[摘要]随着城市污水处理设施的普及、处理率的提高和处理程度的深化,污泥的产生量将快速增长。如何妥善地处置污水厂污泥,并将其作为一种新的资源加以有效利用,变废为宝,已成为城市污水厂和相关部门提高技术水平和管理水平的重要课题,也是目前全球共同关注的焦点。
[关键词]污泥处置 途径 新工艺
一、污泥处置技术概述
随着城市化进程的逐步加快,环境质量标准的日益提高,污水收集率和污水处理程度也日渐得到提升和深化,污泥的产量也因此而大大增加。2003年全国的污泥(干重)产量约为135万吨,而且以每年10%以上的速度递增;到2006年我国661个大中城市共建成污水处理厂791座,污泥产量(干重)约173万吨。国际上污泥处置方式有投海、填埋、干化、焚烧、土地利用、制作建材等方式。目前由于环境保护等诸多因素,投海这种方式已基本被废止。填埋、干化、焚烧、土地利用、制作建材等方式由于国情的不同,各国采用的份额也各不相同。
1.卫生填埋
卫生填埋操作相对简单,投资费用较小,处理费用较低,适应性强。但侵占土地严重,如果防渗技术不够,将导致潜在的土壤和地下水污染。污泥卫生填埋始于20世纪60年代,目前已经成为一项比较落后的污泥处置技术。由于渗滤液对地下水的潜在污染并导致城市用地的减少,许多国家和地区坚决反对新建填埋场。
2.污泥农用
污泥农用投资少,能耗低,运行费用低,其中有机部分可转化成土壤改良剂成分,因此污泥土地利用被认为是最有发展潜力的一种处置方式。这种污泥利用方式减少了污泥对人类生活的潜在威胁,既处置了污泥、又恢复了生态环境。影响污泥农用的主要因素是重金属污染,病原体、难降解有机物及N、P流质对地表水和地下水的污染。大量研究表明:近十几年来,城市污泥中重金属含量呈下降趋势,只要严格控制污泥堆肥质量,合理施用,一般不会造成重金属污染。
3.污泥焚烧
以焚烧为核心的处理方法是最彻底的处理方法,它能使有机物全部碳化,杀死病原体,可最大限度地减少污泥体积,缺点在于处理设施投资大,处理费用高,有机物焚烧会产生二�f英等剧毒物质。为防治焚烧产生二�f英等有害气体,要求焚烧温度高于850℃。焚烧后产生的焚烧灰可以改良土壤,筑路,制砖瓦、陶瓷、混凝土填料等。在国内由于一次性投资和处理成本大、焚烧烟气需进一步处理等问题而一直未得到广泛应用。
4.污泥干化和热处理
污泥干化能使污泥显著减容,体积可以减少4-5倍,产品稳定、无臭且无病原生物。干化处理后的污泥产品用途多,可以用作肥料、土壤改良剂、替代能源等。早在20世纪40年代,日本和欧美就已经用直接加热鼓式干燥器来干燥污泥,经过几十年的发展,污泥干化技术的优点正逐步显现出来。污泥低温热处理技术无害化和减量化彻底,其地位已经逐渐增强,研究表明:低温热解是能量净输出过程,成本低于直接焚烧。
5.污泥堆肥
堆肥化技术是国际上从60年代迅速发展起来的一项新兴生物处理技术。70年代以后由于污泥产生的环境问题和填埋技术的缺点日益突出,污泥堆肥技术引起了世界各国的广泛重视,并成为环保领域的一个研究热点,这时人们开始考虑利用堆肥化技术取代部分传统的物理化学方法。各种堆肥工艺各有优、缺点,都在不断地完善和发展。污泥连续发酵工艺是目前国际上较为先进也是较为普遍使用的处理方法,已在美国、日本、欧洲广泛采用。
6.污泥建材利用
污泥建材的研究已经在世界各国发展起来。污泥中除有机物外往往还含有20%-30%无机物,主要是硅、铝、铁、钙等,与许多建筑材料常用的原料成分相近,可以分别利用污泥中的无机成分和有机成分制造建筑材料。只要注意控制污泥作为添加料时SiO2、P2O5、Ca的含量及其比例,注意检测焚烧灰渣中的重金属含量是否满足建材使用安全要求,那么污泥建材化比如制作砖块、水泥等在技术上是可行的。
7.污泥的其他处理处置方法
其他处理处置方法如污泥改性制活性碳、制吸附剂、用作粘结剂、污泥油化、降解氯代化合物都有一定的研究,但目前还不能得到大规模应用;像臭氧消除剩余污泥,蚯蚓处理污泥技术,需要特定的技术和环境,尚处于探索阶段。
目前发达国家的污泥处置中填埋、农田利用及焚烧占相当大比例,见下表。为避免处理厂污泥对环境的二次污染,各国政府及研究机构对污泥的最终处置问题十分重视,并根据各国的国情制定出污泥处置的法规和具体方案。欧盟对废物的处理按下列顺序进行:不产生、产生量尽量少、循环利用、焚烧、填埋。填埋、农用和焚烧是大多数国家污泥处置的最主要方法。
二、城市污水处理厂污泥干化焚烧新工艺
未来的污泥处理策略是使污泥的产生、处置与环境保护之间达到一个良好的平衡,不应再走工业发达国家先污染再治理的老路。目前的剩余污泥处置方法由于各自存在优缺点,使得寻找一条有效处理和利用污泥的技术具有重要的现实意义。在大力推进循环经济、落实科学发展观、建设“节约型社会”的今天,坚持“泥水并重”的原则,把城市污水处理厂污泥的处理处置与资源化相结合,将成为城市污水污泥最佳的最终出路。
1.污泥干化焚烧的技术工艺流程
污泥干化焚烧是近年来国内外研究的重要课题。热干化就是将已经脱水的污泥饼(含水率75%左右)进一步降低含水率,以利于储存和运输,避免因微生物作用而发霉发臭,使污泥处于稳定状态。干化过程一般通过回转圆筒式干燥机、筛式流化床,也有采用燃气红外辐射器来实现。热干化过程相当于对污泥作了1-2小时的灭菌处理(干燥温度≥95℃),完全可以达到杀灭病原菌的卫生要求,干燥后污泥含水率在10%左右,微生物活性完全受到抑制,避免了污泥发霉发臭。干污泥进入循环流化床燃烧室中燃烧,焚烧过程中所有的病菌、病原体均被彻底杀灭,有毒有害有机残余物被氧化分解;干化后的水蒸气、流化介质以及夹带的细粉颗粒经过细粉分离器分离夹带的细灰,送回到燃烧室进行燃烧;水蒸气和流化介质进入冷凝器,冷凝其中的水蒸气,冷凝下来的水作为污水进入污水处理厂进行处理,剩余的气体经过一个汽水分离器,最后由流化风机把剩余的气体送入外置换热器,作为流化介质,连续使用。冷凝器中的冷凝水可以使用污水处理厂经过处理的污水,达到循环使用。进入循环流化床燃烧室中的干污泥燃烧产生的高温烟气经过旋风分离器,从分离器出来的高温烟气依次经过布置在尾部的换热装置、空气预热器,进入布袋除尘器,由引风机把烟气从烟囱中排出。对于焚烧中可能产生二�f英等污染物,可设置二燃室,利用燃气或燃油作为热源,使焚烧炉产生的烟气彻底燃烧,确保驱除二�f英等污染物和臭味。在二燃室中还可设温控自动燃气或燃油燃烧器和二次通风系统,当出口炉温低于850℃时,燃烧器自动点燃,使燃气在二燃室内保持850℃以上,并停留2秒以上,同时保持一定的空气过量系数,这样就可保证烟气的彻底燃烧,不会产生二�f英等污染问题。这主要是因为只要焚烧温度高于850℃,焚烧过程就不会产生二�f英。对于干化后尾气的处理,主要采用国际上通行的机械湿洗涤静电方法,对烟气进行净化,实现烟气达标排放。
2.污泥干化焚烧工艺的特点
(1)安全可靠、低污染排放。污泥预处理装置在密闭的循环系统中运行,干化后的污泥直接进入燃烧室燃烧,输送线路短,输送过程中干污泥所占的比例小,不存在污泥粉尘爆炸及污泥自燃的可能性。干化后的气体管路为负压,不存在臭气泄漏的问题。采用成熟的循环流化床燃烧技术,安全可靠,污染物排放浓度非常低,满足国家相关的环保标准。
(2)设备高效、简单。湿污泥在循环流化床系统中完成预干化和焚烧,工艺流程简单,污泥无需造粒,直接干化,干化后的污泥含水率