污泥無害化最終處置在煙草行業的運用探索

鄧 琦 （中國煙草總公司合肥設計院，安徽 合肥 230051）

1 污泥的性質、分類指標

1.1 污泥的分類

按照工業企業直觀分類，從其來源不同可分為：

①初次沉淀污泥，來自初次沉淀池；

②剩余活性污泥，來自活性污泥法后的2次沉淀池；

③腐殖污泥，來自生物膜法后的2次沉淀池；

（以上3種污泥可統稱為生污泥或新鮮污泥）

④消化污泥，生污泥經厭氧或好氧消化處理后稱為消化污泥或熟污泥；

⑤化學污泥，用化學沉淀法處理污水后產生的沉淀物稱為化學污泥或化學沉渣。

1.2 污泥的性質指標

①最主要的含水率：污泥中所含水分的重量與污泥總重量之比稱為含水率，污泥的含水率一般很高，比重接近于1。污泥的體積、重量及所含固體物質濃度之間的關系可用下式表示：V1/V2=W1/W2=100-P2/100-P1=C2/C1

P1,V1,W1,C1為含水率P1時的體積、重量、固體物濃度

P2,V2,W2,C2為含水率P2時的體積、重量、固體物濃度

②揮發性固體和灰分：揮發性固體近似等于有機物含量，灰分表示無機物含量。

③可消化程度：污泥中可被消化降解的有機物數量。

④濕污泥比重與干污泥比重：濕污泥重量等于污泥所含水分重量與干固體重量之和；濕污泥比重等于濕污泥重量與同體積的水重量之比值。其兩者有如下關系：y=100ys/p ys+(100-p)

其中γ 為濕污泥比重，γs為干污泥比重，P為濕污泥含水率%。

⑤污泥肥分：這是可持續利用的一個重要參考指標，污水中含有大量的植物生產必需的成分，微量元素及土壤改良劑，煙草工廠內部污水處理站產生污泥所含肥分如表1所示。

表1

⑥重金屬含量

污泥中重金屬離子含量決定于污水中廢水所占比例，一般煙草行業重金屬離子較少，主要可能存在微量的銅、汞、鋅等，為潤葉及清洗過程中殘留，污水經過2級處理后重金屬離子約有50%以上轉移到污泥中，所以當污泥作為肥料使用時必須密切關注是否超過規定的《農用污泥標準》相關參數。

2 污泥的最終處理與利用方法簡述

2.1 農肥利用與土地處理

目前污水處理（其成分近于城市生活污水）中污泥含有氮、磷、鉀非常豐富，可作為農業肥料，污泥中含有的有機物可作為土壤改良劑。但污泥作為肥料使用必須符合：①滿足衛生學要求即不得含有病菌、寄生蟲卵與病毒，在施用前必須對污泥作消毒處理或季節性使用。②因重金屬離子如Cd、Hg、Pb等易于被植物攝取并在根、莖、葉與果實內積累，故所含重金屬濃度不可超過《農用污泥標準》。③總氮含量不可過高，氮是作物主要肥分，但濃度過高易倒伏減產。污泥作為肥料利用的控制指標是每公頃農田使用污泥干重一般為2t～70t/（a,ha），常用15t/（a,ha），灌溉水果及蔬菜為：Cd<25mg/kg(干），Pb<1000mg/kg(干）。

同時污泥灌溉林場可促進樹木生長，由于林場土壤中含高濃度腐殖質，可抑制重金屬離子的遷移，故林場可以常年使用，主要控制因素是防止地面徑流所含的硝酸鹽對地表水的污染，所以使用量以樹木的需氮量進行控制，一般3～5年施用10～220t（干）/ha，常用40t（干）/ha。

土地處理有兩種方式：改造土壤；污泥的專用處理場。用污泥改造不毛之地為可耕地，如用污泥投放于廢露天礦場、尾礦場、采石場、粉煤灰堆場、戈壁灘與沙漠等地。污泥的投放量每次為7t～450t（干）/ha，應連續投放數年，投放期間應經常測定地下水和地面水的硝酸鹽含量。

專用的污泥處理廠污泥施用量可達到農田用量的20倍以上，一般為220t～900t（干）/（ha,a），專用場應設截留地面徑流溝及滲透水收集管，以免污染地面水與地下水。

2.2 污泥堆肥

污泥堆肥一般采用好氧條件下，利用嗜溫菌、嗜熱菌的作用分解污泥中有機物質并殺滅傳染病菌、寄生蟲卵與病毒，提高污泥肥分。

堆肥可分為兩個階段：一級堆肥與二級堆肥階段。

一級堆肥可分為3個過程：發熱、高溫消毒及腐熟。

堆肥初期為發熱過程：在強制通風條件下堆肥溫度上升到45℃～55℃；高溫消毒過程：有機物分解所釋放的能量一部分合成新細胞，一部分堆肥使溫度上升達到55℃～70℃，嗜熱菌繁殖，病原菌、寄生蟲卵與病毒被殺滅，由于大部分有機物氧化分解，需氧量逐漸減少，溫度開始回落；腐熟過程：溫度降至40℃左右，堆肥基本完成，一級堆肥階段約耗時7d～9d，在堆肥倉內完成。

二級堆肥階段：一級堆肥完成后停止強制通風，采用自然堆放方式，使進一步熟化、干燥、成粒。

①污泥單獨堆肥的工藝流程如下圖1：

圖1

污泥干化后含水率約70%～80%，加入膨脹劑調節含水率至40%～60%，C/N=(20～35):1，C/P=(75～150):1，顆粒粒度為2mm～60mm。堆肥過程中產生的滲透液BOD5>10000mg/L，COD>20000mg/L，總氮>2000mg/L，液量約占肥堆重量的2%～4%，需就地或送至污水廠處理。

②污泥與城市垃圾混合堆肥

城市生活垃圾中有機成分約占40%～60%，燃煤氣或電的城區為高限，燃煤城區為低限，因此污泥可與城市生活垃圾混合堆肥，使污泥與垃圾資源化，混合堆肥的工藝流程如下圖2：

圖2

城市生活垃圾先經分離去除塑料、金屬、玻璃、與纖維等不可堆肥成分，經粉碎后與脫水污泥混合進行一級堆肥，二級堆肥制成肥料。一級堆肥在堆肥倉內完成，二級堆肥采用自然堆放，城市生活垃圾起膨脹劑作用。

2.3 污泥制造建筑材料

①制灰渣水泥與灰渣混凝土

污泥焚燒灰的礦物質成分與波特蘭水泥成分比較：

從上表可知污泥焚燒灰所含成分除CaO較波特蘭水泥較低外，其余均高于或相當。故污泥焚燒灰加石灰或石灰石后，可煅燒成灰渣水泥，其強度符合ASTM圬工水泥規范，污泥焚燒灰也可作為混凝土的細骨料，代替部分水泥與細砂。

②制污泥磚、地磚

污泥磚：制造有兩種方法：一種是用干污泥直接制磚；另一種用污泥焚燒灰制磚。

表2

用于制造磚的粘土成分要求為：SiO256.8%～88.7%；Al2O34.0%～20.6%；Fe2O32.0%～6.6%；CaO 0.3%～13.1%；MgO 0.1%～0.6%。對照上表可知污泥焚燒灰的成分，除了SiO2偏低外均可滿足。因此在利用干污泥或污泥焚燒灰制磚時，應添加適量的粘土或硅砂，提高SiO2含量，然后制磚。一般的配比為干污泥（或焚燒灰）：粘土：硅砂=1：1：（0.3～0.4）（重量比）為合適。

污泥制地磚：污泥焚燒灰在1200℃～1500℃高溫下煅燒，有機物被完全焚燒，無機物熔化，再經過冷卻后形成玻璃狀熔渣，可生產地磚、釉陶管。

2.4 污泥裂解

污泥經干化、干燥后可以用煤裂解的工藝方法，將污泥裂解制成可燃氣、焦油、苯酚、丙酮、甲醇等，污泥高溫干餾裂解的工藝流程如下圖：

圖3

2.5 污泥填地與填海造地

2.5.1 填地

污泥干化后含水率約為70%～80%，用于填地的含水率以65%為宜，可保證填埋體的穩定與有效壓實，因此在填地前需添加適量的硬化劑，一方面調節含水率，一方面可加速固化。硬化劑用石灰、粉煤灰等。選擇填地場所的主要影響因素是：當地水文地質條件、污泥量與運距、周邊環境以及填地的開發利用。

填地場底部應鋪設不透水層及滲出液的收集管，防止污染地下水與地面水，由于污泥的含水率不高，故滲出液量也有限，可輸送至污水廠或就地處理。

不透水層有兩種辦法：①用粘土或三合土夯實，厚度為0.6m左右，滲透系數K<10～7cm/s②化學合成襯墊，主要材料為聚氯乙烯、氯磺化聚乙烯等，填地場應設置豎向排氣管，收集與排除污泥可能由于厭氧消化而產生的污泥氣，避免發生爆炸危險。

填地場的設計年限一般為10年以上，填成后應植被，先作為公共綠地，運動綠地等。污泥穩定后再進一步開發利用，填地的程序：宜分層填地，如污泥填高累計0.5m～3.0m后，覆蓋厚度為0.5的砂土層，壓實再填污泥。填地過程為了防止蚊蠅棲息與繁殖，并防止臭味外溢，填堆應覆蓋塑料薄膜。

2.5.2 填海造地

淺水海灘、海灣處可用于污泥填海造地。填海前應先建圍堤，污泥填海造地時應嚴格遵守如下要求：

①必須建圍堤，不得使污泥污染海水，滲水應收集處理。

②填海造地的污泥焚燒灰中，重金屬離子的含量應符合填海造地的標準。

3 結論及建議

①煙草行業“十一五”及“十二五”期間技術改造的卷煙生產及加工企業自建污水處理站的規模一般300m3/d～2000m3/d，每日產生污泥量約1t～10t，且隨著企業兼并重組規模集團化的趨勢日漸明顯，污水處理及污泥產量越來越多，亟需重視，否則易污染環境或水體。

②煙草行業污水處理所產生的污泥多為初沉污泥、剩余活性污泥、腐殖污泥，富含氮、磷、鉀等元素，有機物含量70%左右，有的甚至達到85%以上，與城市生活污水性質相當，重金屬離子含量較少，便于深度無害化處置。

③考慮上述污泥最終處置的五種方法特點，結合行業目前污水處理方案及污泥產量，建議可采用農肥利用、污泥單獨堆肥、制造建筑材料及填地等方法處置污泥；污泥與城市垃圾混合堆肥及污泥裂解、污泥填海由于配合單位較多或投資較大，暫不適合采用。

2013年建成投產的福建武夷煙葉有限公司技術改造工程污水站規模400m3/d，日產污泥約2t，污泥經加藥脫水后含水率約90%，定期外運填埋改良土壤，經測算目前運行處理費用約1.5元/m3～2.0元/m3，隨著折舊費用的降低，運行費用逐漸減少，已經取得了較好的經濟及社會效益。

[1]孫慧修.排水工程（第四版）[M].北京：中國建筑工業出版社，1999.

[2]鄭達謙.給水排水工程施工（第三版）[M].北京：中國建筑工業出版社，1998.

[3]GB8978-1996，污水綜合排放標準[S].

[4]GB18918-2002，城鎮污水處理廠污染物排放標準[S].

[5]GB50014-2006，室外排水設計規范[S].

[6]GB50015-2003，建筑給水排水設計規范(2009版）[S].