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城市污水處理廠的污泥處理和處置 一、引言 為了控制水污染和實現(xiàn)污水資源化，我國對城市污水處理率提出了明確的要求，到2005年，50萬以上人口城市污水處理率應達到60％以上；到2010年，所有設市的城市，污水處理率不低于60％。直轄市、省會城市、計劃單列市和風景旅游城市，污水處理率不低于70％。 隨著污水處理設施的普及、處理率的提高和處理程度的深化，污水廠的污泥產(chǎn)生量將有較大的增長，由此引起的二次污染問題已不容忽視。因此如何合理地處理、處置污泥，已成為城市污水廠和相關(guān)部門必需引起重視的問題。例如上海正在建設的竹園和白龍港兩個大型污水處理廠，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題 國內(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，或用其中幾個方法組合處置。應該說，對污水廠污泥的處理和處置，我們與先進國家相比，差距較大。 城市污水廠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，含有大量的有機物、重金屬以及致病菌和病原菌等，不加處理任意排放，會對環(huán)境造成嚴重的污染。對污泥處理總的要求是穩(wěn)定化、無害化和減量化。 國家對城市污水污染控制的技術(shù)政策及新頒布的城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準(GB 18918－2002)，對城市污水廠的污泥穩(wěn)定和農(nóng)田利用有明確的要求。但實際情況是，污水處理廠的建設往往只注意污水處理要達到排放標準。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，而對污泥處理和處置，設計中一般只提將脫水污泥外運和綜合利用，未計算其投資和經(jīng)常費用，這勢必會造成二次污染。處理廠建得越多，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 通常把污水廠污泥的穩(wěn)定和脫水(一般脫水至含水率達70％～80％)稱作污泥的處理；將污泥的堆肥、填埋、干化和加熱處理及最終利用，稱為污泥的處置。如脫水污泥中有毒有害物質(zhì)超過農(nóng)用標準，就要考慮衛(wèi)生填埋和污泥干化焚燒技術(shù)。從國外污泥處理的發(fā)展來看，無論在歐洲、日本或美國對污泥用于農(nóng)田控制越來越嚴，而對污泥進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，但能耗很高，只有當污泥量較少時才采用。污泥厭氧穩(wěn)定處理通常采用中溫(35℃)厭氧消化方法。國內(nèi)已有十幾座大型污水處理廠采用此方法，污泥經(jīng)消化后，有機物含量減少，性能穩(wěn)定，總體積減少，污泥消化過程中還產(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雜，一次性投資大，運行有難度。污泥厭氧消化和沼氣利用裝置費用，約占污水處理廠投資和運行費的30％左右，而且大多需進口技術(shù)和設備。從調(diào)查已建消化池的實際運行看，只有少數(shù)達到預期的效果。有管理、設計問題，亦有沼氣利用的經(jīng)濟性和安全性問題。比較好的如天津市東郊污水處理廠，該廠設計規(guī)模為處理城市污水40萬m3/d，污泥日產(chǎn)2460m3(含水率96％)，產(chǎn)生沼氣13300m3，供4臺248kW發(fā)電機發(fā)電，日可發(fā)電27000度，并與市電并網(wǎng)。 污泥的穩(wěn)定問題，除了采取污泥厭氧消化外，還應結(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計中采用延長污水曝氣時間，減少污泥的產(chǎn)量；設計參數(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。對中小型污水處理廠來說，采用帶有延時曝氣功能處理工藝(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。故應當把污水處理和污泥處理統(tǒng)一考慮，一并計算投資和運行費用。 污泥的穩(wěn)定并不等于污泥無害，用于農(nóng)田還需要符合國家標準中關(guān)于污泥農(nóng)用時污染物控制標準限值。見下表。其中對鎘、汞、砷、苯并芘、多氯聯(lián)苯的要求是比較高的，應該通過嚴格控制工業(yè)廢水源頭的排放，來控制污泥的性質(zhì)。 國外在污泥穩(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，還采用了化學法，有的將脫水后的污泥加鹽酸調(diào)pH值至2～3，反應60分鐘再加硝酸鈉；有的對脫水污泥添加石灰。后者在歐洲應用較多。 2.污泥的處置 (1)制復合肥 按我國目前的經(jīng)濟條件，對多數(shù)污水廠(特別是大量小型污水廠)來說，污泥用于農(nóng)田是比較可行和現(xiàn)實的方案。污泥中的氮、磷、鉀和微量元素，對農(nóng)作物有增產(chǎn)作用；污泥中的有機質(zhì)、腐殖質(zhì)是良好的土壤改良劑。污泥經(jīng)適當濃縮、脫水后運至市郊或鄰近省份作為農(nóng)肥，是許多污水廠采用的方法。但農(nóng)田施肥有季節(jié)性，不需要泥肥時，污水廠會泥滿為患，影響正常運行。于是一些污水廠支付費用，讓農(nóng)民把污泥拉走，而不問其去向，這會造成二次污染。 北京市環(huán)境科學研究院和北京市農(nóng)業(yè)科學院合作，對北京市密云縣污水處理廠的污泥，通過堆肥加工成復合肥，進行了用于農(nóng)田的試驗。該廠每天處理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。添加一定數(shù)量的N、P、K做成復合肥(N、P、K的比為1∶09∶04)，并直接造粒為污泥顆粒肥。通過在北京市大興縣龐各莊冬小麥田試驗以及在溫室內(nèi)進行的油菜和玉米苗期盆栽施肥試驗，均取得可喜的結(jié)果。由于是制成顆粒狀污泥肥料，便于運輸和貯存。 (2)衛(wèi)生填埋 上海市對污水廠的污泥處置提出“處理一點，填埋一點，利用一點”的原則，上海市水務局正組織對污泥處理、處置和利用的專題研究，提出污泥用作農(nóng)田、衛(wèi)生填埋和污泥焚燒點的布局和具體的分期實施方案，防止產(chǎn)生二次污染。這無疑是正確的舉措。 上海白龍港大型污水廠，正在按衛(wèi)生填埋要求建設污泥填埋場，根據(jù)污泥性質(zhì)、含水率及力學特性等因素進行設計。填埋廠使用期為七年，填埋場底部設有盲管將滲濾液再回到污水廠處理。此法占地大，運行工作量大，遇雨季污泥更難以壓實，到使用期限后仍需另選場址。對大型污水廠采用污泥衛(wèi)生填埋，是不得已的權(quán)宜之計。衛(wèi)生填埋場的造價不低，國外對衛(wèi)生填埋場還要有沼氣安全收集系統(tǒng)，對分層復蓋的泥土和排水、綠化有專門的要求。鑒于地價上升和填埋場有臭味，近幾年來，無論歐盟國家或美國、日本，污泥衛(wèi)生填埋的比例越來越小，美國已有的填埋場還將逐步關(guān)閉。 有些城市(如成都市)擬將污水廠污泥運至城市垃圾填埋場一并處置，這存在兩個實際問題：一是管理體制上的問題。垃圾的中轉(zhuǎn)站和填埋場的布點、設計和投資，屬環(huán)衛(wèi)局管理，而污水廠的污泥屬市政系統(tǒng)管理，設計垃圾填埋場使用年限和布點距離未考慮接納污水廠污泥；二是脫水污泥含水率過高。運往垃圾填埋場的污泥，要求含水率不大于30％，而目前污水廠的脫水污泥含水率在70％～80％，這類污泥不易碾壓填埋，除非將污泥作適當干化或加石灰、絮凝劑處理。無論作何種填埋，污泥宜采取高干度脫水方案。 (3)干化、焚燒 國內(nèi)近幾年在一些大城市已建和正建一批城市垃圾焚燒場。但污水廠的污泥作焚燒處置，只有上海市石洞口污水處理廠(設計規(guī)模為40萬m3/d)設有污泥焚燒爐裝置，計劃今年年底投產(chǎn)。焚燒爐采用國外技術(shù)在國內(nèi)制造，污泥的干化和焚燒設備總投資為人民幣8000萬元，費用并不算高。 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。北京市清河污水廠二期工程和天津市咸陽路污水廠，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，降低了運輸費和填埋費，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。上海石洞口設計污泥的干化和焚燒，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，外排氣體要適當處理。污泥焚燒爐遠比垃圾焚燒爐的工藝簡單得多，且污泥焚燒不會產(chǎn)生二惡英。下圖是法國巴黎塞納河旁Colombes污水處理廠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，國外的經(jīng)驗是每噸垃圾添加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的發(fā)展方向。當然，由于國外對焚燒爐排塵有嚴格的要求，除了采用電除塵，還要降溫加溫，加酸加堿，達到無煙塵的排放。 (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。上述兩個工藝的經(jīng)濟性比較結(jié)果，無論采用國產(chǎn)設備或進口設備，二者的處置工程費用基本相同。按國產(chǎn)設備對污泥進行處置，運行費用折成污泥干固體，處理總成本約為800元/t。以10000m3/d污水廠產(chǎn)生2噸DS計，每噸污泥處理成本約為016元，與國內(nèi)大型污水處理廠污水處理成本(不計折舊和還貸利息)03～045元/m3相比，需增加成本35％～50％，這與國外的實例相當。 既然污泥的衛(wèi)生填埋與污泥的焚燒其工程費和運行成本大致相當，那么，從污泥無害化和減量化看，焚燒方案有明顯的優(yōu)點。這亦是國外(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的回填土。 三、污泥處理和處置應注意的問題 1.設計城市污水處理設施時，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，作為一個系統(tǒng)來考慮。上海市對全市大小污水廠的污泥成份、數(shù)量進行分析，在此基礎(chǔ)上，對污泥的處置作全面規(guī)劃，協(xié)調(diào)多方關(guān)系，落實分期實施方案，這是正確的。不認真處置污水廠的污泥，污水處理是不完整的。 2.對污泥的最終處置，我們?nèi)狈?jīng)驗，如污泥的干化和焚燒裝置的設計，比污水處理工藝復雜得多，我們應認真學習、引進、消化、吸收國外的技術(shù)和經(jīng)驗，同時要制訂和完善污泥處置有關(guān)的法規(guī)和標準。我國一些污水處理廠的污泥消化、沼氣利用裝置，基本上都是引進國外的技術(shù)和設備。 3.采用多途徑來解決污泥問題。大廠與小廠不一樣，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)電廠燃煤相結(jié)合。對量大面廣的小型污水廠的污泥，要總結(jié)農(nóng)用的經(jīng)驗。在污泥干化和加熱技術(shù)上，還可考慮利用太陽能、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)驗和教訓，大力發(fā)展國產(chǎn)化設備，這是一項朝陽產(chǎn)業(yè)。要積極探索適合國情的低成本、無害化、多用途的污泥處理和處置途徑。