污泥的處理與處置已成為現(xiàn)代污水處理系統(tǒng)運行中最復(fù)雜、且花費最高的環(huán)節(jié)，如何妥善處置污泥問題是社會和行業(yè)的焦點問題。隨著環(huán)保督查力度的加大以及循環(huán)經(jīng)濟渠道的興起，中國的污泥處置已經(jīng)迎來最好的時代，但其技術(shù)路線目前卻尚無定論。本文匯總現(xiàn)有污泥處理技術(shù)，并展望未來主流技術(shù)路線。
早期，由于缺乏嚴(yán)格的污泥排放監(jiān)管，我國污水處理廠建設(shè)存在嚴(yán)重的“重水輕泥”現(xiàn)象。近年來，飛速增長的污泥總量和巨大的潛在風(fēng)險，使如何妥善處置污泥問題逐漸成為公眾及業(yè)內(nèi)人士共同關(guān)注的焦點。對現(xiàn)代化的污水處理廠而言，污泥的處理與處置已成為污水處理系統(tǒng)運行中最復(fù)雜、且花費最高的一部分。
近年來，住建部、環(huán)境部等國家相關(guān)部門先后頒布了《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策(試行)》、《HJ-BAT-002城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置污染防治最佳可行技術(shù)指南(試行)》、《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南(試行)》等政策及指導(dǎo)文件，對污泥處理及處置給出了推薦路線。
污泥處理與處置總體技術(shù)路線示意圖
污泥處理 (sludge treatment )：對污泥進行濃縮、調(diào)質(zhì)、脫水、穩(wěn)定、干化等減量化、穩(wěn)定化、無害化的加工過程。我國目前主要的污泥處理方式有濃縮脫水、好氧堆肥、厭氧消化、干化等。
污泥處理的主要目的是減少污泥量并使其穩(wěn)定，便于污泥的運輸和最終處置。一方面是，降低含水率，使其變流態(tài)為固態(tài)，達到減量目的；另一方面是，穩(wěn)定有機物，使其不易腐化，避免對環(huán)境造成二次污染。污泥處理的方法常取決于污泥的含水率和最終的處置方式。
(1) 污泥濃縮脫水
污泥濃縮的作用是通過重力或機械的方式去除污泥中的一部分水分，減小體積;污泥脫水的作用是通過機械的方式將污泥中的部分間隙水分離出來，進一步減小體積。濃縮污泥的含水率一般可達94%~96%。常用的污泥機械脫水方式有帶式壓濾脫水、板框壓濾脫水、離心脫水，脫水污泥的含水率一般可達到80%以下。
從污泥含水率與污泥狀態(tài)的關(guān)系圖可以看出，為了便于污泥處置時的運輸，污泥要脫水，使含水率降至80% 以下，失去流態(tài)。通常，若污泥進行填埋，其含水率要在60% 以下。
污泥含水率與污泥狀態(tài)的關(guān)系圖
(2) 厭氧消化
污泥厭氧消化，是指在厭氧條件下，通過微生物作用將污泥中的有機物轉(zhuǎn)化為沼氣，從而使污泥中有機物礦化穩(wěn)定的過程。厭氧消化可降低污泥中有機物的含量，減少污泥體積，提高污泥的脫水性能。
污泥厭氧消化目前在我國應(yīng)用的并不順暢。我國建設(shè)的約污泥厭氧消化設(shè)施中，可以穩(wěn)定運營的不到20座。主要原因是由我國污泥泥質(zhì)差、處理廠運行管理水平低。我國污泥含砂量較高、有機物含量較低、污泥可生化性差，消化設(shè)備運行的穩(wěn)定性和產(chǎn)沼氣率等指標(biāo)普遍未達到國外標(biāo)準(zhǔn)。
近年來，多項強化預(yù)處理技術(shù)被應(yīng)用于工程實踐，可通過微生物細胞壁的破壁和水解，提高有機物的降解率和系統(tǒng)的產(chǎn)氣量，從而大大提升厭氧消化效率。比較典型的像基于高溫?zé)崴?THP)預(yù)處理的高含固污泥厭氧消化技術(shù)，采用高溫(155℃~170℃)、高壓(6bar)對污泥進行熱水解與閃蒸預(yù)處理;其他的還有生物強化預(yù)處理技術(shù)、超聲波預(yù)處理技術(shù)、堿預(yù)處理技術(shù)、化學(xué)氧化預(yù)處理技術(shù)、高壓噴射預(yù)處理技術(shù)和微波預(yù)處理技術(shù)等。
(3) 好氧堆肥
好氧發(fā)酵通常是指高溫好氧發(fā)酵，是通過好氧微生物的生物代謝作用，使污泥中有機物轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的過程。代謝過程中產(chǎn)生熱量，可使堆料層溫度升高至55 ℃以上，可有效殺滅病原菌、寄生蟲卵和雜草種籽，并使水分蒸發(fā)，實現(xiàn)污泥穩(wěn)定化、無害化、減量化。
好氧堆肥具有以下優(yōu)點：發(fā)酵效率高，穩(wěn)定化時間相對短;高溫達到60度左右，有效滅菌;含水率可降到35%左右;污泥成品主要用于土地修復(fù)、城市綠化、垃圾場覆蓋以及土壤改良等方面用土。
(4) 污泥干化
污泥干化，是指通過滲濾或蒸發(fā)等作用，從污泥中去除大部分含水量的過程。有蒸汽式、熱風(fēng)式或者干脆利用高爐熱或者工廠余熱作為熱源。
目前應(yīng)用較多的污泥干化工藝設(shè)備包括流化床干化、帶式干化、槳葉式干化、臥式轉(zhuǎn)盤式干化、立式圓盤式干化和噴霧干化等六種工藝設(shè)備。干化工藝和設(shè)備應(yīng)綜合考慮技術(shù)成熟性和投資運行成本，并結(jié)合不同污泥處理處置項目的要求進行選擇。
(5) 石灰穩(wěn)定技術(shù)
通過向脫水污泥中投加一定比例的生石灰并均勻摻混，生石灰與脫水污泥中的水分發(fā)生反應(yīng)，生成氫氧化鈣和碳酸鈣并釋放熱量。石灰穩(wěn)定可起到滅菌和抑制腐化、脫水、鈍化重金屬離子、改性、顆?；茸饔谩?/span>
污泥的石灰穩(wěn)定技術(shù)可以做為建材利用、水泥廠協(xié)同焚燒、土地利用、衛(wèi)生填埋等污泥處置方式的處理措施。采用石灰穩(wěn)定技術(shù)應(yīng)考慮當(dāng)?shù)厥襾碓吹姆€(wěn)定性、經(jīng)濟性和質(zhì)量方面的可靠性。
污泥處置是指處理后的污泥，棄置于自然環(huán)境中(地面、地下、水中)或再利用，能夠達到長期穩(wěn)定并對生態(tài)環(huán)境無不良影響的最終消納方式。我國目前主要的污泥處置方法有衛(wèi)生填埋、焚燒、土地利用、建材利用等。
2009-2011年在住建部主導(dǎo)下，編制出臺了一批城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置標(biāo)準(zhǔn)，其中《GB/T23484-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置 分類》中明確給出四類共11條處置路線，與這些處置路線對應(yīng)出臺(延用)了一系列泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
在上述四類11條處置路線中，單獨填埋、制輕質(zhì)骨料、燃料利用(電廠等混燒)等三條路線尚無專門對應(yīng)泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，客觀存在政策風(fēng)險，應(yīng)被認(rèn)為技術(shù)上在中國大范圍使用存在障礙或缺乏條件。在實際應(yīng)用中制磚、單獨焚燒兩條路線也由于經(jīng)濟性和環(huán)保等原因已基本不采用，混合填埋(含覆蓋土利用)隨著垃圾填埋場資源的逐漸枯竭而頻臨淘汰。有業(yè)內(nèi)人士建議，剩余五條路線(園林綠化、土壤改良、農(nóng)用、制水泥、垃圾混燒)，根據(jù)環(huán)保要求的高低應(yīng)采用的選擇順序如下：
(1) 當(dāng)泥質(zhì)滿足GB 4284-1984、CJ/T309-2009各項指標(biāo)要求，并且擁有足夠消納用農(nóng)田時，優(yōu)先采用污泥農(nóng)用處置方式。
(2) 當(dāng)泥質(zhì)不滿足上述條件(1)但滿足GB/T 23486-2009、CJ/T362-2011各項指標(biāo)要求，并且擁有足夠消納用綠地(或林地)時，采用污泥園林綠化處置方式。
(3) 當(dāng)泥質(zhì)不滿足上述條件(1)、(2)但滿足GB/T 24600-2009各項指標(biāo)要求，并且擁有足夠消納用鹽堿地、沙化地和廢棄礦場等待修復(fù)土地時，采用污泥土壤改良處置方式。
(4) 當(dāng)泥質(zhì)不滿足上述條件(1)、(2)、(3)，或者滿足GB/T 24600-2009各項指標(biāo)要求但未擁有足夠消納用待修復(fù)土地而擁有垃圾焚燒廠時，同時混燒能夠滿足GB18485-2014各項指標(biāo)要求時，采用與垃圾混燒處置方式。
(5) 當(dāng)泥質(zhì)不滿足上述條件(1)、(2)，同時也不擁有足夠消納用待修復(fù)土地和垃圾焚燒廠而擁有水泥窯資源時，采用水泥窯協(xié)同處置方式;因為水泥窯資源極其有限，很多中心城市將其作為危廢、應(yīng)急固廢處置資源加以保留，因此很難作為大規(guī)模污泥處置的長期手段。
解決污泥問題，“處置”決定“處理”是業(yè)內(nèi)共識。借鑒國際經(jīng)驗，有業(yè)內(nèi)人士分析，未來污泥處理處置的技術(shù)發(fā)展主要有四條路徑：
(1) 以沼氣能源回收和土地利用為主的厭氧消化技術(shù)路線
通常認(rèn)為，厭氧消化成本較低，且可以實現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化。根據(jù)《中國環(huán)境報》統(tǒng)計，單純厭氧消化投資成本約為20-40 萬元/(噸/日)，由于不用鼓風(fēng)曝氣等，節(jié)約了成本，單純厭氧消化運行費用約為60-120元/噸(含水率80%，不包括濃縮和脫水)，而好氧發(fā)酵運行費用為120-160 元/噸。
歐美50%以上的污泥采用厭氧消化處理，產(chǎn)生的沼氣轉(zhuǎn)化為電能可滿足污水廠所需電力的33%～100%。但污泥厭氧消化在我國應(yīng)用的并不順暢。我國建設(shè)的約50 座污泥厭氧消化設(shè)施中，可以穩(wěn)定運營的只有20 余座。主要原因是由我國污泥泥質(zhì)差、處理廠運行管理水平低。
近年來，研究及實踐均表明，通過采用堿解處理、熱處理、超聲波處理、微波處理等方法對污泥進行預(yù)處理，可以提高污泥水解速率，改善污泥厭氧消化性能。污泥厭氧消化技術(shù)會是未來的一個主流方向。
(2) 以土地利用為主的好氧發(fā)酵技術(shù)路線
好氧發(fā)酵效率高，穩(wěn)定化時間相對較短，降低含水率及滅菌的同時，污泥成品主要用于修復(fù)鹽堿地、城市綠化、垃圾場覆蓋以及建筑等方面用土，從而實現(xiàn)污泥中有機質(zhì)及營養(yǎng)元素的高效利用，設(shè)備投資少、運行管理方便。
但是，好氧堆肥目前還存在能量凈支出等問題，同時也缺乏對不同階段的合理通風(fēng)量、C/N等控制因素的理論研究。傳統(tǒng)條垛或者槽式堆肥占地面積大、發(fā)酵產(chǎn)品存在重金屬污染等缺點，使得好氧發(fā)酵技術(shù)此前在我國較難發(fā)展。
未來，污泥好氧發(fā)酵工程可采用高效、快速、穩(wěn)定、集約化的設(shè)計、運營模式，可實現(xiàn)占地面積的大幅縮??；研究表明我國城市生活污泥的重金屬超標(biāo)比例約5%，污染風(fēng)險較小。該技術(shù)在相對欠發(fā)達地區(qū)，應(yīng)用前景較大。
(3) 污泥干化-焚燒技術(shù)路線
污泥干化焚燒無害化最徹底，但是設(shè)備投資和運行成本較高，且焚燒產(chǎn)生的煙氣污染嚴(yán)重，還需建立完善的煙氣處理系統(tǒng)，這也加大了污泥的處理費用。因此，干化焚燒工藝一般適用于用地緊張且經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)。
現(xiàn)階段，在我國污泥厭氧消化和好氧發(fā)酵技術(shù)還未成熟的情況下，污泥干化焚燒在一定時期內(nèi)可能會出現(xiàn)增長的態(tài)勢，尤其是工業(yè)窯爐協(xié)同焚燒的方式。
(4) 建材利用為主的污泥干化處理技術(shù)路線
高干脫水工藝，能夠?qū)⑽勰嗪式档椭?0%。并且大部分建材企業(yè)廢熱余熱充足，例如磚瓦廠的窯爐余熱煙氣等等。利用廢熱余熱來烘干污泥，是近年來比較熱門的一個研究方向。以廢治廢，以最低的成本來烘干污泥，達到大幅度減量化的目的。干化后的污泥按照一定比例作為原材料摻入建材原料里面，最終實現(xiàn)資源化利用。
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