（环境工程专业论文）杭州市城市污泥综合利用可行性试验研究.pdf

摘要 杭州市四堡和七格两污水厂每天产生的污泥量达6 0 0 吨，因尚未找到处理处 置污泥的最佳而有效的途径而长期堆放，这是困扰杭州市排水总公司的一大难 题，也制约了杭州市“生态建市”目标的实现。 根据杭州市排水总公司的安排，我们以焚烧为技术核心的污泥综合利用作为 研究课题，主要研究内容为：1 ) 通过充分调研了国内外在城市污泥处理处置方 面的信息，掌握其技术状况和发展趋势；2 ) 通过科学检测，基本了解了杭州城 市不同污泥的性状；3 ) 开展多项焙烧试验，以观察污泥在不同温度、不同添加 剂、不同冷却方法下的状态；4 ) 进行将污泥直接用于混凝土填充料和混凝土胶 凝材料的试验，以初步了解利用污泥作为建筑材料的可能性及其有效途径。 通过试验研究，我们发现四堡厂、七格厂新产生的污泥具有较高的热能，可 以充分加以利用。同时，污泥中的各种化学成分均符合焚烧要求，具备用于焚烧 的条件。在研究中也发现，污泥焚烧灰具有火山灰活性，可用做混凝土掺合料。 在一定条件控制下的焙烧产物，可以作为保温材料和烧制陶粒的原料。 根据研究结果，本文提出了采用“干化焚烧建材化”和“焚烧+ 建材化” 两种综合处理技术的建议，并对其在技术上、经济上、环境上的可行性进行分析、 比较、计算，说明采用以焚烧为核心的综合处理方式是适合杭州城市污泥处理处 置可选择的技术线路。 研究表明，杭州市城市污泥问题十分严重，因地制宜的采取一种切实有效的 处理处置方式迫在眉睫，而通过调查、试验研究后提出的以焚烧为核心的污泥综 合处理处置技术是适合杭州城市特点、污泥现状的技术之一，也是解决杭州城市 污泥的有效途径。同时，本文还根据杭州市污泥处理处置存在的问题，提出了下 一步深入研究工作的设想，建议尽快制定杭州市污泥处理和处置专项规划，明确 企业是污泥处理处置责任主体和政府监管的责任定位，加大对杭州城市污泥处理 研究力度和加快研究进程，以尽快实现杭州市污泥处理处置的稳定化、无害化、 减量化、资源化。 关键词：杭州城市污泥综合利用 焚烧建材化 a b s t r a c t t h ed i s p o s eo fr e s i d u es l u d g eh a v eb e e nad i f f i c u l tp r o b l e mf o rh a n g z h o us i b a o w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n ta n dq i g ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tw i t hay i e l do f6 0 0 t d t h i sf a c tp u z z l e dh a n g z h o ud r a i n a g ee n g i n e e r i n gc o m p a n ya n dl i m i t e dt h ep r o g r e s s o f e c o l o g i c a lc i t yc o n s t r u c to f h a n g z h o u t h i ss t u d yf o c u s e do ni n c i n e r a t i o n ，t a r g e t e dt h ei n t e g r a t e dr e u s eo fs l u d g e i t i n c l u d e d ：1 ) c o l l e c t e di n f o r m a t i o no fs l u d g ed i s p o s et e c h n i q u e s ，g o tt h ep r o g r e s sa n d t h et r e n d ；2 ) f o u n do u ts l u d g ep r o p e r t i e so f h a n g z h o uw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t s ；3 ) t e s t e dt h er o a s t e dp e r f o r m a n c eo fs l u d g ew i t hd i f f e r e n tt e m p c m t u r e so ra d d i t i o n a g e n t so rc o o l i n gm e a n s ；4 、t e s t e dt h ea p p l i c a t i o no fs l u d g e a sc o n c r e t ep l u g g i n g c o m p o u n da n dg e l a t i n i z a t i u nc o m p o u n d t oc h e c kt h ep o s s i b i l i t ya n df i n da ne f f e c t i v e m e t h o d t e s tr e s u l ts h o w e dt h a tt h es l u d g ef r o ms i b a oa n dq i g ew a s t e w a t e rt r e a t m e n t p l a n t sh a v eh i g h e rh e a tv a l u e ，a n dt h ec h e m i c a lc o m p o n e n t so fs l u d g ec a n f i tt h e d e m a n do f i n c i n e r a t i o n ，s l u d g ec a nb ei n c i n e r a t e d i n c i n e r a t i o na s hw a sf o u n dt oh a v e t h ea c t i v i t yo f v o l c a n i ca s ha n dc a nb eu s e da sc o n c r e t ep l u g g i n gc o m p o u n d c a l c i n a t i o np r o d u c t su n d e rc e r t a i nc o n d i t i o n sc a nb eu s e da sb e a ti n s u l a t o ra n dr a w m a t e r i a lo f c c r a m i s t i ea g i t a t o r “d r y i n g i i n c i n e r a t i o n - u t i l i z e ( a sb u i l d i n gm a t e r i a l ) a n d i n c i n e r a t i o n - u t i l i z r a sb u i l d i n gm a t e r i a l ) w e r es u g g e s t e dt ot h ed i s p o s eo f h a n g z h o uw a s t e w a t e rp l a n t s t h ei n t e g r a t e dd i s p o s em e t h o db a s e do ns l u d g ei n c i n e r a t i o ni sa ni m p o s s i b l ew a y f o r c i t ys l u d g eo f h a n g z h o u a f t e rt h ea n a l y s i so f t h ep o s s i b i l i t yo f t h em e t h o di nt e c h n i c a l ， e c o n o m i ca n de n v i r o n m e n t a lf i e l d s i ti su r g e n tf o rh a n g z h o uc i t yt oa d o p ta ne f f e c t i v em e t h o dt od i s p o s es l u d g e ： t h i ss t u d yf o u n dt h a tt h ei n t e g r a t e dd i s p o s em e t h o db a s e do ns l u d g ei n c i n e r a t i o nc a l l a d a p tt ot h es i t u a t i o no f t h ec i t ya n dp r e s e n ts t a t eo f s l u d g e ，a n di tw a s ab e t t e rw a yt o s o l v et h ep r o b l e m 谳f a c e d 。a t h es a n t et i m e w h a ts h o u l db es t u d i e dn e x tf o rr e s i d u e s l u d g ei nh a n g z h o uw a sp r o p o s e d ：s p e c i a lp l a nf o rr e s i d u es l u d g et r e a t m e n ta n d d i s p o s es h o u l db em a d e ，e n t e r p r i s e sa n dg o v e r n m e n ts h o u l dk n o wt h e i rr e s p o n s i b i l i t y d e f i n i t e l y , s t u d yo f r e s i d u es l u d g ed i s p o s es h o u l db ep o w e r e da n dt h es t a b l e h a r m l e s s d e c r e m e n t r e s o u r c e f u lu s e do f d i s p o s e ds l u d g es h o u l db er e a l i z e da s q u i c k l ya sf a s t k e yw o r d s ：h a n g z h o um u n i e i p a l sl u d g e i n t e g r a t e dr e u s e i n c i n e r a t i o n b u i l d i n gm a t e r i a l i z e 声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导f ，独立进行研究工作所取 得的成果，撰写成博士硕士学位论文= = 殖趟煎壶遗渥绽金型用亘煎 丝这验蟹究：。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中 不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开 发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名，1 乞 。海c 7 月f 。曰 杭州市城市趣瑚已暗利用可行憎斌肇搠- 究 第一章文献综述 1 城市污泥及其特性 本论文所述城市污泥是指城市污水处理厂处理城市生活污水过程中产生的 污泥，它区别于工业污泥、河湖淤泥、排水管网污泥、自来水厂生产污泥。 1 1 城市污泥的分类 1 1 1 污泥( s l u d g e ) 是城市污水处理厂生产中不可避免的副产品，污水处理厂 的污泥根据处理的工艺级别不同，可以分为以下几种：初沉污泥( p r i m a r y ) ：只 经过物理一化学处理后的污泥；二沉污泥( s e c o n d a r y ) ：生物处理后的污泥；三沉 污泥( t e r t i a r y ) ：脱磷，脱氮处理后的污泥。 11 2 根据污泥性质，又可以分为：未消化生污泥( u n d i g e s t e d ) 和消化污泥 ( d i g e s t e d ) ，污泥的消化又有好氧和厌氧之分。各个级别污泥的物理化学性质不 同，消化和未消化的污泥性质差别更大。 1 2 污泥的特性 1 2 1 高含水率 由污水厂污泥脱水车间出来的污泥具有很强的流动性和很高的含水率，含水 率一般在7 5 8 5 ，这是由污泥本身的性质决定的。根据分析，污泥与水分子的 结合非常紧密，并具有不同的相态和去除方法： i ) 自由态水：可经重力沉淀和机械作用去除； 2 )物理性结合水：它以毛细管，间隙水和胶态，表面吸附水形态 存在，必须更多的能量才能去除( 如加热) ； 3 )化学性结合水：即细胞内的水，只有打破化学键才能去除，被称为 “平衡水”。 1 2 2 高物理稳定性 由于水分与污泥颗粒的结合的特性，以及污泥中的有机质含量、灰分比例、 工程硕士论文 特别是絮凝剂的添加量的影响。采用机械脱水后，所形成的污泥( 泥饼) 物理性 能极其稳定、含水率仍然较高，其处置难度和成本仍然较高，因此有必要进一步 减量。除自然风干之外，只有通过输入热量形成蒸发，才能够实现大规模减量。 1 2 3 高致病菌 在污水处理过程中，细菌及大部分寄生生物留存在污泥中，病毒可以吸附在 污水中的颗粒上，随颗粒的沉淀也沉积到污泥中。 生污泥中病原菌的数量每克以亿计，这些微生物包括：大肠菌、大肠粪菌、 粪链球菌、噬菌体、沙门氏菌、痢疾菌属、铜绿色极毛杆菌、寄生虫卵，幼虫、 蛔虫、鞭虫、群体鞭虫、弓蛔虫、膜翅目幼虫、肠道病毒等。 实验研究表明，仅仅通过一般的物理和化学的方法是难以完全杀灭这些致病 菌的。 1 2 4 重金属集聚性 在城市污泥中还往往含有超标工业污水排放产生的重金属或城市水输送环 节产生的重金属离子的集聚( 如锌、铅) 而超标。 城市污泥具有高含水率、高物理稳定性、高致病菌和重金属集聚的特性。如 何用其长，去其短，高效节能的处理处置城市污泥，是世界各国环境工程界共同 关注的问题，也是各国城市发展中普遍面l i 每的一个难题。 2 国内外城市污泥处理和处置技术 2 1 城市污泥用于堆肥农用的处置 2 1 1 城市污泥用于堆肥农用的特点 污泥的土地利用已有多年历史，主要包括污泥农用，污泥用于森林与园艺、 废弃矿场等场地的改良等。污泥农用有以下优点： 1 ) 可大量处置污泥，原则上只要污泥达到国家有关标准就可用于农田； 2 工程硬士论文 特别是絮凝剂的添加量的影响。采用机械脱水后所形成的污泥( 泥饼) 物理性 能极其稳定、含水率仍然较高，其处置难度和成本仍然较高，因此有必要进一步 减量。除自然风干之外，只有通过输入热量形成蒸发，才能够实现大规模减量。 123 高致病菌 在污水处理过程中，细菌及大部分寄生生物留存在污泥中，病毒可以吸附在 污水中的颗粒上，随颗粒的沉淀也沉积到污泥巾。 生污泥中病原茁的数量每克以亿计，这些微生物包括：大肠茵、大肠粪菌、 粪链球菌、噬菌体、沙门氏菌、痢疾菌属、铜绿色极毛杆菌、寄生虫卵，幼虫、 蛔虫、鞭虫、群体鞭虫、弓蛔虫、膜翅目幼虫、肠道病毒等。 实验研究表明，仅仅通过般的物理和化学的方法是难以完全杀灭这些致病 菌的。 l2 4 重金属集聚性 在城市污泥中还往往含有超标工业污水捧放产生的重金属或城市水输送环 节产生的重金属离子的集枭( 如锌、铅) 而超标。 城市污泥具有高含水率、高物理稳定性、高致病菌和重金属集聚的特性。如 何用其长，去其短，高效节能的处理处置城市污泥，是世界各国环境工程界共同 关注的问题，也是各国城市发展中普遍面临的一个难题。 2 国内外城市污泥处理和处置技术 2 1 城市污泥用于堆肥农用的处置 2 1 1 城市污泥用于堆肥农用的特点 污泥的土地利用已有多年j 力史，主要包括污泥农用，污泥用于森林与同艺、 废弃矿场等场地的改良等。污泥农用有以下优点： 1 ) 可大蹙处置污泥，原则上只要污泥达到国家有关标准就可用丁| 农田 1 ) 可大量处置污泥，原则上只要污泥达到国家有关标准就可用于农田 帆州市捌【市甍吲已暗利用可行性试嗣 讲究 2 ) 污泥参与农田的物质循环过程，污泥中的氮、磷、钾、有机质及微量元 素是良好的农用肥料，对农作物有增产作用； 3 ) 污泥中有机质、腐殖质可改善土壤结构，是良好的土壤改良剂； 4 ) 污泥农业利用使生产费用降低，适合许多国家的经济发展状况。 但污泥农用也有以下问题需引起注意： 1 ) 必须严格控制污水厂污泥的有毒、有害物质及病原微生物使其达到污泥 农用标准； 2 ) 应该特别注意污泥中重金属的含量，根据其土壤背景值等情况，严格按 照计算得到的污泥旋用量进行施用； 3 ) 一般来说某块农田使用污泥数量有一定限度，当达到这一限度时，污泥 的农用就应停止一段时间后再继续进行； 4 ) 农业利用应在安全施用量之下控制使用，同时整个利用区应该建立严密 的使用、管理、监测和监控体系。关注区域内的土壤、地下水、地表水、作物等 等相关因子的状态和变化，并根据发生的变化作出相应的调整，使得污泥的农用 更加安全有效，促进农业的可持续发展。 综上所述，污泥要作土地处置前必须经无毒无害化处理，否则，污泥中的有 毒有害物会导致土壤或水体污染。目前一般采用高温堆肥技术，其特点为： 1 ) 自身产生一定的热量，并且高温持续时间长，不需外加热源，即可达到 无害化； 2 ) 使纤维素这种难于降解的物质分解，使堆肥物料有了较高程度的腐殖化， 提高有效养分； 3 ) 基建费用低、容易管理、设备简单； 4 ) 产品无味无臭、质地疏松、含水率低、容重小、便于运输施用和后续加 工复混肥( 商品肥) 。 工程硕士论文 2 1 2 国外堆肥农用的情况 堆肥技术是国际上从6 0 年代迅速发展起来的一项新兴生物处理技术。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。进入8 0 年代之后， 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，但是自动化程度高、周期短，日处理最大，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，所以综合效应好。随着堆肥技术的发展，日本神户、大阪等地已经开发出多 种发酵仓工艺系统。 目前世界各国采用的方法有静态和动态堆肥两种，如自然堆肥法、圆柱形分 格封闭堆肥法、滚筒堆肥法、竖立式多层反应堆肥法以及条形静态通风等堆肥工 艺，这些方法都在不断发展和完善。美国八十年代初开发了比较完善的贝尔茨维 尔好氧堆肥法，主要采用堆底穿孔管道通入空气的方法，防止臭气扩散，比较安 全卫生。 污泥连续发酵工艺利用快速发酵回转仓完成中温、高温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。它具有高效、防臭、成品质量高的特 点。在美国、日本、欧洲广为采用。日本在1 9 5 4 年建成第一座污泥堆肥中心， 到9 0 年代末已建了3 5 座。目前日本最大的堆肥厂在北海道的札幌市，发酵仓和 生产线及袋装产品很具规模，丽且机械化、自动化程度很高。丹诺( d a n o ) 发 酵器，是一种古老而现代的好氧发酵设备，开始用于城市垃圾的处理，后来这种 方法被引用到污泥处理施用农田。丹麦d a n o 公司的发酵器转筒直径3 5 m ，长 度6 0 m 以上的发酵器，如k m 1 0 2 a 型、k m 1 0 1 型等。丹诺发酵仓污泥腐熟周 期能达到3 个昼夜以内。英国万历普厂引用了d a n o 公司的机械堆肥技术年产 粉状肥4 万吨。美国洛杉矾、佛罗里达、宾夕伐尼亚等地都建有同类的工厂。 4 2 1 3 国内堆肥农用的情况 我国近几年来北京、天津、太原、大连、石家庄、秦皇岛、徐州等城市进行 了高温堆肥、干燥制肥等方面的研究，取得了技术方面的初步成果。 天津市污水处理研究所在纪庄子污水处理厂污泥高温堆肥的试验和研究中 进行了大量的工作，探索出一套少加甚至不加调节剂、工艺简单、便于操作管理 的污泥堆肥工艺( 见图1 - 1 ) ，同时提出了工艺流程和技术参数，为生产线的设计 与建设提供技术依据。 匾画面圃 i 图1 - 1 污泥堆肥生产工艺 北京密云污水处理厂，采用动态污泥高温发酵仓，己取得生产性试验初步成 果，与化肥复混的商品有机肥已作为商品出售。 唐山市西郊污水厂静态高温堆肥已进行了5 6 年在生产设备方面近几年有很 大提高，并申报专利产品。 其他城市如石家庄、太原、西安等城市均作过污泥有机肥的试生产试验，正 在进一步研究开拓市场，降低成本。达到规模、经济，以取得合理的经济效益。 工程硕士论文 将符合农用标准的污泥当作肥料用于农业或林业，技术上已经没有什么问 题。但是，对食品的清洁生产和人类无污染食品消费的关注可能会增加对污泥处 理问题的争论。一方面，公众将鼓励循环利用计划，而另一方面，对洁净和健康 食品的需求将会增加对污泥利用的限制。 2 2 城市污泥用于填埋的处置 2 2 1 污泥填埋处置的特点 最初，污泥填埋处置的基本方式是城市污泥经过简单的灭菌处理，直接倾倒 于低地或谷地制造人工平原。6 0 年代以来，在传统填埋的基础上从保护环境角 度出发，经过科学选址和必要的场地防护处理，采用严格管理制度和科学的工程 操作方法来处置污泥，这就是污泥的卫生填埋。它已发展成为一项比较成熟的污 泥处置技术。污泥可与城市垃圾一起填埋或单一填埋。 污泥填埋的优点： 1 ) 污泥无毒无害化处理成本低，不需要高度脱水( 自然干化) ，可以说是投 资少、容量大、见效快。 2 ) 既解决了污泥出路问题，又可以增加城市建设用地。 污泥填埋存在的问题： 1 ) 填坑中含有各种有毒有害物经雨水的浸蚀和渗漏作用污染地下水环境； 2 ) 适宜污泥填埋的场所因城市污泥大量的产出而显得越来越有限； 3 1 填埋并最终不能避免环境污染，而只是延缓了产生时间。 污泥作卫生填埋处理时，除了要考虑城市周围是否有适合填埋的低地或谷地 之外，须选择在底基渗透系数低且地下水位不高的区域，填坑铺设防渗性能好的 材料，卫生填埋场还应配设渗滤液收集装置及净化设施。 2 2 2 国外污泥填埋处置情况 1 9 9 2 年欧盟大约4 0 0 , 4 的污泥采用了填埋处置，由于污泥填埋对污泥的土力 6 杭州市城市月日u 盼利用w 口斌齄_ 究 学性质要求较高，需要大面积的场地和大量的运输费用，地基需作防渗处理以免 污染地下水等，近年来污泥填埋处置所占比例越来越小。 另外，对于污泥的填埋在部分发达国家的城镇垃圾技术规范中有相应的规定 值，其中对污泥填埋能力规定了两类重要参数，即强度和干固体中的有机物比例， 部分发达国家的规定值见表1 1 。 表1 - 1部分发达国家的城镇垃圾技术规范中的规定值 强度参数干固体中的有机物比例 上表以灼烧减量规定的有机物百分比含量意味着污泥不经过热处理( 焚烧) 是不满足填埋要求的。这就为控制和减少填埋处理污泥提供技术和标准上的依 据。 据一份关于污水污泥情况调查报告，与1 9 8 4 年相比，欧盟国家污泥填埋量 增加了4 ，但同期污泥总量却增加了1 6 。到2 0 0 5 年，欧盟国家的污泥卫生 填埋场所仅能容纳污泥总产量的1 7 ，填埋在污泥处置中占的比例迅速降低。 目前污泥填埋处置在美国及德国也受到愈来愈大的阻力。美国环保局估计， 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。 污泥壤埋技术在发达国家正变得越来越行不通。 2 2 2 国内填埋处置的研究 国内不少城市采用污泥填埋的处置方法，虽然处置简单，成本较低，但这种 方法同样带来问题，为此，杭州环境卫生科学研究所结合天子岭垃圾填埋场多年 的污泥填埋实践开展了研究。发现污泥与生活垃圾一起填埋主要存在以下问题： 1 ) 污泥含水率高，污泥填埋的单位面积土地容量较低。 7 一 三墨塑圭笙苎 污泥最大填埋容量为2 8 m 3 m 2 ，而城市生活垃圾一般大于l o m 3 m 2 ，山谷型 垃圾填埋高达5 0 m 3 m 2 ，因此，城市污泥填埋时其单位面积容量仅为城市生活垃 圾的5 - 3 0 。 2 ) 大大增加渗滤液的处理难度。 污泥含水率高且含有毒有害物质，不仅加大了污水处理量，而且使污水成分 更加复杂，增加了渗滤液的处理难度。 3 ) 严重影响垃圾堆体的稳定性。 出于污泥含水率高，达不到填埋处置所必须的土力学稳定指标( 剪切强度大 于1 0 妞a ) ，严重影响垃圾堆体的稳定性。污泥的流变性使得填埋体极易变形和 滑坡，成为人为的“沼泽地”，长此以往留下极严重的安全隐患。 4 ) 造成垃圾场排气排水不畅。 细小的污泥容易堵塞气体收集系统，使填埋气体排气不畅，甲烷气体集聚有 爆炸隐患。污泥极易堵塞垃圾坝的排水系统，使垃圾场捧水不畅而加重垃圾坝的 侧向推力，危及坝体安全。同时污泥也易堵塞渗滤液的收集系统，使滤液得不到 及时的排除。 5 ) 增加了作业难度 高粘度的城市污泥，经常使作业车辆打滑或陷车，造成作业困难。 研究表明，城市污泥达不到国家有关垃圾或固废弃物卫生填埋的要求，将城 市污泥直接运至天子蛉与生活垃圾一起填埋或作为覆盖材料是不可行的。从2 0 0 3 年开始，天子岭已经禁止填埋污泥。 另一项研究建议，建立专门的城市污泥卫生填埋场，采用污泥填埋工艺，城 市污泥大约经过s 年堆置后，腐熟化的污泥可以重新挖出，作为园林绿化、土壤 修复、还田、回填土等空余休积填埋污泥，这样重复循环，达到污泥处理处置 的效果。 8 杭州市士l 市詈写嘲巴暗刺用可行a 澈轴衙究 2 3 城市污泥经化学处理的处置 2 3 1 广州采用b o t 方式建设的污泥处理厂 广州全市污水厂每日产生约3 0 0 吨污泥，大部分运到珠江伶仃洋倾倒入海， 少部分用来制作陶粒作为建设材料。为解决污泥处理处置问题，2 0 0 2 年底，污 泥问题作为市政工程公开招标，广州铬渣处理新技术公司以“污水处理厂污泥除 臭除毒利用法”技术中标，按b o t 方式出资建设、运营，2 0 年后移交给广州市 政府。投产运行后，广州市政府将按1 9 5 元，吨的标准支付污泥处理费，建设运 营单位将从中获得约7 的利润，达到保本微利目的。 厂址位于广州市番禺区化龙镇的广州铬渣处理新技术公司污泥处理厂，该厂 首期用地五十亩，三面环珠水，建有装卸码头，水陆交通运输非常方便。届时， 由建设运营单位建造的两艘5 0 0 吨运泥船，将到各大污水处理厂接运污泥。污泥 处理厂投产后日处理污泥量将达9 0 0 吨，可以处理广州市四大污水处理系统投产 后产生的所有污泥，届时，原本倾倒入海的污水处理厂产生的污泥，将经过除臭 除毒脱水后制砖，实现无害化和资源化。长期困扰污水处理厂的二次污染问题可 望得到较好的解决。 2 3 2 污泥除臭除毒利用法的技术流程 据调研，广州市铬渣处理新技术工程公司开发出一项薪技术，该项技术主要 流程包括四步： 首先，投加化学药剂进行注水洗涤，使其中的含氮有机物得到处理，并破坏 污泥胶体； 其次，加入石灰、铁盐、氯化物等分解其中导致产生臭味的有机物，进彳亍除 臭，采用除臭除毒技术，将污泥中极易发臭腐败的有机物腐殖质分解成二氧化碳、 氮和水，并杀灭各种病原体； 第三，投加化学药剂与其中的有害重金属产生反应，转化为无害物质，把污 工程硕士论文 泥中的铬、镉、铅等重金属转化为水不溶物实现稳定化，进行除毒； 最后，再通过脱水使污泥含水率由8 0 以上降至6 5 以下，这些除臭除毒 脱水后的污泥作为制砖的原材料之一，掺合比例占1 0 左右。污泥除臭除毒利用 法的技术流程如图1 - 2 所示。 脱水处理 o 制烧结砖 图1 - 2 污泥除臭豫毒利用法的技术流程 建设单位运用该技术在广州市大坦沙污水处理厂进行试验，结果表明，污泥 处理前检出的多种重金属，处理后按国家有关标准检验均来检出。同时，经过权 威建材质量监督检验机构监测，用处理后的污泥作原料制成的混凝土产品，质量 达到建设部规定标准。 2 4 城市污泥焚烧处理 杭州市划订| 两 巴暗利用可f ，目斌疆t 研兜 2 4 1 污泥焚烧处理的特点 污泥中含有大量的有机物和一定量的纤维素、木质素，污泥焚烧是指在不低 于6 0 0 的温度下，使污泥中的有机组分与氧气发生反应生成稳定的无机物。脱 水后的干污泥( 含水率l o ) 发热量约为8 3 6 0 i c i k g 。如果采用合适的预处理工 艺和焚烧手段，可以达到了污泥热能的自持。 污泥焚烧一般可分为两类：一类是将脱水污泥直接用焚烧炉焚烧；另一类是 将脱水污泥先干化再焚烧。如果将脱水污泥直接焚烧，由于污泥含水率较高，焚 烧时滑耗的能源较高，因此污泥焚烧前一般都要进行干化处理。 污泥焚烧的优点： 1 ) 以焚烧为核心的处理方法是最彻底的处理方法，该法在所有污泥处理方 法中稳定最快、减量最大。污泥焚烧时可使有机物全部碳化，杀死病原体，可最 大限度地减少污泥体积。污泥焚烧后的残渣无菌、无臭，体积可减少9 0 0 o 以上， 含水率极低，使运输和最终处置大为简化。 2 ) 污泥焚烧后产生的热量也可以充分利用，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。甚至已经有一些公司正在开发将脱 水污泥制成燃料以发电的新技术。 3 ) 它可以充分有效地处理不适宜于资源化利用的部分污泥。 污泥焚烧存在的问题： 1 ) 污泥焚烧的成本相对较高； 2 ) 燃烧过程会产生各种有毒有害所体，需增加空气净化设备。( 为防治焚烧 产生二恶英等有关气体，要求焚烧温度高于8 5 0 。) 2 4 2 国外污泥焚烧处理的情况 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，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，在日本，污泥 工程硕士论文 焚烧处理已经占污泥处理总擞的6 0 以上，欧盟也在l o 以上。表1 - 2 列出了部 分发达嚣家污混鲶噩方法豹毙钢。 表1 21 0 0 8 年部分国家的污溅处置方式及西分比( ) 从上表看出，目前世界辑黼污泥处置的方法因自然和法规等方面的差异各不 耨阏，健焚浇缝黉褥逐渐取代瑷埋法，成必与污滋袭矮势建鹃主要楚嚣) 享法。与 1 9 9 8 年相比，髑欧国家计划剁2 0 0 5 年处璁处置污泥采有用焚烧方法的增长速率 巍遮2 t 5 。 在污泥干化方面，世界上最早应用污泥千纯技术酌髭英匿b r a d f o r d 公司，8 0 年代未期，由予污泥地填埋、投海、农用上的各种限制觳件和不利因豢的突出同 蘧，污漉于稼技术雷先在美黼、臻蒸等禹褥羯成功应爱嚣，使采熏该绞本在发速 圜家很快推广升来。如欧盟程8 0 年代只有数家污水厂聚用热干燥设铸处理污泥， 懿剿了1 9 9 4 冬藏已有1 1 0 家污淀燕子燥皴理厂。并且露人貘毒 在姥麓麴短短数 年中。污泥热干燥处理厂将增加至目前的l o 倍以上。 2 a 3 国内对城市污泥焚烧处理处置的研究和应用情况 鼙内在污滋焚浇窝建麓纯幕l 震方霹鹣研究帮痤爱殴墩褥一定的袋巢。有些城 市( 如深圳) 也走过了从填埋一制肥一焚烧的污泥处瑕处置技术路线。 2 0 0 0 年，l 是基明理工大学采矮滇漶濒淀窝城枣污淀焚烧楚理及综舍铡翅臻 杭州n | 市鸹博e 暗利用可行扫冲蠢辅 研究 究获得成功。该技术将湖泊及城市污泥经打捞，收集和干燥，加入固硫剂、固氯 剂配料后进入熔融炉进行无害化处理，熔融燃烧后的高温烟气进入二次燃烧器， 经完全燃烧后进入预热锅炉进行余热回收后排放，熔融渣可制成建材。昆明坤达 陶粒工贸有限公司引进这项新技术，以滇池污水处理厂污泥及黏土为材料，研究 生产出优质的人造轻骨料陶粒和陶粒空心砖。在该产品材料中，滇池污泥占 3 0 删。据介绍这种轻型砖与传统的黏土实心砖相比，具有轻质、高强度、 保温隔热、抗震等功能。用滇池污泥生产陶粒空心砖的技术已被昆明官渡区列为 重点科技项目，并列入昆明市重点科技项目计划，还申请了专利。其生产能力为 年产陶粒5 万立方米、陶粒空心及实心砖4 万立方米。产品投放市场以来，受到 用户青睐。 广州华穗陶粒厂利用现有生产线处理污泥的技改项目，经过两年多的研究试 验，以污水处理厂的生物污泥和页岩取代部分黏土烧制陶粒获得成功。并通过了 广州市建委、科技委组织的专家评审。 由浙江大学翁焕新教授领导的课题组，利用印染污泥干化后制粒( 含水率 3 d 左右) ，掺入粘土中，经烧结制成建筑用砖。该科研成果已申请国家专利。 该成果应用于江苏盛泽工业区的污泥综合利用项目中，工艺流程见图1 - 3n 该项 目经实际运行，处理成本约为1 6 5 元，吨。污泥干化后的粒子也可掺入工业燃煤 中，直接用于燃烧。 工程硕士论文 o 外运制砖 o 掺作燃料 返回污水 图1 - 3 盛泽工业区污泥干化处理工艺图 由同济大学高廷耀教授领导的城市污染控制国家工程研究中心，在污泥的热 干化和废弃物的焚烧技术上做了大量的基础研究工作，已取得了多项科研成果。 在研究限得成果的基础上，上海市预计在2 0 0 5 年前在石洞口污水处理厂建起我 国第一座生产性污泥干化焚烧系统，日处理污泥6 5 吨，成本2 0 0 元2 5 0 元每吨。 深圳市现有四个污水处理厂，2 0 0 4 年的污泥量已高达3 4 5 吨，日，对于污泥 的处理处置经历了填埋一堆肥农用一焚烧的技术路径。 在完成了深圳特区污泥处理处置规划及深彭i l 特区污泥干化工程可行性 研究报告的基础上，深圳市提出了污泥干化焚烧的技术方案。污泥焚烧具有适 应性强，反应时问短，占地小，残渣稳定且量小，达到污泥处理的最大无害化、 减量化和资源化利用的目标。 1 4 调研情况表明：对于土地资源紧缺、社会经济相对发达、污水处理率较高的 城市来说，焚烧技术适合城市发展的需要。 污泥焚烧技术的应用关键在于污泥干化的热效率如何，它将直接影响处置的 成本，由于污泥热干燥技术的改进、应用和推广，大大加速了工业发达国家污泥 处嚣手段的改变，这种改变主要体现在：污泥填埋处置前，要将污泥进行干燥处 理：污泥焚烧处置比例得到了较大提高；千污泥产品可作为土地回用的肥料出售， 产业规模不断扩大等。如今干化技术也得到了越来越多包括发展中国家的重视。 3 城市污泥处理处置技术的适用性探讨 3 1环境对城市污泥处置的要求不断提高 污水和污泥是解决城市污染染问题同等重要又紧密关联的两个系统，污泥处 理处置是污水处理得以最终实施的保障。随着全球经济的快速发展以及城市人口 的增加，工业废水与生活污水的排放量e t 益增多，污泥产生量也由此迅速增加。 污泥处置问题已经在各个国家和大城市中显现出来，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，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，甚至将末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。据有关资料统计，目前美国所累积 的干污泥总量己达1 0 0 0 万吨，欧洲各国总计达6 6 0 万吨，日本为2 4 0 万吨。大 量积累的污泥，不仅占用土地，而且其中的有害成分如重金属、病原菌、寄生虫、 有机污染物及臭气等，成为影响城市环境卫生的一大公害。因此，妥善、科学地 处理污泥作为一个亟待解决的环境问题，越来越受到关注。 工程硕士论文 3 2 各种污泥处理处置技术都有其优点和局限性 随着人类的进步和科研的发展，人类对赖以生存的环境提出了更高的要求， 反之，环境也对人类的活动提出了相应的更高要求。从发达国家在对城市污泥处 理和处嚣的技术发展分析，早期一些看来行之有效的污泥处置技术和手段由于环 境要求而改变或正在发生变化。 污泥填埋方面：污泥既可单独填埋也可与生活垃圾和工业废物一起填埋。这 种处置方法简单、易行、成本低，污泥又不需要高度脱水。填埋场一般为废弃的 矿坑或天然的低洼地。但是污泥填埋也存在一些问题，尤其填埋渗滤液和气体的 形成。渗滤液是一种被严重污染的液体，如果填埋场选址或运行不当，这种液体 就会进入地下水层，污染地下水环境。填埋场产生的气体主要是甲烷，若不采取 适当措施会引起爆炸和燃烧。另外，适合污泥填埋的场所也因城市污泥的大量产 出而越来越有限，这也限制了该法的进一步发展。 污泥堆肥方面：污泥脱水后堆肥农用是目前国内一些污水处理厂正在研究和 开发的课题。污泥除了具有肥料价值外，还有作为“土壤改良剂”的作用。污泥 堆肥是最符合自然循环利用的观念，同时也是较为经济的一种污泥处置的方法。 但是由于污泥中可能含有一些致癌物质和重金属化合物，人、动物、植物长期接 触后会造成慢性中毒。去除这些物质往往需要很高的成本。同时存在的一个普遍 的问题就是检测手段跟不上要求，处理成本无法和经济效益相平衡，化肥普遍应 用造成销售市难以开发等，这些使得此种处置方式尚未得到普遍的推广。特别是 工业较发达的大中城市，该法尚不能作为主要的最终处置方法。 污泥焚烧方面：它可以最大限度、快速的实现减星化，可以灭杀污泥中的病 原物，氧化泥泥中的有毒污染物，降低污泥中的重金属添性等其它处理方法所不 可企及的优点。同时，污泥焚烧技术最让人所垢病的是其处理成本太高，从外国 有关焚烧运行状况来看( 流化床焚烧炉) ，投资成本达7 5 0 0 , - - 1 2 0 0 0 元，年吨，运 1 6 枕毒b 碍r 槭碡舛孽j 臼蛉粕鞘常辑堆t 斌慧卑，电 转与维护费每h 屯干污泥达6 0 0 - 1 2 0 0 元，同时，污泥焚烧如无空气净化设备，将 弓l 越烧烧遘秘牵产生套毒秘矮。 3 3 各个国家和地区需因地制宜的采取污溅处理处置技术线路 通过研究分析各个国家的污泥处理处鬟技术，可以褥剿两点启发；第一，各 个发展中国家都艺逐渐走出澎淀处理缝鬣静误区，把污溅处理照置技术作为污承 处理系统非常熏耍的环节，给予了巨大的投入，使污染治理划上一个毙整的句号。 第二，苓两鹫家嚣建嚣都霉要鬻遣裁家戆采墩适合囊己黼壤窝骧毒特鬣豹污嚣楚 理处置技术路线，主要考虑因素为产业结构、地地资源、城市化程度簿。如美国， 蚨土地利用为擞，日本国土瓣识较小，以焚烧为主，区擞各成员国则侧重点不尽 楣黼，目前卢森建、丹麦和法豳戳农瘸兔主，爱尔兰、芬兰和葡萄牙戳农用兔主， 旗豳北部城市则以焚烧为主，其它城市则以污泥土地利用主主。 综台努辑器澄裁各猿审游涎鲣理矬嚣羧寒襄发震绞携，本太诀炎，激晷蠢污 沉处理处置技术的发展程度，尚不能高效撼实现能量回收和物质回用，以实现经 济效益和节约熊源的效果，瓷源化荠不是爨的，只是一个重要原则，污泥处理应 该以“减量纯、稳定纯、无辫化”兔西昀。憨体来说。浮泥堆怒、污澈焚浇等投 入的能量和资焱必然大于髓慧的回收和物质现利用的收益。 3 + 4 采舞l 综会秘蔫整墨骧豢污灌黪会我黼戆鏊穗 从我国情况看，随着我圈社会经济和城市化的发展，城市污水厂的规模、处 瑷程度都在不辑扩大提高。毽魏，我强建成污承厂有3 0 0 多座，污水处理能力约 1 3x1 0 7 m 3 d ，从现在鸯2 0 1 0 年盼目标怒颁建污水赴攥厂1 0 0 0 余纛，污永处理 能力增加( 5 - 6 ) x1 0 7 m 3 d ，污泥的产嫩蹙将会急剧快速地增长。 据蘩嚣，瓣蘩城镶嚣水麓理厂每霉产生子涎泥魏1 8 0 莠t ( 程巍予客零8 0 污泥9 0 0 万t ) ，预计未来5 年内，每年产生污泥5 4 0 万t ( 相当于含水8 0 污泥 2 7 0 0 万t ) ，熬著城镇污水她理厂建设豹舶快，污泥处糕随匮愈加突如。 】7 三堂竺主笙兰 污水处理中污泥的处理和处置技术在我国还刚起步，与国外先进国家相比差 距还很大。在我国现有的污水处理设施中，有污泥稳定处理设施的还不到2 5 ， 处理工艺和配套设各完善的不到1 0 ，在为数不多的污泥消化池中能够正常运行 的很少，有些根本就没有运行。多数污水厂及施工单位只是将污泥送往填埋场、 翎砖或直接暴露在旷野中，造成二次污染。因此必须制定标准加强控制，实现污 泥的稳定化、减量化、资源化。为此，由国家环境保护总局和国家技术监督检验 总局批准发布城镇污水处理厂污染污染物排放标准并于2 0 0 3 年7 月1 日正 式实施。 2 0 0 3 年1 1 月，中国首家污泥无害化产业联盟“中关村城市污泥无害化 产业联盟”举行成立大会，标志着我国拥有了第一个专门针对城市污泥处置的产 业联盟。由中关村国际环保产业促进中心联合中国农业科学院、中国建筑材料科 学研究院、机械科学研究院、北京城市排水集团等多家国内权威机构组成“中关 村城市污泥无害化产业联盟”，将形成具有中国特色的以城市污泥处胃技术研发、 产品生产、应用、推广为一体的产业链发展模式，为实现绿色奥运提供有效的技 术支持，同时也为全国污泥处置起到良好的示范作用。 城市的污泥处理正在成为环保专家们关注的热点，也正在成为新的热门投资 领域。根据北京申办奥运会对世界的承诺，2 0 0 8 年北京城市污水处理率要达到 9 0 ，届时北京每年将产生污泥8 0 万吨。尽管目前北京已建成中国最大的污泥 无害化处置厂，但年处置能力仅达l o 万吨，缺口很大。因此，成立污泥无害化 产业联盟，制定和完善配套系列标准，研究污泥的安全性问题，以及加快污泥地 害化处置技术的研发、推广及应用己成为现实需求。今后“中关村城市污泥无害 化产业联盟”将开展污泥无害化相关政策及技术标准的研究、制定工作；完成“北 京城市污泥无害化利用项目”的中试工作，进一步完善现有技术；实施北京年 8 0 万吨城市污泥无害化处置产业化工程及全国部分地区示范工程项目。 总之，我国已经逐步理顺了管理体系欠缺、系统研研究究缺乏、技术体系紊 乱、责任主体不明、污泥监管缺位等问题，走出了夸大污泥处理资源化、追求技 术路线统一等误区。因地制宜地采用综合利用处置城市污泥符合我国的国情，也 成为我们在污泥利用研究工作中的指导思想和行动准则。 4 本章小结 41 城市污泥高含水率、高致病菌、高物理稳定性和重金属集聚性的特点使污 泥处理成为一个难题； 4 2 堆肥农用、卫生填埋、焚烧等各种污泥处理方法都有其优点和不足，采取何 种处理方法需要慎重考虑； 4 3 各个国家、各个城市都有其自身的特点，在考虑污泥处理和处置时应该因地 制宜，寻求一条适合自己的污泥处理路线； 4