污泥的處理處置與資源化"cC'V/MX

摘要：城市污泥處理處置是污水處理事業的重要組成部分。分析污水污泥處理處置應該采取的對策，同時介紹新興的污泥處理技術，並指出瞭污水污泥土地利用時應該註意的問題。城市污泥既是污染物又是一種資源，污泥的處理、處置與資源化利用相結合才是其最好的出路。1w%GP Ph^

關鍵詞：城市污泥 處理 資源化m c F,R7\7x1L%m.KJ

 前言：:b,J~3\,jZ;g

城市污泥是污水處理過程中產生的固體廢棄物。中國現有人口13億多，城市640多個，城市人口2.7億，每年大約排放污水401億ｍ３，已建成運轉的城市污水處理廠有400餘座，日處理能力2534萬ｍ３，污水廠在凈化污水的同時，產生的污泥量約占污水總處理的0.3%-5%（含水率為97%計），目前我國年產幹污泥近30萬噸，折合濕污泥含量約為750萬噸（96%的含水率）。目前在國內一般污水廠中其基建和運行費用約占總基建和運行費用的20%～50%。污泥中除瞭含有大量的有機物和豐富的氮、磷等營養物質，還存在重金屬、致病菌和寄生蟲等有毒有害成分。為防止污泥造成的二次污染及保證污水處理廠的正常運行和處理效果，污水污泥的處理處置問題在城市污水處理中占有的位置已日益突出。因此，尋求經濟有效的減量化、無害化和資源化的污泥處理技術具有重要意義。

 1　污泥的處理處置方法 Q"b"uEq,f1lG+r3c
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　　隨著海洋投棄被禁止，污泥棄置的比例正逐漸減少，同時土地填埋也受到越來越嚴格的限制，因為填埋需占用大量土地、耗費可觀的填埋費用且不能根治污染。在今後數年裡美國的大部分污泥填埋場將關閉，歐盟也將規定填埋必須和焚燒相結合，隻有焚燒灰才可以被填埋。人們已認識到污泥處理的優先順序是減容、利用、廢棄，污泥減量化、穩定化、無害化處理後作為資源回用已經成為主流。污泥利用可分為土地利用和熱能利用，具體方法包括堆肥、堿性穩定化、熱幹化、焚燒等。
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H1s@X"BG01.1 堆肥o^7LH,"O0[&Z'FO
　　堆肥是利用污泥中的微生物進行發酵的過程。在污泥中加入一定比例的膨松劑和調理劑(如秸桿、稻草、木屑或生活垃圾等)，利用微生物群落在潮濕環境下對多種有機物進行氧化分解並轉化為類腐殖質。研究表明，經過堆肥的污泥質地疏松，陽離子交換量(CEC)顯著增加、容重減小、可被植物利用的營養成分增加、病原菌和寄生蟲卵幾乎全被殺滅。
*Mp:OC0n0　　目前采用的方法有靜態和動態堆肥兩種。有些地方仍沿用傳統的條形靜態通風垛，一些發達國傢則多采用現代工業化的發酵倉工藝，如日本至20世紀90年代末已建瞭35座污泥堆肥廠，其中最大的堆肥廠在北海道的札幌市，其發酵倉和生產線很具規模且機械化自動化程度高［2］。國內的唐山、常州等地也采用發酵倉處理污泥。
wx1ui5z-hE8Q01.2 堿性穩定化
Y?'ry5kU0　　堿性穩定化是在污泥中加入石灰或水泥窯灰等堿性物質，使污泥pH＞12並保持一段時間，利用強堿性和石灰放出的大量熱能殺滅病原體、降低惡臭和鈍化重金屬，處理後污泥可直接施用於農田。
)?5f-IO;[9U0　　堿性穩定化的兩個主要處理方法是N-ViroSoil和Agri-Soil方法。前者是在堿性穩定後通過機械翻堆或其他方法使污泥快速幹燥，後者則是在混合堿性物料後進行堆肥。美國愛森技術公司開發瞭成套N-Viro設備並在美國、澳大利亞等地使用，其自動化程度高，處理濕污泥量可達50～240t/d。5f8M8a.|(IkA:a
1.3　熱幹化
BF4]R5u2fB%Z0　　熱幹化是利用熱能將污泥烘幹。幹化後的污泥呈顆粒或粉末狀，體積僅為原來的1/5～1/4，而且由於含水率在10%以下微生物活性完全受到抑制而避免瞭產品發黴發臭，利於儲藏和運輸。熱幹化過程的高溫滅菌作用很徹底，產品可完全達到衛生指標並使污泥 性能全面改善，產品可作替代能源也可土地利用。20世紀90年代熱幹化技術得到迅速發展，2000年世界幹污泥產量已是1990年的10倍［5］。目前在設備市場技術領先的有奧地利的Andritz公司、比利時的Seghers公司和美國的Bio-Gro等，其設備可蒸發水量為0.5～ 10t/h(相當於處理含水率為20%的濕污泥15～300t/d)，而且設備自動化程度高、安全性能好。
qB7E.]]2|u0　　熱幹化按加熱方式可分為直接加熱和間接加熱，其中有代表性的是歐洲最大的直接加熱污泥幹化廠——英國的Bransands(可蒸發水量為7×5000kg/h)以及世界最大的間接加熱幹化廠——西班牙的巴塞羅那(可蒸發水量為4×5000kg/h)。國內的大連、秦皇島和徐州等地也開展瞭污泥熱幹化生產的研究，都采用直接加熱方式。
AN0vqn01.4 焚燒
'Y|3z:k8o4BG"Q^0　　通過焚燒可利用污泥中豐富的生物能來發電並使污泥達到最大程度的減容。焚燒過程中所有的病菌、病原體均被徹底殺滅、有毒有害的有機殘餘物被氧化分解。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，不足之處在於焚燒過程中會產生二英等空氣污染物。目前應用最廣的焚燒設備是流化床焚燒爐，當污泥的含水率達到38%以上時就可不需要輔助燃料直接燃燒，污泥焚燒在日本和歐美較為普遍，日本有61%的污泥采用焚燒處理。BW8Oh$j&i2LEY5u

1. 5新興的污泥處理技術—超臨界水氧化/a5d#Wa']6m

超臨界水氧化（Supercritical Water Oxidatian，簡稱SCWO）技術是在水的溫度和壓力均高於其臨界溫度T（374.3℃）和臨界壓力P（22.05MPA）時，以超臨界水作為反應介質與溶解於其中的有機物發生強烈的氧化反應，使有機物最後被氧化成無毒小分子化合物的過程。Gg1X._?
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超臨界水能與空氣，氧氣和有機物以任意比混溶形成均一相，即氣液的相界消失，也就消除瞭相間的傳質阻力，反映速度不再受氧的傳質控制，因此加快瞭反應速度而縮短瞭反應時間，大多數有機物在幾分鐘之內去除率可達99.99%，有些有機物在不到1分鐘的時間內去除率就可達到99.999%。

由於超臨界水氧化充分利用瞭超臨界水所具有的特性，所以具有其他有機廢水處理技術無可比擬的優越性：效率高，處理徹底，反應速度快，反應容器小，無二次污染，且當有機物含量〉2%時就可以完全自熱，不需要外加熱量。另外，城市污泥中所含有機物是以油脂、蛋白質、纖維素和糖類等碳水化合物為主，重力濃縮之後的污泥含水率在95%左右，它的成分與濕生物質相似。以C6H12O6作為濕生物質的分子式模型，研究瞭其超臨界水汽化（600、34.5Mpa）汽化與生物甲烷化的對比試驗，結果濕生物質在超臨界水汽化工藝中，產生的氣體組分及含量（體積分數）分別是：H2為46%，CH4為39%，CO2為10%，N2為4%，CO為1%，能量的有效利用率為64.8%，而生物甲烷化的能量有效利用率為49.3%。由於城市污泥與濕物質類似，因此污泥的超臨界水汽化成為可能，鹽類等無機物在超臨界水中的溶解度很小，在反應器及管路中沉積下來的無機鹽易於分離，這樣就能有效地去除污泥中的重金屬。

2、污泥資源化利用

2.1污泥農用

將污泥施用於花卉、草坪等，既可遠離食物連，又可就近消化污泥，還能減少化學肥料的用量，同時污泥還被用在森林土地的施用上，污泥中的營養成分和微量元素可促進樹木生長。;F~3Vv#@,@0_%I*rb7M,g$D
2.6污泥制活性炭技術

污泥中含有許多的碳，具備瞭制備活性碳的客觀條件。制備活性碳的路徑是先對污泥炭化，然後活化，所以污泥制活性碳的主要研究問題是最佳炭化，活化條件以及提高質量，降低成本等，目前，污泥炭化方式除瞭傳統的高溫炭化外，也有用工業廢棄的硫酸來催化炭化，污泥活化方式以高溫水蒸汽物理活化氯化鋅化學活化為主。

由於污泥的含碳量比其他制活性碳的原料含碳量低，所以污泥活性碳的質量不及商品活性碳，其碘值為177-700mg/g,但在處理有機廢水時，COD吸附容量和吸附平衡時間優於商品活性碳。由於污泥活性碳中的重金屬可能丟失，所以這些活性碳僅限於簡單的廢水處理和氣體凈化，其應用場合有限，但在一些消耗碳氣體凈化場合，其應用比傳統的活性碳更經濟。而且，污泥活性碳如果不在再生，可以考慮燒掉，同時可固化其中的重金屬，因此有一定的應用前景。ed? ^$HM
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　　運行成本及經濟承受能力是方案選擇的重要因素之一。總體來說焚燒的成本最高(是其他工藝的2～4倍)，而其他方案的綜合成本差異不顯著。堆肥化若采用靜態條垛工藝 則成本最低，但其生產周期長、占用土地多且對周圍環境的影響比較嚴重；若采用發酵倉則設備投資和運行費用將增加，而且若要制成復合肥還需烘幹造粒設備，這樣其成本優勢就大大削弱瞭。因此，考察污泥利用的成本時應在統一產品質量標準和環境影響標準的基礎上，從設備投資、運行費用、地價、人力價格等多方面進行綜合評估。9E:[$]9Bi
污泥處理設施的選址是方案選擇的決定因素之一。一般而言，污泥宜就近處理以節省運輸費用和減少濕污泥運輸對沿途造成的污染。由於污泥處理過程中可能會帶來臭味、有毒有害氣體及病原體等環境問題，所以選址會對方案選擇產生決定性影響。如果污水處理廠遠離城區並有閑置土地，則堆肥不失為一種合理選擇。在生產用地緊張的情況下，熱幹化顯得較有優勢，它不僅占地面積很小，而且可以滿足嚴格的環保標準(其尾氣經嚴格除塵除臭後才排放，廠房內的氣體也進行除臭處理)，即使在德國、瑞士等地也有污泥熱幹化廠建在市區或旅遊區內的情形。
+CSf3Y j)`A ~f0　　各地區的實際情況決定瞭污泥產品的使用目的和要求不同，從而也導致瞭污泥處理利用方法的迥異。例如歐洲僅有1%的污泥用於堆肥，美國也隻有4%～5%，但在澳大利亞堆肥卻很受歡迎(尤其是堿性穩定後堆肥)，如悉尼水處理集團污泥的25%用於堆肥、54%用於堿性穩定化，原因是澳大利亞許多土壤呈酸性。在美國東海岸污泥熱幹化處理發展迅速，這是因為那裡的污泥無法直接就近農用，必須將其制成易於儲存和運輸的顆粒肥上市銷售或運往西部佛羅裡達州的柑橘農場。可見污泥處理後的性狀和用途會制約污泥利用方案的選擇，所以應先作詳盡的市場調查，根據污泥利用的市場及容量確定瞭污泥的最終出路之後才能選出最佳的污泥處理方案。 |
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4　結論 *HTG~@,z#a*n8o
　　隨著我國經濟和城市化的迅速發展，城市污水處理廠的規模不斷擴大，處理程度將不斷提高，難度也不斷加大， 同時，我國在城市污泥處理，處置及有效利用方面的技術剛起步，因此在污泥處理處置方面，應將傳統技術與新技術相結合，逐步改進，以提高處理效益，增強處理效果，而且在污泥 利用方面，應兼顧到生態效益和經濟成本的均衡。