城鎮(zhèn)污泥處理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

趙樂樂，馮　偉，繆　靜

(1 中國市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司, 甘肅　蘭州　730000；2 中工國際工程股份有限公司, 北京　100080)

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城鎮(zhèn)污泥處理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

趙樂樂1，馮偉2，繆靜1

(1 中國市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司, 甘肅蘭州730000；2 中工國際工程股份有限公司, 北京100080)

隨著城市化進(jìn)展的迅速發(fā)展，污水處理規(guī)模不斷加大，隨之產(chǎn)生的污泥量大幅增加。產(chǎn)生的大量城市污泥給環(huán)境帶來巨大壓力，污泥問題迫在眉睫。如何實(shí)現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化、資源化，是污泥處理處置的目標(biāo)。概述了目前國內(nèi)城市廣泛采用的污泥處理工藝技術(shù)即污泥濃縮、污泥脫水、污泥消化等工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出這些工藝存在的問題及未來發(fā)展趨勢(shì)，為污泥處理方案的選擇提供參考。

污泥處理；污泥濃縮；污泥脫水；污泥消化

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)污水廠的數(shù)量和規(guī)模不斷增加，污水和污泥的產(chǎn)量急劇增加，到2020年污泥產(chǎn)量將突破6000萬噸[1]，若不對(duì)污泥進(jìn)行妥善處理、處置，將會(huì)對(duì)環(huán)境和人類健康造成威脅。為此，污泥處理處置問題已成為目前污水處理廠所面臨的重大挑戰(zhàn)。因此，尋求城鎮(zhèn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化的利用途徑，已成為全球關(guān)注的環(huán)境保護(hù)問題。

污泥處理處置可分為處理與處置兩個(gè)階段。包含污泥處理和污泥處置兩層含義，污泥處理是指污泥經(jīng)過單元工藝組合處理即濃縮、脫水、消化、發(fā)酵及熱干化等工藝過程，達(dá)到“減量化、穩(wěn)定化、無害化”目的的全過程。污泥處置是指對(duì)處理后污泥進(jìn)行消納的過程，在污泥處置過程中污泥將最終得以穩(wěn)定，污泥處置包括土地利用、填埋、焚燒以及建材利用等不同方式[2]。本文主要介紹目前廣泛采用的污泥處理工藝技術(shù)即污泥濃縮、污泥脫水、污泥消化等工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀、存在問題及其發(fā)展方向，為污泥處理方案的選擇提供參考。

1　污泥濃縮

污泥處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥，含水率高，體積大，對(duì)于輸送、處理或處置都不方便。污泥濃縮可使污泥初步減容，減輕后續(xù)工藝的處理或處置壓力。

目前城市污水處理廠污泥濃縮的主流工藝是傳統(tǒng)的重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮。濃縮工藝的選擇主要取決于污水處理工藝、污泥性質(zhì)、所需達(dá)到的濃縮效果和建設(shè)性質(zhì)等。對(duì)于重力濃縮工藝，適用于單獨(dú)處理初沉污泥，而對(duì)剩余污泥的濃縮效果不理想，由于占地面積大、操作維護(hù)簡(jiǎn)單，比較適用中小城市新建的污水處理廠；離心濃縮和氣浮濃縮比較適合處理剩余污泥及剩余污泥與初沉污泥組成的混合污泥。這兩種工藝占地面積小、易于改造，比較適合大中城市新建或改擴(kuò)建的污水處理廠[3]。

但是上述這三種主流工藝，在應(yīng)用過程中還存在很多的問題，重力濃縮工藝對(duì)剩余污泥濃縮效果差，存在嚴(yán)重釋磷問題。同時(shí)，隨著氧化溝、A2/O等污水處理新工藝的不斷增多，產(chǎn)生的剩余污泥的含氮、磷量顯著增加，重力濃縮的缺陷進(jìn)一步放大，不能滿足新型工藝的要求。機(jī)械濃縮將逐漸取代重力濃縮。氣浮濃縮避免了重力濃縮的缺點(diǎn)，但是其工藝設(shè)備維護(hù)操作復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用高[3]。

針對(duì)這些問題，目前國內(nèi)外已經(jīng)傾向于污泥處理組合工藝的研究，如濃縮脫水一體化設(shè)備、污泥濃縮消化一體化工藝。這些組合工藝具有占地面積小、自動(dòng)化程度高、處理效率高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[3]。

2　污泥脫水

污泥經(jīng)過濃縮后，其含水率依然較高，一般在97%～99.6%，是流動(dòng)的粒狀或絮狀的疏松結(jié)構(gòu)，體積龐大，難以處置消納，為此需要進(jìn)行污泥脫水處理，降低后續(xù)污泥的處置難度，污泥脫水的方法，一般有機(jī)械脫水、污泥干化污泥烘干及焚燒等方法。

目前國內(nèi)城市污水處理廠常用的污泥脫水方式為機(jī)械脫水，常用的機(jī)械脫水設(shè)備有真空過濾機(jī)、離心脫水機(jī)、板框壓濾機(jī)及帶式壓榨過濾機(jī)。使用最廣泛的帶式脫水機(jī)和離心脫水機(jī)，處理后的污泥含水率一般只能達(dá)到78%左右。污泥經(jīng)過化學(xué)藥劑調(diào)理后再通過板框壓濾機(jī)處理，泥餅的含水率下限可達(dá)到60%以下[4]。目前，國內(nèi)污水處理廠產(chǎn)生的污泥一般都進(jìn)行填埋處理，但隨著CJ/T 249-2007《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置混合填埋泥質(zhì)》的實(shí)施，要求混合填埋污泥含水率≤60%。環(huán)境保護(hù)部辦公廳發(fā)布的環(huán)辦[2010]157號(hào)文件，要求對(duì)于污水處理廠以貯存(即不處理處置)為目的的將污泥運(yùn)出廠界的，必須將污泥脫水至含水率50%以下。由此可見，僅靠單獨(dú)的機(jī)械脫水已經(jīng)不能滿足我國污泥處理處置的長(zhǎng)期發(fā)展。為此，需要與其他污泥處理技術(shù)聯(lián)合使用，來降低污泥含水率，實(shí)現(xiàn)污泥資源化。

污泥干化是實(shí)現(xiàn)污泥無害化、減量化、資源化處置的一種有效方式。太陽能干化作為污泥干化方式的一種，可利用太陽能來蒸發(fā)污泥中的水分，降低污泥含水率，達(dá)到有效利用污泥的目的。與污泥機(jī)械脫水工藝聯(lián)合，能增強(qiáng)其干化效果，提高污泥的含水率。適用于中小型污水處理廠污泥處理工藝的升級(jí)改造。除太陽能干化技術(shù)外還有微波干化、熱液干化、電滲析干化等技術(shù)，與這些技術(shù)相比，太陽能干化技術(shù)具有基建和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但是干化時(shí)間長(zhǎng)、效率低，占地面積較大，制約著太陽能干化技術(shù)的應(yīng)用。

對(duì)于污泥干化技術(shù)的發(fā)展，將不同污泥干化技術(shù)聯(lián)合使用，可更好地實(shí)現(xiàn)污泥干化，實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用，將微波干化、熱液干化等技術(shù)與太陽能干化技術(shù)結(jié)合使用，不僅可以縮短干化時(shí)間，并且可以減少干化場(chǎng)占地面積[5]。

3　厭氧消化

污泥厭氧消化是一個(gè)多級(jí)過程階段，利用兼性菌和厭氧菌進(jìn)行厭氧生化反應(yīng)，分解污泥中有機(jī)質(zhì)，并產(chǎn)生可以再次利用的甲烷氣體，實(shí)現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化、無害化和資源化。污泥厭氧消化是目前國際上常用的污泥生物處理方法，同時(shí)也是一種應(yīng)用于大型污水處理廠中較為經(jīng)濟(jì)的污泥處理方法。

厭氧消化工藝分為直接厭氧消化和預(yù)處理+厭氧消化兩類。直接厭氧消化工藝即傳統(tǒng)的厭氧消化，不經(jīng)過任何前期處理而直接進(jìn)行厭氧消化反應(yīng)的一種處理模式[6]。通常用于有機(jī)質(zhì)含量較高的污泥或摻有高濃度有機(jī)質(zhì)廢物的混合污泥。與其他國家相比，國內(nèi)污泥進(jìn)行厭氧處理過程中存在著以下問題：有機(jī)物的含量偏低，造成有機(jī)物厭氧消化分解率偏低，產(chǎn)氣量偏低；污泥停留時(shí)間長(zhǎng)(SRT 為20～30 d )和反應(yīng)器體積大等缺點(diǎn)。

為改善直接厭氧消化的不足，近年來，人們對(duì)污泥的預(yù)處理技術(shù)展開了大量研究，通過預(yù)處理+厭氧消化來達(dá)到加速和提高污泥水解效果。污泥的預(yù)處理方法包括加加熱處理、熱化學(xué)處理、堿處理和超聲處理。對(duì)預(yù)處理方法的不斷研究可以大大提高厭氧反應(yīng)效率，為污泥處理技術(shù)的發(fā)展提供有利的支持。

然而，對(duì)于厭氧消化工藝在污泥處理中的應(yīng)用還存在一系列的問題[7]:(1)厭氧消化技術(shù)處理污泥的投資較大，大部分工藝及設(shè)備均由國外引進(jìn)，投資及運(yùn)行成本較高;(2)需要投入大量資金來建設(shè)配套處理設(shè)施來處理厭氧消化產(chǎn)生的剩余污泥殘?jiān)爱a(chǎn)生的較高COD濃度的消化液;(3)國內(nèi)污泥有機(jī)質(zhì)含量低，污泥可生化性差，國內(nèi)運(yùn)行效果不理想;(4)存在消防隱患，厭氧消化產(chǎn)生大量的甲烷等易燃?xì)怏w。安全儲(chǔ)存要求高，消防安全問題成為最大隱患。

4　污泥好氧消化

污泥好氧消化實(shí)質(zhì)上是活性污泥法的繼續(xù)，其工作原理是污泥中的微生物有機(jī)體的內(nèi)源代謝過程。傳統(tǒng)污泥好氧消化工藝主要通過曝氣使微生物在進(jìn)入內(nèi)源呼吸期后進(jìn)行自身氧化，從而使污泥減量。剩余污泥好氧消化具有穩(wěn)定和滅菌的雙重作用，而且具有投資少、運(yùn)行管理方便、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，多用于一些小型的污水廠[9]。

對(duì)于好氧消化工藝的不斷研究及應(yīng)用，目前除傳統(tǒng)好氧消化工藝外，還有缺氧/好氧消化、自熱高溫好氧消化、兩段高溫好氧/中溫厭氧消化等工藝。

傳統(tǒng)好氧消化工藝具有工藝成熟、機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單、操作運(yùn)行簡(jiǎn)單、基建費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但需氧量很大，需長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)曝氣所以運(yùn)行費(fèi)用較高。相比傳統(tǒng)好氧消化工藝，缺氧/好氧消化工藝可以補(bǔ)償堿度，維持pH，但是其運(yùn)行費(fèi)用高、污泥停留時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)病原菌的去除率低，該工藝可用于對(duì)傳統(tǒng)好氧消化工藝的改造工程中。自熱高溫好氧消化可以有效滅活病原菌，耗能低，但是存在泡沫問題，動(dòng)力費(fèi)用高，國內(nèi)還尚未有應(yīng)用實(shí)例[10]，然而其處理后的污泥能達(dá)到美國EPA的A級(jí)生物固體的標(biāo)準(zhǔn)，為此，在今后會(huì)有更大的發(fā)展。

目前國內(nèi)也新研發(fā)了CERTAD污泥好氧工藝，與傳統(tǒng)的厭氧和好氧污泥處理工藝相比，其優(yōu)勢(shì)為：總投資省，污泥停留時(shí)間短，占地少，處理效果好，處理后污泥可達(dá)到美國EPA中A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[10]。

因此，對(duì)于不同的污泥好氧消化工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)用時(shí)應(yīng)綜合考慮。

5　結(jié)　論

隨著國家對(duì)污泥處理處置的重視，污泥處理技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，實(shí)現(xiàn)污泥處理多元化，但各種處理工藝存在一定的優(yōu)缺點(diǎn)，污水處理廠應(yīng)結(jié)合不同的污水處理工藝，并在實(shí)際運(yùn)用中考慮污泥處置的最終要求、實(shí)際能提供的設(shè)備、場(chǎng)地及投資各方面的因素，最終選擇合適的污泥處理工藝。

[1]戴曉虎．我國城鎮(zhèn)污泥處理處置現(xiàn)狀及思考[J]．給水排水，2012，38(2): 1-5.

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Application Situation and Development Trend of Urban Sludge Treatment Technology

ZHAOLe-le1，F(xiàn)ENGWei2，MIAOJing1

(1 CSCEC AECOM Consultants Co., Ltd., Gansu Lanzhou 730000;2 CAMC Engineering Co., Ltd., Beijing 100080, China)

With the rapid development of Chinese urbanization, the scale of water treatment and sludge increases largely, so sludge problem is imminent. To realize sludge reduction, stabilization, harmless and recycling is the goal of sludge disposal. The current application situation of domestic urban sludge treatment technology were overviewed and showed that sludge concentration, sludge dewatering, sludge digestion were widely used, the existing problems and future development trend were pointed out. It can provide a reference for sludge treatment scheme.

sludge treatment；sludge thickening；sludge dewatering；sludge digestion

TU992.3

A

1001-9677(2016)05-0035-03