污泥處理處置技術的應用研究

張緒婷

（南京水務集團有限公司，江蘇 南京210002）

在污水處理過程中，勢必產生大量的污泥，包括初次沉淀池與二次沉淀池的沉淀物等。污泥具有有機物含量相對較高、易腐化變臭，且顆粒相對較細，密度小和含水率一般不高，容易發生脫水的特點。污泥處理處置是污水處理得以最終實施的保障，目前，城市污泥處理處置設施建設相對滯后，污泥的安全處置問題需得到妥善解決，因此有必要對其處理技術予以高度重視和深入的探究。

1 污泥概述

污泥同時具有資源與危害兩個特性，其中，危害性是指污泥中含有多種污染物，對環境具有很高的風險；資源性是指污泥中還含有不同的營養物質，具有一定能源化和資源化的潛力。若污水處理廠能對污泥進行回收與利用，則能有效分擔污水處理所需電能；污泥中含有的磷具有一定潛在價值，提取其中的磷能緩解現階段磷資源較為匱乏的局面；提取并開發污泥中含有的腐殖資源及蛋白質，還能為農業生產提供新型肥料，這也是對污泥進行資源化處理的重要途徑之一[1]。

2 污泥處理處置技術

2.1 污泥熱水解

該技術將固體含量在15%～20%范圍內的污泥作為主要處理對象，在150～200℃和600～2500kPa 的條件下處理污泥。經熱水解的污泥，主要有下列四種變化：其一，污泥絮狀物分解；其二，細胞破碎并釋放有機物；其三，有機物水解；其四，美拉德反應。采用該方法能對污泥進行無害化的處理，使其體積減小，并增強污泥的脫水性，使其厭氧消化。與此同時，在高溫條件下，污泥會產生多聚氮，使其生化性得以顯著降低。

該方法的操作步驟為：

（1）利用輸送泵把污泥輸送至反應器當中；

（2）利用閃蒸蒸汽對反應器當中的污泥實施預加熱，到溫度為80℃為止；

（3）反應器升溫升壓，使溫度達到150～170℃，壓力達到0.6～2.5MPa，持續20～30min，溫度與壓力均由蒸汽鍋爐提供；

（4）待反應完成后，使整齊進入反應器；

（5）污泥完成熱水解的過程，貯存于緩沖池，這一過程無需使用泵，只利用反應器中的壓力便可。

采用該方法可以對污泥中含有的有機質進行水解，若溫度保持在150℃～170℃范圍內，具有揮發性的懸浮物，其水解率可以達到38.1%～41.2%；同時具有溶解性的碳水化合物，其水解率可以達到37.9%～42.9%，另外即便溫度發生變化，也不會對氨氮造成太大的影響。相關試驗表明，熱水解宜在170℃的溫度條件下進行，在這一溫度下，具有揮發性的脂肪酸將不斷累積，且具有揮發性的懸浮物不斷減量，其減量率可以達到34%。除此之外，還能提高和甲烷存在直接關系的酶的活性，使硬壁菌門豐度提高到35.6%，抗菌微生物豐度提高到3.9%[2]。

2.2 協同消化

協同消化指的是兩種及以上來源有所不同的物料相混合實施厭氧消化。對于共消化，主要具有下列幾項優勢：其一，使甲烷的產率得以提高；其二，保證系統運行的穩定性；其三，使廢棄物得到有效處理；其四，來源各異的廢棄物可借助相同設施來處理，使設備得到最大化的利用；其五，能對不同的廢棄物進行合并處理，實現規模化效應[3]。

如今，污泥與餐廚垃圾固體含量為15%～24%，采用厭氧消化的方法處理是十分適宜的。通常情況下，對垃圾進行單獨消化會出現鈉離子抑制，如果鈉離子的濃度很高，則會對甲烷菌活性造成影響，使系統發生酸化。對污泥進行單獨消化時，由于氨氮的濃度很高，同樣會對甲烷菌造成很大的影響，導致系統嚴重酸化。而對垃圾與污泥進行共同處理卻可以有效解決系統酸化的問題。按照4：1 的比例對污泥與垃圾實施混合，開始共消化，相較于單獨消化，當停留時間一致時，采用共消化時VFA濃度實際下降率為40%，產氣率明顯提高。

共消化中，其中一部分是污泥，另一部分除餐廚垃圾外，還可以是動物的糞便與有機廢物。對于有機廢物，在共消化前，應先利用碾磨機將其粉碎，然后分選，干擾物可使用篩子去除，而有機垃圾則利用稀釋池進行稀釋，再輸送至穩定池中進行殺菌消毒，最后和污泥混合，開始共消化，消化后產生的沼氣，可直接在發電過程中使用。

2.3 好氧發酵

就目前而言，好氧發酵包括兩種類型，即膜覆蓋與超高溫。其中，膜覆蓋指的是把膜覆蓋于污泥表面，在發酵中產生的二氧化碳與水都可以通過膜排出，但氣溶膠和病原微生物都被留在膜中；此時，在底部使用風機進行通風，能在膜中形成壓力較低的腔體，促使氧氣得以均勻的分布，進而使污泥發酵時有機質得到充分的降解，并完成升溫滅菌。膜覆蓋對堆體結構沒有特殊的要求，但需要為各堆體安裝風機。相較于傳統的發酵技術，該技術能有效控制臭氣，并且無需設置復雜的作業通道，在單位面積上具有更高的污泥處理率。超高溫指的是向污泥內投放嗜熱微生物，并采用性激發物質，使內源微生物發生活化。此時，污泥中的內源和外源微生物將發生協同代謝，加快污泥發酵速度。相較于傳統的高溫發酵，超高溫發酵可以快（轉下頁）速的進入到80℃以上高溫，并保持9d 以上，使污泥的最高溫度達到90℃以上，溫度50℃以上持續時間不少于21d，能有效促進污泥熟化與有機質降解；待堆肥結束后，經測試，采用超高溫發酵時，有機質含量減少21.2%，全氮含量減少11.6%，而采用傳統發酵方法時，有機質含量只減少了15.9%。至于超高溫降解產生超高溫，同時加快有機質降解速度，使堆肥腐熟的具體原因，經研究發現主要和嗜熱微生物有關[4]。

2.4 富氧混燒

對于傳統的污泥焚燒，可以分成單獨與混合兩種。而富氧混燒是指在污泥中添加助濾劑以后，使其脫水到含水率為50%，然后和少量的秸稈進行混合，形成衍生燃料，兩者比例一般為1：3-1：5。生成衍生燃料后，和生活垃圾同時焚燒，并通入足夠的氧氣進行助燃，使焚燒爐中處于富氧燃燒的狀態，此時多余的熱能可進行回收與再利用。對于氧氣供應量，以生活垃圾實際含水率和不燃成分實際含量為依據進行適當的調整，通常情況下，助燃風中含有21%～25%的氧。從以上技術特點可以看出，要想使物料得到充分燃燒，需要對氧氣的供應量進行調整，不對摻混的比例進行調節，并放寬含水率方面的限制，最終使固體廢棄物得以規模化的處理。研究和實踐表明，當污泥在氧氣和二氧化碳的環境中燃燒時，隨著氧氣濃度的升高，污泥著火變得更為容易，且燃盡的時間明顯縮短，綜合燃燒參數及失重速率都不斷增大，使整體燃燒特性得以有效改善。完成燃燒后，灰渣中有大量重金屬富集，具體的富集量和溫度、氣氛等因素有關。當氧濃度提高時，污泥著火溫度降低，且反應速率明顯加快，燃燒的性能隨之提高，當氧濃度為25%～35%時，最適宜富氧燃燒。

污泥焚燒因其適應性較強、反應時間短、占地面積小、殘渣量少、達到完全滅菌的目的、能量回收可用于供熱發電，前景越來越被看好。但是該工藝主要存在以下問題：對污泥的實際含水率有很高的要求，并且尾氣的處理難度大、成本高。對污泥焚燒煙氣處理技術的不斷改良與創新以提高民眾對污泥焚燒技術的信任度將是今后科研工作的主要目標。

綜上所述，近幾年我國污水處理總體效率明顯提升，由此產生的污泥數量也大幅增加。在這種情況下，為實現污泥的減量化、穩定化、無害化及資源化利用，同時為避免污泥造成安全問題，首先要對其處理引起足夠的重視，然后積極探討和分析有效的處理技術，以此不斷提高污泥的處理水平，減小其環境風險。