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城市污水處理廠(chǎng)的污泥處理和處置 一、引言 為了控制水污染和實(shí)現(xiàn)污水資源化，我國(guó)對(duì)城市污水處理率提出了明確的要求，到2005年，50萬(wàn)以上人口城市污水處理率應(yīng)達(dá)到60％以上；到2010年，所有設(shè)市的城市，污水處理率不低于60％。直轄市、省會(huì)城市、計(jì)劃單列市和風(fēng)景旅游城市，污水處理率不低于70％。 隨著污水處理設(shè)施的普及、處理率的提高和處理程度的深化，污水廠(chǎng)的污泥產(chǎn)生量將有較大的增長(zhǎng)，由此引起的二次污染問(wèn)題已不容忽視。因此如何合理地處理、處置污泥，已成為城市污水廠(chǎng)和相關(guān)部門(mén)必需引起重視的問(wèn)題。例如上海正在建設(shè)的竹園和白龍港兩個(gè)大型污水處理廠(chǎng)，每天將產(chǎn)生約700t干污泥或2000m3脫水后含水率為65％的污泥。即每年產(chǎn)生255500t干污泥或含水率65％的污泥730000m3。如何處置這么大量的污泥，這是許多大城市都將面臨的問(wèn)題 國(guó)內(nèi)外污泥處理與處置的方法很多，一般采用濃縮、消化、脫水、干化、有效利用(多為農(nóng)用)、填埋及焚燒等，或用其中幾個(gè)方法組合處置。應(yīng)該說(shuō)，對(duì)污水廠(chǎng)污泥的處理和處置，我們與先進(jìn)國(guó)家相比，差距較大。 城市污水廠(chǎng)的污泥是指處理污水所產(chǎn)生的固態(tài)、半固態(tài)及液態(tài)的廢棄物，含有大量的有機(jī)物、重金屬以及致病菌和病原菌等，不加處理任意排放，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。對(duì)污泥處理總的要求是穩(wěn)定化、無(wú)害化和減量化。 國(guó)家對(duì)城市污水污染控制的技術(shù)政策及新頒布的城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918－2002)，對(duì)城市污水廠(chǎng)的污泥穩(wěn)定和農(nóng)田利用有明確的要求。但實(shí)際情況是，污水處理廠(chǎng)的建設(shè)往往只注意污水處理要達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。近幾年，由于有脫磷脫氮要求，演變出不少污水生物處理工藝，而對(duì)污泥處理和處置，設(shè)計(jì)中一般只提將脫水污泥外運(yùn)和綜合利用，未計(jì)算其投資和經(jīng)常費(fèi)用，這勢(shì)必會(huì)造成二次污染。處理廠(chǎng)建得越多，污泥的二次污染亦越廣泛。未經(jīng)穩(wěn)定處理的污泥，因有機(jī)物含量高，極易腐敗并產(chǎn)生惡臭，尤其是初沉淀池的污泥，含有大量病菌、寄生蟲(chóng)卵及病毒，易造成傳染病的傳播。 二、污泥的處理和處置 通常把污水廠(chǎng)污泥的穩(wěn)定和脫水(一般脫水至含水率達(dá)70％～80％)稱(chēng)作污泥的處理；將污泥的堆肥、填埋、干化和加熱處理及最終利用，稱(chēng)為污泥的處置。如脫水污泥中有毒有害物質(zhì)超過(guò)農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，就要考慮衛(wèi)生填埋和污泥干化焚燒技術(shù)。從國(guó)外污泥處理的發(fā)展來(lái)看，無(wú)論在歐洲、日本或美國(guó)對(duì)污泥用于農(nóng)田控制越來(lái)越嚴(yán)，而對(duì)污泥進(jìn)行干化和加熱處理的比例正逐年增加。 1.污泥的處理 污泥穩(wěn)定處理有好氧穩(wěn)定和厭氧穩(wěn)定，好氧穩(wěn)定有很多優(yōu)點(diǎn)，但能耗很高，只有當(dāng)污泥量較少時(shí)才采用。污泥厭氧穩(wěn)定處理通常采用中溫(35℃)厭氧消化方法。國(guó)內(nèi)已有十幾座大型污水處理廠(chǎng)采用此方法，污泥經(jīng)消化后，有機(jī)物含量減少，性能穩(wěn)定，總體積減少，污泥消化過(guò)程中還產(chǎn)生大量沼氣(消化降解1kgCOD可產(chǎn)生350L沼氣)可以回收利用。 但由于消化裝置工藝復(fù)雜，一次性投資大，運(yùn)行有難度。污泥厭氧消化和沼氣利用裝置費(fèi)用，約占污水處理廠(chǎng)投資和運(yùn)行費(fèi)的30％左右，而且大多需進(jìn)口技術(shù)和設(shè)備。從調(diào)查已建消化池的實(shí)際運(yùn)行看，只有少數(shù)達(dá)到預(yù)期的效果。有管理、設(shè)計(jì)問(wèn)題，亦有沼氣利用的經(jīng)濟(jì)性和安全性問(wèn)題。比較好的如天津市東郊污水處理廠(chǎng)，該廠(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)模為處理城市污水40萬(wàn)m3/d，污泥日產(chǎn)2460m3(含水率96％)，產(chǎn)生沼氣13300m3，供4臺(tái)248kW發(fā)電機(jī)發(fā)電，日可發(fā)電27000度，并與市電并網(wǎng)。 污泥的穩(wěn)定問(wèn)題，除了采取污泥厭氧消化外，還應(yīng)結(jié)合污水處理工藝中考慮少產(chǎn)生污泥和穩(wěn)定泥質(zhì)的方案。例如污水處理工藝設(shè)計(jì)中采用延長(zhǎng)污水曝氣時(shí)間，減少污泥的產(chǎn)量；設(shè)計(jì)參數(shù)中增加污泥泥齡(如泥齡20天以上)，盡量使污泥趨向穩(wěn)定的污水處理工藝。對(duì)中小型污水處理廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，采用帶有延時(shí)曝氣功能處理工藝(如氧化溝等處理工藝)是可取的。有的污水處理工藝投資低(如AB法的A段)，而污泥量較多，增加了污泥的處理成本。故應(yīng)當(dāng)把污水處理和污泥處理統(tǒng)一考慮，一并計(jì)算投資和運(yùn)行費(fèi)用。 污泥的穩(wěn)定并不等于污泥無(wú)害，用于農(nóng)田還需要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于污泥農(nóng)用時(shí)污染物控制標(biāo)準(zhǔn)限值。見(jiàn)下表。其中對(duì)鎘、汞、砷、苯并芘、多氯聯(lián)苯的要求是比較高的，應(yīng)該通過(guò)嚴(yán)格控制工業(yè)廢水源頭的排放，來(lái)控制污泥的性質(zhì)。 國(guó)外在污泥穩(wěn)定方面，除了用生物法(包括中溫消化、高溫消化及利用微生物和某些添加劑)外，還采用了化學(xué)法，有的將脫水后的污泥加鹽酸調(diào)pH值至2～3，反應(yīng)60分鐘再加硝酸鈉；有的對(duì)脫水污泥添加石灰。后者在歐洲應(yīng)用較多。 2.污泥的處置 (1)制復(fù)合肥 按我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)條件，對(duì)多數(shù)污水廠(chǎng)(特別是大量小型污水廠(chǎng))來(lái)說(shuō)，污泥用于農(nóng)田是比較可行和現(xiàn)實(shí)的方案。污泥中的氮、磷、鉀和微量元素，對(duì)農(nóng)作物有增產(chǎn)作用；污泥中的有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)是良好的土壤改良劑。污泥經(jīng)適當(dāng)濃縮、脫水后運(yùn)至市郊或鄰近省份作為農(nóng)肥，是許多污水廠(chǎng)采用的方法。但農(nóng)田施肥有季節(jié)性，不需要泥肥時(shí)，污水廠(chǎng)會(huì)泥滿(mǎn)為患，影響正常運(yùn)行。于是一些污水廠(chǎng)支付費(fèi)用，讓農(nóng)民把污泥拉走，而不問(wèn)其去向，這會(huì)造成二次污染。 北京市環(huán)境科學(xué)研究院和北京市農(nóng)業(yè)科學(xué)院合作，對(duì)北京市密云縣污水處理廠(chǎng)的污泥，通過(guò)堆肥加工成復(fù)合肥，進(jìn)行了用于農(nóng)田的試驗(yàn)。該廠(chǎng)每天處理15000m3城鎮(zhèn)污水，污泥產(chǎn)量5～6t/d(含水率80％)，由于采用酸化—好氧污水處理工藝，污泥質(zhì)量不錯(cuò)。添加一定數(shù)量的N、P、K做成復(fù)合肥(N、P、K的比為1∶09∶04)，并直接造粒為污泥顆粒肥。通過(guò)在北京市大興縣龐各莊冬小麥田試驗(yàn)以及在溫室內(nèi)進(jìn)行的油菜和玉米苗期盆栽施肥試驗(yàn)，均取得可喜的結(jié)果。由于是制成顆粒狀污泥肥料，便于運(yùn)輸和貯存。 (2)衛(wèi)生填埋 上海市對(duì)污水廠(chǎng)的污泥處置提出“處理一點(diǎn)，填埋一點(diǎn)，利用一點(diǎn)”的原則，上海市水務(wù)局正組織對(duì)污泥處理、處置和利用的專(zhuān)題研究，提出污泥用作農(nóng)田、衛(wèi)生填埋和污泥焚燒點(diǎn)的布局和具體的分期實(shí)施方案，防止產(chǎn)生二次污染。這無(wú)疑是正確的舉措。 上海白龍港大型污水廠(chǎng)，正在按衛(wèi)生填埋要求建設(shè)污泥填埋場(chǎng)，根據(jù)污泥性質(zhì)、含水率及力學(xué)特性等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。填埋廠(chǎng)使用期為七年，填埋場(chǎng)底部設(shè)有盲管將滲濾液再回到污水廠(chǎng)處理。此法占地大，運(yùn)行工作量大，遇雨季污泥更難以壓實(shí)，到使用期限后仍需另選場(chǎng)址。對(duì)大型污水廠(chǎng)采用污泥衛(wèi)生填埋，是不得已的權(quán)宜之計(jì)。衛(wèi)生填埋場(chǎng)的造價(jià)不低，國(guó)外對(duì)衛(wèi)生填埋場(chǎng)還要有沼氣安全收集系統(tǒng)，對(duì)分層復(fù)蓋的泥土和排水、綠化有專(zhuān)門(mén)的要求。鑒于地價(jià)上升和填埋場(chǎng)有臭味，近幾年來(lái)，無(wú)論歐盟國(guó)家或美國(guó)、日本，污泥衛(wèi)生填埋的比例越來(lái)越小，美國(guó)已有的填埋場(chǎng)還將逐步關(guān)閉。 有些城市(如成都市)擬將污水廠(chǎng)污泥運(yùn)至城市垃圾填埋場(chǎng)一并處置，這存在兩個(gè)實(shí)際問(wèn)題：一是管理體制上的問(wèn)題。垃圾的中轉(zhuǎn)站和填埋場(chǎng)的布點(diǎn)、設(shè)計(jì)和投資，屬環(huán)衛(wèi)局管理，而污水廠(chǎng)的污泥屬市政系統(tǒng)管理，設(shè)計(jì)垃圾填埋場(chǎng)使用年限和布點(diǎn)距離未考慮接納污水廠(chǎng)污泥；二是脫水污泥含水率過(guò)高。運(yùn)往垃圾填埋場(chǎng)的污泥，要求含水率不大于30％，而目前污水廠(chǎng)的脫水污泥含水率在70％～80％，這類(lèi)污泥不易碾壓填埋，除非將污泥作適當(dāng)干化或加石灰、絮凝劑處理。無(wú)論作何種填埋，污泥宜采取高干度脫水方案。 (3)干化、焚燒 國(guó)內(nèi)近幾年在一些大城市已建和正建一批城市垃圾焚燒場(chǎng)。但污水廠(chǎng)的污泥作焚燒處置，只有上海市石洞口污水處理廠(chǎng)(設(shè)計(jì)規(guī)模為40萬(wàn)m3/d)設(shè)有污泥焚燒爐裝置，計(jì)劃今年年底投產(chǎn)。焚燒爐采用國(guó)外技術(shù)在國(guó)內(nèi)制造，污泥的干化和焚燒設(shè)備總投資為人民幣8000萬(wàn)元，費(fèi)用并不算高。 由于污泥干化和污泥焚燒相結(jié)合比單污泥焚燒一次性投資少，處理成本低，故污泥干化往往是焚燒的前處理。北京市清河污水廠(chǎng)二期工程和天津市咸陽(yáng)路污水廠(chǎng)，擬先建污泥干化裝置。污泥干化可使污泥含水率控制在10％～40％，減少了污泥的體積和重量，降低了運(yùn)輸費(fèi)和填埋費(fèi)，而且污泥的臭味大為減少。 干化裝置分直接干化和間接干化，其能量消耗與污泥成份和水分有關(guān)。間接干化(利用沼氣通過(guò)熱交換器)一般推薦用立式干化裝置，并選用流化床工藝。干化與焚燒串聯(lián)工藝中，干化的程度取決于污泥的熱值和回收焚燒爐的熱能，使干化的能量盡量平衡，不另外添加燃料。上海石洞口設(shè)計(jì)污泥的干化和焚燒，污泥熱值高，能源平衡有余。污泥流化床焚燒爐，溫度在800℃以上，爐內(nèi)有砂粒循環(huán)使用，外排氣體要適當(dāng)處理。污泥焚燒爐遠(yuǎn)比垃圾焚燒爐的工藝簡(jiǎn)單得多，且污泥焚燒不會(huì)產(chǎn)生二惡英。下圖是法國(guó)巴黎塞納河旁Colombes污水處理廠(chǎng)的污泥焚燒爐和焚燒灰的除塵裝置。 如脫水污泥與垃圾一并焚燒，國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)是每噸垃圾添加15％～20％含水率為30％的污泥。污泥的干化和焚燒，可能將是一些大城市大型污水處理廠(chǎng)的發(fā)展方向。當(dāng)然，由于國(guó)外對(duì)焚燒爐排塵有嚴(yán)格的要求，除了采用電除塵，還要降溫加溫，加酸加堿，達(dá)到無(wú)煙塵的排放。 (4)填埋與焚燒的比較 上海和浙江一些單位作過(guò)污泥衛(wèi)生填埋及焚燒處置的方案比較。其主要工藝流程為： 原污泥→濃縮→消化→脫水→衛(wèi)生填埋 原污泥→濃縮→(消化)→脫水→焚燒→焚燒灰填埋 對(duì)于焚燒處理工藝，為了避免消化后污泥熱值減少，也可以不作污泥消化處置。上述兩個(gè)工藝的經(jīng)濟(jì)性比較結(jié)果，無(wú)論采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備或進(jìn)口設(shè)備，二者的處置工程費(fèi)用基本相同。按國(guó)產(chǎn)設(shè)備對(duì)污泥進(jìn)行處置，運(yùn)行費(fèi)用折成污泥干固體，處理總成本約為800元/t。以10000m3/d污水廠(chǎng)產(chǎn)生2噸DS計(jì)，每噸污泥處理成本約為016元，與國(guó)內(nèi)大型污水處理廠(chǎng)污水處理成本(不計(jì)折舊和還貸利息)03～045元/m3相比，需增加成本35％～50％，這與國(guó)外的實(shí)例相當(dāng)。 既然污泥的衛(wèi)生填埋與污泥的焚燒其工程費(fèi)和運(yùn)行成本大致相當(dāng)，那么，從污泥無(wú)害化和減量化看，焚燒方案有明顯的優(yōu)點(diǎn)。這亦是國(guó)外(特別是西歐和日本)污泥焚燒發(fā)展較快的原因。荷蘭的污泥是100％采用焚燒處置的。焚燒后少量的泥灰可用于混凝土、磚瓦制品、路基路面的骨料和工程建設(shè)的回填土。 三、污泥處理和處置應(yīng)注意的問(wèn)題 1.設(shè)計(jì)城市污水處理設(shè)施時(shí)，要把工業(yè)污染源控制、污水處理工藝和污泥的處理和處置，作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)考慮。上海市對(duì)全市大小污水廠(chǎng)的污泥成份、數(shù)量進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)污泥的處置作全面規(guī)劃，協(xié)調(diào)多方關(guān)系，落實(shí)分期實(shí)施方案，這是正確的。不認(rèn)真處置污水廠(chǎng)的污泥，污水處理是不完整的。 2.對(duì)污泥的最終處置，我們?nèi)狈?jīng)驗(yàn)，如污泥的干化和焚燒裝置的設(shè)計(jì)，比污水處理工藝復(fù)雜得多，我們應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)、引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)要制訂和完善污泥處置有關(guān)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)一些污水處理廠(chǎng)的污泥消化、沼氣利用裝置，基本上都是引進(jìn)國(guó)外的技術(shù)和設(shè)備。 3.采用多途徑來(lái)解決污泥問(wèn)題。大廠(chǎng)與小廠(chǎng)不一樣，南方與北方亦不一樣。有的地方污泥可與垃圾處置相結(jié)合，有的地方污泥可與發(fā)電廠(chǎng)燃煤相結(jié)合。對(duì)量大面廣的小型污水廠(chǎng)的污泥，要總結(jié)農(nóng)用的經(jīng)驗(yàn)。在污泥干化和加熱技術(shù)上，還可考慮利用太陽(yáng)能、微波和濕式氧化等多種方案。有的污泥可與工業(yè)廢水治理中的污泥一并處理。要善于總結(jié)各地的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，大力發(fā)展國(guó)產(chǎn)化設(shè)備，這是一項(xiàng)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。要積極探索適合國(guó)情的低成本、無(wú)害化、多用途的污泥處理和處置途徑。