城市污水處理廠污泥處理工藝分析

李 倩 習興梅

（貴州省建筑設計研究院有限責任公司 貴州貴陽 550000）

1 引言

城市污水處理過程中產(chǎn)生的污泥對于環(huán)境十分不利，因污泥中有機物含量高，易變質(zhì)，其含有的大量寄生蟲及病原體如不能有效、及時處理將二次污染水源、空氣和土壤，對環(huán)境造成危害。因此對污泥的處置和資源化利用是污水處理廠面臨的重要問題。

2 污泥的成分

污泥在處理污水的過程中產(chǎn)生的沉淀物，它是由無機顆粒、膠體、有機物質(zhì)、細菌、水分構(gòu)成，其含水量、有機物含量高，性狀不穩(wěn)定容易腐敗。其中有益部分是含有氮磷鉀等植物性微量元素，但也存在重金屬、病原菌、寄生蟲、多氯聯(lián)苯等不易降解的有害有毒物質(zhì)。通過分析我國城市污水廠的初沉污泥和剩余污泥的成分，得知污水中的主要成分是淡水化合物，脂肪和有機質(zhì)比例較低。

3 污泥處理技術

我國目前常用的污泥處理技術主要有三種濃縮脫水技術、污泥厭氧消化、污泥好氧發(fā)酵。

3.1 濃縮脫水技術

濃縮是指通過濃縮的方式降低污泥含水量，有效縮小污泥體積。濃縮方式又分為機械濃縮和重力濃縮兩種方式。機械濃縮與重力濃度相比，具有占地面積省，總建設成本低，操作環(huán)境好，不會發(fā)生污泥厭氧磷的情況等優(yōu)點，考慮到在這個項目中應用了生物除磷的方式，為了防止活性污泥在厭氧條件下二次放磷，構(gòu)筑物里剩余污泥不宜停留過長時間。

脫水指的是將污泥中的吸附水及毛細水分離出來，轉(zhuǎn)化為半固態(tài)或固體黏土的處理方法。脫水后，污泥含水量將快速降低，實際脫水效果污泥和沉淀物的性質(zhì)和脫水設備的效率有關系。進一步脫水稱為污泥干燥，干燥后污泥含水率低于1/10。脫水的方法，主要是機械脫水法、自然干燥法和造粒。自然干化法和機械脫水法適用于處理污水中的污泥。造粒法適用于處理混凝狀態(tài)和沉淀的污泥。因為自然干化法需要的時間周期長，所以城市污水處理廠使用機械脫水法比較多。

3.2 污泥厭氧消化

污泥厭氧消化是指污泥在厭氧條件下，污泥中可被微生物降解的有機物由兼性厭氧菌的分解成二氧化碳、甲烷和水等，產(chǎn)生沼氣，使污泥的狀態(tài)穩(wěn)定，是使污泥減量化、穩(wěn)定化的常用方法。

厭氧消化技術的主要優(yōu)勢在產(chǎn)生甲烷可以用來發(fā)電，能有效的降低污泥中有機物濃度，減少固體污泥體積。提高污泥的脫水能力，使污泥無明顯臭味，減少了后續(xù)處理費用。通過高溫消化能殺死寄生蟲卵，病原體去除率高。實際應用中也存在處理方法復雜，厭氧消化時間久，占地面積大等缺點。初期投資和運行費用高，適用于大規(guī)模和處理污泥量多的污水處理廠。

3.3 污泥好氧發(fā)酵

污泥好氧消化也被稱作好氧堆肥，是污泥中的嗜熱菌、好氧嗜熱菌分解有機物的內(nèi)源代謝過程，最后形成類似腐殖質(zhì)土壤的物質(zhì)。通過曝氣的方法在污泥堆中充入氧氣，活性污泥中有機體自身氧化分解，轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳、氨氣等。有機降解的過程中產(chǎn)生熱量，使堆料層中形成高溫，能有效殺滅病原體、寄生蟲卵等微生物，使污泥得到穩(wěn)定，從而實現(xiàn)污泥穩(wěn)定化、減量化和無害化。好氧發(fā)酵階段通常采用一次發(fā)酵方式，有時需要干燥和造粒。

3.4 熱解（炭化）技術

熱解（炭化）技術是利用有機物的熱不穩(wěn)定性，在缺氧或無氧環(huán)境條件下對污泥進行加熱，使污泥中的有機物發(fā)生熱裂解，生成燃料氣、裂解油和裂解炭。燃料氣和裂解油可以作為燃料再利用，裂解炭可以作為污水、廢氣處理的吸附劑使用。由于污泥熱解是在缺氧或無氧條件下進行，可抑制有害氣體二噁英類物質(zhì)的產(chǎn)生；污泥熱解過程可以降低重金屬的有效性，可以使碳酸鹽結(jié)合態(tài)和可交換態(tài)重金屬向殘渣態(tài)和硫化物結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化，從而降低污泥資源化利用的環(huán)境風險。因此，污泥熱解既能利用自身能源，減少能量消耗，降低污泥林用的環(huán)境風險，同時也為污水及煙氣處理提供吸附原料，具有較好的市場應用前景。

4 污泥處置的實際應用

某污水處理廠建立了污泥熱解處理項目，污泥處理量為25t／d（污泥含水率以60%計），采用“混合式干化技術+污泥熱解技術+煙氣處理技術”集成工藝。熱解裝置主要設備包括混合式干化爐、熱解爐、二次燃燒爐、輔助燃燒爐和尾氣處理系統(tǒng)等，其主要的工藝流程見圖1。

圖1 熱解工藝流程圖

脫水污泥經(jīng)輸入裝置送至混合式干化爐，在干化爐內(nèi)，污泥從干化爐前端向后端移動的過程中被內(nèi)外雙重加熱至160～200℃，同時使含水率降低到20%左右，完成干化過程。干化爐的煙氣混合后經(jīng)降溫除塵、吸附處理后，達標排放。

干化污泥通過輸送螺旋機送至外熱式熱解爐，在熱解爐內(nèi)，爐體持續(xù)旋轉(zhuǎn)使污泥從前端往后端移動，同時通過爐壁完成與高溫煙氣之間的間接換熱，完成熱解過程，熱解產(chǎn)物從熱解爐的尾部排出后，經(jīng)冷卻輸送裝置降溫冷卻后排出，最后實現(xiàn)資源化利用。熱解溫度一般控制在550℃左右，干化污泥在熱解爐內(nèi)的停留時間約為30min。

二次燃燒爐利用生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣對熱解爐進行加熱，加熱完成后的煙氣進入干化爐內(nèi)對濕污泥直接接觸加熱，同時輔助燃燒爐產(chǎn)生的熱煙氣通過爐壁對干化爐內(nèi)的污泥進行加熱。熱解產(chǎn)生的裂解氣主要包含CO、有機烴類、粉塵、水蒸氣等，裂解氣送入處理裝置產(chǎn)生的廢水送入污水處理裝置，處理后的氣體送入二次燃燒爐燃燒，充分利用污泥有機質(zhì)的熱量，能夠起到節(jié)能降耗的作用。

本試驗采用自制的熱解設備進行試驗，該設備包括2個部分：熱解爐及裂解氣處理裝置。熱解爐在高溫下對干化污泥進行熱解，產(chǎn)生熱解物和裂解氣，熱解物在冷卻之后取出，裂解氣經(jīng)處理裝置降溫、二級水洗、干燥后排出，具體裝置見圖2。

圖2 自制熱解試驗裝置

熱解裝置生產(chǎn)所需外熱由生物質(zhì)燃燒提供，由上述計算所得的熱量消耗之差，可初步計算出優(yōu)化工藝所能節(jié)省的生物質(zhì)消耗量，并以此評估優(yōu)化工藝條件后的經(jīng)濟效益。根據(jù)經(jīng)驗值，熱解裝置的生物質(zhì)燃燒裝置的熱效率約為60%，生物質(zhì)的熱值約為15.91MJ/kg，可對熱解過程生物質(zhì)消耗量進行計算。

通過計算可以發(fā)現(xiàn)，處理每噸含水率60%的市政污泥，在400℃進行熱解可以減少生物質(zhì)消耗量26.1kg，按目前生物質(zhì)市場價格1000元/t計算，優(yōu)化后的工藝可以節(jié)省26.1元/t，按照項目估算成本350元/t計算，生產(chǎn)成本可降低約7.46%，如同時將熱解過程停留時間由30min縮短至20min，停留時間縮短1/3，故同樣的設備條件下可以將熱解物的產(chǎn)能提高33%，綜合考慮，優(yōu)化后的工藝條件能夠進一步提高熱解技術的市場競爭力。

5 結(jié)束語

當前，污泥處理是環(huán)保事業(yè)的重要組成部分，隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)技術的進步，排污量也在增加。處理污水的過程中產(chǎn)生的污泥若得不到合適的處理將二次污染環(huán)境，因此選用合適的污泥處理工藝非常重要。工藝選擇時，要從成本和工藝協(xié)調(diào)性等多方面的考量，并選用輔助措施來減少工藝對環(huán)境造成的危害。污泥處置應適應城市發(fā)展要求，結(jié)合實際情況選擇合適的污泥處置方案，建設配套的污泥處置項目，提高污泥處理水平。

[1]梅立永，王磊，王勝凡，等.我國城市污水處理廠污泥處理方法及展望[J].廣東化工，2017，44（18）：137～138.

[2]趙建軍，李秀芝.城市污水處理廠污泥處理處置方法研究[J].科研，2017，50（3）：170～171.

[3]王錦化，劉崗.城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置工藝研究[J].建筑工程技術與設計，2016，76（31）：59～60.

[4]曹秀芹，崔偉莎，徐鉞，等.城鎮(zhèn)污水處理廠污泥中重金屬去除方法研究進展[J].凈水技術，2014，18（2）：22～26.

[5]杜振峰.淺議城市污水處理廠污泥處理技術路線[J].工業(yè)用水與廢水，2014，31（5）：80～83.