（环境工程专业论文）城市污水处理剩余污泥的好氧消化.pdf

摘要 近年来随着城市污水处理率的大幅提高，污泥的产量急剧增加。如处置不当， 其污染传播的途径是很广泛的。如何妥善解决污泥的处理与处置，已成为一个迫 在眉睫的问题。污泥好氧消化是一种传统的污泥稳定化技术，与中温厌氧消化相 比，好氧消化因需要供氧而运行费用稍高，但它具有运行灵活、管理简单、投资 低等独特优点，在国外已得到广泛的应用，尤其适用于中小型污水处理厂。高温 好氧消化还可以在稳定污泥的同时达到杀灭病原菌的目的，得到安全卫生的污泥 产品。在我国有众多中小型污水处理厂，但尚未对好氧消化技术进行系统研究， 因此开展本项研究具有重要理论意义与实用价值。为提高好氧消化的机理和影响 因素的认识，为工程设计和系统控制提供理论依据，我们对该课题进行了研究。 传统的污泥好氧消化工艺，在运行过程中存在着许多问题，如：能耗高、停 留时间长、处理效率低等。本研究针对污泥好氧消化运行中的一些问题，以实际 污水处理厂的污泥为处理对象，对传统好氧消化基础上发展的污泥缺氧好氧消 化和高温污泥好氧消化进行了较为深入系统的研究。试验用反应器有效容积均为 8 l ，好氧缺氧消化是通过周期性地启闭曝气和搅拌装置，实现好氧和缺氧的交 替。通过水浴与温控装置维持试验所需的温度，曝气量可根据需要调节。反应器 内的d o 、p h 、0 r p 传感器可在线检测反应过程中这些参数的变化情况。 通过研究污泥好氧缺氧消化工艺中各种影响因素，如温度、s r t 、投加方式 等，探索其最佳运行条件。污泥好氧缺氧消化可以使p h 基本维持在中性范围， 而且碱度的消耗也小于好氧消化。当好氧与缺氧时间比为1 ：1 时，好氧缺氧污泥 消化可以达到与传统好氧消化相似的v s 去除效率，基本稳定在3 2 3 6 ，但曝 气能耗却可以大大减少。泥中总氮的去除率高于传统的好氧消化，消化污泥上清 液中c 0 d ，n 和磷的含量都有所降低。 为了更好地对污泥好氧缺氧交替工艺进行控制，通过在线检测0 r p 、p h 的 变化，发现好氧，缺氧消化中氮元素转化过程中的变化规律与反应器内d h 及0 r p 的变化存在密切联系，可以利用这些参数实现对好氧缺氧过程的控制，达到降 低能耗和节约成本的目的。 高温好氧消化反应器的v s 去除效率较高，同时能得到稳定的病原菌去除效 果，满足a 级污泥的标准，有利于进一步资源化利用。但它对氮的去除率低，上 清液中氨氮不断积累，浓度很高。试验对微曝气条件下高温好氧消化的能耗， v s 去除效率等问题进行研究。对实现自热的理论依据及限制因素进行了分析， 论证了自热的可行性。 关键词污泥好氧消化；好氧缺氧；高温：实时控制；挥发性固体( v s ) 北京工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t r e c e n t l yy e a r s ，、i 廿lt l l eq l l i c l c l yp r o 掣e s si l ls e w a g e 骶釉e me i l t e l p r i s e ，m o r e 觚dm o r es i u d g ei sp r o d u c e d s l u d g ei sa ni n e v i t a _ b l eb y p r o d u c to fw 嬲t e w a t e r 仃e a 恤e n tp r o c e s s nl l a sb e c o m ea 1 1m g e n tt a s kt 0f m dap r o p e rw a yt ot r c a t 跹d d i s p o s es l u d g e a e r o b i cd i g e s t i o nh 嬲b e c nu s e df o rs e v e r a ld e c a d e st os t a _ b m z et h e s l u d g ep r o d u c e da tm l l i l i c i p a la n dm d l l s t r i a lw 祁t e w a t e r 仃e 砌e n tp 1 锄t s c o m p a r e d 晰t l la e r o b i cd 培e s t i o n ，r o b i cd i g e s t i o nn e e d sa e m 廿o na n dc o n s m e sm o r ee n e r g y ， b u ti th a ss o m ea d v a 曲置g e so v e rt l l e 髓a c r o b i cd i g e s t i o n ，f o re x 啪p l e ，n e x i b i l i 劬e 嬲y 叩e 硎o n 锄dl o wc o s t t h e r e f o r e ，a e r o b i cd i g e s t i o nh 嬲b e e nw i d e l yl l s e do v e r s e 船， e s p e c i a l l yi 1 1s m a l lw a s t e w a t c r 廿c 咖e n tp l a l l t s f l 】n l l e m o r e ，t l l eq u a l i t ) ，o fs l u d g e p r o d u c ti si m p r o v e dd r a m a t i c a l l yb yu s i n gt l l e m o p h i l i ca e r o b i cd i g e s t i o np r o c e s s ， w l l i c hc a i ls t a b 王l i z cs o l i d 蚴di n a c t i v ep 抽o g e na tm es a n l et i m e ，a n di sm o r ee f f i c i e m t h e r ea r cal a 唱em m l b e ro fs m a l lw 髂t e w a t e rn 蜘t n l e n tp l a l 】临i no l l rc o u n 自a n dn o s y s 删cs n m yo na e r o b i cd i g e s t i o nh 髓b e e nd o n es of h r h e n c ei ti ss i g n i n c a n ti n b o t l lt h e o r y 锄dr e a li m p l 咖e m a t i o nt or e s e a r c ho n m b i cs l u d g ed i g e s t i o n t h e p u r p o s eo f t l l i ss t l l d yi st op m v 主d em e o r e t i c a lb a s i sf o re n g i n e e r i n gd e s i g na n ds y s t e m c o n n d l ，w i l i l ei m p m 、r i l 唱g e l l e r a lu n d e r s t a l l d i n gi nm e c h a i l i s ma n df a c t o r st h a ta 丘t a e m b i cd i g e s t i o n m m l yp r o b l e m se x i s ti i lc o n v e n t i o n a l r o b i cs l u d 9 9d i g e s t i o i l ，e g ，h i g h e n e 喀y c o n s u m p t i o n ，l o n gs o l i dr e t e n t i o n 缸n e ，l o wd e s m 】c t i o nr a t ea n ds oo n a i m i n ga t f h l d i n gp o s s i b l es o l 州。璐f o rt l e s ep r o b l e m s ，as y s t c m a _ c i cs t l l d yo na e r o b i c a n o x i c d i g e s t i o n ( a a d ) a n dt 1 1 e n n o p t l i l i c 跏b i cd i g e s t i o nb a s e do nc o n v e i n i o n a la e m b i c d i g e s t i o nw a sc o n d u c t e d ，a i l da c m a ls l u d g e 舶mw 如t e w a t e r 订c a t m e n tp l 趾t ( w w t p ) w 弱u s e di nt 1 1 i ss t l i d y 1 kw o r kv o l 啪eo fe x p 鲥m c n t a lr e a c t o rw 鼯8 l ，弧ea e r o b i c a n da n o ) 【i cp h eo f a e r o b i c a n o x i cd i g c s t i o nw 船a l t e m a t e db y 删n go n 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r c ho nr e a c t i o nl ( i n e t i c s i i l a c r o b i c a i l o x i cd i g e s t i o nh 勰a l s ob e e nd o n e nw 酆c o 尚姗e d 廿l a tt h ep hc o l l l db e m a i l l t a i na tn e u h 锄r a n g ed 嘣n ga ad i g e s t i o n m 锄e o v e r a l i n i t ) ，l o s si 1 1a a d i g e s t i o nw 嬲l o w e rm a nt l l a ti ns o l e l ya c r o b i cd i g c s t i o n nw 鹤f o 岫dm a tw h e n 也e r a d oo fa c r o b i c 锄0 x i cw 鲫1 ：1 ，刖ad i g e s t i o nc o l l l d 蒯e v es i m i l a rv sd e s 仇l c t i o n e m c i c yt oc o n v e 蹦o n a la e r o b i cd i g e s t i o n t h ev sd e s m l 嘶d n 蠲i c i e n c yw a ss 协b l e a t3 2 3 6 h o 、v e v e r ，t h ee n e r g yc o 璐眦砸o nd u et oa e r a t i o nc a i lb ed e c r e a s e d g r e a t l y a n o x i cp h 鲫e 、v 船i n c o 删e di n t ot l l ea e r o b i cs l u d g ed i g e s t i o np r o c e s sw 硒 a l s ob e n e f i tt oi l i 仃o g e nr c m o v a l t h er e m o v a lr a t eo fs l u d g et o t a lm 廿o g e nw a sm u c h h i g l l e r 也趾s o l e l ya e r o b i cd i g e s t i o n f u m l e n n o r e ，t l l ec o n t e n to fc o d ，1 1 i t r o g e na i l d p h o s p h a t ei ns u p e m a t a n to fd i g e s t e ds i u d g ew e r ea l s od e c r e a s e do b v i o u s l y i i io r d e rt oc o l l _ 嘶lt h i sp r o c e s se 彘c t i v e l y ，p h 锄do r pw e r em 蕊t o r e do n - l 曲 c o n 血m o u s l y 蛐gd i g e s t i o n i i lt h i sr e s c a r c h ，m ev a r i a t i o n so f0 i 冲趾dp hw e r c i n 、r e s t 追a t e d ，锄di l i 仃o g e n 咖s f o r n l a t i o nd l 埘n gd i g e s d o nw a ss t i l d i e ds y s t e m a 廿c a l ly nw 舾f o u n dt h 砒t l l e 岫a ：c i o no fp h 柚do r p p r o f i l ec l o s e l yr e l 种。d 州mt h ec h a n g e o f i l i 仃o g e n 仃a _ 1 1 s f o 蛐a l i o n t h e s ef e a t i l r e sp r o v i d ev a l 出l ei l l s i g h ti n t om er e s p i r a t o r y s t a t eo ft l l e 仃咖e ms y s t e m 锄dn l e yc a nb eu s e df o rt h er c a l 一t i m ec o n t r o lo f a d i g e s t i o np r o c e s s t h ea e r a t i o n 鼬dm j * m g 缸ec 蛆b ed e t e 玎n i n e dr e 舔o n a b l y t 1 1 r o u g he 饪b c t i v ec o n 廿o li 1 1o r d e rt od e c r e 舔ee n e r g yc o n s u m p t i o n nw a sp m v e dt h a tt 1 1 e m 叫蛐l i ca e r o b i cd i g e s t i o n ( 山) c o l l l da c l l i e v ev s d e s 仃i l c t i o ne 筋c i 锄c y 觚ds t a b l ep 蚰l o g e nr e d u c t i o nr a t ea tm es 咖et i n l e t h e o f l t i j = n a lo p e r a t i o np 暑蚴e t e r sw e r cd e t 盯m i n e dm r o u g he x p e r i m e n t i nt h e 唧e r i m e n t ， f e c 船c o l i f o mq u a n t 埘l e s sn l a n1 0 0 0m p n g t s ，w 1 1 i c h 、v 鹊s 撕s f i e dt l l es t a n d a r do f a t y p es o h d ，觚dw 弱b e n e f i tt o 也er e u s eo fd i g e g t e ds l u d g e i tw 船f o u n d 也a t 也e i l i 扛o g e nr e d u c t i o nr a t e w a sv e r yl o wi nt a d t h e 锄m o m ac o n c e n 廿a c i o ni n s l l p e m a t a 玎_ ta c c 啪l l i a t c d t 0al l i 曲e r1 e v e l i no r d e rt od e c r e 鹊et l l ee n e 蝌 c o n s u m p t i ，t l l em i c r o a e r a t e dt a ds y s t e mw 船i i l v e s t i g a t e d t h ep e r f 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理过程中会产生剩余污泥。随着污水生物处理技术的普及应用，需要进行处理和 处置的污泥量也会急剧增加，城市生活污水污泥的处理是一个世界性的难题，处 理、处置不当易造成环境二次污染。 北京是我国的首都，是2 0 0 8 年奥运会的举办城市，所以对城市的环境提出 了更高的要求。北京市区原有城市污水处理厂四座( 高碑店污水处理厂、北小河 污水处理厂、方庄污水处理厂、酒仙桥污水处理厂) ，处理能力为1 2 8 万m 柏， 城市污水集中处理率为4 2 。2 0 0 5 年左右北京市的污水处理率己达到6 0 ，污 水处理事业迅速发展，根据北京市总体规划，至2 0 1 0 年北京市城区将建设1 6 座 城市污水处理厂，这对于解决北京市的水污染问题固然有着积极的作用，但是一 个潜在的问题也会随之而来，那就是污水污泥的处理和处置问题“，这些大量 未经无害化处理的污泥，如果不妥善处理，其危害是不言而喻的。 污泥的处理处置及其无害化，作为再生资源的有效作用是世界各国共同重视 的问题，代表了人类环境生态效益、社会效益和经济效益均衡发展的方向。目前， 污泥资源化利用的主要途径是制肥农用与城市绿化。总之，研究经济实用的污泥 处理技术是十分重要的课题。 1 1 1 剩余活性污泥的特性 1 1 1 1 剩余活性污泥的产生 剩余活性污泥来源于污水的生化处理过程中。废水的处理是由一系列物理化 学和生物处理过程组成： 沉淀( 使用或不使用化学絮凝荆) 、过滤、滤清 - 通过微生物进行好氧和厌氧处理，产生有机复合物 生化脱氮和脱磷 消化处理并产生沼气 在废水挣化过程中，废水中的污染物经生化降解集中去除。生物处理可将大 部分有机污染物降解为水和气体( 好氧处理产生c 0 2 、0 2 ，厌氧处理产生c 1 4 为主的气体) ，金属污染物( 包括重金属) 则不能处理而集中到污泥中。 污泥是经各级污水处理后产生的圆形物，是污水处理厂不可避免的副产品。 当污水进入曝气池后，就开始和活性污泥接触，污水中的有机物立即吸附到活性 污泥上，污水中的这些有机高分子便被菌体分泌的胞外酶分解成分子量较低的物 污泥上，污水中的这些有机高分子便被菌体分泌的胞外酶分解成分子量较低的物 北京工业大学工学硕士学位论文 质。污水中的低分子有机物可直接由菌体细胞膜的选择渗透作用摄入体内，这些 物质作为营养物质被细菌所吸收，被同化( 合成) 细菌自身的物质，使菌体不断 生长和繁殖，构成菌胶团( 即活性污泥) 。当活性污泥的浓度太高时，污泥便不 易和净化水分离，使出水中的b o d 增殖而混浊，而且还会造成好氧量大，供氧 不足而影响处理效果，所以必须定期排泥，排出的这部分泥称为剩余活性污泥0 1 。 剩余活性污泥是污水生化处理过程中所产生的，这些剩余活性污泥不仅被弃置不 用，而且造成一定的污染。 1 1 1 2 污泥的特征 污泥不同于其它的固体废物，在于它具有以下几个主要特征： ( 1 ) 含水率高，多达7 0 以上，这部分水份难以焚烧，运输成本高，堆放 占地面积大，直接填埋则会使填埋场提前报废。 ( 2 ) 微生物、病原体含量高，不加处理，直接施用或弃置，可能会污染食 物链。 ( 3 ) 恶臭污染环境，同时向大气排放温室气体( 是二氧化碳的2 0 倍) 。 ( 4 ) 超细粉末，在热干化和处理过程中存在较大的危险。 ( 5 ) 含有重金属，如果不加控制施用，可能污染土地，造成不可逆的耕地 退化。 目前污泥的危害还鲜为人知，常常被非法取用，造成土地的重金属积累超标、 土地板结，人类居住环境和食物被无意中污染和破坏。 欧共体将污水厂和自来水厂污泥划为“特殊垃圾”( 不是“危险垃圾”) ，必 须具有资格的企业按照规定的程序进行妥善处理，不得弃置。 1 1 1 3 污泥的危害 污泥是一种污染治理工艺的副产物，该副产物富含微生物、病原体、病毒等， 具有较强的污染性质。污泥如果处置不当，其污染传播的途径是很广泛的。 首先，污泥的含水率极高，除一部分自然蒸发到空气中外，大部分将渗入地 表土层，并在雨水等的冲刷下进入地表水系统或影响地下水，污泥中的污染物将 沿着这两种途径进行传播。 其次，没有进行卫生化的污泥进入农田以至菜地，可能直接威胁人类的食物 链。 第三，污泥散发恶臭，可能影响相当大的一片周边环境。排放的气体是污染 严重的温室气体。此外，污泥的数量庞大，储运这些污泥需要较大的空间和很多 的工具，这些空间和工具都可能被污染，要做到与其它接触食物链的世界有效 “隔绝”有一定难度。 第l 章绪论 1 1 2 课题的目的 污泥问题日益显得突出的原因在于早期建设的一批污水处理厂在长期摸索 和试验后，仍然没有找到好的处置方案，而用于堆放、弃置、填埋的资源越来越 少，各地环保部门的监管力度加强，而我国的污水处理正在以前所未有的速度发 展和扩大，污泥的处置成为一个棘手的问题。 按照我国的城市人口基数，既便只有1 亿人口的污水被处理，每天也将产生 2 5 0 0 0 吨含固率2 0 的污泥泥饼，这部分泥饼如果按照最高2 米来堆放，每年需 要6 0 0 个国际标准足球场“1 。对于城市来说，周边土地资源已经难以满足需要。 因此污泥的合理处置迟早必须进行旧。 根据剩余污泥的特性和危害，污泥处理的目的主要有以下四个方面： ( 1 ) 减量化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； ( 2 ) 稳定化通过处理使污泥稳定化，最终处置后不再产生污泥的进一步 降解，从而避免产生二次污染； ( 3 ) 无害化达到污泥的无害化与卫生化，如去除重金属或灭菌等； ( 4 ) 资源化在处理污泥的同时达到变害为利、综合利用、保护环境的目 的，如产生沼气等。 1 1 3 课题的意义 随着公众的环境保护意识的不断加强和国家对环境污染治理程度的逐渐加 大，大量的污水处理设施己经或即将投入使用，污水处理中污泥处理、处置技术 和方法的研究己提到议事日程，但在这方面我国尚属起步阶段，与国外的污泥处 理处置技术相比有一定的差距。大量未经稳定处理的污泥没有安全出路，己成为 污水处理厂的严重负担，影响了污水处理厂的正常运行，对环境造成了二次污染， 从而使己经建成的污水处理厂不能充分发挥其消除环境污染的作用。 北京是我国的首都，又是2 0 0 8 年奥运会的举办城市，因而对环境问题提出 更高的要求。随着污水处理率的稳步提高，大量的污泥也随之产生。有专家预计 在不久的将来，北京污水处理率达到9 0 时，产生的污泥量将达到8 0 万吨侔。 而目前地处北京市大兴区的污泥堆聚厂占地2 0 0 亩，处理量是6 8 万吨，年，这 样算起来北京至少要建1 0 个这样的污泥处理厂，占地面积和经济消耗相当可观， 可见大量的污泥急需要减量处理。另一方面，自然资源随着人口的迅速增长而被 快速消耗，世界各国都不得不寻找新的可以替代的资源。城市污水厂污泥由于含 有大量的有机物，各种营养元素、微量元素，作为可以变废为宝的替代资源越来 越受到人们的关注，所以研究适合北京具体情况的污泥资源化处理技术就显得极 北京工业大学工学硕士学位论文 为迫切。防止污泥排放对环境产生二次污染的问题已引起了环保部门的高度重 视。 ( 1 ) 污泥是污水处理过程中不可避免的副产品。 污泥中除含有灰分外还含有大量的有机质、病原菌、寄生虫及有毒、有害物 质如重金属、酚类等，其性质不稳定，易腐败，有恶臭。其产生、贮存、处理、 处置过程中均可能危害环境，造成二次污染。 ( 2 ) 污泥的产生量巨大。 一般来说：一座二级污水厂产生的污泥量约占总处理污水量的0 3 o 5 ( 体 积) ；如进行深度处理，污泥量还可能增加o 5 1 o 倍。随着大量污水处理厂的 投产，污泥产量将会有大幅度的增加，有必要加强污泥处理与利用的研究。 ( 3 ) 我国现有污水处理工程中污泥得不到有效的控制。 我国现有污水处理工程中具有污泥稳定处理设施的还不到l ，4 ，处理工艺和 配套设备较为完善的还不到1 ，1 0 。虽然在国家投资有限的情况下投入大量人力、 物力和财力处理了污水，但污泥得不到充分有效的控制则是一大失误。能否解决 好污泥问题是污水净化成功与否的决定性因素之一。 ( 4 ) 剩余污泥可进行充分的资源化利用。 污泥因为主要成分包含有机质和矿物质，因此可以用来产生肥效，改良土壤。 剩余污泥中主要成分为微生物残骸，污泥中还含有丰富的蛋白质、腐殖酸、氨基 酸等有机物和植物生长所必需的氮、磷、钾等营养元素及植物所必须的各种微量 元素，若经过浓缩和污泥消化处理后，将剩余污泥经过稳定后有机质含量能高达 5 0 ，回用于土地作为肥料或土壤改良剂，可以对剩余污泥进行充分的资源化利 用”。它将变成一种良好的有机肥料，既可以提供植物所需的各种营养成分，又 能改良土壤结构。剩余活性污泥的肥分尤其适应夹竹桃、菊花以及泡桐、雪松等 植物生长所需的营养。但是若不对污泥进行科学处理，而直接作为普通有机肥， 不仅不能促进作物的生长，还会污染土壤与作物。 污泥的有机质具有一定的热值( 2 2 0 0 3 0 0 0 大卡公斤干污泥) ，因此经过 处理后，可以作为低热值的燃料加以利用。由于其含有大量的无机质，在处理后 也可以作为建材的原料。 毫无疑问，以上几种现有的利用途径均要求这些利用在经济上是可行的，在 卫生方面是安全的。 ( 5 ) 污泥在回用于农田之前，必须经过妥善的处理。 污泥要经过妥善处理以免有毒物质和有害病原菌进入土壤，污染土地并影响 人体健康。随着污泥回用于土地，对病原菌的去除要求日益严格，高温好氧消化 的高效灭菌作用受到重视，因此开展这方面的研究也是极其必要的。 第1 苹绪论 通过多年的实践，我们认为剩余活性污泥先经过消化再干化，然后作为有机 肥使用，既不污染环境，又能达到植物所需肥效，同时又能改良土壤结构，是化 害为利、变废为宝、综合利用的好办法。因此，污泥好氧消化技术的应用与推广 是极具现实意义的。 1 1 4 课题来源 本课题来源于8 6 3 计划国家重大科技专项项目( n o ：2 0 0 3 a a 6 0 1 1 1 0 ) ：武汉 城市污水处理与资源化技术研究及工程示范，项目经费2 0 0 万。 1 2 现用污泥处理处置技术 目前国内主要污泥处置方法：填埋、海洋倾弃、农业回用、焚烧、热处置、 资源化利用等。污泥处置指的是给污泥一个最终的归宿：即作为肥料施用到农田、 绿化到土壤中，成为土壤的一部分；或加以资源化利用，形成有用的材料，如铺 路的渣土、水泥、制砖等；或者填埋，未加任何利用，且耗费土地资源而弃置m 。 污泥处理方法：浓缩、消化、预处理( 药剂调理、热处理) 、脱水、干燥等。 目前，剩余活性污泥的处理，机械处理即浓缩、脱水( 过滤) 、焚烧。生化处理 包括厌氧消化、好氧消化、生物堆肥等”1 。任何不能达到最终安置的过程，都可 以算作处理。比如污泥堆肥，杀灭细菌和熟化后才能产生安全的肥效；焚烧最终 还会产生灰烬，这部分的数量要占到原干物质质量的4 0 以上，因此还要考虑 填埋或利用；干化是为了去掉泥饼中的大部分水份，节约运输成本，减少占地， 少付填埋费，并为其它的最终处置方案提供减量化、卫生化和经济性条件。 分析各国的污泥处理与处置途径”，如表1 1 可知，近年来污泥的农用资源 化技术和能源化利用技术越来越受到重视。有机污泥的根本出路和基本方向应该 是资源化，即充分利用土壤的自然净化能力，使有机质还田，使污泥纳入农业生 态良性循环，应用于农田是最具潜力的污泥处置途径o “。 表卜l 欧盟、美国及日本近年来采用及预测的污泥主要处置方法 t a b l el - ls l u d g e 蛐e m 锄dd i s p o s a l me u r o p e 、a m 州c aa l l dj 印醐 污泥量 农用 填埋焚烧其他 国别 ( 1 0 t d s )( )( )( )( ) 欧盟国家( 1 9 9 2 年) 6 5 03 94 01 11 0 欧盟国家( 2 0 0 5 年)l o l o 4 51 73 8 美国( 1 9 9 0 年) 4 93 51 51 美国( 1 9 9 6 年) 5 32 22 23 日本( 1 9 9 5 年) 1 7 13 31 54 93 污泥处置的资源主要指填埋场和农用土地。其它有助于减量、以及协助实现 处置目标的处理手段也都可以视为资源，包括焚烧炉、干化厂、堆肥厂等。 北京工业大学工学硕士学位论文 对于任何国家来说，将城市周边的土地用于填埋，就是资源的损失。污泥这 种物质显然不适合远途运输至无人的荒漠地带，在人口稠密地区，土地资源的永 久废弃的经济价值问题已经突出地暴露出来。一些城市的填埋场因为种种原因已 经开始拒收污泥，这就是一个信号。污泥可能占用的填埋场资源甚至比城市圆体 垃圾还多，关键在于其高含水率性质，使得填埋场资源的利用效率降低。 我国的污泥目前绝大部分是弃置或填埋的，只有极小量的进行干化后用于制 作混合肥。由于我国的填埋场标准实旌较晚，旧的填埋场接纳污泥，可能造成大 量的污泥污染物随渗滤液从地表进入深层，甚至威胁地下水和江河湖海。无规则 的弃置仍是主要消纳途径，其中一小部分进入了农田，这些弃置无论在近期还是 远期都将成为地表水和地下水的潜在污染源。 1 2 1 填埋法 填埋法基本类似于城市垃圾填埋。填埋处置一是要占用大量土地，浪费土地 资源；二是污泥中含有的营养物质使大量病菌繁衍，导致污泥霉变，污染环境。 污泥、垃圾产生量与日俱增，已很难在近距离内找到填埋场地。实际上大部分采 用填埋方法处置污泥的污水厂并未对污泥作填埋处置，而是外运甚至卖给近郊菜 农，造成蔬菜等农产品的严重污染，直接危害人类健康。另外，污泥填埋费用高， 据国内污水处理厂调查，每吨污泥的填埋处理费用平均约4 0 元。 脱水泥饼直接填埋本身是对资源的严重浪费，此外，还可能对填埋场形成诸 多困难：首先是填埋场一般是一层垃圾一层覆土，然后进行碾压，以确保更好的 空间利用。污泥的高含水率、高粘度经常使得碾压机械打滑甚至深陷其中，给填 埋操作带来困难。然后污泥的流变性使得填埋体易变形和滑坡，成为人为的“沼 泽地”，给填埋场带来极大安全隐患。三是污泥的高含水率大大增加了填埋场渗 滤液处理量，由于污泥细小，经常堵塞渗滤液收集系统和排水管，加重了垃圾坝 的承载负荷，给填埋场安全和管理带来困难。清理收集系统的费用极为昂贵。最 后填埋资源有限，必然导致填埋成本的上升。 考虑到污泥是一种资源，一些国家开始限制污泥的直接填埋，填埋成本的上 升，引发了人们深度处理污泥、减量和资源化的市场需求。 1 2 2 焚烧法 污泥具有一定的热值，但是远远低于煤炭。污泥的焚烧必须首先进行干化或 半干化，在引燃时添加少量辅助燃料，其后可以达到自燃。采用先进的热交换系 统，可以依靠污泥焚烧所产生的热能进行千化，其热量可以满足大部分甚至全部 干化的需要。未经干化或半干化处理的污泥焚烧由于过多的水份将难以点燃，其 热量平衡为负数，即必须添加燃料才能维持焚烧。焚烧需要耗费大量重油而不经 第1 覃绪论 济，并造成大气污染，浪费资源，焚烧这种不得已而为之的方法已越来越不被人 们采用。 1 2 3 农业回用 污泥农用是污泥最终处置手段中的最佳选择，这不仅是污泥的有机质含量决 定的，也是其庞大的数量和增值潜力所决定的。根据国内专家们的研究，污泥的 肥效对比典型的农家厩肥是明显占优的。 表1 - 2 污泥肥效成分比较 t a b l e1 2n e p e r c e n t a g eo f 危n i l i z e rms l u d g e dm u r e 有机成份氮( )磷( )钾( ) 天津开发区污水厂消化污泥 4 2 8 4 4 6 23 5 9 3 7 8 l _ 5 8 1 9 4o 2 8 0 3 3 天津纪庄子污水厂消化污泥4 8 5 32 4 3 91 2 3 5o 3 2 一o 4 3 天津东郊污水厂混合污泥 5 1 5 3 3 0 4 3 1 81 2 4 一1 4 7 猪厩肥2 5 oo 4 5o 0 8 3 马厩肥 2 5 oo 5 8 o 1 2 2 牛厩肥2 0 00 3 40 0 7 0 羊厩肥3 1 8o 8 41 1 0 0 已经施用过多化肥的土地变得越来越贫瘠，土地的良性循环被破坏，只有大 量输入有机质，才能够改良土壤，对于此目的，污泥是一种廉价、理想的来源。 当然，污泥中重金属的含量对于农用有着重要影响。值得注意的是，随着工 业污染治理的加强，流入市政管网的未加处理的工业污水越来越少，这样对于控 制污泥的重金属含量，使之能够达到农用的安全级别，已经是可以期待的了。 污泥农用事实上也包含林业、花卉业等，那些与人类食物链无关的绿色产业， 可以提供给污泥的产品极好的出路，并具有较好的价格空间。 只有农用出路所提供的潜在价格空间可以覆盖污泥处理所需的大部分成本， 焚烧和填埋目前的成本对于本来就资金短缺的污水处理厂来说负担较大。 污泥农用必须遵守一个前提：即只有经过热干化或生物堆肥、化学稳定化处 理的污泥才能施用。干化厂或堆肥厂必须对所出厂的污泥进行例行检测，除了保 障农用产品必须具备基本的肥效外，并对所有的检测结果、施用目的保留完整的 记录；同时，使用者应该在专家的指导下定量施用，并定期对土壤进行抽样检测， 以确保施用的效果以及土壤不会发生逆向变化。同样，污泥农用必须对种植的作 物、重金属的含量做出完整的记录以资比较。 1 2 4 直接烘干法 污水处理所产生的污泥具有较高的含水量，由于水分与污泥颗粒结合的特 性，采用机械方法脱除水分具有一定的限制，污泥中的有机质含量、灰分比例特 北京工业大学工学硕士学位论文 别是蓄凝剂的添加量对于最终含固率有着重要影响。一般来说，采用机械脱水可 以获得2 0 3 0 的含固率，所形成的污泥也被称为泥饼。泥饼的含水率仍然 较高，具有流体性质，其处置难度和成本仍然较高，因此有必要进一步减量。此 时，在自然风干之外，只有通过输入热量形成蒸发，才能够实现大规模减量。采 用热量进行干燥的处理就是热干化。 将含水率7 5 8 0 的污泥采用气流干燥机烘干，温度高达2 0 0 以上，杀 死各种病菌，然后进行填埋或再处理。缺点是耗费能源，增加处理成本。 虽然，剩余活性污泥经过机械处理后质量减少了很多，但是，在处理过程中 存在着许多不足之处：l 、当絮凝剂选择不当时，浓缩效果差，直接影响过滤机 的运行效果；2 、过滤机过滤后滤液中污染物浓度太高，影响污水处理；3 、滤饼 外运就是污染源转移，严重违反了国家环保法；4 、污泥焚烧能耗太高，焚烧时 烟囱排烟形成二次污染。因此在国内外污泥生化处理的方法越来越被广泛的使 用。 除了土地利用、焚烧、填埋以外，污泥最终处置的资源化利用方案还在不断 尝试中。其中包括：干化后制造水泥，干化后制砖，干化后铺路，干化后作为填 埋场的覆土，半干化后催化裂解制造燃油等等。 1 2 5 厌氧消化法 2 0 世纪8 0 年代以前大多数的活性污泥采用厌氧消化法处理，杀灭微生物病菌 并产生部分可利用的沼气。将剩余活性污泥浓缩后，储存在密闭的灌或池内，在 缺氧的条件下，一部分菌体逐渐被消化掉，同时放出热量和甲烷气，甲烷气可以 回收用于发电。以有机物成分为主的活性污泥才能运用该法进行消化，经过厌氧 消化可使污泥中有机物质6 0 转化为甲烷，同时可消灭恶臭及各种病原菌和寄生 虫，减少了脂肪类物质的含量，提高氨氮浓度，从而使污泥可以比较安全地综合 利用3 。 该技术有三大缺点：一是厌氧消化罐、沼气回收和储存等配套设备投资高； 二是厌氧消化虽然通过各种厌氧菌的生化反应使污泥稳定，总量降低2 5 左右， 但最终仍需卫生填埋；三是系统运行复杂、成本高、不稳定、隐患多。有关资料 显示，污泥厌氧消化系统的建设投资约为1 0 0 2 0 0 万元t 干泥，包括污泥浓缩、 脱水、中温消化、消化污泥再浓缩、脱水外运，其运行费用大约7 0 0 9 0 0 元t 干 泥。 1 2 6 生物处理法 污泥堆肥是一种有效的污泥处理方式，它利用适当的菌种和机械翻动，使污 泥在一定长的时间里( 几天到十几天) 产生发酵、升温并熟化，通过温度的作用 第l 章绪论 可以有效杀灭污泥中的有害微生物和病原体，很大一部分水份得到蒸发，从丽获 得符合农用要求的有机肥1 。该法即生物堆肥法，它是引进好氧菌种和氧气，使 污泥好氧生物高温发酵。 堆肥化技术是国际上从2 0 世纪6 0 年代后期迅速发展起来的一项新的生物处 理技术，它运用多学科技术，利用微生物群落在特定的环境中对多相有机物分解， 将污泥改良成稳定的腐殖质，用于肥田或土壤改良。由于堆肥技术在实际应用中 可以达到“无害化”、“减量化”、“资源化”的效果，并且具有经济、实用、不需外 加能源、不产生二次污染等特点，因此，2 0 世纪7 0 年代后，引进世界各国的广泛 重视，并迅速成为环保领域内的一个研究热点。 这一做法的优点是不耗用大量的热能，同样可以达到减量的目的，设备投资 相对不高。缺点是时间长，占地面积巨大，需要很高的投资才能避免恶臭污染环 境。这种方法在处理大规模的市政污泥时有一