(2)通過處理使污泥穩定化，最終處置后不再產生污泥的進一步降解，從而避免產生二次污染。

(3)達到污泥的無害化與衛生化。

(4)在處理污泥的同時達到變害為利、綜合利用、保護環境的目的，如產生沼氣等。

污泥處理的幾大任務是：

(1)減少污泥體積。① 在水處理工藝中采用生物或化學的方法直接減少污泥的產生，避免和減少污泥的產生；② 在污泥處理系統中提高污泥的含固率。

(2)污泥性質穩定。去除污泥中易腐化變質的有機物。

(3)污泥無害化。去除污泥中對人體或自然界有危害的病毒、細菌、原生動物和重金屬等。

2.2 污泥的濃縮處理

污泥濃縮后含水率可降為95%～97%，近似糊狀。濃縮可以達到污泥的減量化。重力濃縮法用于污泥處理是廣泛采用的一種方法，已有50多年歷史。機械濃縮方法出現在20世紀30年代的美國，此方法占地面積小，造價低，但運行費用與機械維修費用較高。氣浮濃縮于1957年出現在美國。此法固液分離效果較好，目前應用已越來越廣泛。

污泥濃縮的方法主要有重力濃縮法、氣浮濃縮法、帶式重力濃縮法和離心濃縮法，還有微孔濃縮法、隔膜濃縮法和生物浮選濃縮法等。

2.3 污泥穩定化處理

穩定處理的目的就是降解污泥中的有機物質，進一步減少污泥含水量，殺滅污泥中的細菌、病原體等，消除臭味，這是污泥能否資源化有效利用的關鍵步驟。污泥穩定化的方法主要有厭氧消化、好氧消化、石灰穩定、濕式氧化等。

2.4 污泥的脫水處理

污泥脫水是將流態的原生、濃縮或消化污泥脫除水分，轉化為半固態或固態泥塊的一種污泥處理方法。經過脫水后，污泥含水率可降低到55%～80%，視污泥和沉渣的性質和脫水設備的效能而定。

污泥脫水是整個污泥處理工藝的一個重要的環節，其目的是使固體富集，減少污泥體積，為污泥的最終處置創造條件。常用脫水方法有自然干燥和機械脫水兩種，機械脫水主要有板框壓濾機壓濾、帶式壓濾機壓濾和離心機脫水三種方法。

3 污泥熱干化

利用煙氣余熱進行污泥干化，可以徹底克服污泥干化的能耗瓶頸，使污泥處理的運行成本大大降低。利用煙氣余熱干化污泥不僅因為吸取熱量而減輕了熱污染，而且因為吸附了煙塵和部分二氧化硫而減輕了對大氣的污染負荷，能更好地達到節能減排的效果。

在現有的污泥深度脫水技術中，低溫干化是一種能夠使污泥全部毛細水和吸附水以及部分結合水蒸發的有效方法。然而，污泥干化是能量凈消耗的過程，能耗費用通常占污泥處理總費用的80%以上，如果利用煙氣余熱進行污泥干化，可以徹底克服污泥干化的能耗瓶頸，使污泥處理的運行成本大大降低。

鍋爐排放的煙氣量很大，排放的煙氣溫度一般在120～200 ℃之間，其中蘊藏的巨大潛能正是污泥低溫干化最理想的熱源。使用浙江大學發明的二段式污泥低溫干化工藝不僅能使污泥有效干化，而且能使污泥在干化過程中自然形成顆粒。這種工藝采用熱煙氣與污泥直接接觸的方法，借助特制的干化成粒裝置，通過二段式干化工藝，一方面使熱煙氣能夠盡可能與濕污泥以最大面積接觸；另一方面使濕污泥與煙氣余熱有足夠的時間進行熱交換，從而達到污泥低溫干化效率的最大化，最終使污泥的含水率從80%左右降至30%以下，污泥的體積減少至原來的1/3以下，首先實現了減量化。

污泥中含有大量有機物質，在干化過程中污泥的部分有機物會發生分解，并釋放出各種氣體。對污泥干化模擬試驗和實際工程釋放氣體的測定結果表明，在低于200 ℃的溫度下，污泥釋放的氣體除最主要的水蒸氣外，還有少量的烴類物質，它們通常在大氣中不穩定，很容易被氧化或分解。由于利用煙氣余熱干化污泥需要的煙氣量在1.5×105m3/h以上，因此，從污泥中釋放的少量有害氣體被充分稀釋，加上污泥釋放氣體與煙氣之間的相互作用，最后經過除塵除氣裝置的處理，污泥干化產生的尾氣完全可達標排放。

在利用煙氣余熱的二段式污泥低溫干化過程中，熱煙氣與濕污泥直接接觸，既能使污泥干化的效率大大提高，又能使煙氣中的煙塵被濕污泥吸附，并被固定在污泥顆粒中。除此之外，污泥對煙氣中的二氧化硫具有吸附作用，分析結果證實，污泥對二氧化硫的吸附屬于化學吸附，當干化后的污泥顆粒作為燃煤輔助燃料資源化利用時，被化學吸附的二氧化硫不會再釋放進入煙氣。因此，利用煙氣余熱干化污泥不僅因為吸取熱量而減輕了熱污染，而且因為吸附了煙塵和部分二氧化硫而減輕了對大氣的污染負荷，能更好地達到節能減排的效果。

污泥干燥是個吸熱的過程，熱源的供應成本直接影響到污泥的處理成本。因此我們將根據具體情況，選擇成本最低、獲得最容易的熱源。一般有以下幾種：

(1) 煙道廢氣(蒸汽鍋爐、導熱油鍋爐等)。

(2) 高溫熱風(燃煤、燃油、燃天然氣以及定型機、焙烘機等)。

(3) 傳熱媒體(過熱蒸汽、高溫導熱油)。

某公司每天產生的約50 t的印染污泥進行干燥，制成干燥的污泥顆粒約11 t，可作為燃料(燃燒值約2 500 kcal/kg)，折成標準煤約3.8 t，每天利用污泥燃燒價值約3 700元，每年可節約資金130余萬元。

4 污泥的焚燒處置

在世界污水處理設施日益完善的今天，污泥的處置正引起世界各國的重視，目前，世界上污泥處置的方法主要有：填埋、焚燒、投海和土地利用等。我國污泥處置的發展比較滯后，大部分以農用和簡易填埋處理[3]。

印染污泥因含有較高有機組分和纖維物質而具有較高的熱值，這比其它污泥作為資源被利用具有更明顯的優勢。利用鍋爐或定型機、焙烘機等排放廢氣的熱量將污泥水份降至30%左右，印染污泥呈小顆粒狀，可以將干燥后污泥直接與鍋爐原煤混合燃燒(摻入量一般為5%～10%)，一般干污泥的熱值可達2 000～3 000大卡/kg，如按2 500大卡/kg估算，污泥的熱值相當于褐煤熱值(3 500大卡/kg)的71%，煙煤熱值(6 500大卡/kg)的38.4%，節約燃煤資源相當可觀。具有相當的能源利用價值，作為燃料使用，能源利用十分方便[4]。

在歐盟，1992年污泥焚燒的比例為11%，美國為15%。1962年，德國建議并開始運行了歐洲第一座污泥焚燒廠。過去20年中焚燒的污泥量大幅增加。需要焚燒的污泥中65%以上的污泥在流化床的焚燒爐中焚燒。

污泥焚燒是指污泥在一定溫度、氣相充分有氧的條件下，使污泥中的有機物質轉化為CO2、H2O、N2等，反應過程中釋放出來的熱量用于維持反應的溫度條件。

以焚燒為核心的處理方法被認為是“徹底的無害化、最大程度的減量化”。污泥的焚燒處置具有以下優點：

(1)可以迅速和較大程度地使污泥達到減量化，污泥體積減少到最小化(減容量大于90%，可節約大量的填埋用地；污泥燒余中有害成分的含量極低)，灰渣可綜合利用，因而最終需要處置的物質很少，不形成二次污染。

(2)不存在重金屬離子的問題，有時焚燒灰可制成有用的產品，是相對比較安全的一種污泥處置方式。

(3)焚燒過程中所有的病菌、病原體均被徹底殺滅、有毒有害的有機殘余物被氧化分解。焚燒灰可用作生產水泥的原料，使重金屬被固定在混凝土中而避免其重新進入環境。

(4)污泥處理速度快，由于其在惡劣的天氣條件下不需要長期儲存，因此不需存儲設備。

(5)污泥可就地焚燒，不需要長距離運輸，特別適合大城市因遠離填埋場造成運輸費用高的場合。

(6)為防治焚燒產生二噁英等有害氣體，要求焚燒溫度高于850 ℃。焚燒后產生的焚燒灰可以改良土壤、筑路、制磚瓦、陶瓷、混凝土填料等。

(7)處理規模大，投資省。

(8)由于采用了合適的預處理工藝和焚燒手段，達到了污泥熱能的自持，可以回收能量用于發電和供熱，并能滿足越來越嚴格的環境要求和充分地處理不適宜于資源化利用的部分污泥，如將未充分燃燒的燃煤過濾廢渣一起混合燃燒，則能大大減少能源的浪費。因此使用焚燒法處置是經濟有效的[5]。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.中華人民共和國國家發展和改革委員會城鎮污水處理廠污泥處理處置技術指南[Z].2011.

[2] 印染廢水處理的污泥來源[J-OL].http://www.e-dyer.com/tech/2911.html，2008-12-06.

[3] 武建英，姜佩華.印染廢水處理后的污泥處置途徑[J].污染防治技術，2003(4):58-60.

[4] 印染污泥干燥焚燒循環增效系統[J/OL].http://www.e-dyer.com/tech/9504.html，2009-05-09.

[5] 李軍，李媛.流化床焚燒爐污泥焚燒工藝特性研究[J].環境工程，2004(3):76-79.