污泥處理處置工藝

　　第一章 污泥來源、特征、數(shù)量

　　1.1污泥處理處置概述

　　生活污水和工業(yè)廢水的處理過程中分離或截留的固體物質(zhì)稱為污泥。污泥作為污水處理的副產(chǎn)物通常含有大量的有毒、有害或?qū)Νh(huán)境產(chǎn)生負面影響的物質(zhì)，必須妥善處理，否則將出現(xiàn)二次污染。污泥中的固體物質(zhì)可能是污水中早已存在的，如各種自然沉淀池中截留的懸浮物質(zhì);也可能是污水處理過程中轉(zhuǎn)過形成的，如生物處理和化學(xué)處理過程中，由原來的溶解性物質(zhì)和交替物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來的生物血蹄和懸浮物質(zhì);還可能是污水處理過程中投加的化學(xué)藥劑帶來的。當(dāng)所含固體物質(zhì)以有機物為主時稱作污泥;以無機物為主時稱之為泥渣。

　　污泥處理處置的目標是實現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化。污泥處理處置從技術(shù)和操作層面上分為兩個階段，第一階段是污水廠內(nèi)或采用集中方式對污泥進行減量化、穩(wěn)定化處理，其目的是為了降低處理后的污泥外運而造成二次污染的風(fēng)險，這一階段主要是污泥處理的范疇;第二階段是對處理后的污泥進行合理的安全處置，使污泥能達到無害化、資源化的目的，這階段主要是污泥處置的范疇。

　　1.2污泥來源

　　污泥的性質(zhì)惡化特征主要取決于污泥的來源，同時還與污水處理工藝有著密切的關(guān)系。按污水處理工藝的不同，污泥可以分為以下幾類：

　　(1)初沉污泥：來自污水處理的初沉淀;

　　(2)剩余污泥：來自污水生物處理系統(tǒng)的二沉池或生物反應(yīng)池;

　　(3)消化污泥：經(jīng)過厭氧消化或好氧消化處理后的污泥;

　　(4)化學(xué)污泥：用混凝、化學(xué)沉淀等化學(xué)方法處理污水時產(chǎn)生的污泥。

　　除以上污泥外，污水廠排出的污泥總還包括柵渣和沉砂池沉渣。柵渣呈垃圾狀，沉砂池沉渣中密度較大的無機顆粒含量較高，所以這兩者一般都作為垃圾處置。初塵池污泥和二沉池生物污泥，因富含有機物，容易腐化、破壞環(huán)境，必須妥善處置。初塵池污泥總還含有病原體和重金屬化合物等。二沉池污泥基本上是微生物集體，含水率高，數(shù)量多，更需注意。這兩者在出之前常需處理，處理的目的在于：①降低含水率，時期變流態(tài)為固態(tài)，同時減少數(shù)量。②穩(wěn)定有機物，使其不容易腐化，避免對環(huán)境造成二次污染。

　　1.3污泥的特性

　　污泥的特性一般有以下幾個方面：

　　1.污泥中的固體

　　污泥中的總固體包括溶解性物質(zhì)和不溶解物質(zhì)兩部分。前者叫溶解固體，后者叫懸浮固體。總固體，溶解固體和懸浮固體，又可依據(jù)其中有機物的含量，分為穩(wěn)定性固體和揮發(fā)性固體。揮發(fā)性固體是指在600℃下能被氧化，并以氣體產(chǎn)物逸出的那部分固體，它通常用來表示污泥中的有機物含量(VSS)，而穩(wěn)定性固體則為揮發(fā)后的殘余物。

　　2.污泥固體的組分

　　污泥固體的組分與污泥的來源密切相關(guān)，如來自于城鎮(zhèn)污水處理廠的污泥固體組成部分主要為蛋白質(zhì)、纖維素、油脂、氮、磷等;而來自金屬表面處理廠的污水處理廠的污泥固體組分則主要為各種金屬氫氧化物或氧化物;來自石油化工企業(yè)污水處理廠的污泥固體則含有大量的油。污泥固體組分不同，污泥的性質(zhì)也不同，于此對應(yīng) 的處理處置方法也不同。

　　3.含水率

　　污泥中水的質(zhì)量分數(shù)叫含水率。污泥中固體的質(zhì)量分數(shù)叫含固率。很顯然，含水率與含固率存在以下關(guān)系：含固率+含水率=100%。不同的污泥，其含水率差異很大，對污泥特征有重要影響。

　　4.污泥相對密度

　　污泥相對密度是指污泥的質(zhì)量與同體積水質(zhì)量的比值。污泥相對密度主要取決于含水率與污泥中固體組分的比例。固體組分的比例越大，含水率越低，則污泥的相對密度也越大。城鎮(zhèn)污水及其類似污水處理系統(tǒng)排出的污泥相對密度一般略大于1。

　　1.4污泥的產(chǎn)生量

　　污泥的產(chǎn)生量是指各種廢水凈化處理后所排出的污泥量。由于廢水的水質(zhì)和處理方法不同，即使用相同的方法處理產(chǎn)生的污泥量也不同，加之操作控制不同，污泥的含水率不定，推斷污泥的產(chǎn)生量極為困難。

　　生活污水和工業(yè)廢水生物處理過程中污泥產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)為：格柵、沉砂池、初塵池和二沉池。前三個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的污泥來源于廢水原來含有的懸浮固體而成為初沉污泥，二沉池產(chǎn)生的污泥則由廢水中膠體和溶解性污染物經(jīng)微生物代謝產(chǎn)生，一般稱二沉污泥或生化污泥。污泥的產(chǎn)率與多種因素有關(guān)，如廢水水質(zhì)、處理工藝和處理要求等。

　　第二章 污泥處理的必要性

　　隨著我們國家城市和社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國的城市排水基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)得到了進一步的完善，城鎮(zhèn)污水處理率也得到了相應(yīng)的提高。在污水處理能力的快速發(fā)展過程中，污水處理的副產(chǎn)物——污泥也大量產(chǎn)生。

　　污泥產(chǎn)生的環(huán)境污染問題日益突出，易造成較大的安全隱患、環(huán)境壓力及經(jīng)濟負擔(dān)。污泥不僅含水量高、易腐爛、有強烈臭味，還含有病原菌、重金屬物質(zhì)及有害物質(zhì)，如果得不到有效的處理處置，經(jīng)過雨水的侵蝕及滲透作用，極易對地下水、土壤等造成二次污染，甚至直接危害人體的健康。

　　由此可見，污水處理廠污泥處理處置已經(jīng)成為污水處理中的一個重要組成部分，也是污水處理設(shè)計、運行必須考慮的重要環(huán)節(jié)。如何高效處理處置日益增多的污泥，如何使污泥處理處置做到穩(wěn)定化、減量化、無害化及資源化，已經(jīng)成為深受社會關(guān)注的重大課題，將直接關(guān)系到我國環(huán)保事業(yè)以及污水處理的發(fā)展。

　　由于國內(nèi)污泥處理處置的起步較晚，許多城市沒有將污泥處置場所納入城市總體規(guī)劃，造成許多城鎮(zhèn)污水處理廠難以找到合適的污泥處置方法和污泥棄置場所;我國污泥利用的基礎(chǔ)較薄弱，人們對污泥利用的認識不足，對城鎮(zhèn)污水處理廠污泥的最終處理問題缺乏關(guān)注，致使污泥的處理處置及利用率不是很高，目前仍有一部分污水處理廠的污泥只經(jīng)貯存即由環(huán)衛(wèi)部門外運至市郊直接堆放。

　　我國大部分污泥采用填埋處置，資源化利用率較低。面對我國污水處理廠污泥產(chǎn)生和處置的現(xiàn)狀，隨著城市污水污泥產(chǎn)生量及污水處理廠的逐漸增多，同事也隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，城鎮(zhèn)居民對環(huán)境提出了更高的要求，原有的污泥處理處置方式已不能滿足環(huán)境保護和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需要。因此，我國污泥處理處置應(yīng)在綜合考慮污泥特征、地理位置、環(huán)境條件及經(jīng)濟社會發(fā)展水平等因素的基礎(chǔ)上，以無害化為目標，以穩(wěn)定化為受邀途徑，穩(wěn)定化的污泥以土地利用為首選方式，因地制宜地確定污泥處理處置方式，組件一批按市場經(jīng)濟規(guī)律運轉(zhuǎn)和管理的城鎮(zhèn)污泥處理處置中心，以適應(yīng)目前形勢的需求。

　　第三章 國內(nèi)外污泥處理的現(xiàn)狀

　　3.1.國外污泥處理處置的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

　　發(fā)達國家經(jīng)幾十年的發(fā)展，污泥處理處置技術(shù)路線已相對成熟，相關(guān)的法律法規(guī)及標準規(guī)范已比較完善。

　　歐洲污泥處置最初的主要方式是填埋和土地利用。二十世紀90年代以來，可供填埋的場地越來越少，污泥處理處置的壓力越來越大，歐洲建設(shè)了一大批污泥干化焚燒設(shè)施。由于污泥干化焚燒投資和運行費用較高，同時污泥中有害成分又逐步減少，使污泥土地利用重新受到重視，成為污泥處置方案的重要選擇。近幾年總的趨勢是土地利用的比例越來越高，歐盟及絕大部分歐洲國家越來越支持污泥的土地利用。目前，德國、英國和法國每年產(chǎn)生的污泥(干重)分別為220萬t、120萬t和85萬t，作為農(nóng)用方向土地利用的比例分別已達到40%、60%和60%。

　　北美地區(qū)雖然土地資源充足，但衛(wèi)生填埋總體較少，污泥處理處置的技術(shù)路線一直是農(nóng)用為主，且為污泥農(nóng)用做了大量安全性評價工作。目前，美國16000座污水處理廠年產(chǎn)710萬t污泥(干重)中約60%經(jīng)厭氧消化或好氧發(fā)酵處理成生物固體，用做農(nóng)田肥料。另外，有17%填埋，20%焚燒，3%用于礦山恢復(fù)的覆蓋。

　　日本由于土地限制，污泥處理處置的主要技術(shù)路線是焚燒后建材利用為主，農(nóng)用與填埋為輔。近年來，日本開始調(diào)整原有的技術(shù)路線，更加注重污泥的生物質(zhì)利用，逐步減少焚燒的比例。

　　綜上，歐美國家目前比較明確的將土地利用作為污泥處置的主要方式和鼓勵方向。土地利用主要包括三個方面：一是作為農(nóng)作物、牧場草地肥料的農(nóng)用;二是作為林地、園林綠化肥料的林用;三是作為沙荒地、鹽堿地、廢棄礦區(qū)改良基質(zhì)的土壤改良。由于運輸距離、操作難度等客觀因素，污泥農(nóng)用量又遠高于林用和土壤改良。另外，歐美普遍采用厭氧消化和好氧發(fā)酵技術(shù)對污泥進行穩(wěn)定化和無害化處理。其中50%以上的污泥都經(jīng)過了厭氧消化處理。美國還另外建設(shè)了700多套好氧發(fā)酵處理設(shè)施。污泥的厭氧消化或好氧發(fā)酵為污泥的土地利用，尤其是農(nóng)用提供了較好的基礎(chǔ)。

　　3.2 中國污泥處理處置現(xiàn)狀

　　隨著我國城鎮(zhèn)污水處理率的不斷提高，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥產(chǎn)量也急劇增加。2009 年，全國投入運行的城鎮(zhèn)污水處理廠1992 座，處理污水量280 億m3，產(chǎn)生含水率80%的污泥約2005 萬t。隨著城鎮(zhèn)化水平和污水處理量的增加，污泥量將很快突破3000 萬t。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全國城鎮(zhèn)污水處理廠污泥只有小部分進行衛(wèi)生填埋、土地利用、焚燒和建材利用等，而大部分未進行規(guī)范化的處理處置。污泥含有病原體、重金屬和持久性有機物等有毒有害物質(zhì)，未經(jīng)有效處理處置，極易對地下水、土壤等造成二次污染，直接威脅環(huán)境安全和公眾健康，使污水處理設(shè)施的環(huán)境效益大大降低。

　　第四章 污泥處理處置的工藝

　　4.1污泥處理的一般原則

　　污泥處理處置與其他固體廢物的處理處置一樣，都應(yīng)遵循減量化、穩(wěn)定化、無害化的原則。為達到此目的，通過各種裝置的組合，構(gòu)成各種污泥處理處置的工藝。

　　(1)減量化

　　污泥的含水率高(一般大于90%)，體積很大，不利于貯存、運輸和消納，減量化十分重要。污泥的體積隨含水率的降低而大幅度減少，且污泥呈現(xiàn)的狀態(tài)和性質(zhì)也有很大的變化，如含水率在85%以上的污泥可以用泵輸送;含水率70%~75%的污泥呈柔軟狀;60%~65%的污泥基本上呈固體狀態(tài);34%~40%時已成為可離散狀態(tài);10%~15%的污泥則呈粉末狀態(tài)。因此可以根據(jù)不同的污泥處理工藝和裝置要求，確定合適的減量化程度。

　　(2)穩(wěn)定化

　　污泥中有機物含量60%~70%，會發(fā)生厭氧降解，極易腐敗并產(chǎn)生惡臭。因此需要采用生物好氧或厭氧消化工藝，使污泥中的有機組分轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的最終產(chǎn)物;也可添加化學(xué)藥劑，終止污泥中微生物的活性來穩(wěn)定污泥，如投加石灰，調(diào)節(jié)PH值，即可實現(xiàn)對微生物的抑制。但化學(xué)穩(wěn)定法不能是污泥長期穩(wěn)定，因為若將處理過的污泥長期存放，污泥的PH值會逐漸下降，微生物逐漸恢復(fù)活性，使污泥失去穩(wěn)定性。

　　(3)無害化

　　污泥中含有大量病原菌，寄生蟲卵及病毒，易造成疾病的傳播。腸道病原菌可隨糞便排出體外并進入廢水處理系統(tǒng)，感染個體排泄出的糞便中病毒達10個g.實驗研究表明，加到污泥懸浮液中病毒能與活性污泥絮體結(jié)合，因而在水相中殘留的相當(dāng)少。病毒與活性污泥絮體的結(jié)合符合Freundlich吸附等溫式，表明污泥絮體去除病毒是一種吸附現(xiàn)象。病毒與污泥絮體的吸附很快。但污泥中還含有多種重金屬和有毒有害有機物，這些物質(zhì)可從污泥中滲濾出來或揮發(fā)，污染水體和空氣，造成二次污染。因此污泥處理處置過程必須充分考慮無害化原則。

　　4.2.污泥處理處置的基本工藝流程

　　污泥處理處置的方法很多，但最終目的是實現(xiàn)減量化、穩(wěn)定化和無害化。污泥處理處置的基本工藝流程見下圖：

　　由圖可以看出污泥處置工藝可以分為以下幾類：

　　(1)濃縮→前處理→脫水→好氧消化→土地還原;

　　(2)濃縮→前處理→脫水→干燥→土地還原;

　　(3)濃縮→前處理→脫水→焚燒(或熱分解)→灰分填埋;

　　(4)濃縮→前處理→脫水→干燥→熔融燒結(jié)→做建材;

　　(5)濃縮→前處理→脫水→干燥→做燃料;

　　(6)濃縮→厭氧消化→前處理→脫水→土地還原;

　　(7)濃縮→蒸發(fā)干燥→做燃料;

　　(8)濃縮→濕法氧化→脫水→填埋。

　　決定污泥處理工藝時，不僅要從環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益全面權(quán)衡，還要對各種處理工藝進行探討和評價，根據(jù)實際情況進行選定。

　　第五章 污泥處理技術(shù)

　　5.1.污泥的濃縮

　　污水處理過程中排出的污泥含水率和體積都很大，初次沉淀污泥含水率介于95%~97%，剩余活性污泥達99%以上。污泥中所含的水分大致可以分為四類：顆粒間的間隙水，約占總水分的70%;顆粒間的毛細水，約占20%;污泥顆粒的吸附水和顆粒內(nèi)部水，約占10%。

　　污泥濃縮可以降低污泥的含水率，實現(xiàn)污泥的減容化，污泥濃縮效率的高低、濃縮效果的好壞直接影響污泥處理成本乃至整個污水處理廠的運行成本。污泥濃縮主要是降低污泥中的間隙水，污泥濃縮采用的是物理處理方法，主要包括重力濃縮法、氣浮濃縮法、離心濃縮法等，它們的性能如表1：

　　表1幾種濃縮方法的比能耗和含固濃度

濃縮方法	污泥類型	濃縮后含水率/%	比能耗
			干固體/kW*h*t	脫除水/kW*h*t
重力濃縮	初次污泥沉淀	90~95	1.75	0.2
重力濃縮	剩余活性污泥	97~98	8.81	0.09
氣浮濃縮	剩余活性污泥	95~97	131	2.18
框式離心濃縮	剩余活性污泥	91~92	211	2.29
無孔轉(zhuǎn)鼓離心濃縮	剩余活性污泥	92~95	117	1.23

　　從表1看出，初沉污泥重力濃縮法處理最為經(jīng)濟。對于剩余污泥來說，由于剩余活性污泥濃度低，有機物含量高，濃縮困難，采用重力濃縮方法效果不好，而采用氣浮濃縮、離心濃縮，則設(shè)備復(fù)雜，費用高，也不適合中國國情。所以，現(xiàn)在推行將剩余活性污泥送回初塵池與初塵池污泥共同沉淀的重力濃縮工藝，利用活性污泥的絮凝性能，提高初塵池的效果，同時使剩余污泥得到濃縮。實驗研究證明，這種工藝的初塵池出水水質(zhì)好于傳統(tǒng)工藝。因此，中國當(dāng)前將重力濃縮法作為主要的污泥濃縮方法。

　　5.2.污泥的調(diào)質(zhì)

　　調(diào)質(zhì)或調(diào)理是為了提高污泥濃縮和脫水效率，采用多種方法，改變污泥的理化性質(zhì)，使凝聚力增強，顆粒變大。它是污泥濃縮和脫水過程中不可缺少的工藝過程。

　　污泥調(diào)理方法有洗滌(淘洗調(diào)節(jié))、加藥(化學(xué)調(diào)節(jié))、熱處理及冷凍熔融法。近年來，高分子混凝劑得到廣泛采用，特別是陽離子聚丙烯酰胺的應(yīng)用對強化污泥的脫水性能，起了重要作用。此外，熱處理及冷凍熔融法也受到重視。特別是以污泥作為肥料再利用時，為了不使有效成分分解，采用冷凍熔融法是有益的，尤其在有液化石油氣廢熱可供熱時，用冷凍熔融法更為有利。

　　5.3.污泥的穩(wěn)定

　　污泥的穩(wěn)定是污泥處理處置中重要的一環(huán)，污泥穩(wěn)定可以減少各種病原體、消除異味、減少液體和固體的數(shù)量以及一直污泥的腐化。目前用于污泥穩(wěn)定化的主要技術(shù)有氯氧化、石灰穩(wěn)定、熱處理、厭氧消化、好氧消化、兩相厭氧消化等。

　　以下是污泥穩(wěn)定技術(shù)的比較：

穩(wěn)定技術(shù)	應(yīng)用范圍	特點	缺點
氯氧化	任何生物污泥、化糞池污泥	①污泥化學(xué)氧化 ②污泥便于脫水	費用高昂；僅限于在相當(dāng)于0.2m3*s或更小的處理廠
石灰穩(wěn)定	無機污泥、有機污泥	①PH值不利于微生物的生存，污泥不會腐化、產(chǎn)生氣味和危害健康 ②殺死病原體的效果好	穩(wěn)定單位質(zhì)量的污泥所需要的實惠量比脫水所需要的量大
熱處理	生物污泥	①既是穩(wěn)定過程，也是調(diào)理過程 ②能夠不添加化學(xué)藥劑就迅速脫水 ③污泥的臭味被消除并消毒	設(shè)備基本費用較高，不宜于用于污泥大規(guī)模處理，場地狹小時使用受到限制
污泥厭氧消化	有機污泥	①投資費用低 ②產(chǎn)生的甲烷氣體可以利用	污泥難于機械法脫水；易發(fā)生一些運轉(zhuǎn)上的問題；有臭味，池子一般要加蓋
污泥好氧消化	多用于中、小型生活污水處理廠	①上層澄清液中生化需氧量的濃度較低 ②生物穩(wěn)定的最終產(chǎn)物如腐殖土沒有氣味，易于處置 ③產(chǎn)生的污泥容易脫水 ④污泥中可以利用的基本肥效較高 ⑤操作問題較少 ⑥設(shè)備費用較低	提供氧氣的動力費用較高；不能回收有用的副產(chǎn)物；去除寄生蟲鏈和病原微生物的效果差
兩項厭氧消化	有機污泥	①可同時達到對城市污泥的穩(wěn)定和滅菌 ②高溫可縮短酸化時間	產(chǎn)甲烷反應(yīng)器和產(chǎn)酸反應(yīng)器的容積R對整個硝化系統(tǒng)的處理效果有很大的影響，R值偏大或偏小都會降低硝化處理的效果

　　目前，國際上污泥穩(wěn)定化技術(shù)的總的方向是以厭氧消化為主，歐美、日本、原獨聯(lián)體扥國家和地區(qū)采用厭氧消化處理污泥站所產(chǎn)污泥量的一半以上。中國城市污水處理廠污泥處理起步較晚，20世紀80年代中期才開始建設(shè)城市大型污水廠，污泥處理采用的也是中溫厭氧消化，主要先進技術(shù)和設(shè)備都是引進的。近十多年來，中國城市污水廠的污泥處理技術(shù)和某些單項專用設(shè)備有較大發(fā)展，積累了不少中溫厭氧消化技術(shù)方面的經(jīng)驗。

　　5.4.污泥的脫水

　　污泥濃縮主要是分離污泥中捷大部分的間隙水，但污泥經(jīng)濃縮之后，其含水率仍在95%以上，呈流動狀態(tài)，體積龐大，且容易腐敗發(fā)臭，不利于運輸和處置，給后續(xù)處理造成相當(dāng)大的困難。因此需要對污泥進行脫水，這樣可以降低污泥的含水率，減少污泥的體積，降低運輸成本。脫水主要是將污泥中的表面吸附水和毛細水分離開來，這部分水只占污泥中總含水量的15%~25%，但經(jīng)脫水之后，污泥呈固體狀態(tài)，體積減少為原來的1/10，大大降低了后續(xù)處理的難度。

　　常用的脫水方法有自然干燥和機械脫水兩種。自然干燥是利用自然力量(如太陽能)將污泥脫水干化。傳統(tǒng)上常用的是污泥干化床。該法用于氣候比較干燥、占地不緊張以及環(huán)境衛(wèi)生條件許可的地區(qū)。機械脫水是目前世界上各國普遍采用的方法。常用的脫水機械有真空過濾機，板框壓濾機，帶是壓濾機，離心機等。

　　5.5.污泥的熱干燥

　　污泥處理技術(shù)中，污泥的含水率是最關(guān)鍵的影響因素。因此，降低污泥含水率是目前在污泥處理中所遇到的問題的關(guān)鍵。國內(nèi)外應(yīng)用實踐表明，在傳統(tǒng)的污泥濃縮和脫水供以后，污泥的含水率不可能達到60%。要達到對污泥的深度脫水，比較經(jīng)濟的方法是引入化工操作中常用的熱干燥技術(shù)。

　　5.5.1.污泥的熱干燥處理原理

　　污水廠污泥是一種油有機物和無機物組成的含水率很高的混合物，性質(zhì)相當(dāng)復(fù)雜，國內(nèi)外關(guān)于污泥熱干燥的基礎(chǔ)研究及機理論述方面的成果不多。20世紀80年代，Muller，Satoetal以及Smollen等人對污泥的干燥特性進行了研究，發(fā)現(xiàn)其與晶體物質(zhì)的干燥特性有很大的差異。他們認為，水分在污泥中有4種存在形式：自由水分、間隙水分、表面水分及結(jié)合水分，分別反應(yīng)了水分與污泥固體顆粒結(jié)合的情況，如圖：

　　1)自由水分蒸發(fā)速率恒定時去除的水分。

　　2)間隙水分蒸發(fā)速率第一次下降時所去除的水分，通常指存在于污泥顆粒間的毛細管中的水分。

　　3)表面水分蒸發(fā)速率第二次下降時所去除的水分，通常指吸附或年富裕固體表面的水分。

　　4)結(jié)合水分在該干燥過程中不能被去除的水分。這部分水一般以化學(xué)力與工體顆粒相結(jié)合。

　　由于污泥中水分分布狀況與晶體物質(zhì)的差異性，化工操作中已成熟的數(shù)學(xué)模型和設(shè)備直接用于無處理不一定有效，需對污泥的熱干燥特性進行深入的研究，以建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，開發(fā)適用的干燥設(shè)備。

　　5.5.2.污泥的熱干燥處理原理

　　污泥熱干燥處理技術(shù)因操作靈活，可根據(jù)污泥的最終處置要求來調(diào)節(jié)干污泥的含固率等優(yōu)點，愈來愈受到人們的重視。目前，相當(dāng)多的國家已在污泥處理中采用熱干燥技術(shù)。按照介質(zhì)是否與污泥直接接觸，現(xiàn)行的污泥熱干燥技術(shù)可以分為兩類：直接熱干燥技術(shù)和間接熱干燥技術(shù)。

　　直接熱干燥技術(shù)：又稱對流熱干燥技術(shù)。在操作中，熱介質(zhì)與污泥直接接觸，熱介質(zhì)低速流過污泥層，再次過程中吸收污泥中的水分，處理后的干污泥需與熱介質(zhì)進行分離。排出的廢氣一部分通過熱量回收系統(tǒng)回到原系統(tǒng)中再用，剩余的部分經(jīng)無害化后排放。此技術(shù)熱傳輸效率及蒸發(fā)速率較高，可使污泥的含固率從25%提高到85%~95%。但由于與污泥直接接觸，熱介質(zhì)容易受到污染，排出的廢水和水蒸氣經(jīng)過無害化處理才能排放;同時，熱介質(zhì)和干污泥需加以分離，給操作和管理帶來了一定的麻煩。旋轉(zhuǎn)式熱干燥器以及閃蒸熱干燥器都是典型的直接加熱干燥裝置。

　　間接熱干燥技術(shù)：熱介質(zhì)不直接與污泥接觸，而是通過熱交換器將熱傳遞給濕污泥，使污泥中的水分得以蒸發(fā)，因而熱介質(zhì)不僅限于氣體，也可用熱油等液體，同時熱介質(zhì)也不會受到污泥的污染，省卻的后續(xù)的熱介質(zhì)與干污泥分離的過程。過程中蒸發(fā)的水分到冷凝器中加以冷凝，熱介質(zhì)的一部分回到原系統(tǒng)中再用，以節(jié)約能源。由于間接傳熱，該技術(shù)的傳熱效率及蒸發(fā)速率均不如直接熱干燥技術(shù)。這種技術(shù)的操作涉筆有薄膜熱干燥器，圓盤式熱干燥器等。

　　5.6.濕式氧化法處理污泥

　　濕式氧化法(WO法)是一種物理化學(xué)方法。此方法在高溫下(臨界溫度150~370℃)和一定壓力下用來處理高濃度有機廢水和不易生化的廢水十分有效。由于活性污泥在物質(zhì)結(jié)構(gòu)上與高濃度有機廢水十分相似，因此這種方法可以用來處理剩余污泥。濕式氧化法處理污泥是經(jīng)濃縮后的污泥，在液態(tài)下加熱加壓，并通入壓縮空氣，使有機物被氧化去除，從而改變污泥結(jié)構(gòu)與成分，使脫水性能大大提高。

　　用濕式氧化法處理活性污泥，反應(yīng)溫度對總COD的降解效果影響非常大，大過于溶解氧濃度對濕式氧化效果的影響。在特定的溫度和壓力下，總COD要變成可溶解性有機物主要依賴于氧化時間。由于剩余污泥是由大量的細菌群組成，它在高溫下能夠比較容易水解，從細胞中釋放出大量可溶性有機物，所以在300℃以上并氧化30min以后，除部分可溶解性COD被氧化成CO和HO外，剩余可溶性有機物成分都是以乙酸和其他有機酸為主的難分解有機物。

　　為了使污泥得到進一步的生物處理，目前國外研究的方向主要集中在污泥成分的轉(zhuǎn)化。濕式氧化法液體中剩余有機物在臨界條件下很難被氧化，最終產(chǎn)物以乙酸的形式存在，而不是CO和HO。乙酸在濕式氧化處理中很難被進一步氧化，但是在厭氧和好氧生物處理過程中卻十分容易被降解，因此在試試氧化設(shè)計中，通常選擇乙酸的濃度作為動力學(xué)參數(shù)。由于活性污泥的成分十分復(fù)雜，很難用一個簡單的表達式表示，所以在設(shè)計濕式氧化處理系統(tǒng)中必須使用簡化的分析參數(shù)，例如MLVSS、可溶性COD、乙酸、甲醛等。這些參數(shù)被優(yōu)化組合后，就可能使?jié)袷窖趸到y(tǒng)在最佳的條件下運行，并為進一步的生物處理提供最易降解的原料。

　　第六章 污泥處置技術(shù)

　　污泥處置途徑很多，土地利用、衛(wèi)生填埋、焚燒和水體消納(排入江河湖海)，是許多國家常用的方法。一般來說，各個國家對污泥處置的方式的選擇是根據(jù)本國的地理環(huán)境、經(jīng)濟水平、技術(shù)措施、交通運輸?shù)纫蛩囟_定的，而且會隨著公眾認識的提高和興趣的改變而改變。

　　6.1.土地利用

　　污泥的土地利用時一種積極、有效而安全的污泥處理處置凡是。污水污泥的土地利用在我國已經(jīng)有超過20多年的歷史，20世紀80年代初，第一座大型城市污水處理廠天津紀莊子污水處理廠建成投產(chǎn)后，污泥即由附近郊區(qū)農(nóng)民用于農(nóng)田。隨著城市污水污泥產(chǎn)生量和污水處理廠的逐漸增多，中國已經(jīng)開始將污水處理廠污泥用于城市綠化林地改造。

　　6.2 土地填埋

　　污泥的土地填埋是在傳統(tǒng)填埋的基礎(chǔ)上，從保護環(huán)境的角度出發(fā)，經(jīng)過科學(xué)選址和必要的場地防護處理，以嚴格的管理制度和科學(xué)的工程操作來加以實施的污泥處置方法。到目前為止，這種方法已發(fā)展為一項比較成熟的污泥處置技術(shù)。該技術(shù)的基本方式是城市污泥經(jīng)過簡單的滅菌處理后，直接傾倒于低地或谷地制造人工平原。它的好處是處理成本低，不需要高度脫水，即解決了污泥的出路問題，又可以增加城市建設(shè)用地，故稱為大多數(shù)西方國家主要的污泥處置方法之一。

　　然而，城市污泥土地填埋也存在很多問題，如污泥中含有的各種有毒有害物質(zhì)經(jīng)雨水的侵蝕和滲透會污染地下水。此外，適宜污泥填埋的場所因因城市的阿亮產(chǎn)出污泥而顯得越來越有限。因此，將污泥作為土地填埋處理時，除了要考慮城市周圍是否有適合填埋的低地或谷地外，還應(yīng)考慮到環(huán)境衛(wèi)生問題。

　　建設(shè)污泥填埋場如同生活垃圾衛(wèi)生填埋場一樣，地址需要選擇在底基滲透系數(shù)低且地下水位不高的區(qū)域，填坑應(yīng)鋪設(shè)防滲性能好的材料，衛(wèi)生填埋場還應(yīng)配設(shè)滲濾液收集裝置及凈化設(shè)施。目前中國修建的衛(wèi)生填埋場中，都用高密度聚乙烯為防滲層，這樣可以避免對地下水及土壤二次污染。由于污泥填埋對污泥的土力學(xué)性質(zhì)要求較高，需要大面積的場地和大量的運輸費用，地基需作防滲透處理以免污染地下水等，近年來污泥填埋處理所占的比例越來越小。但對于不能資源化的固體廢物而言，填埋是目前唯一的最終處置途徑。污泥可與城市垃圾一起填埋或單獨填埋，對于污泥的填埋，在部分發(fā)達國家的城鎮(zhèn)垃圾技術(shù)規(guī)范中有相應(yīng)的規(guī)定值，其中對污泥填埋能力規(guī)定了兩類重要參數(shù)：①強度參數(shù)為橫向剪切強度>25kPa或單軸壓強>25kPa;②干固體中的有機物比例為灼燒減量<3%(Ⅰ類填埋場即惰性廢物填埋場)或灼燒減量<5%(Ⅱ類填埋場即生活垃圾填埋場)。

　　6.3 污泥焚燒

　　焚燒的優(yōu)勢在于可以迅速和較大程度地使污泥達到無害化和減量化，其產(chǎn)物為無菌、無臭的無機殘渣，含水率為零，且在惡劣的天氣條件下不需要存儲設(shè)備。近年來焚燒法由于采用了合適的預(yù)處理工藝和焚燒手段，達到了污泥熱能的自持，并能滿足越來越嚴格的環(huán)境和充分地處理不適宜資源化利用的部分污泥。對于大城市，因遠離填埋場造成運輸費用較高時，采用焚燒法處置可能是經(jīng)濟有效的。人口稠密的海洋及島嶼國家(如日本、新加坡等)由于污泥的農(nóng)田利用和土地填埋受限制，加之近年來海洋排放收到強烈反對，所以十分注重污泥焚燒技術(shù)的研究和開發(fā)。早在1984年，新加坡南洋技術(shù)研究院的Jarnis和Vickrdge就發(fā)現(xiàn)，曲子新加坡各個污水廠的污泥，在550℃燃燒時是自燃的;而安大略湖現(xiàn)場污泥焚燒路的成功生產(chǎn)，則進一步證明合適預(yù)處理的污泥，在焚燒過程中完全達到了熱能的自持。污泥焚燒已成為很具發(fā)展前景的污泥處置方法。

　　污泥焚燒法有利也有弊，主要缺點是：污泥中的重金屬會隨著煙塵的擴散而污染空氣，殘余灰燼也富含污染物，再進行填埋處置也易于造成環(huán)境污染，而且焚燒的成本也是其他工藝的2~4倍;另一方面，污泥必須保證在比較低的含水率才能用作“合成燃燒”這就需要提高污泥的脫水程度從目前的技術(shù)水平上來看，機械脫水成本比較高，自然脫水雖然成本較低，但是時間長、占地大、而且晾曬間的污泥腐臭氣體會污染空氣。在所有的污泥處置中，焚燒只有在其他的污泥處置方法由于環(huán)境或土地利用的限制而被排出時才可考慮。從焚燒的產(chǎn)物來看，干污泥顆?？捎米靼l(fā)電廠燃料的摻合料，也可通過干餾提取焦油、燃料油和燃氣等。污泥燃燒灰可以做水泥添加劑、污泥磚、污泥陶瓷等建筑材料。污泥蛋白菌可制造蛋白塑料、膠合生化纖維板等。污泥生物氣可用作燃料，還可以制造四氯化碳、有機玻璃樹脂、甲醛等化工產(chǎn)品。

　　第七章 污泥的資源化處理處置技術(shù)

　　7.1 污泥的堆肥化

　　7.1.1 概述

　　污泥堆肥是一種無害化、減容化、穩(wěn)定化的綜合處理技術(shù)。它是利用好氧的嗜溫菌、嗜熱菌的作用，將污泥中有機物分解，并殺滅傳染病菌、寄生蟲卵與病毒，提高污泥肥分。

　　污泥堆肥化過程中經(jīng)常要用到調(diào)理劑和膨脹劑。調(diào)理劑是指加進堆肥化物料中的有機物，借以減少單位體積的質(zhì)量，增加碳源及與空氣的接觸面積，以利于需氧發(fā)酵。污泥堆肥化過程中常用的調(diào)理劑有木屑、秸稈、稻殼、糞便、樹葉、垃圾等有機廢料。膨脹劑是指用有機物或無機物制成的固體顆粒，把它加入濕的堆肥化物質(zhì)中時，能有足夠的大小保證物料與空氣的充分接觸，并能依靠粒子之間的接觸起到支撐作用。常用的膨脹劑有木屑、團粒垃圾、破碎成顆粒狀的輪胎、塑料、花生殼、秸稈、樹葉、巖石及其他物質(zhì)。根據(jù)污泥的組成和微生物對混合堆料中碳氧化、碳磷化、顆粒大小、水分含量的PH值等要求，對其加入一定量的調(diào)理劑與膨脹劑。保持合適的水分，然后進行堆積。

　　堆肥化可以分為兩個階段，即一級堆肥階段與二級堆肥階段。

　　一級堆肥可以分為3個階段，即發(fā)熱、高溫消毒和腐熟。堆肥初期為發(fā)熱過程：在強制通風(fēng)條件下，堆肥中有機物開始分解，嗜溫菌迅速增長，對非溫度上升至約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，一部分使堆肥的溫度繼續(xù)上升可達55~70℃，此時嗜溫菌受到抑制，嗜熱菌繁殖，病原菌、寄生蟲卵與病毒被殺滅，由于大部分有機物已被氧化分解，需氧量迅速減少，溫度開始回落。腐熟過程：溫度降至40℃左右，堆肥基本完成。以及堆肥耗時7~9d，在堆肥倉內(nèi)完成。

　　二級堆肥階段：一級堆肥完成后，停止強制通風(fēng)，采取自然堆放方式，使進一步熟化、干燥、成粒。堆肥成熟的標志是物料呈黑褐色，無臭味，手感松散，顆粒均勻，蚊蠅不繁殖，病原菌、寄生蟲卵、病毒以及植物種子均被滅殺，氮、磷、鉀等肥效增加且易被作物吸收。二級堆肥階段周期為一個月左右。

　　堆肥技術(shù)的特點：①自身產(chǎn)生一定的熱量，并且高溫持續(xù)時間長，不需要外加熱源，即可達到無害化;②使纖維素這種難于降解的物質(zhì)分解，使堆肥物料有了較高程度的腐殖化，提高有效養(yǎng)分;③基建費用低、容易管理、設(shè)備簡單;④產(chǎn)品無味無臭、質(zhì)地疏松、含水率低、容量小、便于運輸施用和后續(xù)加工復(fù)混肥(商品肥)。

　　7.1.2 污泥堆肥工藝

　　目前，用于城市污泥好氧處理的堆肥技術(shù)有：機械翻垛工藝、傳統(tǒng)靜態(tài)好氧堆肥工藝、新型靜態(tài)好氧堆肥工藝。

　　機械翻垛工藝：采用專門設(shè)備，定時對污泥堆垛進行翻拋，以滿足發(fā)酵過程中對氧氣的需求。這種發(fā)酵技術(shù)的優(yōu)點是無聊容易均勻，操作簡單。缺點是機械翻垛基本沒有監(jiān)控系統(tǒng)，生產(chǎn)過程中多是憑經(jīng)驗操作，因此會出現(xiàn)堆體內(nèi)因氧氣不足而產(chǎn)生臭味的情況，環(huán)境衛(wèi)生條件較差，有機質(zhì)降解慢;翻垛過程中，堆體散發(fā)熱量，導(dǎo)致堆體溫度下降，使整個發(fā)酵過程中堆體溫度發(fā)生吧波動，難以保證殺滅病原菌和病蟲卵等生物的效果，堆肥的穩(wěn)定化和無害化效果差，尤其在環(huán)境溫度低時更加明顯。

　　傳統(tǒng)靜態(tài)好氧堆肥工藝：在堆肥過程中通過設(shè)在堆體地步的曝氣系統(tǒng)加氧，無需翻動整個堆體。這種工藝可以避免機械翻拋過程中堆體熱量的損失等缺點，但是由于缺少對堆肥過程的溫度和氧氣檢測和控制，只能通過簡單的定時控制來曝氣，因此依然存在氧氣供應(yīng)不充分，容易產(chǎn)生臭味和微生物活性低、有機質(zhì)降解慢、堆肥質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。

　　新型靜態(tài)好氧堆肥工藝：實現(xiàn)了對溫度和氧氣兩大關(guān)鍵因素的實時、在線監(jiān)控，從而可以縮短堆肥周期，提高堆肥質(zhì)量，達到堆肥產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定及堆肥生物無害化處理的效果，同時可以降低堆肥過程的能耗。

　　新型靜態(tài)好氧堆肥工藝特點：

　　1、在不翻垛的情況下，利用鼓風(fēng)機為污泥堆垛充氧。與翻垛堆肥相比，熱量損失小，臭味產(chǎn)生少，堆肥速度較快。

　　2、在線自動控制程度高。該工藝具有污泥好氧堆肥過程通過在線探頭實時控制溫度、氧氣等重要參數(shù)的功能，同事利用計算機自動檢測系統(tǒng)，處理堆肥過程中的反饋數(shù)據(jù)，并自動對溫度和氧氣進行調(diào)控，實現(xiàn)了工業(yè)化自動測控，可以提高堆肥質(zhì)量，達到堆肥產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。該工藝自動化運行，操作簡單，可以節(jié)省操作人員，并減輕勞動強度。

　　3、臭味控制。通過調(diào)節(jié)堆垛中氧含量，抑制硫化氫氣體產(chǎn)生，減少抽氣量，可大大減輕對廠區(qū)及其周圍環(huán)境造成的污染。

　　4、工藝技術(shù)成熟、穩(wěn)定，產(chǎn)業(yè)化程度較高。

　　5、通風(fēng)效果好、能耗低。

　　6、運行成本低。該工工藝由于自動化程度高、供養(yǎng)效率高，因此，工作人員少、電耗低。較傳統(tǒng)堆肥方式降低了運行費用。

　　7.2 污泥制磚

　　利用城鎮(zhèn)污水處理廠的排放污泥和其他原料混合生產(chǎn)燒結(jié)建筑材料制品，一則利用消化了大量的城市污水處理廠排放的污泥，二則污水處理廠的排放污泥中有機質(zhì)的自身燃燒產(chǎn)生的熱量可補充高溫焙燒燒結(jié)制品的熱量，既利用了污泥本身的熱值，也可以高溫分解有毒及致癌有害物質(zhì)，完全解決了城市污泥的二次污染問題，這是目前實現(xiàn)城市污泥無害化、資源化和產(chǎn)業(yè)化的最佳途徑之一。

　　城鎮(zhèn)污水處理廠污泥通常的含水率非常高，固體物質(zhì)中有機物含量較高，質(zhì)量較輕。因此，在污泥制磚中難與其他物料混合均勻。污泥制磚的物料均勻混合處理，是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，工藝上一般都采用強力混合設(shè)備，如均化布料機和強力擠出攪拌機以及強力輪碾設(shè)備組合的強力均勻混合系統(tǒng)。為防止污泥有機物分解引發(fā)二次污染的環(huán)境問題，應(yīng)采用快速陳化工藝，以處理污泥制磚生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣。通常的工藝流程圖如下：

　　首先將含水率80%的污泥經(jīng)烘干到含水率40%，燒結(jié)制品其他物料按比例破碎到1mm以下，再按感化污泥的物料的配合比例將他們送進強力擠出攪拌機混合，再經(jīng)輪碾碾煉均化后送入陳化庫陳化;再進入強力真空擠出機成型，成型濕磚經(jīng)自動碼坯機碼上要車，進入隧道干燥窯，利用焙燒的余熱在100~150℃熱風(fēng)中干燥脫水;最后干燥坯進隧道窯焙燒，利用污泥自身及物料中的熱值焙燒到1000~1100℃，經(jīng)24~32h焙燒后生產(chǎn)出成品。

　　干燥和焙燒通常采用自動控制的大斷面寬體隧道窯。整個焙燒過程嚴格控制燒成溫度及時間，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

　　各生產(chǎn)線生產(chǎn)工序采用全自動化及系統(tǒng)負壓抽風(fēng)系統(tǒng)，并將生產(chǎn)廢氣送入焙燒分解系統(tǒng)處理，同時，對焙燒及干燥的有害氣體如二氧化硫及二噁英等進行吸附處理和分解，解決對生產(chǎn)人員的傷害和對生產(chǎn)企業(yè)周圍環(huán)境的二次污染。

　　焙燒窯內(nèi)利用污泥及物料的燃燒熱值提供熱量，再利用焙燒余熱來干燥濕磚坯，做到熱能平衡，降低制磚成本。

　　利用城鎮(zhèn)污水處理廠污泥制磚，完成污泥干花處理后，需確定污泥的適宜摻加量。對于制磚生產(chǎn)中污泥的摻和量，通常從四個方面考慮：一是污泥的發(fā)熱量;二是污泥的物理性能指數(shù)，如塑性指數(shù)、干敏指數(shù)等和污泥的含水率;三是燒失量指標;四是化學(xué)成分和礦物組成。

　　第八章 污泥處理的相關(guān)標準

　　GB/T23484——2009 城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 分類

　　GB/T24188——2009 城鎮(zhèn)污水處理廠污泥泥質(zhì)

　　GB/T25031——2010 城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 制磚用泥質(zhì)

　　GB/T23485——2009 城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 混合填埋泥質(zhì)

　　GB/T23486——2009 城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 園林綠化用泥質(zhì)

　　GB/T24600——2009 城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 土地改良用泥質(zhì)

　　GB/T24602——2009 城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 單獨焚燒用泥質(zhì)

　　CJ/T309——2009 城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 農(nóng)用泥質(zhì)

　　CJ/T314——2009 城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 水泥熟料生產(chǎn)用泥質(zhì)

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