污水廠剩余污泥處理處置技術(shù)研究進(jìn)展

魏亮 金星 馬麗萍

(沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110000)

我國城鎮(zhèn)污水處理大多采用活性污泥法。近年來，隨著城鎮(zhèn)污水廠規(guī)模的擴(kuò)大和數(shù)量的增加，伴隨而來的剩余污泥含量與日俱增，剩余污泥的妥善處理成為每個城鎮(zhèn)亟需解決的問題，也在經(jīng)濟(jì)上和環(huán)境上影響著城鎮(zhèn)的發(fā)展，剩余污泥的處理處置問題已成為人們關(guān)注的焦點。本文就目前主要幾種污泥處理處置技術(shù)進(jìn)行探討。

1 剩余污泥的處理技術(shù)

污泥處理以“無害化”和“減量化”為目標(biāo)，對剩余污泥進(jìn)行處理以達(dá)到后續(xù)污泥處置的要求。剩余污泥的處理技術(shù)眾多，主要包括污泥濃縮、污泥脫水和污泥干化等。

1.1 污泥濃縮

污水廠剩余污泥含水率較高、體積較大，為后續(xù)的處理帶來很大的麻煩。污泥濃縮是通過降低污泥間隙水含量的方式，從而縮小污泥體積，實現(xiàn)污泥的減量化。剩余污泥含水率普遍在99%以上，經(jīng)污泥濃縮處理后含水率可降低至95%～97%，同時減少了污泥體積，據(jù)已有研究表明，污泥含水率由99%降至96%，體積可減小至原來的1/4[1]。污泥濃縮主要有重力濃縮、離心濃縮、氣浮濃縮和濃縮脫水一體機(jī)。目前最常用的濃縮方式是重力濃縮，重力濃縮是利用重力作用實現(xiàn)泥水分離，具有費用低、操作簡單等優(yōu)點，但存在占地面積大、處理效果較低等缺點，同時重力濃縮產(chǎn)生大量臭氣，釋磷量較大，隨著國家對環(huán)境保護(hù)力度的加重，重力濃縮所占的應(yīng)用比重將逐漸降低。離心濃縮是利用離心力的作用將污泥與水進(jìn)行分離，離心濃縮處理效果較好，但費用較高。氣浮濃縮占地面積小，運行費用高，操作復(fù)雜。濃縮脫水一體機(jī)能夠?qū)饪s和脫水同時進(jìn)行，處理效率高，具有良好的應(yīng)用前景。

1.2 污泥脫水

污泥經(jīng)濃縮處理后仍具有較高的含水率，含水率在90%以上，需進(jìn)行脫水處理以降低含水率，減小污泥體積。污泥脫水后含水率可降至80%左右，大大降低了運輸成本，降低了后續(xù)污泥處置的難度。污泥脫水分為自然干化和機(jī)械脫水2種方式。自然干化是利用自然條件實現(xiàn)污泥干化，達(dá)到脫水的目的，自然干化占地面積較大，處理效率較低，容易對環(huán)境造成污染，適用于土地資源豐富的地區(qū)。目前應(yīng)用較多的是機(jī)械脫水，機(jī)械脫水主要包括真空吸濾、離心脫水和壓濾3種方式，壓濾分為板框壓濾和帶式壓濾，其中帶式壓濾應(yīng)用較為廣泛，近年來考慮到設(shè)備成本問題，板框壓濾的使用正逐年上升。機(jī)械脫水效率高，占地面積小，但設(shè)備及維修成本較高。污泥脫水效果直接影響著后續(xù)污泥處置工作的進(jìn)行，不同的脫水方式?jīng)Q定了后續(xù)污泥處置的費用成本和效果，因此選擇合適的方式進(jìn)行脫水，實現(xiàn)污泥減量化尤為重要。

1.3 污泥干化

污泥干化的目的是對脫水后的污泥進(jìn)行進(jìn)一步處理，降低含水率，減少污泥體積，實現(xiàn)污泥減量化，減輕后續(xù)處置的難度。污泥干化技術(shù)可分為自然干化和熱干化2種。自然干化成本低、操作簡單，但占地面積較大，受自然條件影響嚴(yán)重，容易對環(huán)境造成污染，僅適用于土地資源豐富且氣候干燥地區(qū)。近年來污泥干化主要以熱干化為主，熱干化分為直接干化和間接干化，污泥經(jīng)熱干化處理后性質(zhì)穩(wěn)定，同時可將病菌殺死，實現(xiàn)污泥的無害化和穩(wěn)定化。直接熱干化效率高，處理效果好，熱損失少，但能耗大，運行費用較高且易產(chǎn)生大量廢氣和臭味污染環(huán)境；間接熱干化成本相對較低，干化效果良好，污染性氣體的排放量較少，因此相對于直接熱干化，間接熱干化的應(yīng)用更為廣泛。近年來，隨著對環(huán)境保護(hù)要求的嚴(yán)苛，污泥干化技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展，形成許多新興干化技術(shù)，包括太陽能干化、化學(xué)干化和微波干化等，但由于技術(shù)條件限制和環(huán)境制約，在實際工程中并未得到廣泛應(yīng)用。

2 剩余污泥的處置技術(shù)

污泥處置是在國家法律規(guī)定的基礎(chǔ)上解決污泥的最終出路問題。污泥處置需結(jié)合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件與水廠工藝，通過采取合適的技術(shù)手段，以無害化為前提，解決污泥造成的環(huán)境問題，實現(xiàn)污泥的減量化與資源化。傳統(tǒng)的污泥處置主要包括衛(wèi)生填埋、土地利用、污泥焚燒和污泥建材利用等。

2.1 衛(wèi)生填埋

衛(wèi)生填埋始于20世紀(jì)60年代，是將污泥經(jīng)簡單處理后運輸至指定地點進(jìn)行填埋的一種處置手段，可分為單獨填埋和混合填埋2種方式。衛(wèi)生填埋具有操作簡單、處理量大、投資低、效果顯著等優(yōu)點，因此在早期衛(wèi)生填埋成為許多國家處置污泥的主要技術(shù)。根據(jù)填埋泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行衛(wèi)生填埋時，污泥含水率不得超過60%，含水率過高會增加運輸成本，影響設(shè)備的正常運行，容易產(chǎn)生臭味同時滲濾液會造成環(huán)境污染。污泥填埋處理不當(dāng)會產(chǎn)生大量CO2和CH4等溫室氣體，對環(huán)境造成污染，同時CH4作為一種能源氣體沒有得到充分利用，造成資源浪費。

近年來，隨著剩余污泥產(chǎn)量的增加以及土地資源的愈發(fā)緊張，許多發(fā)達(dá)國家開始限制衛(wèi)生填埋方式的使用。英國衛(wèi)生填埋比例從1980—2005年由27%下降到6%[2]，并于1996年開始征收衛(wèi)生填埋稅；目前法國已禁止使用衛(wèi)生填埋對污泥進(jìn)行處置[3]；歐盟衛(wèi)生填埋比例從1992—1998年下降6%，且目前衛(wèi)生填埋管控更為嚴(yán)格[4]。衛(wèi)生填埋較其它處置方法相對落后，我國衛(wèi)生填埋的污泥所占總污泥的比例越來越小，且我國已明確規(guī)定，只有不具備土地利用價值和不適合做建筑材料的污泥才可以采用衛(wèi)生填埋的方式進(jìn)行處置。

2.2 土地利用

污泥的土地利用是將污泥處理后用于農(nóng)田、林業(yè)、市政綠化和土地修復(fù)等方面，是實現(xiàn)污泥資源化利用的一種處置手段。污泥中含有豐富的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素及其它有機(jī)物質(zhì)，可改良污泥的理化性質(zhì)，增強(qiáng)土壤肥力[5]，促進(jìn)植物生長。污泥農(nóng)用可改善農(nóng)田結(jié)構(gòu)，增加通氣性和透水性[6]，提高農(nóng)田土壤養(yǎng)分含量，降低肥料投資成本，但污泥農(nóng)用需考慮重金屬和病原體通過食物鏈進(jìn)入人體的風(fēng)險[7]；污泥用于林業(yè)與市政綠化可節(jié)省化肥的使用，促進(jìn)樹木、花卉的成長，提高觀賞品質(zhì)，不必考慮食物鏈污染問題，因此這種方法具有很好的發(fā)展前景；污泥用于土地修復(fù)可改善土壤特性，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)地表植物生長[8]，這種方法對人類的影響比較小，同時也不用考慮食物鏈污染。

土地利用途徑廣泛，但部分污泥中鹽含量較高，過高的鹽含量會抑制植物的養(yǎng)分吸收甚至?xí)：χ参锉旧恚荒承┪鬯畯S會出現(xiàn)重金屬超標(biāo)的現(xiàn)象，重金屬易對土壤造成二次污染[9]；未經(jīng)處理的污泥中可能含有某些病原細(xì)菌及寄生蟲卵，其會通過眾多途徑造成公共衛(wèi)生問題[10]；氮、磷元素過高容易產(chǎn)生水體富營養(yǎng)化以及地下水污染等問題。因此，進(jìn)行土地利用前需對污泥進(jìn)行嚴(yán)格的處理工作，保證污泥的安全利用。

2.3 污泥焚燒

污泥焚燒是在氧氣充足的條件下，在焚燒爐內(nèi)對脫水后污泥進(jìn)行焚燒的一種高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)，焚燒過程中有機(jī)物被碳化，病原菌被殺死。污泥焚燒可分為單獨焚燒和協(xié)同焚燒，單獨焚燒是將脫水后的污泥置于單獨建設(shè)的焚燒設(shè)備內(nèi)，通過輔助燃料的作用單獨進(jìn)行焚燒；協(xié)同焚燒是利用已有工業(yè)設(shè)施對污泥進(jìn)行焚燒，與發(fā)電廠、水泥窯進(jìn)行協(xié)同焚燒是目前的主要焚燒方式。

污泥焚燒具有占地面積小，處理時間短及適用范圍廣等特點，經(jīng)焚燒后的污泥減量化程度徹底，無害化效果穩(wěn)定，同時焚燒產(chǎn)生的熱量可用于電廠發(fā)電和供熱熱源，焚燒后的剩余物可作為土壤改良劑和水泥添加劑，實現(xiàn)污泥的資源化利用。但污泥焚燒存在能耗大、投資成本高等缺點，有研究調(diào)查[11]表明，污泥焚燒的投資成本約為衛(wèi)生填埋的3倍，為污泥堆肥的2倍。污泥焚燒過程中會產(chǎn)生大量廢氣、飛灰等有毒有害物質(zhì)對大氣環(huán)境造成二次污染，因此在焚燒過程中應(yīng)加強(qiáng)對廢氣和飛灰的控制和回收處理。目前污泥焚燒技術(shù)主要在日本、美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，日本污泥焚燒比例占60%左右[12]，德國焚燒比例在50%以上[13]，而我國焚燒技術(shù)應(yīng)用較少，主要集中在深圳、山東以及江浙一帶[14]。

2.4 污泥建材利用

污泥中除豐富的有機(jī)質(zhì)外，還含有20%～30%的鈣、鐵、鋁、硅等無機(jī)物。污泥建材利用是利用污泥中無機(jī)成分與建筑材料物質(zhì)組成相似性，通過向污泥中添加輔助材料，經(jīng)無害化處理后制成建筑材料，實現(xiàn)污泥的資源化利用。污泥建材利用用途廣泛，包括制作水泥、輕質(zhì)陶粒、生態(tài)磚、纖維板等。污泥制水泥技術(shù)成熟、投資成本低、操作簡單、便于管理。污泥制水泥基本特性與普通水泥相似，穩(wěn)固性與固化時間強(qiáng)于普通水泥[15]，但存在設(shè)備腐蝕和產(chǎn)生有毒有害氣體等問題；污泥制輕質(zhì)陶粒具有強(qiáng)度高、保溫性強(qiáng)、耐火隔熱等特點，可用于吸附劑、路基和建筑原料等，用途廣泛，但制陶粒時要注意污泥中的化學(xué)成分含量穩(wěn)定；污泥制磚有污泥焚燒殘渣制磚和干化污泥制磚2種主要形式，目前干化污泥制磚應(yīng)用相對廣泛，污泥制磚具有節(jié)省能耗、磚質(zhì)輕、孔隙多等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)固化重金屬、殺死病原菌以及去除臭味的效果。污泥制磚需控制污泥摻量在10%～20%[16]，同時面臨市場接受度低和質(zhì)量問題。污泥建材利用可以實現(xiàn)污泥資源化，但為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，需進(jìn)一步對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究優(yōu)化。

3 結(jié)語

剩余污泥的處理處置要以無害化、減量化為目標(biāo)進(jìn)而實現(xiàn)資源化，以上幾種技術(shù)具有一定的局限性，且消除有害物質(zhì)、減少環(huán)境二次污染的效果不夠理想，對污泥中資源的利用程度較低，因此未來污泥的研究重點應(yīng)放在污泥資源化方向，同時取得環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。