城市污水廠污泥處理處置現(xiàn)狀分析及處理系統(tǒng)設(shè)計

孫立明，鄧舟，夏洲，張妍

（1.深圳市玉龍坑固體廢棄物綜合利用中心，廣東深圳518024；2.北京健坤偉華新能源科技有限公司，北京100085）

城市污水廠污泥處理處置現(xiàn)狀分析及處理系統(tǒng)設(shè)計

孫立明1，鄧舟2，夏洲2，張妍2

（1.深圳市玉龍坑固體廢棄物綜合利用中心，廣東深圳518024；2.北京健坤偉華新能源科技有限公司，北京100085）

分析了我國城市污水廠污泥產(chǎn)生量、危害及處理技術(shù)，并對污泥處理系統(tǒng)進行設(shè)計。

污泥；處理系統(tǒng)；填埋；焚燒

我國污泥處理事業(yè)發(fā)展起步較晚，且早期建設(shè)的污水處理廠普遍存在重水輕泥的傾向，追求污水處理率，而忽略污泥的處理處置，至2006年底，我國已建成運營的城市污水處理廠約800座，大多數(shù)污水處理廠沒有完善的配套設(shè)施［1］。污泥各種處置方式的比例為：干化焚燒10%、填埋6%、堆肥1%，83%沒有得到妥善處置。且存在污染處理技術(shù)單一、裝備水平落后、處置保障率低、二次污染風(fēng)險大等問題。筆者通過分析我國污泥產(chǎn)生、處理處置技術(shù)現(xiàn)狀，探討適合我國國情的污泥處理系統(tǒng)，及其技術(shù)和經(jīng)濟的可行性。

1 我國污水廠污泥的產(chǎn)生及危害

隨著我國城市化進程的加快和社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)污水產(chǎn)生量迅速增加。與此同時，國家對環(huán)境治理投資力度的增加也極大地促進了污水處理行業(yè)的發(fā)展。根據(jù)環(huán)境公報統(tǒng)計，2005年全國城鎮(zhèn)污水排放量283億t，處理率37.4%，COD排放量860萬t，全年產(chǎn)生脫水污泥1 113萬t［2］。據(jù)預(yù)測2015年全國污泥產(chǎn)生量將達到3 560萬t。

污泥中除了含有大量的粗纖維、蛋白質(zhì)、脂肪等有機物之外，還含有大量病原菌、寄生蟲（卵），銅、鋅、鎘、汞等重金屬，鹽類以及多氯聯(lián)苯、二惡英、放射性核素等難降解的有毒有害物。這些物質(zhì)如果控制不當(dāng)，將對環(huán)境和人類及動物健康造成較大的危害。

2 污泥處理處置技術(shù)

2.1 污泥土地利用技術(shù)

污泥土地利用主要包括城市園林綠化、土地改良和農(nóng)用等。據(jù)美國環(huán)保署統(tǒng)計，污水廠污泥處理中，有45%的污泥用于農(nóng)、林業(yè)；在日本，約有9%的污泥用于農(nóng)田利用［3］。盡管污泥的土地利用具有能耗低、處理成本低、可回收利用污泥中養(yǎng)分等優(yōu)點，但由于其含有大量的病原微生物、重金屬和二惡英等有毒有害物質(zhì)，應(yīng)先經(jīng)過無害化處理后才可使用［4］。

2.2 污泥填埋技術(shù)

污泥填埋分為單獨填埋和混合填埋。在歐洲，脫水污泥與城市垃圾混合填埋較多，而在美國多數(shù)采用單獨填埋［5］。在我國，填埋技術(shù)是目前污泥處置的最主要方法，主要與城市垃圾進行混合填埋。該法處理量大、投資小、運行費用低、操作簡便，但占地大，且由于污水廠污泥含水率高，填埋時會產(chǎn)生大量的滲瀝液，且其所含的重金屬、病原菌等，增加了滲瀝液處理的負擔(dān)，造成嚴重的二次污染。隨著我國土地利用日益緊張和污泥產(chǎn)生量的迅速增加，填埋技術(shù)將不適合我國污泥處理處置的長期發(fā)展。

2.3 污泥焚燒技術(shù)

污泥焚燒技術(shù)可以使污泥達到很好的減量效果，同時可以回收其中的熱量，殺死病原菌。該技術(shù)在日本、奧地利、丹麥、德國等國占比例較高［6］。但由于污泥含水率較高，熱值較低，如果污泥直接焚燒，需要消耗大量的輔助燃料，焚燒運行成本很高。因此，污泥需要經(jīng)過必要的預(yù)處理使污泥含水率降低后才能進行焚燒。除了污泥單獨焚燒外，還可以將污泥和煤等可燃物混合焚燒，既充分利用了污泥的熱值，又達到了節(jié)約能源的目的［7］。從污泥處理處置技術(shù)的發(fā)展趨勢來看，這種使污泥真正實現(xiàn)減量化、無害化和資源化的技術(shù)具有很好的推廣應(yīng)用前景。但同時，在焚燒技術(shù)的應(yīng)用中，不可避免會產(chǎn)生焚燒煙氣，因此在應(yīng)用中應(yīng)配套相應(yīng)的控制手段，以減少環(huán)境風(fēng)險，提高焚燒設(shè)備的運行穩(wěn)定性［8-9］。

2.4 污泥厭氧消化技術(shù)

污泥厭氧消化技術(shù)可以實現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化，沼氣回收提純后可以成為清潔燃料或發(fā)電轉(zhuǎn)變成電能被利用，從而減少化石燃料的使用，緩解溫室效應(yīng)。但污泥厭氧消化往往存在污泥停留時間長、反應(yīng)器體積大等缺點。因此近年來，如何提高污泥厭氧消化率成為了研究的熱點。挪威的Cambi公司開發(fā)了一種以熱水解為特征的污泥處理系統(tǒng)：該水解過程能將其厭氧消化的沼氣產(chǎn)生量提高1.5倍，且沼渣脫水后的體積可減少50%以上［10］。在國內(nèi)，王偉、王治軍等的研究也證實我國污水廠污泥經(jīng)過熱水解后，其厭氧消化性能和脫水性能都得到了明顯的改善［11-13］。

3 市政污泥處理系統(tǒng)設(shè)計

基于以上對污泥處理處置技術(shù)的對比分析可知，每一種污泥處理技術(shù)都有其自身的優(yōu)缺點和適應(yīng)性。因此，在選擇污泥處理技術(shù)時，應(yīng)根據(jù)污泥特性、當(dāng)?shù)亟?jīng)濟水平和環(huán)境標準以及處理方法的適用性等綜合考慮。

3.1 工藝流程

圖1為工藝流程示意，詳細步驟如下：

①污泥經(jīng)過熱水解預(yù)處理后，其污泥細胞被打碎，污泥中的有機質(zhì)溶解到水中，使其脫水性能和厭氧消化性能同時提高。熱水解過程中需要的蒸汽由后續(xù)燃料粒和沼氣焚燒提供。

②用脫水機對污泥進行脫水處理，處理后泥餅的含水率由原來的80%降低到50%左右。

③采用造粒機將污泥與一定的煤混摻造粒，此時利用焚燒工藝中產(chǎn)生的余熱對造出的燃料粒進行干化，使燃料粒的含水率進一步降低，燃料粒的孔隙率提高，強度提高。

④熱水解后的污泥采用脫水機脫水后得到的濾液進入UASB反應(yīng)器進行厭氧反應(yīng)，產(chǎn)生的沼氣進入沼氣燃燒器，與燃料粒一起進行焚燒發(fā)電。

⑤燃料粒焚燒后產(chǎn)生熱量，與沼氣燃燒后產(chǎn)生的熱量一起進行回收利用。

3.2 污泥處理系統(tǒng)特點

①熱水解技術(shù)可以使污泥的厭氧消化性能和脫水性能同時提高，脫水后的濾液直接進入UASB反應(yīng)器進行厭氧消化，從而縮小厭氧消化反應(yīng)器的體積，縮短停留時間，提高厭氧消化效率。

②熱水解后的泥餅含水率大幅降低，且達到明顯的減容，同時使污泥黏度降低，焚燒熱值大大提高，燃燒性能改善，從而降低焚燒成本。

③脫水后的泥餅含水率顯著降低，摻入少量的煤粉，并采用造粒機造粒，不僅可以進一步降低燃料粒的含水率，提高其熱值，同時采用焚燒系統(tǒng)的余熱進行干化處理，兩者均可提高其強度。這使得污泥燃料粒便于運輸，使異地焚燒處理或建立集中式污泥焚燒廠成為了可能。同時，熱水解技術(shù)使污泥中的微生物實現(xiàn)滅活，因此該技術(shù)生產(chǎn)出的污泥燃料粒不易變質(zhì)，貯存時間可相對延長。

④該系統(tǒng)設(shè)備相比傳統(tǒng)厭氧消化工藝，占地面積小，布置靈活，在用地緊張、經(jīng)濟相對發(fā)達的大中型城市具有很好的市場前景。

4 結(jié)束語

隨著我國對污水處理問題的重視，污泥的產(chǎn)生量還將迅速增加。污泥的資源化處理技術(shù)研究也將更加引起人們的重視。綜上所述，不同的污泥處理技術(shù)都有其自身的優(yōu)勢和劣勢，如果能夠因地制宜，將各工藝進行優(yōu)化集成，找到適合我國國情的污泥資源化處理技術(shù)路線，那么我國污泥處理技術(shù)將會向低能耗、可持續(xù)的方向發(fā)展。

［1］楊文婷.城市污泥處理現(xiàn)狀［J］.科技信息，2009（33）：338-339.

［2］國家環(huán)境保護總局.中國環(huán)境年鑒［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2006.

［3］趙麗君，張大群，陳寶柱.污泥處理與處置技術(shù)的進展［J］.中國給水排水，2001，17（6）：23-25.

［4］張培玉，劉晗.城市污水處理廠污泥的綜合利用與資源化［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2009，32（12）：109-112，128.

［5］趙樂軍，戴樹桂，辜顯華.污泥填埋技術(shù)應(yīng)用進展［J］.中國給水排水，2004，20（4）：27-30.

［6］周旭紅，鄭衛(wèi)星，祝堅，等.污泥焚燒技術(shù)的研究進展［J］.能源環(huán)境保護，2008，22（4）：5-8，31.

［7］彭琦，孫志堅.國內(nèi)污泥處理與綜合利用現(xiàn)狀及發(fā)展［J］.能源工程，2008（5）：47-50.

［8］傅劍敏，徐江鋒，戴海潤，等.污泥焚燒工藝研究與進展［J］.能源與環(huán)境，2009（6）：74-75，90.

［9］余杰，田寧寧，王凱軍.城市污水廠污泥處理與處置技術(shù)的新思路［J］.中國給水排水，2008，24（6）：11-14.

［10］Kepp U，Machenbach I，Weisz N，et al.Enhanced Stabilization of Sewage Sludge through Thermal Hydrolysis-3 Years of Experience with Full-scale Plant［J］.Water Sci Technol，2000，42（9）：89-96.

［11］喬瑋，王偉，荀銳，等.高固體污泥微波熱水解特性變化［J］.環(huán)境科學(xué)，2008，29（6）：1611-1615.

［12］王治軍，王偉，李芬芳.污泥熱水解技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用［J］.中國給水排水，2003，19（10）：25-27.

［13］王治軍，王偉，夏州，等.熱水解污泥的厭氧消化試驗研究［J］.中國給水排水，2003，19（9）：1-4.

Treatment and Disposal Status of Sludge from Municipal Wastewater Plants and Treatment System Design

Sun Liming1,Deng Zhou2,Xia Zhou2,Zhang Yan2
（1.Shenzhen Yulongkeng Solid Wastes Utilization Center,ShenzhenGuangdong518024;2.J&K China Cleaning Energy Technology Co.,Ltd,Beijing100085）

The output,hazard,and treatment technologies of sludge from municipal wastewater plants in China were analyzed.And a sludge treatment system was designed.

sludge；treatment system；landfill；incineration

X703

A

1005－8206（2010）04－0046－03

孫立明（1976—），碩士，畢業(yè)于華中科技大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)。一直從事環(huán)境保護方面的工作，主要參與下坪固體廢棄物填埋場的消殺滅蠅、填埋區(qū)除臭、垃圾填埋場環(huán)境治理、填埋區(qū)雨污分流、垃圾填埋作業(yè)和垃圾滲瀝液處理?，F(xiàn)任深圳市玉龍坑固體廢棄物綜合利用中心副主任。E-mail：slm0422@163.com。

（責(zé)任編輯：劉冬梅）

2010-03-04