污水處理廠污泥減量化技術(shù)的探討

水處理網(wǎng)訊:介紹污水處理廠污泥的主要來源及性質(zhì)，明確污水處理廠污泥減量化、無害化工作急需一套完整的處理體系，無論是在水處理環(huán)節(jié)，還是污泥處理環(huán)節(jié)，均應(yīng)加大對污泥減量化技術(shù)的研究和落實(shí)。在污水處理過程中通過外加酶水解技術(shù)、機(jī)械處理技術(shù)、熱處理技術(shù)、熱化學(xué)水解技術(shù)、電處理技術(shù)等技術(shù)手段使得細(xì)胞破裂，釋放細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)，然后回流至活性污泥池，進(jìn)一步降解細(xì)胞破裂產(chǎn)生的溶解產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)污泥減量。后污泥減量技術(shù)是在污泥產(chǎn)生后，通過污泥厭氧消化、污泥濃縮脫水、污泥干化、污泥焚燒等處理工藝，進(jìn)一步降低污泥產(chǎn)生量及處置成本。通過各種污泥減量技術(shù)的比選，明確每種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，為其他污水處理廠污泥減量工作提供可借鑒意義。

隨著我國城市污水處理率逐步提高和新污水處理廠數(shù)量的增加，污泥產(chǎn)生量也逐漸增大，與此同時(shí)，污泥處理的難題也逐漸凸顯出來。我國污泥處理起步較晚，早期的污水處理廠存在“重水輕泥”現(xiàn)象，污泥處理單元不夠完善，污泥的安全處理、處置是我國水污染控制領(lǐng)域的薄弱環(huán)節(jié)。生物處理是目前污水處理廠采用較多的污水處理方式，該方式會產(chǎn)生大量剩余污泥，這些污泥必須及時(shí)有效地進(jìn)行處理，做到減量化、無害化和綜合利用，從而保證污水處理廠的正常運(yùn)行和處理效果，防止污泥造成二次污染

1 污水處理廠污泥來源及性質(zhì)

在污水的處理過程中產(chǎn)生大量沉淀物質(zhì)，包括固體物質(zhì)、懸浮物、微生物菌體、膠體物質(zhì)等，這些物質(zhì)統(tǒng)稱為污泥，因?yàn)槲勰嗟牟粩喈a(chǎn)生促進(jìn)了污染物與水的分離、凈化。通常污泥產(chǎn)生量很大，一般占處理水量的0.3%～0.5%。污泥產(chǎn)生途徑主要有：一是初沉污泥，來源于初沉池，是可沉降固體的物理分離，總固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為2%～7%。二是二沉污泥，是泥水分離后的濃縮污泥，是微生物生長和惰性有機(jī)難降解物質(zhì)積累的產(chǎn)物，總固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.5%～1.5%。三是化學(xué)污泥，由特殊物質(zhì)（例如磷）或懸浮固體沉降產(chǎn)生。以化學(xué)除磷為例，這一過程須要投加一些鹽類，額外產(chǎn)生15%左右的污泥，化學(xué)污泥的性質(zhì)取決于投加的混凝劑類型。四是“三泥”，主要是石油石化企業(yè)污水處理場產(chǎn)生的含油污泥、氣浮浮渣以及剩余活性污泥。含油污泥以及氣浮浮渣因含有一定量的油、黏度大，不容易進(jìn)行自然沉淀濃縮、脫水;而剩余活性污泥因其含有大量鮮活的微生物，沉降性能較好，易濃縮脫水。

污泥因其含有一定的毒性物質(zhì)，也被視為危險(xiǎn)廢物。衡量污泥的性能指標(biāo)主要有：含水率、有毒物質(zhì)、燃燒值、可消化程度、灰分含量等。一般剛產(chǎn)生的污泥含水率在98%～99%左右，體積巨大，難以直接處置，需要先進(jìn)行污泥濃縮、消化、脫水等初步處理，可使污泥體積大為減少。如含水率在99%的污泥，經(jīng)濃縮脫水處理后含水率可降到80%，其體積會降到原來體積的二十分之一。通常情況下，含水率在85%以上時(shí)，污泥呈流動狀態(tài);含水率在65%～85%之間時(shí)，污泥呈塑態(tài);含水率低于60%時(shí)，污泥呈固體狀態(tài);含水率低于40%時(shí)，污泥呈粉末狀。

2 污水處理廠污泥減量概述

污泥減量是指采用物理方法、化學(xué)方法以及微生物法，降低污水處理廠產(chǎn)生的污泥量。污泥減量可在不同污水處理階段進(jìn)行，在污水處理過程中通過調(diào)整生化系統(tǒng)工藝運(yùn)行參數(shù)以及對部分回流污泥采取減量措施，可稱為原位污泥減量。對污水處理工藝產(chǎn)生的排出系統(tǒng)之外的污泥，可通過污泥濃縮、污泥消化、污泥脫水、污泥干化、污泥焚燒等系統(tǒng)裝置進(jìn)行污泥減量，此過程稱為后污泥減量。污泥減量技術(shù)按照反應(yīng)原理的不同大致可分為：胞溶和隱性增長、解偶聯(lián)代謝、內(nèi)源代謝、微生物捕食等。解偶聯(lián)代謝主要是指，在污泥中投加化學(xué)解偶聯(lián)劑如氯代苯等物質(zhì)，這些解偶聯(lián)劑可以穿過細(xì)胞的磷脂層，促進(jìn)細(xì)胞的分解代謝，降低細(xì)胞的合成代謝，從而降低污泥產(chǎn)量。內(nèi)源代謝主要是指，利用較長時(shí)間的曝氣或較小的有機(jī)物負(fù)荷，使細(xì)胞分解，產(chǎn)率降低。微生物捕食主要是指，固態(tài)污泥被微生物捕食、消耗，污泥為微生物生長繁殖提供能量，實(shí)現(xiàn)污泥減量。胞溶和隱性增長是指，通過外加一定的技術(shù)手段，使得細(xì)胞壁破裂，細(xì)胞內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)被釋放，用于相同數(shù)量微生物生長的過程。胞溶和隱性增長是污泥減量使用最廣泛的機(jī)理，其中迫使細(xì)胞壁破裂的技術(shù)手段包括：添加或不添加酶制劑的酶水解技術(shù)，球磨攪拌、高溫均質(zhì)等機(jī)械處理技術(shù)，超聲波處理技術(shù)，40～220 ℃熱處理技術(shù)，酸、堿或伴隨升溫的化學(xué)、熱化學(xué)水解技術(shù)，臭氧、H2O2或加氯氧化技術(shù)，電處理技術(shù)等。污泥減量化的效果主要取決于胞溶的效率。

2.1 原位污泥減量

原位污泥減量就是在污水處理工藝中減少污泥產(chǎn)生量，而不是污泥產(chǎn)生后進(jìn)行末端處理。一般工藝是沉淀池產(chǎn)生的活性污泥，一部分回流至活性污泥曝氣池繼續(xù)參與生化反應(yīng)，另一部分活性污泥通過外加酶水解、機(jī)械處理、熱處理、熱化學(xué)水解、電處理等污泥減量技術(shù)手段使得細(xì)胞破裂，釋放細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)，然后回流至活性污泥曝氣池，進(jìn)一步降解細(xì)胞破裂產(chǎn)生的溶解產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)污泥減量。主要工藝流程如圖1所示。

其中外加酶水解技術(shù)、機(jī)械處理技術(shù)、熱處理技術(shù)、熱化學(xué)水解技術(shù)、電處理技術(shù)等污泥減量技術(shù)手段各有其不同的優(yōu)點(diǎn)及缺陷，具體情況見表1。

2.2 污泥濃縮

污泥濃縮是指降低污泥的含水率，使污泥濃稠，縮小污泥體積，是污泥脫水前的必要過程。污泥濃縮主要是去除污泥中的間隙水，含水率99.8%的剩余活性污泥，經(jīng)過濃縮后污泥含水率可降到96%左右，可大大降低污泥的體積和后續(xù)污泥處理難度及費(fèi)用。污泥濃縮的常用方法有重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮。

重力濃縮主要依靠水與污泥間的密度差，污泥下沉至罐（池）底部排出，水分從泥中分離出來由罐（池）上部排出。重力濃縮是污泥自然壓縮沉淀過程，一般需要較長時(shí)間，特別是黏度大污泥濃縮效果較差。對此，一般污水處理廠經(jīng)常采用污泥加溫的方式，可加速污泥沉淀過程及效果，實(shí)現(xiàn)泥水的良好分層。常見的重力濃縮池有二沉池、污泥濃縮罐等。對于密度與水密度接近的污泥，不易實(shí)現(xiàn)重力濃縮，可選用氣浮濃縮。氣浮濃縮主要依靠加壓空氣釋放微小氣泡與污泥作用，在混凝劑的作用下，污泥與氣泡黏附形成較大顆粒，懸浮于池體表面，通過刮渣機(jī)去除。對于難于脫水的污泥，可采用離心濃縮法。離心濃縮是利用污泥中固體物質(zhì)與水的比重不同，利用離心力使泥水分離。離心濃縮處理效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于重力濃縮，重力濃縮池內(nèi)十幾個小時(shí)達(dá)到的濃縮效果，離心濃縮幾分鐘即可達(dá)到，且離心濃縮出泥含水率可達(dá)94%以下。為提高離心濃縮效果，一般須要加入聚丙烯酰胺等絮凝劑。

2.3 污泥消化

污泥消化其原理主要依靠好氧或厭氧消化的內(nèi)源代謝作用。內(nèi)源代謝主要是指當(dāng)外部可利用的基質(zhì)消耗殆盡時(shí)，一部分細(xì)胞出現(xiàn)死亡和溶解，其細(xì)胞內(nèi)存儲的有機(jī)物被活細(xì)胞利用來維持生命的現(xiàn)象。好氧消化是在有氧的條件下，通過細(xì)胞的內(nèi)源代謝作用，將污泥轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，以實(shí)現(xiàn)污泥減量。厭氧消化是在無氧條件下，通過細(xì)胞的內(nèi)源代謝作用，將污泥轉(zhuǎn)化為甲烷，以實(shí)現(xiàn)污泥減量。一般厭氧消化應(yīng)用比較普遍。厭氧消化的水解過程非常緩慢，為此須要提高初始階段的污泥水解作用，加快反應(yīng)進(jìn)度，需要在厭氧消化前設(shè)置預(yù)處理工藝來克服。主要的預(yù)處理工藝有：酶水解技術(shù)、機(jī)械破解、超聲波破解技術(shù)、熱解處理、臭氧氧化技術(shù)、化學(xué)和熱化學(xué)水解、強(qiáng)氧化劑氧化技術(shù)、電處理技術(shù)等。厭氧消化污泥減量的主要工藝流程為，剩余污泥先經(jīng)過污泥濃縮池，進(jìn)行泥水分離濃縮，提升污泥濃度，再經(jīng)過預(yù)處理工藝提高初始階段污泥的水解作用和污泥降解速率，然后再進(jìn)入?yún)捬跸?，通過內(nèi)源代謝作用降低污泥產(chǎn)量，最后經(jīng)過污泥脫水機(jī)脫水，降低污泥含水率。主要工藝流程如圖2所示。

厭氧消化不僅可以減少剩余污泥的污泥量，還可以產(chǎn)生沼氣來回收能源，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。厭氧消化可在中溫條件（33～35 ℃）或高溫（53～55 ℃）條件下進(jìn)行，通過預(yù)處理工藝提高污泥的水解率后，促進(jìn)了污泥的減量和沼氣的產(chǎn)生。在中溫厭氧消化中可降解約40%～45%的有機(jī)質(zhì)，TSS的降解率約為30%。

2.4 污泥脫水

污泥經(jīng)濃縮、消化處理后其污泥含水率仍然在95%以上，體積很大，須要對污泥進(jìn)行進(jìn)一步脫水操作。脫水主要是去除污泥中的吸附水和毛細(xì)水，脫水后污泥含水率可達(dá)到60%～85%，形成泥餅，失去流動性。

污泥脫水的方法有自然干化法和機(jī)械脫水法。自然干化既是將污泥平鋪于地面，依靠滲透和蒸發(fā)使污泥干化的方法。根據(jù)污泥的性質(zhì)和氣候條件的不同，污泥經(jīng)過一周到幾周的自然干化后，含水率可降到70%。自然干化法能耗較低，但因占地面積大、存在大氣污染、受氣候條件影響較大等問題，使自然干化法的推廣受到限制。目前采用較多是機(jī)械脫水法，如選用真空過濾脫水、壓濾脫水、離心脫水。機(jī)械脫水法須要對污泥進(jìn)行脫水前的預(yù)處理。預(yù)處理的方法有很多，其中應(yīng)用最廣泛的是加藥調(diào)理。加藥調(diào)理是指向污泥中投加化學(xué)藥劑，使污泥改變膠體結(jié)構(gòu)，減少污泥與水的親和力，提高污泥的脫水性能。機(jī)械脫水法占地面積小，脫水效果穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行。實(shí)際生產(chǎn)中，常將污泥濃縮與機(jī)械脫水組合使用，可大大提高污泥脫水效果，降低后續(xù)污泥處理難度。

2.5 污泥干化

經(jīng)機(jī)械脫水后的污泥含水率一般在60%～85%，若直接外運(yùn)處理則需要很高的處置費(fèi)用，因此須要對脫水后的污泥進(jìn)行干化處理，使其污泥含水率降低到40%以下，以提高污泥熱值，降低污泥總質(zhì)量，為下一步污泥外運(yùn)或污泥焚燒奠定基礎(chǔ)。

污泥干化是污泥深度脫水的一種形式，是污泥焚燒的預(yù)處理裝置。污泥干化主要是去除污泥中的間隙水、毛細(xì)結(jié)合水、表面黏附水和內(nèi)部水，采用的能源主要是熱能。根據(jù)熱介質(zhì)的不同可分為，電能污泥干化法、熱水干化法、蒸汽干化法、太陽能干化法、天然氣干化法、爐窯煙氣余熱污泥干化法。實(shí)際生產(chǎn)中蒸汽干化法應(yīng)用比較廣泛。蒸汽干化法是利用蒸汽作為能源，使污泥中的水分蒸發(fā)，降低污泥含水率，實(shí)現(xiàn)污泥減量目的。下面是經(jīng)過考察、調(diào)研幾種不同污泥干化技術(shù)比選情況，詳細(xì)見表2。

通過表2可以看出，不同污泥干化技術(shù)，均有其不同的特點(diǎn)，但普遍存在的是現(xiàn)場異味問題，須進(jìn)行氣味回收處理。某化工廠選用傘式蒸汽干化技術(shù)，處理污水處理場60%～85%脫水后污泥，污泥處理量2t·h-1。經(jīng)過近兩年來的運(yùn)行，污泥干化后含水率可達(dá)到30%左右，基本實(shí)現(xiàn)了最初的設(shè)計(jì)目的。但現(xiàn)場運(yùn)行中仍存在以下問題，值得借鑒：①蒸汽采用低壓蒸汽，溫度低，換熱效率低，特別是對于含水率高的污泥處理效果不理想;②干料污泥螺旋輸送機(jī)故障率高，主要是污泥堵塞螺旋軸，造成軸彎曲、故障停機(jī);③現(xiàn)場及周邊環(huán)境臭味污染嚴(yán)重，須進(jìn)行VOCS處理;④干污泥裝卸袋、車粉塵污染嚴(yán)重，須考慮密閉的機(jī)械化裝車方式。

2.6 污泥焚燒

污泥焚燒是使污泥在高溫下燃燒，將污泥中的水分、有機(jī)物全部去除的方法。焚燒后，污泥本身變?yōu)榛覡a，S、N、金屬和其他元素完全被轉(zhuǎn)變成各種最終產(chǎn)物，污泥含水率為零。該方法不但大大減少了污泥的體積和質(zhì)量，而且殺死一切病原體，使污泥不再具有污染能力，實(shí)現(xiàn)了污泥的無害化。爐內(nèi)停留時(shí)間、燃燒溫度、氧含量以及污泥水分和污泥熱值是污泥焚燒的主要控制因素，對污泥焚燒的效果有很大影響。

1）停留時(shí)間。為保證污泥的完全燃燒，必須使污泥在燃燒室中有足夠的停留時(shí)間，具體可根據(jù)污泥的含碳組分、熱值等情況確定。

2）溫度。燃料只有達(dá)到著火溫度，才能與氧氣反應(yīng)燃燒，因此燃燒室溫度必須保持在燃料起燃溫度以上。

3）氧氣。氧氣是污泥燃燒的助燃物質(zhì)，氧氣含量越高，污泥越易燃燒。

4）污泥水分。污泥焚燒時(shí)水分受熱蒸發(fā)，水分不斷置換，能量消耗增多。

5）污泥熱值。污泥熱值的高低由可燃質(zhì)的含量決定。污泥的可燃成分越多，熱值越高，燃燒效果越好。

目前，污泥的焚燒方式有單獨(dú)焚燒、混合焚燒兩大類。單獨(dú)焚燒須要對含水率高的污泥進(jìn)行熱干化處理，否則污泥焚燒困難，需要在爐內(nèi)停留較長時(shí)間?；旌戏贌m用于污泥熱值較低污泥，可通過摻雜富氧空氣、富余的干氣等輔助燃料，提高焚燒效率。

污泥焚燒設(shè)備主要是焚燒爐，主要有流化床爐、回轉(zhuǎn)爐、立式爐及立式多段爐等多種爐型。國內(nèi)現(xiàn)已運(yùn)行的污泥焚燒爐多為流化床焚燒爐，其能夠滿足物料充分混合，提供充足熱量，實(shí)現(xiàn)徹底燃燒。嚴(yán)格控制焚燒時(shí)間及焚燒溫度，可以有效控制有毒氣體的產(chǎn)生?；以俏勰喾贌蟮淖罱K產(chǎn)物，可以再次利用制成建筑用磚等，從而實(shí)現(xiàn)了污泥這一危險(xiǎn)廢物的零污染、零排放，完成了污泥處置的良性閉環(huán)管理。

3 結(jié)束語

污泥處理是保證污水處理廠良好運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，降低污泥產(chǎn)量，使污泥能夠穩(wěn)定化、無害化及綜合利用是企業(yè)追求的最終目標(biāo)。但在中國無害化及綜合利用缺乏最終的處置手段，研究發(fā)現(xiàn)污泥農(nóng)用、污泥堆肥等方法因土地板結(jié)、肥效低下等問題，在國內(nèi)并沒有得到推廣，中國目前最主要的污泥處置方式為污泥填埋（占90%），而隨著污泥產(chǎn)量的增加，填埋場地問題也越來越突出，大多城市已經(jīng)出現(xiàn)無地填埋的尷尬處境，導(dǎo)致污泥處置的費(fèi)用越來越高，所以污水處理廠污泥減量化急需一套完整的處理體系，無論是在水處理環(huán)節(jié)，還是污泥處理環(huán)節(jié)，均應(yīng)加大對污泥減量化技術(shù)的研究和落實(shí)，推動污泥最終資源化進(jìn)程。污泥焚燒可以作為污泥最大減量化、資源化的一種技術(shù)手段，可根據(jù)污泥熱值情況，進(jìn)行單獨(dú)焚燒或者混合摻燒。但污泥焚燒還存在一些弊端，需要市場反復(fù)的驗(yàn)證，以及更深一步的研究與探討。

作者：宋艷會 李兵 楊培君 李元明 李家樂 魏志剛