（市政工程专业论文）三峡库区城市污水厂污泥处置技术筛选.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 为了保护三峡库区的水环境，重庆市在三峡库区新建的城市污水处理厂相继 投入使用。目前库区投入运行的1 7 个污水处理厂日处理污水1 5 2 0 万吨，日产生 含水量在8 0 以上的污泥1 5 0 2 0 0 吨左右。由于三峡库区气候多变、地质结构复 杂、经济条件和地理环境比较差，大量的污泥如果处置不善将给库区水环境安全 带来严重隐患，因此选择适合于三峡库区的污泥处置技术十分必要。 污泥处置的困难不仅仅是我国在环境综合整治工作中出现的问题，也是目前 世界各国都面临的挑战。根据城市污泥的特性，世界各国对污泥是努力实现减量 化、稳定化、无害化和资源化处置的目标，寻求的是经济上可支撑的可持续性发 展技术。 本文系统论述了污泥各种处理技术，包括污泥浓缩、稳定、脱水、热干化等 污泥处理工艺；对三峡库区污水厂的污泥处置现状及存在的问题进行了调研分析； 预测了未来规划年限内需要处置的污泥量；详细阐述了国内外常用的污泥最终处 置技术：农用、填埋、焚烧、建材利用，指出了各种处置技术的优缺点，对其经 济可行性、技术适用性、特别是污泥的持续稳定出路进行了综合考虑。根据三峡 库区污泥特性及污泥处置的准入条件进行了适应性分析，提出在三峡库区，近期 考虑经过干化处理后卫生填埋，远期随着污泥的干化焚烧、农用、建材利用等技 术的成熟，污泥的出路以用作农田、园林及森林肥或改良土壤为主以及填埋、焚 烧、建材利用等多种处置方式并行的多元化综合处置技术。 最后结合我国的实际情况，对污泥的最终处置方法以及所需的政策扶持进行 了有益的探索和展望。 关键词：污泥，处置，资源化，三峡库区 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t i no r d e rt op r o t e c tt h ew a t e re n v i r o m n e n ti nt h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i rd i s t r i c t ， s e v e r a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t sh a v eb e e np u ti n t ou s ei nc h o n g q i n g a tp r e s e n t 15 0 ，o o o 2 0 0 ，0 0 0t o n sw a s t e w a t e ra r ep r o c e s s e de v e r yd a yi n17w a s t e w a t e rt r e a t m e n t p l a n t s b e c a u s eo fc h a n g e a b l ec l i m a t e ，c o m p l e xg e o l o g i c a ls t r u c t u r e ，b a de c o n o m i c c o n d i t i o na n dg e o l o g i c a le n v i r o n m e n ti nt h e f h r e eg o r g e sr e s e r v o i rd i s t r i c t ，i tw i l t b r i n gs e r i o u sa n dh i d d e nd a n g e rt ot h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i rw a t e re n v i r o m n e n ti f s l u d g ec o u l d n tb eh a n d l e dw e l l ；t h e r e f o r ei ti se x t r e m e l ye s s e n t i a lt oc h o o s es u i t a b l e s l u d g eh a n d l i n gt e c h n o l o g yi nt h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i rd i s t r i c t g r e a td i f f i c u l ti nh a n d l i n gs l u d g ei sn o to n l yo u rc o u n t r y sp r o b l e m ，b u ta l s oe v e r y c o h n t r y sc h a l l e n g e a l lo ft h ew o r l df a c e dn o w a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r so ft h e s l u d g e ，t h e f i n a la i mo fh a n d l i n gs l u d g ei st or e a l i z es t a b i l i z a t i o n ，d e c r e m e n t ， h a r m l e s s n e s sa n du s i n gr e s o u r c e s t h ea r t i c l ee l a b o r a t e sc o m p l e t e l yp r o c e s s i n gt e c h n o l o g i e s ，w h i c hi n c l u d et h e s l u d g ec o n c e n t r a t i o n ，s t a b i l i z a t i o n ，d e h y d r a t i o n ，h o t n e s s a n d d r y t h o u g h t h e i n v e s t i g a t i o no fp r e s e n ts t a t i o na n dp r o b l e mo fs l u d g eh a n d l i n g ，i tf o r e c a s t st h es l u d g e o u t p u tn e e d e dt ob eh a n d l e di nt h ef u t u r e t h ea r t i c l es e tf o r t h st h ef i n a lp r o c e s s i n gw a y i nd e t a i lo ft h ed o m e s t i ca n df o r e i g nc o u n t r i e ss l u d g e ，w h i c hi sa g r i c u l t u r a lu t i l i z a t i o n ， l a n d f i l l ，b u r n i n ga n da st h eb u i l d i n gm a t e r i a l s i tp o i n t so u tt h es h o r t c o m i n go fa l l p r o c e s s i n gw a y s ，a l s oc o n s i d e r sc o m p l e t e l yt h ee c o n o m i c a lf e a s i b i l i t y , t h et e c h n i c a l s e r v i c e a b i l i t y , s p e c i a l l yt h es l u d g es t a b i l i z a t i o n a c c o r d i n g t ot h ec h a r a c t e r sa n d s e r v i c e a b i l i t yo fs l u d g ei nt h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i rd i s t r i c t ，t h ea r t i c l ep u tf o r w a r d s e v e r a lp r o p o s a l sa b o u ts l u d g eh a n d l i n g ，w h i c ha r el a n df i l l e da f t e rd r i e dp r o c e s s i n ga t p r e s e n t ，i nf u r o r ew h i c ha y eu s e di na g r i c u l t u r e ，g a r d e n s ，f o r e s tm a t e r i a l sa n di m p r o v i n g s o i la n ds oo n f i n a l l ya c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o no fo u rc o u n t r y ，t h ea r t i c l eg i v e st h ep o l i c y s u p p o r ta n dp r o s p e c t sf o rt h ef i n a lw a y o fs l u d g eh a n d l i n g k e yw o r d s ：s l u d g e ，h a n d l e ，r e s o u r c e s ，t h e t h r e eg o r g e sr e s e r v o i rd i s t r i c t i i 重庆大学硕士学位论文1 概述 l 概述 1 1 课题的背景和意义 近几十年来，随着我们国家城市社会经济的高速发展，我国的城市污水处理 基础设施的建设取得了很大的进步。城市污水处理能力从过去的每天处理污水1 0 0 多万吨增长到今天的每天处理污水7 0 0 0 多万吨。按照这样一个进程，至2 0 1 5 年， 全国城市污水处理厂的数量将达到2 0 0 0 座以上，污水处理率将达到7 0 以上，我 国的水污染将得到有效控制，水环境将明显改观。一个经济发展，社会健全，环 境优美，以人为本的和谐社会才会显现。 但是，在污水处理能力建设的这一快速发展中，一个曾经忽视，而今又必须 面对的问题是伴随着污水处理能力的提高，污水处理的中间产物污泥必须要 彳导到妥善的处理和处置。 城市污水厂污泥是城市生活污水和工业污水处理过程中产生的固体废弃物， 经过活性污泥法废水处理工艺，产生的剩余污泥量约占处理污水量的0 ，3 4 0 ，5 ( 含水率以9 7 计) ，数量十分巨大【”。污泥处理的投资和运行费用巨大，可占整个 污水厂投资及运行费用的2 5 4 0 ，甚至高达6 0 【2 】，已成为城市污水处理厂所 面临的沉重负担。 污泥处置的困难不仅仅是我国在环境综合整治工作中出现的问题，也是目前世 界各国都面临的挑战，大家集中努力的目标是污泥的无害化和资源化处置，寻求 的是经济上可支撑的可持续性发展技术。 1 2 污泥的分类与特性 城市污泥是城市污水处理厂经各级处理净化污水而产生的沉积物，是由多种微 生物形成的菌胶团与其吸跗的有机物和无机物组成的集合体，含有一定量的难降 解有机物和重金属，并含有病原微生物和寄生虫卵等。有机物主要有蛋白质、油 脂、粗纤维、腐植酸等；无机物贝u 有各种金属化合物及无机酸盐，生污泥约含6 5 的有机物和3 5 的无机物；消化污泥则含5 5 的有机物和4 5 的无机物p j 。 污泥中含有丰富的可以利用的氛、磷、钾、多种微量元素和有机质，同时也含 大量的病原体、寄生虫( 卵) 、重金属和多种有毒有害有机污染物，如果不能妥善安 全的处置，将给生态环境带来巨大的压力。 重庆大学硕士学位论文1 概述 1 2 1 污泥的分类 由于污泥的来源及水处理方法不同，产生的污泥性质不一，污泥的种类很多， 分类比较复杂，目前一般可以按以下方法分类。 1 ) 按来源分。污泥主要有生活污水污泥，工业废水污泥和给水污泥。 2 ) 按处理方法和分离过程分。污泥可分为以下几类：初沉池污泥，指污水 一级处理过程中产生的沉淀物；活性污泥，指活性污泥法处理工艺二沉池产生 的沉淀物，排出系统的污泥称为剩余活性污泥；腐殖污泥，指生物膜法f 如生物 滤池、生物转盘、部分生物接触氧化池等) 污水处理工艺中二次沉淀池产生的沉淀 物；化学污泥，指化学强化一级处理( 或三级处理) 后产生的污泥。 3 ) 按污泥的不同产生阶段分。生污泥，指从沉淀池( 包括初沉池和二沉池) 排出来的沉淀物或悬浮物的总称；消化污泥，指生污泥经厌氧分解后的污泥； 浓缩污泥，指生污泥经浓缩处理后的污泥；脱水干化污泥，指经脱水干化处 理后的污泥；干燥污泥，指经干燥处理后的污泥。 4 ) 按污泥的成分和性质分。污泥可分为有机污泥和无机污泥；亲水性污泥和 疏水性污泥。 1 2 2 污泥的特性 城市污水厂污泥的特点是含水率高、体积大、易腐败、产生恶臭、比重较小、 颗粒较细。由于污水来源、污水处理工艺及季节变化的不同，污泥的组成差异较 大。尽管污泥的成分与性质主要取决于污水处理厂的进水水质、工艺流程及运行 情况等因素，污泥可分为四个组分：颗粒态、生物絮凝态、胶体及水溶态。其中 生物絮凝体组成了污泥的绝大部分，占污泥总量的6 9 ：其次为颗粒态组分( 占 2 3 ) ，两者构成了污泥9 2 的组分，特别是生物絮凝态，被称为污泥的活性库。 表1 1 1 4 l 给出了美国科学院统计的污泥养分及重金属的组成。 我国城市污水污泥，与国外先进国家相比，具有以下几个特点【5 】： 】) 有机质含量低，一般含量只有5 0 左右，面国外发达国家的城市污水污泥 的有机组份为7 0 8 0 ； 2 ) 泥质差，属于低脂肪高碳水化合物污泥； 3 ) 碳氮比( c n ) 一般在1 0 2 0 ：1 的范围内，消化效果较好； 4 ) p h 值和总碱度基本属于正常范围，不会对消化反应产生太大的影响： 5 ) 重金属含量较多，这是因为我国城市污水中工业废水比重较大，经过二级 处理后，相当一部分重金属转移到污泥中去。 2 重庆大学硕士学位论文1 概述 表1 1 不同污泥的组成 t a b l e1 1 c o m p o s eo f d i f f e r e n ts e w a g es l u d g e 生原始污泥生活性污泥消化污泥 组成 范围中值范围中值 范围 中值 总固体( t s ) 3 751 216 1 21 0 挥发性固体( t s ) 6 0 8 07 06 0 8 0 7 03 0 - 6 04 0 p h 5 866 5 7 57 o 养分( 干重) n 1 5 - 834 8 6 5 61 6 63 7 p0 8 2 71 63 1 7 45 70 9 6 】1 7 k0 10 40 3 - o 6o 40 1 0 70 4 重金属( m g k g ) a s 3 3 01 4 c d5 - 2 0 0 01 5 c r5 0 3 0 0 0 01 0 0 0 c u 3 8 5 1 5 0 09 1 6 2 5 0 1 7 0 0 01 0 0 0 p b1 3 6 - 7 6 0 01 5 0 0 h g 3 4 一1 86 9 n i 2 5 8 0 0 02 0 0 z n9 5 0 3 6 5 02 5 0 05 0 0 5 0 0 0 02 0 0 0 注：生原始污泥来自废水固体物的沉积；活性污泥来自悬浮微生物的生物体i 这些污泥经 过好氧或厌氧生物过程稳定后其有机物形成了消化污泥。 污泥的含水率 污泥的含水率很高，一般大于9 5 ，体积很大，不利于贮存、运输和消纳。污 泥中的水存在形式大致有三种 6 】： 1 ) 游离水，是存在于污泥颗粒间隙中的水，约占污泥水份的7 0 左右，可借 助外力与泥粒分离； 2 ) 毛细水，是存在于污泥颗粒问的毛细管中的水，约占污泥水份的2 0 左右， 有可能用物理方法分离出来； 3 ) 内部水，粘附于污泥颗粒表面的附着水和存在于其内部( 包括生物细胞内) 的内部水，约占污泥水份的1 0 左右，只有干化才能分离，但也不完全。图1 1 【日 为1 m 3 含水率9 5 的生活污水污泥的体积随含水率降低而减小的变化情况。 重庆大学硕士学位论文1 概述 器 称 0 鍪 3 3 3 除 1 4 3 r 羔1 2 5 卜 b 点兰丝鉴+ 型鳖 含水状态 图1 1 污泥含水率降低与容积减少的关系 f i 9 1 1 t h er e l a t i o nb e t w e e nm o i s t u r ec o n t e n tr e d u c i n ga n di t sv o l u m er e d u c i n g 由图1 1 可知，污泥的体积与污泥的含水率有密切关系，当污泥含水率分别为 9 9 、9 0 、8 0 、6 0 和2 0 时，其体积分别为1 0 0 、5 0 、2 5 、1 2 5 和6 2 5 ， 即当污泥的含水率由9 5 降到8 0 时，其体积可减少到原来的1 4 。故对污泥减量 化十分重要。表1 2 表示了污泥的物理状态与其含水率的对应关系。 表1 2 污泥含水率及其物理状态 t a b l e1 2 p h y s i c a ls t a t u sa n dp e r c e n t a g eo f m o i s t u r eo f s e w a g es l u d g e 含水率，物理状态 近似液态9 0 以上 粥状 8 0 9 0 柔软状 7 0 - 8 0 近似固态6 0 一7 0 粘土状5 0 可离散状 3 4 4 0 粉末状态 1 0 1 5 4 | | | | | | | | | | | | | | | | 心 重庆大学硕士学位论文1 概述 污水处理厂污泥的含水率主要与污泥中的成分、非溶解性颗粒的大小有关。 颗粒越小，有机物含量越高，污泥的含水率越高。对于国内大多数的城市生活污 泥，各种污泥含水率如表1 _ 3 。 表1 3 各种污泥的含水率娜j t a b l e l 3t h er a t i oo f c o n t a i nw a t e ri na l lk i n d so f s e w a g es l u d g e 剩余 浓缩后的 浓缩后的消化后 脱水后 i 污泥类型初沉污泥 活性污泥初沉污泥剩余污泥 污泥 污泥 i 含水率 9 6 9 89 9 2 9 9 6 9 2 9 6 9 6 9 89 6 - - 9 87 0 8 0 污泥的理化性质 污泥的理化性质主要包括：有机物( 挥发性) 和无机物( 灰分) 的含量，植物养分 含量，热值等，具体如表1 4 所示。 表1 4 城市污泥的主要理化指标嘲 t a b l e l 4t h em a i np h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t yo f c i t ys e w a g es l u d g e 项目指标具体内容备注 一般性质 含水率、p h 值 营养成分总氮、总磷、有机质含量 沙门氏杆菌、蛔虫卵、大肠埃希菌、假单 胞菌、奇异变形杆菌，肺炎克雷伯菌、产 参照g b 4 7 8 9 9 4 中的微 病原体 酸克雷伯菌、产碱普罗威登斯菌、嗜水气生物学检验标准 性质指标单胞菌、少动鞘氨醇单胞菌等 重金属 c u z n c d c r p b h g n i a s 等 参照g b 5 0 8 5 3 1 9 9 6 浸 提，a a s i c p 等测试 有机污染 多环芳烃( p a h s ) 、多氯联苯( p c b s ) 、 邻笨二甲酸酯( p e s ) ，氯苯( c b s ) 、胺类、 g c m s 。h p l c 等测试 物 酚类、有机酸等 挥发性固体( v s ) ，c n 比、生物可降解组 考查指标 分( b d m ) 以及矿物油含量 1 2 - 3 污泥的毒性和环境危害性 污泥的毒性和危害性主要因其含有毒有机物、致病微生物和重金属三类物质。 污泥中重金属的种类及含量因城市的工业结构和布局、城市性质的不同而略有差 异。大多数城市生活污泥的重金属含量较低( p b 、c d 、c r 等的含量均低于国家农用 标准1 ，不会造成危害。污泥中的病原体主要来源于粪便，其中危害较大的是肠道 病原菌和寄生虫类；有毒有机物主要是难分解的有机氯杀虫剂。这些有毒病原菌 和有机物必须经过处理处置，降低其毒害性，使其符合有关法规和标准规定的安 全性要求，方可实现污泥的资源化利用。 重庆大学硕士学位论文i 概述 工业污泥根据其来源，性质组成上有着非常大的差异。这些差异主要表现在 其粘度、吸湿性、污染物性质、含油率、含水率、有机质比例、无机物比例等多 方面。与市政污泥相比较而言，工业污泥粘度大、含油率高、无机物比例高，有 时使得其处理难度更高。来自化学、制药工业的污泥因其高浓度的污染成份，必 须妥善处置。 通常的观点认为工业污泥和市政污泥混合处理是不明智的。因为大多数的城 市的市政污泥成分类似，可以大规模集中处理降低处理成本，并且由于其中重金 属含量少，农用前景可观。但是工业污泥成分复杂，性质不尽相同，处理难度大， 若与城市污泥相混合，一方面会大大增加处理成本，另一方面也会带入各种工业 污染物如重金属和有毒有机污染物等从而降低污泥的资源化利用程度。 1 3 国内外污水处理厂污泥处理的发展状况 1 3 1 国外污水处理厂污泥处理的发展状况 据美国环保署估计，自从1 9 7 2 年政府颁布水净化条例以来，污泥量逐年快速 的增加，2 0 1 0 年将达到8 2 0 万吨。表1 5 是1 9 9 8 年以后美国污泥产量和处理状况 及预测【外。 表1 5 美国污泥产量及其预测( x 1 0 6 0 t a b l e l 5t h ep r o d u c t i o n & p r e d i c t i o no f s l u d g ei nl h eus 年份 1 9 9 82 0 0 02 0 0 52 0 l o 有效利用土地利用 2 83 1 3 4 3 9 先进处理 o 80 91 01 1 ( 百万吨) 其他有益利用 o 50 50 6o 7 ( 干污泥) 小计 4 14 55 o5 ，7 处置地表处置陆地填埋 1 2 0 ，9 0 90 9 焚烧 1 51 6 l ，61 5 ( 百万吨) 其它 o 1o 1o 1o 1 ( 干污泥)小计 2 82 ，62 6 2 5 总计( 百万吨) 6 97 1 7 68 2 在英国，根据资料【，污水处理产生的污泥年产量为1 1 0 7 万吨干污泥，表 1 6 列出了英国污水污泥的处理方法及处理量。 据资料统计，英国污泥最终处置的主要方法是农用( 4 6 6 ) ，其次为污泥排海 ( 3 3 5 ) 。随着环境问题的日益严重，欧共体在协定中规定污水污泥排海的最后期 6 重庆大学硕士学位论文1 概述 限为1 9 9 8 年1 2 月3 1 日，这意味着英国有3 0 的污泥转向陆地处置。目前英国4 2 的污泥厌氧消化后回用于农田，填埋所占的比例较小，只占污泥处理量的8 ，从 长远的观点来看，将经过厌氧消化、化学或热处理、长时间堆放等适当处理后的 污泥回用于农田，是英国污泥处置的发展方向。 表1 6 英国污水污泥处理方法及处理量 t a b l e l 6 t h et r e a t m e n tm e t h o d sa n dq u a n t i t yo fs e w a g es l u d g ei nu k 处理方法 处理量( 万吨年)百分比( ) 厌氧处理 6 0 35 4 5 好氧处理 2 1i 9 石灰处理1 41 3 堆肥 o 60 5 方法不明 1 71 5 未经处理 4 4 64 0 3 表1 7 欧盟各国采用的污泥处理方法f 1 2 t t a b l e l 7t h e t r e a t m e n t m e t h o d so f s e w a g es l u d g eu s e d i n e u r o p e a n u n i o n 污泥处理方法所占的比率( ) 国家 浓缩脱水厌氧消化好氧消化堆肥石灰法 比利时 5 36 06 72 2o2 丹麦 9 55 04 015 法国 4 91 7 o a 】 o 德国 7 76 41 23o 希腊 0o9 73o0 爱尔兰1 43 31 98oo 意大利 7 59 05 64 4o0 卢森堡 8 08 1o5 o 荷兰 5 3 4 4 3 5o0 西班牙 7 06 552 6 注：f a 】有1 7 的污泥用未知方法进行了处理，其中可能包括堆肥。 t a b 表1 81 9 9 8 年世界主要国家污泥产量及其处置方式【1 2 j 产量汗污 处置方法 国家 泥) ( 百万吨年) 土地利用陆地填埋焚烧其他 奥地利3 21 35 63 10 比利时 7 53 l5 694 丹麦 1 33 7 3 3 2 8 2 法国 7 05 05 00o 德国 2 5 02 56 31 20 希腊 1 539 70o 爱尔兰 2 42 81 8o5 4 7 重庆大学硕士学位论文1 概述 续前表 意大利 8 03 45 5l lo 卢森堡 1 58 11 8ol 荷兰 2 8 2 4 45 33 o 葡萄牙 2 08 01 307 西班牙2 8 】05 01 03 0 瑞典 1 84 55 5oo 瑞士 2 i 55 03 02 00 日本1 7 193 55 5l 澳大利亚 2 8 53 3 5l 3 7 ( 投海) 表1 7 列出欧盟各国采用的污泥处理方法及世界主要国家污泥产量及其采用的 处置方式”刮( 表1 8 ) 。 目前世界范围内常用的污泥处置方法有农用、填埋、投海、焚烧等，由表1 8 可知：美国和英国以农用为主，西欧以污泥填埋为主，日本以焚烧为主，而澳大 利亚以污泥填埋和投海为主。 1 3 2 国内污水处理厂污泥处理的发展状况 根据中国环境保护远景目标纲要，n 2 0 l o 年，所有城市的污水处理率不得低 于6 0 ，直辖市、省会城市、计划单列市和风景旅游城市的污水处理率不得低于 7 0 【1 3 】。2 0 1 0 年全国城镇的污水处理率应达到5 0 ，5 0 万人以上的城市及重点流域 和水源保护区内的中小城市及村镇都将建设污水处理厂。建设部有关部门统计数 据表明，2 0 0 0 年全国有城市污水处理厂4 2 7 座，城市污水处理率为3 4 2 5 ；2 0 0 3 年增加到6 1 2 座，城市污水处理率达到为4 2 3 9 。根据有关预测，我国城市污水量 在未来二十年还会有较大增长，2 0 1 0 年污水排放量将达到4 4 0 1 0 8m 3 d ；2 0 2 0 年污 水排放量达到5 3 6 1 0 8m 3 d 。目前全国每年产生的干污泥量大约为3 0 万吨，折合 湿污泥量7 5 0 万吨( 按含水率9 6 计) 【1 4 1 ，预计n 2 0 l o 年污泥产量将是现在的5 倍【”j 。 如此数量巨大的城市污泥如得不到妥善处置将对环境造成二次污染。 表1 9 为采用污水处理量方法计算得出的污泥产量。由表1 9 可见，我国污泥 产量每年都在快速增加，由1 9 9 1 年的4 4 5 x 1 0 ( 含水率8 0 ) 递增到2 0 0 5 年 2 7 2 7 x 1 0 4 t a ( 含水率8 0 ) ，产量翻了六倍。 相反国内目前的污泥处理处置还处在一个刚刚起步的阶段，经验较为缺乏， 污泥处理处置问题已经在大城市中显现出来。国外的技术和经验可以借鉴，但还 不是完全的适合中国国情。中国在经济和自然条件上存在着很大的地区和时段差 异，即使在同一个地区也应当结合当地的情况，综合考虑经济可行性、技术适用 性、特别是污泥的持续稳定出路，选择适宜的工艺路线。 我国的污泥处置系统发展较为缓慢，这主要是受经济条件的制约。早期的污 水处理厂，由于没有严格的污泥排放监管，普遍将污水和污泥处理单元剥离开来， 8 重庆大学硕士学位论文l 概述 由于污泥处置的基建费用及运行费用较高，因此许多污水处理厂把污泥处置放在 二期工程；为了追求简单的污水处理率，尽可能地简化、甚至忽略了污泥处理处 置单元；有的还为了节省运行费用将已建成的污泥处理设施长期闲置，甚至将未 做任何处理的湿污泥随意外运、简单填埋或堆放，致使许多大城市出现了污泥围 城的现象并已开始向中小城市蔓延，给生态环境带来了极不安全的隐患。 表1 9 我国城市污泥产量概况【1 q t a b l e l 9 s l u d g ep r o d u c t i o ni nc h i n a 城市污水污水年排放总 污水处理量 污水处 污泥产量 年份理率 ( i0 4 t a - 1 1 处理厂，窿 量( 1 0 8 m 3 a - 1 )( z 0 8 i l l 3 - a 1 1 胼 含水率为8 0 干污泥 1 9 9 18 72 9 9 74 4 51 4 8 64 4 58 9 1 9 9 21 0 03 0 1 8 5 2 2 1 7 ，2 9 5 2 21 0 4 ，4 1 9 9 3 1 0 83 1 1 36 2 | 32 0 0 26 2 31 2 4 6 1 9 9 41 3 93 0 3 05 1 81 7 1 0 5 1 8 1 0 3 6 1 9 9 51 4 l3 5 0 3 6 9 o1 9 6 96 9 01 3 s 1 9 9 63 0 93 5 2 88 3 _ 32 3 6 28 3 31 6 6 6 1 9 9 73 0 73 5 】，49 0 ，82 5 8 49 0 8】8 1 6 1 9 9 83 9 83 5 6 3 1 0 5 32 9 5 610 5 32 1 0 6 1 9 9 94 0 23 5 5 71 1 3 63 1 9 3l1 3 62 2 7 2 2 0 0 0- 4 2 73 3 1 8 1 1 3 ，6 3 4 2 5 11 3 62 2 7 2 2 0 0 14 5 23 2 8 61 1 9 73 6 4 3l1 9 72 3 9 4 2 0 0 25 3 73 3 7 61 3 4 93 9 9 7 13 4 9 2 6 9 ，8 2 0 0 3 6 1 2 3 4 9 2 1 4 8 04 2 3 914 8 02 9 6 ，0 2 0 0 5 1 1 7 】7 9 05 2 4 52 7 2 75 1 9 92 7 2 75 4 5 4 目前我国虽然对污泥问题开始关注，但仍然停留在技术层次。2 0 0 3 年开始， 我国主要大城市，开始尝试进行污泥处理处置规划，对其技术方案进行了充分论 证，如：广j , f - i 市近期采取生污泥填埋，远期将用于农肥；深圳市己完成专项规划， 拟采取热干化加焚烧工艺；上海市则根据不同情况，采取处理分散化、处置集约 化、技术多元化的方针；天津市计划建设3 座污泥处理厂，采用污泥消化发电工 艺，但尚无污泥最终处置的方法；北京市污泥处理处置专项规划还未经审批，土 地利用将是主要发展趋势。目前编制的污泥处理处置规划，主要内容为技术规划 和技术方案，其系统性不够强，基本未涉及管理体制、责任划分、相关政策、公 众参与等内容。但事实上却恰恰相反，污泥问题的解决极需管理体制、市场机制、 标准体系、技术政策等方面的系统性支撑。 我国第一座污水处理厂天津纪庄子污水处理厂建成投产后，污泥即由附近郊 区农民用于农田，其后北京高碑店等污水处理厂的污泥也均用于农田。随着城市 9 重庆大学硕士学位论文1 概述 污水污泥产量和污水处理厂的逐渐增多，目前我国已开始将污水处理厂污泥用于 土地填埋和城市绿化，并将污泥作基质，制作复合肥用于农业等。 1 3 3 重庆市城市污水处理厂污泥处理的发展状况 重庆市为了保证长江三峡成库后水质不受污染，保护好水环境，在中央政府 的支持下，投入大量资金，建设了3 0 多座城( 镇) 污水处理厂。而其中的污泥处理 与处置尚属起步阶段，一方面是由于对污泥认识不足，另一方面是在污泥综合开 发利用方面资金不足。重庆市城市污水处理厂在设计和建设中的并没有充分考虑 对污泥的减量化、稳定化、无害化处理设施，均采用简单脱水后直接送至生活垃 圾填埋场填埋，部分生活垃圾场在设计时也未对污泥填埋提出技术规定和计算足 够的污泥填埋容量，污泥进入垃圾填埋场运行一段时间以来，己出现了不少问题。 1 4 课题的提出 三峡库区首批1 7 座污水处理厂建成并运行管理一年多时间，现己基本实现了 稳定正常运行。然而污水处理后剩余污泥的处理( 置) 问题却逐渐突出。目前城市污 水处理厂污泥均是简单处理后进入库区新建的垃圾卫生填埋场填埋，由于没有进 行消化等稳定处理，污泥在垃圾填埋场填埋已严重影响了填埋场的正常运行，并 造成了不良后果，已有云阳县、长寿区、丰都县、石柱土家族自治县和忠县等5 个区县拒收污泥，其中最严重的是云阳县，从2 0 0 3 年云阳污水处理厂投入运行至 今，产生的6 5 0 0 吨污泥一直没能进入垃圾处理场填埋，导致这些污泥随便堆放在 厂区或是厂外公路上。三峡库区气候多变、地质结构复杂，加上经济条件和地理 环境比较差，三峡工程又作为全国的一个工程项目，污水、垃圾、污泥运行管理 面临的问题非常严重。 1 5 课题研究目的与内容 1 1 国内外污泥处置的现状以及技术发展趋势； 2 ) 污泥各种处理技术，包括污泥浓缩、稳定、脱水、减量、热干化等污泥处 理工艺； 3 ) 三峡库区城市污水处理厂污泥的处置现状及存在的问题； 4 1 预测未来规划年限内需要处置的污泥量； 5 ) 对当前国内外污泥的处置技术及发展趋势进行技术经济可行性比较，结合 污泥处置的准入条件，分析其在三峡库区的适应性； 6 ) 针对三峡库区实际情况，制定针对性的污泥处置技术，提出符合三峡库区 的污泥综合处置技术。 1 0 重庆大学硕士学位论文 2 城市污水厂污泥处理技术及发展趋势 2 城市污水厂污泥处理技术及发展趋势 污水经过各种不同工艺处理后，出水达到了国家规定的排放标准后，污水处 理过程中产生的污泥依然含有大量的有机物质和丰富的氮磷等营养物质，如不加 稳定处理而任意排放到水体中，污泥中的有机物和氨、氮将大量消耗水体中的氧， 造成水体水质恶化，严重影响水生物的生存，污泥中的营养物质会造成水体的富 营养化，促使藻类恶性繁殖，造成水体的赤潮和绿潮现象，不仅使城市水源水质 恶化，影响生活用水和工农业用水，还将使渔业产量下降，造成巨大经济损失； 如果利用到农业上，污泥中的重金属会污染土壤和作物；污泥中还含有致病菌、 寄生虫卵等危害人类健康的因素，处理不当，会造成疾病的传播。这就给环境造 成了严重的二次污染。 因此污泥的处理处置应达到减量化、稳定化、无害化、资源化的目的： 减量化：由于污泥含水率很高，体积很大且呈流动性，需要将水从污泥中分 离并去除，进而减少污泥最终处置前的体积，以降低污泥处理及最终处置的费用。 稳定化：污泥中含有大量有机物，极易腐败和产生恶臭，需要经过处理将易 腐败的部分有机物分解转化，使之不易腐败，大大降低恶臭并方便运输和最终处 置。 无害化：污泥中，尤其是初沉污泥中，含有大量病原菌、寄生虫卵及病毒， 可能造成传染病的传播，需要经过处理杀灭病原菌、寄生虫卵及病毒，提高污泥 的卫生指标。 资源化：污泥是一种可以利用的资源，干泥有一定的热值，另外城市污水处 理厂的污泥中含有大量促进植物和农作物生长的氮、磷、钾等营养成分，是具有 较高肥效的有机肥料。在适当的条件和规模下应考虑综合处置，对能源及物质加 以回收利用。 污泥处置应该先把稳定化放在第一位的，接下来依次是减量化、无害化和资 源化，其中通过污泥的稳定化来达到污泥无害化，同时实现污泥的减量化，为污 泥的资源化创造条件，再加上相关的政策资金支持，污泥处置才会真正走上良性 的发展之路。 为了达到以上的目的，经常单独或综合使用的方法有：污泥浓缩、污泥稳定( 包 括厌氧消化、好氧消化、好氧堆肥、污泥焚烧等) 、污泥干化与脱水等。 图2 1 和图2 2 分别为发达国家污泥处理处置技术组合和国内污水处理厂处理 及处置的一般工艺流程。 重庆大学硕士学位论文 2 城市污水厂污泥处理技术及发展趋势 图2 1发达国家的技术组合1 1 8 】 f j 9 2 1 t h ec u r r e n tc o m b i n e dt e c h n o l o g yo f s l u d g ef r o mw a s t e w a t e rp l a n ti nd e v e o p e dc o u n t r i e s 污泥处理污泥处置 图2 2 国内一般污泥处理处置工艺流程图 f i 醇2 t h ef l o w c h a r to f s l u d g et r e a t m e n t 2 1 污泥浓缩 不管污泥采用何种方式处理处置，污泥浓缩是必不可少的。沉淀池排出的污 泥含水率比较高，需要进行浓缩脱水，降低其含水率及体积，以减少后续构筑物 或处理单元的压力。污泥浓缩的目标是去除污泥中的自由水和间隙水，浓缩工艺 的选择主要取决于产生污泥的污水处理工艺、污泥的性质、污泥量和需要达到的 含水率要求。浓缩的方法主要包括重力浓缩法、气浮浓缩法、机械离心浓缩法等。 2 1 1 重力浓缩法 重力浓缩池一般采用固体表面负荷进行设计。在实际应用中，在污水处理厂 一般将二沉池采用重力浓缩，以提高重力浓缩池的浓缩效率。在实际工程应用中， 采用污泥浓缩池进行重力浓缩。重力浓缩可分为间隙式和连续式两种：前者主要 用于小型污水处理厂或工业企业的污水处理厂，后者用于大、中型污水处理厂。 重力浓缩应用最为广泛，在我国北京酒仙桥污水厂、上海曲阳污水处理厂等 都是采用重力浓缩工艺。 重庆大学硕士学位论文 2 城市污水厂污泥处理技术及发展趋势 2 1 2 机械浓缩法 浓缩机械有离心浓缩机、带式浓缩机、转鼓浓缩机和螺压浓缩机。离心浓缩 工艺的动力是离心力，离心力是重力的5 0 0 3 0 0 0 倍。离心浓缩法的原理是利用 生物固体中固液的差异，造成不同的离心力进行浓缩。离心浓缩占地小，不会产 生恶臭，对于富磷污泥可以避免磷的二次释放，提高污泥处理系统总的除磷率， 但运行费用中的机械维修费用高，经济性差，一般很少用于污泥浓缩，但对于难 以浓缩的剩余污泥可以考虑使用。 2 1 3 气浮浓缩法 气浮浓缩于1 9 5 7 年出现在美国，与重力浓缩相反，该法是利用大量微小气泡 附着悬浮污泥颗粒上，减小污泥颗粒的密度而强制上浮，使污水颗粒与水分离的 方法。气浮浓缩适用于粒子易于上浮的疏水性污泥或悬浮液很难沉降且易于凝聚 的场合。在水处理过程中，可用于代替二次沉淀池分离和浓缩剩余污泥，特别适 用于易于产生污泥膨胀的生化处理工艺中。此法固液分离效果较好，目前应用已越 来越广泛【1 9 1 。 我国污水厂所采用的污泥浓缩方法的情况见图2 3 。 囝 口机械浓缩 口重力浓缩 了l5 譬 图2 3 几种污泥浓缩法在我国所占的比例脚】 f i 9 2 ，3 t h ep r o p o r t i o no f s e v e r a lk i n do f s e w a g e s l u d g ec o m p r e s s e dt e c h n o l o g y t h a to c c u p i e si no u rc o u n t r y 表2 1 不同浓缩方法的比较嘲 t a b l e 2 1t h ec o m p a r i s o no f d i f f e r e n tc o n c e n t r a t e dm e t h o d s 浓缩后含 比能耗 浓缩方法污泥类型 “干固体) p ( 脱除水) 固率( ) ( k w h ) f 1 】l ( k w h ) f 1 】 重力浓缩法初沉污泥5 1 01 7 50 2 剩余活性污泥 2 38 8 10 0 9 气浮浓缩法剩余活性污泥 3 5】3 12 1 8 机械离一t 5 浓缩法剩余活性污泥8 92 0 12 2 9 无孔转鼓离心剩余活性污泥 5 8o 1 70 2 3 重庆大学硕士学位论文2 城市污水厂污泥处理技术及发展趋势 各种浓缩方法的比较参见表2 1 【5 】。从表2 1 中可见，初沉污泥用重力浓缩最 为经济；对于活性污泥，离心法所得的污泥含固率最高，但从效率和运行费用来 看，气浮浓缩法较佳。重力浓缩法储存污泥能力高，操作简单，经济可行。由于 国内资金短缺，且污泥中有机物含量低，所以重力浓缩仍将是国内今后重要污泥 减量手段。 2 2 污泥稳定化处理技术 般城市污水处理厂的污泥，含有5 0 7 0 的有机物和较多的氮、磷等营养 成份以及病菌、寄生虫卵等有害物质。其化学性质极不稳定，如不加处置或处置 不当，就会形成污染转移，乃至污染环境，特别是地下水环境，散发臭气，甚至 传播疾病。因此，后续的污泥处置工艺必须有效地防止这些问题的发生，即必须 进行污泥的稳定化和无害化处理。污泥稳定是污泥处理处置中重要的一环，可以 减少各种病原体、消除讨厌的气味，减少液体和固体数量，抑制腐化的潜力。污 泥稳定过程是以降低污泥的挥发性或有机组分的含量为目标的。 2 0 0 3 年7 月1 日我国开始实施的城镇污水厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 中规定对城镇污水厂的污泥应进行稳定化处理，稳定化处理后污泥应达到表2 2 的 规定。 表2 2 污泥稳定化控制指标【2 1 1 t a b l e 2 ，2t h ec o n t r o lt a r g e to f s t a b i l i z a t i o no f s e w a g es l u d g e 稳定化方法控制