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打通污水處理“最后一公里”，污泥處置技術到底有哪些？
2021-11-29 09:38 點擊: 次作者:環保工程師
污泥處置是指經過減少水分或去除有機雜質并殺滅病原體后的污泥的最終處置。污泥或廢渣，除符合衛生條件的可綜合利用外，必須作最終處置，污泥的處置是在符合國家法規和標準的基礎上，綜合考慮當地經濟、環境等因素，采取適當的技術措施和管理政策，為城市污泥提供最終的出路。
污泥的種類
污泥是一種由有機殘片、細菌體、無機顆粒和膠體等組成的非均質體。它很難通過沉降進行徹底的固液分離。污水處理產生的污泥是典型的有機污泥，其特性是有機物含量高(60%~80%)，顆粒細(0.02~0.2mm)，密度小(1002~1006Kg/m³)，呈膠體結構，是一種親水性污泥，容易管道輸送，但脫水性能差。隨著污泥水分的減少，污泥從純液狀流動到粘滯狀、塑性性狀、半干固體狀直到純固體狀這一過程進行變化。通常濃縮可將含水率降到85%(含水狀態);含水率在70%~75%時，污泥呈柔軟狀態，不易流動;通常一般脫水下含水率只可降到60%~65%，此時幾乎成為固體;含水率低到35%~40%時，成聚散狀態(以上是半干化狀態);進一步低到10%~15%則成粉末狀。
按污水的處理方法或污泥從污水中分離的過程，可以將污泥分為四類：
1）初沉污泥：從初沉淀池排出的沉淀物(來自初沉池)。
2）剩余污泥(剩余活性污泥)：由于微生物的代謝和生物合成作用，使得曝氣池中的活性污泥生物量增加，經二次沉淀池沉淀下來的污泥一部分回流到曝氣池供再處理污水用，多余的排放到系統之外的部分即剩余污泥。(來自活性污泥法后的二沉池)。
3）腐殖污泥：指生物膜法(如生物濾池、生物轉盤、部分生物接觸氧化池等)污水處理工藝中二次沉淀池產生的沉淀物。(來自生物膜法后的二沉池)。
4）化學污泥：用混凝、化學沉淀等化學法處理廢水所產生的污泥。
按污泥的不同產生階段，可以將污泥分為五類：
1）生污泥(新鮮污泥)：指從沉淀池(初沉池和二沉池)分離出來的沉淀物或懸浮物的總稱，未經任何處理的污泥。
2）消化污泥(熟污泥)：初沉污泥、腐殖污泥、剩余活性污泥經厭氧或好氧消化后的污泥均稱消化污泥。
3）濃縮污泥：指生污泥經濃縮處理后得到的污泥;
4）脫水干化污泥：指經脫水干化處理后得到的污泥;
5）干燥污泥：指經干燥處理后得到的污泥。
污泥的特點
污泥按其來源分大致可分為給水污泥、生活污水污泥和工業廢水污泥三類。
城市污泥的組成、成分與熱值
1）城市污水處理廠污泥的組成及營養物含量
2）城市污水處理廠污泥的基本理化成分
3）城市污水處理廠污泥的燃燒熱值表
工業污泥的特點
工業污泥根據其來源，有著非常大的差異。這些差異主要表現在其粘度、吸濕性、污染物性質、含油率、含水率、有機質比例、無機物比例等多方面。
比較市政污泥來說，其粘度大、含油率高、無機物比例高，有時使得其處理難度更高。
污泥處置的技術手段及綜合利用
污泥處理技術分為污泥處理和污泥處置兩個環節。污泥處理包括濃縮(含水率95%-98%)、脫水(80%)、干化(40%)等。在脫水環節，可以通過厭氧消化或好氧消化進一步提高脫水效率。
污泥處置是污泥處理的后續環節，有填埋、焚燒、堆肥、資源化等多種手段。當前國際上最常使用的是焚燒處置方法。在2014 年活性污泥一百周年時，全世界科學家都一致認為：資源化是污水處理未來發展的方向，污泥的資源化利用是未來需要突破的重要環節。
1、厭氧消化技術——污泥處理的高效手段
厭氧消化是指污泥在無氧環境下，通過兼性菌和厭氧細菌將污泥中的可生物降解的有機物分解成二氧化碳、甲烷和水等，使污泥得到穩定的過程。當前行業普遍認為厭氧消化是污泥減量化、穩定化的常用手段之一。與好氧消化相比具有成本低(不需要鼓風設備、除臭設備)、不良氣體排放少、氣體回收利用等優勢。
按照處理溫度不同，厭氧消化可以分為中溫消化和高溫消化兩種。高溫厭氧消化相對于中溫消化具有產氣率高、消化池體積小的優勢，但是對耗能要求較高。我國當前普遍使用中溫消化。目前認為厭氧消化需要經歷四個階段：分別是水解、酸化(發酵)階段，乙酸化階段，甲烷化階段。各階段之間既相互聯系又相互影響，各個階段都有各自特色微生物群體。
厭氧消化具有以下優點：
1）提高后續處理的效率并減少后續處理能耗。通常認為厭氧反應可以實現污泥減量化、穩定化。通過厭氧反應，污泥中有機物去除40%-60%，有害病菌減少。此外，厭氧消化提高污泥脫水穩定性，讓焚燒等后續處理減少35%以上的能耗。
2）厭氧消化成本較低。根據《中國環境報》統計，單純厭氧消化投資成本約為20-40 萬元/(噸/日)，由于不用鼓風曝氣等，節約了成本，單純厭氧消化運行費用約為60-120 元/噸(含水率80%，不包括濃縮和脫水)，而好氧發酵運行費用為120-160 元/噸。
2、污泥干燥(化)技術
按照處理工藝的不同有直接干燥和間接干燥兩種。直接干燥是將高溫煙氣直接引入干燥器，通過氣體與濕物料的接觸對流進行換熱。由于直接干燥會增加污染性氣體，污泥處理量小且存在一定的安全隱患，歐洲各國已逐漸放棄直接干燥法，多采用間接干燥。
間接干燥是將高溫煙氣的熱量通過熱交換器，傳給蒸汽，蒸汽在一個封閉的回路中循環，與污泥沒有接觸。間接干燥存在一定的熱損失，但需要處理的煙氣量小，不會產生二次污染。
污泥間接干燥流程圖
目前，國內外的污泥干燥設備主要有：三通式回轉圓筒干燥機(轉鼓干燥機)、流化床干燥機、槳葉式干燥機、盤式干燥機、帶式干燥機等。
污泥干燥技術的比較
3、衛生填埋技術——我國最普遍使用的污泥處理技術
污泥的衛生填埋始于60年代，是在傳統填埋的基礎上從保護環境角度出發，經過科學選址和必要的場地防護處理，具有嚴格管理制度的科學的工程操作方法。到目前位置，已發展成為一項比較成熟的污泥處置技術，污泥經過簡單的無菌處理直接傾倒于低谷地區可制造人工土地。
優點：
處理成本低、不需要高度脫水或自然干化、既處理了污泥又增加了城市的建設用地、投資較少、容量大、見效快。
缺點：
1）污泥中含有的各種有毒有害物質經雨水的侵蝕和滲濾會污染地下水及大氣。適宜污泥填埋的大面積場所因城市污泥大量的產出而顯得越來越有限，污泥作衛生填埋時，應注意該處的地質，水文條件和土壤條件。
2）應考慮到環境衛生問題，填坑鋪設防滲性能好的材料，填埋場還應配設滲濾液收集裝置及凈化設施。目前我國修建的衛生填埋場中，都用高密度聚乙烯為防滲層，避免了對地下水及土壤的二次污染。
3）遠距離的運輸費用高昂是制約污泥的衛生填埋的一個重要因素。
4、污泥焚燒技術
焚燒法是一種高溫熱處理技術，即以一定的過?？諝馀c被處理的有機廢物在焚燒爐內進行氧化分解反應，廢物中的有毒有害物質在高溫中氧化熱解而被破壞。焚燒處置的特點是可以實現污泥的無害化、減量化(減容70%，最大可到90%)和資源化。焚燒的主要目的是盡可能地焚燒廢物，并將被焚燒的物質變成無害和最大限度的減容，盡量減少新的污染物產生，以避免二次污染。近年來由于采用了合適的預處理工藝和焚燒手段，達到了污泥熱能的自足，并能滿足越來越嚴格的環境要求。以焚燒為核心的處理方法是被認為是污泥處置最徹底、快捷和經濟的方法。
按照焚燒方式不同分為直接焚燒和干燥焚燒兩種。其中直接焚燒是指將高溫污泥(含水率85%以上)在輔助燃料的作為熱源的情況下直接在焚燒爐內焚燒。由于污泥含水量大、熱值低，需要消耗大量的輔助燃料。直接焚燒下，污泥含水量大，焚燒后的尾氣量較大，后續尾氣處理需要龐大的設備，操作控制難度大。無論從運行成本和設備投資等方面，污泥的直接焚燒正逐漸被干燥焚燒所代替。干燥焚燒是指將污泥通過干化處理后再進行焚燒的技術手段。當前焚燒工藝包括單獨焚燒、熱電廠協同處置、水泥窯協同處置。
污泥焚燒指標要求
5、好氧堆肥(發酵)——形成生物肥料
好氧堆肥是在有氧情況下，通過微生物的發酵作用，將污泥轉變為肥料的過程。其中有機物料代謝為二氧化碳、水和熱。
好氧堆肥的優點包括：
1）發酵效率高，穩定化時間相對短;
2）臭味少，實現滅菌;
3）含水率可降到40%;
4）污泥成品主要用于修復鹽堿地、城市綠化、垃圾場覆蓋以及建筑等方面用土;
5）并衍生出蚯蚓生物堆肥等來強化堆肥效果，比如興蓉環境和綠山的合作。
堆肥的難點主要包括：
1）能量凈支出，通風能耗費用占比80%;
2）需對好氧堆肥運行的不同階段的合理通風量加強研究;
3）缺少C/N 等控制因素的理論研究，致使存在調理添加劑使用過多的情況。
堆肥工藝流程圖
6、碳化技術
“碳化”處置技術是通過給污泥加溫，使污泥中的微生物細胞裂解，將其中的水分釋放出來，同時又最大限度地保留污泥中碳質的過程。碳化工藝特點包括以下幾點。
1)高溫。在高溫作用下，部分有機質發生解聚，形成可燃氣體；
2)低氧。在高溫處理過程中，通過限制供氧量，實現有限燃燒；
3)低水分。廢棄物(如污泥)應首先降低水分(前置干燥)，才能進行熱解處理。
1)高溫。在高溫作用下，部分有機質發生解聚，形成可燃氣體；
2)低氧。在高溫處理過程中，通過限制供氧量，實現有限燃燒；
3)低水分。廢棄物(如污泥)應首先降低水分(前置干燥)，才能進行熱解處理。
相對于熱力干化和焚燒，碳化技術優勢在于：能源消耗低，剩余產物中碳含量高，發熱量大，炭質利用價值大。這類工藝可能有不同的名稱，如碳化、炭化、熱解、裂解、干餾、焦化、氣化、熱裂、熱裂解、高溫裂解等。
碳化技術原理圖
7、建材和土地利用
污泥建材利用是指將污泥作為制作建筑材料的部分原料的處置方式，應用于制磚、水泥、陶粒、活性炭、熔融輕質材料以及生化纖維板的制作。
污泥的土地利用是將經過妥善處理至符合一定標準的污泥或其產品作為肥料或土壤改良材料，用于農田利用、園林綠化利用或土地改良等場合，是一種積極、可持續的污泥最終處置模式。土地利用在發達國家取得了良好的效果，主要是與農業實現了緊密聯系。
反觀國內，污泥土地利用的道路走得異常艱難，由于以前工業污水和生活污水長期混同處理，出于對污泥中重金屬風險的考慮，污泥制成的“有機肥”被農業部禁止進入農田，只能用作綠化土、填埋土、路基土等。
8、污泥土壤化
污泥土壤化技術介于污泥衛生填埋及污泥土地利用之間，其技術近年來在歐洲迅速發展，已經在德國、瑞士、美國等國開始進行廣泛應用。污泥在自然形態的土壤化池經過植物的腐蝕，被轉化為一等級的腐植土(自然堆肥)，再次循環至大自然當中，同時堆肥中不存在重金屬等有害物質，非常適合用于堆肥或土地改良劑。
優點：
1）可重復使用，設備的再投資費用低、運行費用極為低廉、防止二次污染、工藝簡單、不依賴于掌握高技術的技術人員。
2）污泥土壤化技術指，通過自然能量轉換，利用植物對土壤的腐蝕作用，把污泥轉化為優質土壤。污泥中含有豐富的氮、磷等肥料元素，通過污泥土壤化可減少化肥使用量，有利于農作物栽培，是污泥穩定性與保護土壤集于一體的處理技術。
3）建筑適宜的污泥土壤化池，在污泥土壤化池倒入污泥，倒入之后種植蘆葦，利用蘆葦的強分解能力，經過數年的培養，把污泥轉換為優質的腐植土，不僅減少污泥，同時生產出優質的腐植土。
4）填坑鋪設防滲性能好的材料，用高密度聚乙烯為防滲層，避免了對地下水及土壤的二次污染。
5）污泥轉換為優質腐植土，非常適合用于堆肥或土壤改良劑。
6）解決污泥土地利用時所擔憂的重金屬、病原體對土壤的侵害。
7）可適用于高含水率的污泥處理。
缺點：
1)占地面積較大，不宜用于大城市市內，在土地供應充足的地區廣受歡迎。
2)遠距離的運輸費用高昂是制約污泥土壤化技術的一個重要因素。
注：本文轉載自環保工程師。本平臺轉載并注明其來源的稿件，是本著為讀者傳遞更多信息之目的，不代表贊同其觀點或立場，如涉及侵權，請及時與我方取得聯系刪除。
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