（环境工程专业论文）城市污水处理厂剩余污泥微氧消化研究.pdf

摘要 摘要 城市污水处理厂剩余污泥是污水处理过程中产生的固体废弃物，剩余污泥在 最终处置前一般要经过稳定化处理。目前，我国城市污水厂主要采用好氧和厌 氧的传统方法对污泥进行消化，这两种方法由于研究和实际使用时间较长，技 术上比较成熟，但与此对应的突出问题是好氧消化能耗高，国内大部分小型污 水处理厂大多无力承担高额的运行费用；而厌氧消化则投资费用高、运行管理 相对复杂并且存在安全隐患。所以，研究和探索稳定污泥的其他生物学方法对 于国内中小型污水处理厂污泥的后续处理是十分必要的。 本文针对污泥两种传统消化方式的缺陷，结合污泥a a d 消化工艺，提出了 一种新的污泥消化工艺- 污泥微氧消化，污泥微氧消化是指将污泥消化时溶 解氧控制在0 5 m g l 左右，利用兼性菌特性，即在将氧作为电子受体的同时， 还利用硝酸盐作为电子受体分解有机物，从而达到降低污泥消化时动力消耗， 维持消化时碱度的目的。 本文采用实验室序批式小试和污水处理厂连续流中试的研究方法，在同厌 氧消化、好氧消化、添加硝酸盐底物微氧消化、微氧好氧消化进行对比实验的 基础上，优化了污泥微氧消化的各工艺参数，并分析了污泥微氧消化的机理； 与此同时，筛选出了评价污泥微氧消化稳定性的适用指标。研究结果表明： 1 在污泥初始t s 浓度1 0 9 l 、2 0 9 l 和3 0 9 l 左右，消化温度2 0 、3 0 和4 0 时，污泥微氧消化最适工况为：进泥t s 浓度2 0 9 l 左右，消化温度3 0 ，消化时间2 0 天，此时t v s 重量去除率达5 0 3 ，污泥p h 基本保持中性，污 泥微氧消化完全可行。其消化结果优于同条件下厌氧消化，略低于同条件下好 氧消化，动力消耗仅为好氧消化的1 3 l 2 。 2 添加硝酸盐底物、微氧好氧消化和常规微氧消化实验对比结果表明，三 种消化方式下t v s 的降解效率基本接近；污泥c s t 值均有不同程度升高，在消 化尾期提高曝气量至好氧状态可适当改善污泥的脱水效率，但其改观并不显著。 对微氧消化后污泥及其上清液中各类氮的监测结果表明：污泥微氧消化具有脱 氮作用，在最佳工况下经过2 0 天消化后，约有2 3 的氮被脱除。 3 通过对污泥微氧消化各类指标的监测分析污泥微氧消化的工作原理为： 污泥微氧消化时曝气区周围具有相对较高的溶解氧，这部分污泥进行有氧代谢， 摘要 并在硝化菌作用下将氨氮转化为硝酸盐氮，随之硝酸盐氮向低浓度的外围扩散， 在污泥曝气区外围处，溶解氧含量较低，此时反硝化菌利用硝酸盐进行代谢， 并将硝酸哉还原成为氮气和氨氮，达到部分脱氮的效果。随着硝酸盐氮的消耗， 该区域又成为硝酸豁氮的低浓度区，促使由好氧消化生成的硝酸盐氮向该区域 转移，从而在消化池内部构成好氧缺氧消化的循环体，不断促使污泥的内 源分解，达到污泥减量的效果。 4 污泥微氧消化连续流中试实验表明：在进泥浓度2 0 l 左右，消化温度 2 8 左右，2 0 天连续消化后，t s 重量去除率( 平均值) 达到3 6 9 ，t v s 的重 量去除率( 平均值) 达到5 1 4 。该工艺具有较好的污泥稳定化效果，投资少， 操作简便，具有较好的实际工程应用前景。 5 对污泥微氧消化的各类指标分析表明，t v s ( ) 、t v s 厂r s ( ) 和 生物可降解度以及1 v r c 一脱氢酶四项指标，能较好地反应污泥消化时总固体的降 解和污泥生物活性，测定相对简单易行，结果重现性好。其中，在污泥微氧消 化最佳工况下，当t v s ( ) 降解率达到4 5 、t v s t s ( ) 达到5 5 、 生物可降解度降低率达到6 0 、t t c 脱氢酶降低到2 0 3 0 m g l 时可认为污泥微 氧消化达到了基本稳定。 在污泥微氧消化可行的结论基础上，论文最后对污泥微氧消化的进一步研 究提出了展望。 关键词：污泥微氧消化总固体消减污泥稳定化指标 a b s t r a c t e x c e s ss l u d g ei st h es o l i dw a s t ep r o d u c e db ys e w a g et r e a t m e n tp l a n t i ts h o u l d b es t a b i l i z e db e f o r ed i s p o s a l a e r o b i ca n da n a e r o b i cd i g e s t i o ni st h em o s tc o m m o n w a y st os t a b i l i z e ds l u d g e b o t ho ft h e ma r es t u d i e da n du s e dl o n gt i m e b u t t h e w e a k t 呤s s e so ft h o s et w om e t h o d sa r eo b v i o u s l y ：a e r o b i cd i g e s t i o nn e e d sh i 曲e n e r g y c o n s u m p t i o n ，a n a e r o b i cd i g e s t i o nn e e d se x p e n s i v ei n s t r u m e n t m o s tm i d d l e & s m a l l s i z es e w a g ep l a n tc a nn o ta f f o r db o t ho ft h e m s ow en e e dn e w m e t h o d st oa v o i d t h o s ed r a w b a c k s i i lt b i sd i s s e r t a t i o n ，b a s e do na a dd i g e s tt e c h n o l o g y , an e wm e t h o d s l u d g ed i g e s t e d o i ll o wd i s s o n e do x y g e ni ss t u d i e d ，t oa v o i ds h o r t c o m i n g s o f t r a d i t i o n a ld i g e s t i o n i ti st h em o s to b v i o u sc h a r a c t e r i s t i co fc o m p a t i b l eb a c t e r i at h a ti t c a i lu s e db o t ho x y g e na n dn i t r a t ea se l e c t r o n i ca c c e p t o lt h en e wt e c h n o l o g yu s e d s p e c i a lc h a r a c t e r i s t i c s ，c o n t r o l t h ed i s s o l v e do x y g e no fs l u d g e a r o u n d0 5 m g l ，d e g r a d a t e do r g a n i cm a t e r i a l s w ec a n s a v et h ee n e r g yc o n s u m p t i o na n dk e e pt h e a l k l i n eb yt h i sn e wm e t h o d w ec a r r i e do u tt h ew h o l ee x p e r i m e n ti nt w op a r t s ：t h el a bi n t e r v a lc o n t r o lt e s t a n dt h ep i l o td y n a m i ct e s t w eo p t i m i z e dt h ep a r a m e t e r sb a s e do nc o n t r a s tt e s to f a e r o b i cd i g e s t i o n ，a n a e r o b i cd i g e s t i o n ，l o wd i s s o l v e do x y g e nd i g e s t i o n ，a n da l s o a n a l y s i st h em e c h a n i s mo ft h en e wt e c h n o l o g y b a s e do na l lt h o s ee x p e r i m e n t s 、 s e l e c t e ds u 沁出l ei n d e x e st oe v a l u a t el o wd i s s o l v e do x y g e ns l u d g ed i g e s t i o n t h e r e s u l t ss h o w e d ： 1 c o n t r a c tt h et e s t e sr e s u l t so fi n i t i a ls l u d g et sc o n c e n t r a t i o na t 10 9 & 、2 0 9 l a n d3 0 e f t ，o fd i g e s tt e m p e r a t u r e2 0 c 、3 0 。ca n d4 0 c ；t h em o s ts u i t a b l e c o n d i t i o no ft h el o wd i s s o l v e do x y g e nd i g e s t i o ni s ：d i g e s tt e m p e r a t u r e3 0 。c ， i n i t i a lt sc o n c e n t r a t i o na b o u t2 0g l ，a n dt h em o s te c o n o m yd i g e s tp e r i o di s 2 0d a y s t h er a t eo ft v sd e g r a d a t i o nr e a c h e do v e r5 0 ，a n dp hk e e pm i d d l e t v sd e g r a d a t i o nr a t eo fs l u d g ed i g e s t i o no nl o wd i s s o l v eo x y g e ni sh i g h e r t h a na n a e r o b i cd i g e s t i o n ，a n dl i t t l el o w e rt h a na e r o b i cd i g e s t i o na ts a m ew o r k p a r a m e t e r s b u tt h ee n e r g yc o n s u m p t i o n o ft h el o wd i s s o l v eo x y g e nd i g e s t i o n o n l y1 3 - 1 2o f t h ea e r o b i cd i g e s t i o n 2 一t h er e s u l t so fc o n t r a c te x p e r i m e n to fp r e a d d e dn i t r a t e ，l o wd i s s o l v eo x y g e n | a e r o b i cd i g e s t i o na n do r d i n a r yl o wd i s s o l v eo x y g e nd i g e s t i o ns h o w e d ，t v s i i i a b s t r a c t d e g r a d a t i o no ft h et h r e ek i n d so f t e s tw a sq u i t es i m i l a r a l lt h ec s to ft h ee n d o ft h r e et e s t st u r n e dh i g h e rt h a nt h ei n i t i a lc s t i tc o u l du p d a t et h ed e w a t e r e f f i c i e n c yo fs l u d g eh i g h e rt h ed oc o n c e n t r a t i o no ft h ed i g e s t i o nt oa e r o b i c l e v e l ，b u tt h er e s u l tw a sn o tn o t a b l e t h en i t r o g e nm o n i t o r i n gr e s u l t so fs l u d g e a n di t sl e a c h a t es h o w e d ，t h ed i g e s t i o no nl o wd i s s o l v e do x y g e nc o u l do f f n i t r o g e no ft h es l u d g e a b o u t2 3 n i t r o g e nw a sr e l e a s e da tt h eb e s to p e r a t e c o n d i t i o n sa f t e r2 0d a y s 3 a f t e ra n a l y s i sa l lt h ed a t e so fm o n i t o r i n gi n d e x e s ，t h ew o r km e c h a n i co ft h e d i g e s t i o no nl o wd i s s o l v eo x y g e nw a s 硒f o l l o w i n g ：t h e r ei sr e l a t i v eh i g h l yd o c o n c e n t r a t i o na tt h ea e r a t ea r e a t h u st h ea m m o n i ao ft h i sp a r tw o u l db e t u r n e dt on i t r a t eb yt h ew o r ko fn i t r a t eb a c t e r i a t h e nt h en i t r a t eo fh i g h c o n c e n t r a t ep a r td i f f u s e dt ow h i c hl o w a tt h ea r e ao ff a ra w a yf r o ma e r a t ep a r t , a n t i - n i t r a t eb a c t e r i at o o ku pn i t r a t e ，t h a nt u r nt h e mt on i t r o g e na n da m m o n i a a st h en i t r a t ew a su s e d ，t h en i t r a t ec o n c e n t r a t i o no ft h i sp a r tt u r n e dl o w , i t f o r c e dn i t r a t ep r o d u c e db ya e r a t ed i g e s tm i g r a t e dt ot h i sa r e a t h ec i r c l eo f i n n e rc e l la e r a t e a n o x i cd i g e s t i o nc o m ei n t ob e i n g i tu r g e ds l u d g ed e g r a d e d 4 。t h ep i l o te x p e r i m e n tr e s u l t so fc o n t i n u e sd i g e s t i o no nl o wd i s s o l v e do x y g e n s h o w e d ，a f t e r2 0 d a y sd i g e s t ，t h er a t eo ft sd e g r a d a t i o nr e a c h e d 3 6 9 ( a v e r a g e ) ，a n dt h er a t e o ft v su pt 051 4 ( a v e r a g e ) 1 1 1 en e w t e c h n o l o g yh a dg r e a tb l u e p r i n to nt h ef i e l de n g i n e e r i n g 5 a l l t h ei n d e x e sa n a l y s i sr e s u l t ss h o w e d ：a t v s ( ) 、t v s 厂r s ( ) b i o d e g r a d a b l ea n dt t c - d h ah a de a s yt e s tm e a n sa n dt h er e s u l th a dg o o d f i d e l i t y w h e nt h er a t eo f t v s ( ) d e g r a d a t i o nr e a c h e d4 5 ，t h ea t v s t s ( ) d e g r a d a t i o nr e a c h e d5 5 ，t h er a t eo fb i o d e g r a d a b l er e a c h e d6 0 ， t h et t c - d h ar e d u c e dt o2 0 - 3 0 m g l ，w et o o kt h es l u d g ef o rs t a b i l i t ya tt h e t e s tc o n d i t i o n i nt h ef i n a l i t y , t h ep r o b l e m sr e q u i r i n gf u r t h e rs t u d i e sa r ed i s c u s s e d k e yw o r d s ：s l u d g e ；s l u d g ed i g e s t i o no nl o wd i s s o l v e do x y g e n ； t o t a ls o l i dd e g r a d a t i o n ；s l u d g es t a b i l i z a t i o n ； 一 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在三年解密后适用 本授权书。 觑寥繇撇一繇渊砰 如罗年7 其f 日黝s 年( i 其s e l 吁 彩 一 随，一 洲日一 “ r 名 ， 戳阳 榭夕一 作 年 嫣竺 敝 甜 雠 泖 剿 2 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 第1 章概论 第1 章概论 城市污水厂污泥是污水处理过程中产生的固体废弃物。随着国内污水处理事 业的发展，污水厂总处理水量和处理程度将不断扩大和提高，产生的污泥量也日 益增加，一般说来，城市污水处理厂的污泥量约占污水量的0 3 o 5 i ，如果 进行深度处理，则污泥量会增加0 5 - 1 倍，虽然污泥体积通常只占到处理废水 体积1 以下，但污泥处理设施的投资却占到总投资的3 0 4 0 ，甚至达到5 0 。 污水污泥中除了含有大量的有机物和丰富的氮、磷等营养物质外，还存在重金属、 致病菌和寄生虫等有毒有害成分。为保证污水处理厂的正常运行和处理效果，防 止污泥造成二次污染，污水厂污泥处理处置问题在城市污水处理中占有的位置已 日益突出。 中国现有人口1 3 亿多，城市6 4 0 多个，城市人口2 7 亿。据中国国家环保 总局提供的数字，目前中国每年大约排放污水4 0 1x1 0 8 m 3 ，已建成运转的城市污 水处理厂有4 2 7 余座，日处理能力3 1 1 2 3 1 0 4 m 3 。按污泥产量占处理水量的 0 3 o 5 ( 以含水率9 7 计) 计算，中国城市污水厂污泥的产量在( 9 3 3 1 5 5 6 ) x1 0 4 m 3 d ( 以含水率9 7 计) 之间豫1 。因此，中国在污水处理事业不断取得进步 的同时，将面临巨大的污泥处理处置压力。 1 1 国内外城市污水厂污泥处理处置现状 1 1 1 城市污水处理厂污泥种类 根据不同的来源，污泥有许多种类，具有不同的性质。一般说来，城市污水 处理厂所产生的污泥按产生来源可分为栅渣、沉砂池沉渣、浮渣、初沉池污泥和 二沉池污泥i 硼。 ( 1 ) 栅渣来自格栅，是较粗的颗粒，它们可分成有机物和无机物，两种成分的 比例可因格栅的种类、废水的性质、季节，管网的体制以及城市管理水平 不同而变。 ( 2 ) 沉砂池沉渣来自沉砂池，主要是重的无机颗粒，但也含有机成分，所占比 例视沉砂池的种类不同而异，也因管网体制的不同而异。 ( 3 ) 浮渣主要是漂浮物，来自预曝气、初沉池和二沉池的表面，浮渣可能是油 渣、食物残渣、纸等。 第1 章概论 初沉污泥来自初沉池，通常有令人不快的臭味，有机成分为主。污泥是由 污水进入曝气池前通过初沉池时，非凝聚性粒子及相对密度较大的物体沉 降、浓缩而形成的，污泥中主要由较大粒径的有机颗粒组成。初沉污泥的 浓度通常高达4 一6 ，浓缩性好，c n 比在1 0 左右1 4 i ，是一种营养成分 丰富，容易被厌氧消化的基质，气体发生量也很大。作为基质来讲，同生 物处理的剩余污泥有很大的区别。 二沉池污泥活性污泥法中的剩余污泥、生物滤池脱落的生物膜等，其含。 水率、有机物含量均较高，密度低，c n 比在5 左右，有机物分解率低， 分解速度慢，气体发生量少。 1 1 2 国内城市污水厂污泥处理处置现状 1 1 2 1 国内城市污水厂污泥产生量 我国经济和城市化的发展使得城市污水的产生量不断增长，目前，全国已建 成并运转的城市污水处理厂4 2 7 座，年处理能力为11 3 6 1 0 8 m 3 ，在目前较低的 城市污水处理量和处理率水平下，城市污水处理厂每年排放干污泥大约1 3 6 1 0 4 t ，而且还以每年大约1 0 的速度增长。根据国家环境保护“九五 规划和 2 0 1 0 年远景目标和城市污水处理及污染防治技术政策等相关文件，城市 污水处理目标是：到2 0 1 0 年，全国设市城市和建制镇的污水平均处理率不低于 5 0 0 , 6 ，设市城市的污水处理率不低于6 0 ，重点城市的污水处理率不低于7 0 。而 且明确规定，5 0 万人口以上城市都要建设污水处理厂。在污水处理工艺选择上， 提出了一级强化处理工艺、二级处理工艺、二级强化处理工艺等三种类型的处理 深度。比照相关预测，我国城市2 0 1 0 年污水排放量将达到4 4 0 1 0 8 m 3 d ：2 0 2 0 年污水排放量将达到5 3 6 1 0 8 m 3 d 剐。按照一般情况下污泥占污水量的o 3 0 5 ( 体积) 计算，2 0 1 0 年每年的污泥排放量约为1 3 2 - - - , 2 2 0 1 0 6 m 3 d ( 体积) ， 如果随着污水深度处理的发展，污泥量还会增加0 5 1 倍。 1 1 2 2 国内现有污水厂污泥处理工艺 从国内已建成运行的城市污水处理厂来看，有污泥稳定完整处理设施的还不 到总数的l 4 ，现有的消化池能正常运行的为数也不多，有些根本就没有运行。 在现有污水处理厂中，污水厂污泥处理工艺大体可归纳为1 8 种工艺流程，如表 1 1 所列l 甜。 ) ) 4 5 ( ( 第1 章概论 表1 1 国内已建成城市污水处理厂的污泥处理上二艺 t a b l e 卜le x c e s ss e w a g es l u d g et r e a t m e n tm e t h o d so fc h i n aw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t s 序号污泥处理流程应用比例 1 i 浓缩池卜- 一最终处置 l 2 1 6 3 2 i 舣层沉淀池污泥卜一最终处置 l 1 3 5 3 l 双层沉淀池污泥卜一叫千化场卜叫最终处置i 2 7 0 4 1 浓缩池b - q 消化池卜l 湿污泥池卜i 最终处置 l 6 7 6 5 l 浓缩池b - q 消化池h 机械脱水b - l 最终处置l 9 4 6 6 l 浓缩池h 湿污泥池t - - 4 最终处置i 1 4 8 7 7 l 浓缩池h 两相消化池b - q 湿污泥池b - q 最终处置f 1 3 5 8 l 浓缩池h 两级消化池h 一最终处置 l 2 7 0 9 l 浓缩池h 两级消化池b - - t 机械脱水卜叫最终处置l 9 4 6 1 0 l 初沉池污泥 - i 消化池卜_ 叫干化场b - q 最终处置i 1 3 5 1 l l 初沉池污泥h 两级消化池h 机械脱水h 最终处置i 1 3 5 1 2 i 接触氧化池污泥卜i 干化场b , - i 最终处置i 1 3 5 1 3 l 浓缩池h 消化池卜l 干化场卜1 一最终处置l 1 3 5 1 4 l 浓缩池b - q 于化场b , q 最终处置l 4 0 5 1 5 i 初沉池污泥卜压垂叠m 级消化池卜吨围园酬最终处置l 1 3 5 1 6 i 浓缩池h 机械脱水k - q 最终处置i 1 4 8 7 1 7 l 初沉池污泥卜长压孬丽习_ - 币裹蓊磊b 亘圃一l 最终处置l 2 7 0 1 8 匦蚕亘习 仿趸西虿函b 卜两再融阿函丽洲最终处置l 1 3 s 从上表中已建成的污水处理厂污泥处理状况可以看出，未经过任何处理方 式，由污泥浓缩池或者沉淀池直接进入最终处置的污泥占总污水处理厂的 3 7 8 5 ；仅采用污泥干化场、机械脱水等物理措施对污泥减量化，未采用任何污 泥稳定化措施的占总污水处理厂的2 2 9 7 ；采用污泥消化方式对污泥进行稳定 化处理的占总污水处理厂3 9 1 8 ，其中具备两级消化池并有污泥脱水设施的占 总污水处理厂1 2 1 6 。这些统计结果表明，我国城市污水污泥的处理率处于较 低水平，污泥稳定化处理手段主要为两相消化池、两级消化池、好氧和厌氧消化， 污泥脱水的主要方式为干化场和机械脱水。 第1 章概论 1 1 2 3 我国城市污水厂污泥最终处置状况及分析 我国自2 0 世纪2 0 年代初上海北区污水处理厂建成后污泥即由附近奎i i 医农 民州于农 l ：其后东区污水处理厂、西区污永处理一天律纪庄子污水处i 、 北京离肆店等污水处理厂的污泥也均_ f l j 于农刑。随着城市污水污泥产生量和水 处弹j 的逐渐增多，h 时我已丌始将污水处坪j 污泥用于土地填埋和城市绿 化，并将泥作拈质，制作复合肥川于农业等。似存i ：! c | 山，总的状况还足以污泥 t 地利川的形式为主，将污 泥用于农业。可t h 于国内在 污泥管理方面j ：i f 污泥所含病 原薪、重盒属和有毒有机物 肆理化指标及臭气等感官指 标控制的重视程度还不够 高。因此限制了对污泥的避 一步处置利用。围l l 为几 种污泥处置技术在国内所占 的比例”o 。 国内的污泥处冒，即最 倒 - i 几种污泥处置技术在我国所j 。比例 终i 路存在严重问题从图 卜1 可以看到仍有137 9 的污泥 7 i g “”1 - | r a t e s f o r d i f f e r e n ts l u 8 9 c c c a t m 。t h o d s 没有经过任何有效处】苒：手段，这 将为环境污染带来巨大危害。污泥敢发的臭气污染空气，病原苗对人类健康产生 潜在威胁，重金属和有毒有害有机物污染地表水和地下水系统。造成这种现象的 原因可以归纳为：山于国内污泥处理处置的起步较晚许多城市没有将污泥处嚣 场所纳入城市总体规划，造成很多污承处理厂难以找到合适的污泥处置疗法和污 泥弃簧场所；我国污泥利用的基础薄弱，人们对污泥利用的认识存在严重不足， 对污泥的最终处置问越缺乏关注，给一些有害污泥的最终处置留下了隐患：污泥 的利用率不是很高仍有端分的污水厂污泥只经贮存即由环卫部分外运市郊直 接堆放，尤其是国内一些南方城市很多采用这种方式。这样的处置方式既影响了 污水厂的证常运行，同时污泥的随意堆放又可能产生二次污染，也造成污泥资源 的浪费。因此当务之急是尽快发展污泥处理处簧技术束解决不断增长的污水r 污泥问题。 第1 章概论 1 1 3 国外城市污水厂污泥处理处置现状 1 1 3 1 国外城市污水厂污泥的产生量 自从1 8 7 5 年英国伦敦建立世界上第一个污水处理厂以来，污泥处理问题便 成为市政管理的重要问题之一。随着城市人口的增长、市政服务设施的不断完善、 污水处理技术的不断提高，欧、美等发达国家的污泥产量每年大约以5 1 0 的速度增长。据美国环保署估算，1 9 9 8 年全美干污泥产量达到了6 9 1 0 6 t i 引。+ 在过去的2 0 年中，美国入口和得到市政污水处理的人口数量得到显著增加，从 1 9 7 2 年政府颁布水净化条例以来，污泥量得到了快速的增加。可以预计，随着 人口水平的持续增加，污泥的产量还会增加，而且污泥产量的年增长速率会超过 市政所能提供污水处理服务人口的增长速率。1 9 8 6 1 9 9 6 年期间，美国经过一 级处理的污水流量减少了4 ，而经过二级或更高级处理的污水流量则增加了2 。 假设这种趋势发展下去，根据市政所能提供污水处理服务人口的增长和污水二级 处理带来的污泥产量改变进行预测，到2 0 1 0 年美国干污泥产量将达到8 2 l o s t 。 这就是说，从1 9 9 8 年到2 0 1 0 年，污泥产量将增加1 9 9 6 1 9 i 。 1 9 9 0 年欧洲干污泥产量为1 1 0 7 1 0 6 吨，到1 9 9 9 年干污泥产量达到1 7 4 6 x1 0 6 吨i l 叭，到2 0 0 5 年，欧洲将建立许多新的污水处理厂，一些国家污泥产量 将几乎增加3 0 0 ，污泥管理将是一个严峻挑战，选择合适的污泥处理处置方法 对于世界各国都将会具有更大的经济、环境内涵。 1 1 3 2 国外污泥处理常用方法 对于欧盟国家，1 9 9 4 年的统计数据显示有7 6 的污水厂污泥在处置前进行 了稳定化处理1 1 ，其中厌氧消化最为常用；在污泥最终农用的国家，采用消化方 法处理污泥的比例更高。通常，大型污水厂采用厌氧消化，而好氧消化则被小型 污水厂采用，表1 2 是1 9 9 4 年欧盟各国污泥脱水及采用的处理方法统计结果。 第1 章概论 表l - 2 欧盟各国污泥脱水及采用的处理方法( 1 9 9 4 年) 【1 1 1 t a b l e1 - 2s l u d g ed e w a t e r & s t a b i l i t ym e t h o d so f e u r o p eu n i o n 污泥处理方法所占的比例( ) 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 2 02 丹麦 9 55 04 01 5 法国 4 91 7o 0 德国( 西德) 7 76 41 2 30 希腊0 0 9 7300 爱尔兰 1 4 3 31 9800 恧大不i j7 59 05 6“00 卢森堡 8 08 1050 荷兰 5 3 4 4 3 500 西班牙 7 06 55 。 2 6 英国7 44 24 8l12 总比率4 36 15 61 712 有1 7 的污泥用未知方法进行了处理，其中可能包括堆肥。 2 0 0 0 年7 月1 日丹麦开始强制执行的农用污泥标准中，对四类物质( l a s 、 p a h 、n p e 和d e h p ) 的限值较低1 1 2 i ，污泥通过厌氧消化后很难达到该标准， 而好氧消化对于这四类物质有着较好的降解效果，因此，预测此后执行该标准的 丹麦等国家采用污泥好氧消化稳定的比例将会略有增加。 1 1 3 3 国外污泥主要最终处置方法 纵观近几十年来世界各国的污泥处置方式，以下六种最为常用，其中所占比 例较高的是卫生填埋和污泥农用。近几年，由于污泥焚烧、堆肥和热干化技术的 发展，这几种处置方式的比例正逐年增加。表1 3 所列为1 9 9 8 年世界主要国家 污泥产量和处置状况。 第l 章概论 表1 31 9 9 8 年世界主要国家污泥产量和处置状况1 1 3 】 t a b l e1 - 3s l u d g eq u a l i t y & m a i nm e t h o d sf o rd i s p o s a lo fd i f f e r e n tc o u n t r i e s ( 1 9 9 8 ) 产量( 千污泥)处置方法 国家 【1 0 4 t ( 固体) a土地利用陆地填埋焚烧其他 奥地利 3 2 01 35 63 10 比利时7 53 l5 694 丹麦 1 3 03 73 32 82 法国 7 0 05 05 0o 0 德国( 西德) 2 5 0 02 56 3 1 20 希腊1 5 3 9 7o0 爱尔兰2 42 81 805 4 意大利 8 0 03 45 51 lo 卢森堡1 58 l1 8o1 荷兰 2 8 24 4 5 330 葡萄牙2 0 08 01 307 两班牙 2 8 0l o 5 01 03 0 瑞典1 8 04 55 5oo 瑞士2 1 55 03 02 0o 英国( 1 9 9 1 年)1 1 0 75 5873 0 美国 6 9 0 04 l1 72 2 2 0 日本1 7 l93 55 5l 从表中可以看出：大部分欧洲国家的污泥以填埋为主；污泥农用比例较高的 有法国、卢森堡、葡萄牙、瑞士、美国和英国等；日本的污泥则以焚烧为主； ( 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，但是 其侵占土地严重，如果防渗技术不足将导致潜在的土壤污染和地下水污染。污泥 卫生填埋始于2 0 世纪6 0 年代，到目前为止已经发展成为一项比较成熟的污泥处 置技术，污泥填埋是欧洲特别是希腊、德国、法国在前几年应用最广的处置工艺。 但由于污泥填埋产生的渗滤液对地下水的潜在污染和城市用地的减少等原因，针 对污泥填埋前的预处理技术标准要求越来越高，如德国从2 0 0 0 年起，要求填埋 污泥的有机物含量小于5 1 1 4 1 ，许多国家和地区甚至反对新建填埋场。1 9 9 2 年欧 盟大约4 0 的污泥采用填埋处置，近年来污泥填埋处置所占比例越来越小，例如 英国污泥填埋比例由1 9 8 0 年的2 7 下降到1 9 9 5 年的1 0 ，自1 9 9 6 年1 0 月起， 英国对污泥陆地填埋处理征收一定税收，预计到2 0 0 5 年污泥的填埋比例将继续 下降到6 1 1 引。 b i o c y c l e 杂志的调查表明1 1 6 1 ：2 0 0 0 年美国大部分污泥有效利用的情况如下： 2 1 个州的5 0 以上的污泥被循环利用，4 个州的5 0 以上的污泥被填埋，5 个州 第l 章概论 的5 0 以上的污泥被焚烧。调查的4 0 个州中，有5 个州没有设污泥陆地填埋处 置，1 7 个州没有设污泥焚烧处理。由此表明，美国的污泥主要处置方法是循环 利用，而污泥填埋的比例正逐步下降，美国许多地区甚至已经禁止污泥土地填埋。 据美国环保局估计1 1 7 1 ，今后几十年内美国6 5 0 0 个填埋场将有5 0 0 0 个被关闭，这 意味着填埋并不能最终避免环境污染，而只是延缓了环境污染产生的时间。 ( 2 ) 污泥农用 污泥农用具有投资少、能耗低、运行费用低等优点，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。通 常的污泥农用处置方式是把污泥应用于农田、菜地、果园、林地、草地、市政绿 化、育苗基质及严重扰动的土地修复与重建等。科学合理的土地利用，可减少污 泥带来的负面效应。林地和市政绿化是一条很有发展前途的利用方式，因为它不 易造成食物链的污染。污泥还可以用于严重扰动的土地，如矿场土地、建筑排废 深坑、森林采伐场、垃圾填埋场、地表严重破坏区等需要复垦的土地。这些污泥 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 的 流失对地表水和地下水的污染。目前对重金属污染研究较多，主要集中在污泥农 用后土壤耕作层重金属的变化、作物各部位富积量、存在形态及其影响等。大量 的研究表明：近几十年来，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，合理使用，一般不会造成重金属污染。为提高污泥农用效率、减少 有害物的含量可采取将污泥制成有机复合肥料，同时适当添加钾肥以补充肥料中 钾的不足。 污泥农用正在成为世界各国主要的污泥处置方法，如英、美、法等许多国家 城市污泥的农用率在7 0 以上，有的高达8 0 以上l l 引。 ( 3 ) 污泥焚烧 以焚烧为核心的处理方法是最彻底的污泥处理方法，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；焚烧后产生的焚烧灰可用于改良 土壤、筑路、制砖瓦、陶瓷、混凝土填料等，但是其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嗯英等剧毒物质，为防止焚烧产生二嗯英等有 害气体，要求焚烧温度高于8 5 0 c1 1 9 i 。自1 9 6 2 年德国率先建议并开始运行了欧 洲第一座污泥焚烧厂以来的4 0 多年中，焚烧的污泥量大幅度增加。在国外，特 别是西欧和日本已得到了广泛的应用：日本的污泥焚烧处理已占污泥处理总量的 6 0 以上，欧盟也在1 0 以上1 2 例。 ( 4 ) 污泥干化和热处理 污泥干化能使污泥显著减容，体积可以减少为原来的1 6 , 1 5 f 2 ，产品稳 第1 章概论 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2 0 世纪4 0 年代，日本和欧美就已经用直接加热式干燥 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。 由于污泥热干燥技术要求和处理成本较高，管理较复杂，所以这项技术直到 2 0 世纪8 0 年代末期瑞典等国家的成功应用之后才在西方发达国家推广。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 污泥堆肥化技术是国际上从2 0 世纪6 0 年代迅速发展起来的一项新兴生物处 理技术。2 0 世纪7 0 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。进入2 0 世纪8 0 年代以后，日本、韩国以及欧美一些国家相继研究开发出封闭式发酵系 统，以机械方式进料、通风和排料，虽然设备投资较高，但是由于自动化程度高、 周期短、日处理量大、污泥处理后质量稳定、容易有效利用，而且可以有效控制 臭气和其他污染环境的因素，所以综合效果好。日本神户、大阪等地已经开发出 多种发酵仓工艺系统。 各种堆肥工艺各有优、缺点，都在不断地完善和发展。美国2 0 世纪8 0 年代 初开发了比较完善的b e l t s v i l l e 好氧堆肥法1 2 2 1 。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。在美 国、德国、荷兰等发达国家，污泥堆肥大多由污水处理厂出资、国家资助并交专 业公司承包产业化经营，污泥处理和处置按照市场经济规律运转，发展趋势良好。 日本于1 9 5 4 年建立第一座污泥堆肥中心，到2 0 世纪9 0 年代末已建成了3 5 座污 泥堆肥厂，许多大型的堆肥厂的发酵仓和生产线以及袋装产品很具规模，且机械 化、自动化程度很高。美国1 9 7 3 年只有几家污泥堆肥厂，到目前为止美国已经 建成数以百计的污泥堆肥厂。 ( 6 ) 海洋倾倒 海洋倾倒操作简单，对于沿海城市来说其处理费用较低，但是，随着生态环 境意识的加强，人们越来越多地关注污泥海洋倾倒对海洋生态环境可能存在的影 响。美国于1 9 8 8 年已经禁止污泥海洋倾倒，并于1 9 9 1 年全面加以禁止l 矧；日本 对污泥的海洋投弃作了严