（环境工程专业论文）深圳特区污泥干化工程方案研究.pdfVIP

中文摘要 摘要 深圳特区自成立以来，特区政府十分重视污水治理工作。目前，特区己建成 污水处理能力为1 1 5 2 x 1 0 4m 3 d ，污水处理率处于全国较高水平。但在处理污水的 同时，又产生了污泥，目前特区内污泥处理方式主要是未稳定或未完全稳定污泥 直接脱水工艺，污泥处置为卫生填埋工艺。污泥填埋实践表明，现有的污泥填埋 方式对垃圾场的填埋工艺带来诸多问题，更不能满足污泥量日益增长需要，必须 对污泥处置方式进行研究，寻找更有效、更适应特区情况的方法。 本研究在深入调研特区污泥处置现状、国内外污泥干化技术的基础上，提出 了两个干化比较方案。在对各方案进行了技术、经济比较和归纳总结后，推荐技 术可靠、经济合理、处理效果好的安德里兹旋转窑污泥干燥工艺( a n d r i t zd r u m d r y i n gs y s t e m ) ( 方案) 作为实施方案。该方案主要指标如下： 工程规模为3 0 0t d 干泥( 含水率7 8 泥饼1 5 0t d ) ： 厂址位于罗芳污水处理厂内；占地约2 0 0 0m 2 ： 推荐安德里兹旋转窑污泥干燥工艺； 该方案工程投资6 9 7 55 3 万元；单位污泥颗粒经营成本9 5 9 元t ，单位污泥 颗粒生产成本1 1 8 3 3 0 元t ( 按7 7 x 1 0 4m 3 d 污水计算，相当于增加污水处理成本 0 1 0 元m 3 ) 。 本研究还对工程实施的社会、环境与经济效益进行了评估，并在开展课题研 究期间进行了大量市场调查，对干化产品的市场前景进行了分析与预测。最后， 笔者从工程实施角度提出了有关建议与思考，供有关决策部门及本课题深入研究 参考。 关键词：污水处理，污泥，污泥处置，干化造粒，市场 英文摘要 a b s t r a c t t h e g o v e r n m e n to f t h es h e n z h e n s p e c i a le c o n o m i cz o n e ( s e z ) h a s a t t a c h e dg r e a t i m p o r t a n c et os e w a g et r e a t m e n ts i n c ei tw a se s t a b l i s h e d n o w ，e v e r yd a yt h eg r e a td e a l o f b i o s l u d g e i sp r o d u c e d ，w h i l et h e11 5 2 x 1 0 4m 3 ds e w a g ea r et r e a t e d ，b u tt h em a j o r m e t h o dt oh a n d l es l u d g ei n s i d et h es e zi sd i r e c td r y i n gt e c h n o l o g yw i t hs a n i t a r yf i l l i n g a n d b u r y i n gt e c h n o l o g y e x p e r i e n c e h a sd e m o n s t r a t e dt h a tt h ec u r r e n t f i l l i n g a n d b u r y i n gm c t h o do f u n s t a b l es l u d g eh a sb r o u g h tt h ep r o b l e m st ot h el a n d f i l lp l a n t ，w h i l e b e i n gu n a b l et oh a n d l et h es u r m o u n t i n gs l u d g e w en e e dt os t u d yt h ew a yt ot r e a t s l u d g ea n df i n dam o r ee f f e c t i v ea n dr e a s o n a b l em e t h o dw h i c hs u i t st h el o c a ls i t u a t i o n i n t h es e z o nt h eb a s i so fa ni n d e p t hu n d e r s t a n d i n go ft h ec u r r e n ts l u d g et r e a t m e n ti nt h e s e za n ds l u d g ed r y i n g t e c h n o l o g i e sb o t ha t d o m e s t i ca n da b r o a d ，t h es t u d yr e p o r t o u t l i n e dt w o d r y i n gs c h e m e s a f t e rc o m p a r i s o na n ds u m m a r i z a t i o no f t h et e c h n o l o g i e s a n dc o s to f t h et w os c h e m e s ，t h ea u t h o rr e c o m m e n d e dt h ea n d r i t zd r u m d r y i n gs y s t e m ( t h e s e c o n ds c h e m e ) ，w h i c hi s t e c h n o l o g i c a l l yr e l i a b l ew i t hr a t i o n a l c o s ta n db e t t e r r e s u l tt h e f o l l o w i n gi st h em a j o r i n d e xo f t h es c h e m e ： t r e a t m e n t c a p a b i l i t y ：3 0 t dd r i e ds l u d g e ( 1 5 0 t dm u dc a k ew i t h7 8 w a t e r ) s i t e ：i n s i d et h el u o f a n g s e w a g e t r e a t m e n tp l a n t ；s i z e ：2 0 0 0 m 2 j 。t e c h n o l o g ya p p l i e d ：a n d r i t zd r u m d r y i n gs y s t e m 。t o t a li n v e s t m e n t ：6 9 ，7 5 5 ，3 0 0r m b y u a n ；m a n a g i n gc o s tp e ru n i t ：9 5 9 r m b t ； m a n u f a c t u r i n gc o s ti 1 8 3 3 0 r m b t ( a d d e dt r e a t m e n tc o s t0 ，1 0r m b m 3i f7 7 x 1 0 4m 3 s e w a g e i st ob et r e a t e dp e rd a y ) t h er e p o r ta l s oe v a l u a t e dt h es o c i a l ，e n v i r o n m e n ta n de c o n o m i cr e s u l t so ft h e p r o j e c t ；a n dm a d e n u m e r o u sm a r k e t s u r v e y sd u r i n gt h er e s e a r c h ；a n a l y z e da n dp r e d i c t e d t h em a r k e tp r o s p e c to ft h ed r i e dp r o d u c t si nc o n c l u s i o n ，t h ea u t h o rs u m m a r i z e dt h e p r o j e c t a n d s u g g e s t t e d f r o mt h e p e r s p e c t i v e o ft h e i m p l e m e n t a t i o n t ot h e d e c i s i o n - m a k i n ga u t h o r i t i e sf o rf u r t h e rs t u d ya n dr e f e r e n c e k e yw o r d s ：s e w a g et r e a t m e n t ，s l u d g e ，s l u d g et r e a t m e n t ，d r y i n gp a r t i c l e s ，m a r k e t s u r v e y i i i l 引言 1 引言 1 1 研究背景 深圳特区自成立以来，特区政府十分重视污水治理工作。在2 0 世纪8 0 年代 初，就建成投产了滨河污水处理厂一期工程( 设计规模25 1 0 4 m 3 d ) 。为了与城 市建设和经济高速发展同步，有效地保护水资源，提高人民生活水平，改善投资 环境，深圳特区又陆续建成了罗芳污水处理厂一、二期工程( 设计规模3 5 1 0 4 m 3 d ) 、滨河污水处理厂二、三期工程( 设计规模为2 7 5 1 0 4m 3 d ) 、盐田污水处 理厂( 设计规模为2 0 1 0 4m 3 d ) 南山污水处理厂第一套系统( 设计规模为3 52 1 0 4 1 1 1 3 d ) ，加上蛇口工业区等企业的小型污水处理站，污水处理厂总设计处理能力约 1 1 52 1 0 4 m 3 d 。 目前，特区内污水厂均采用生物处理技术，通过生物处理将水中污染物氧化 分解，同时形成污泥，把污泥从水中分离出来，从而使出水净化。因此，污水处 理过程必然会产生一定量的污泥。污泥是指污水处理过程中所产生的排除水处理 系统的沉淀物，其数量约为污水量的0 3 0 5 左右( 以含水率9 7 计算) 。按特 区内现状处理水量7 8 7 1 0 4 m 3 d 计算( 2 0 0 1 年1 2 月统计) ，其干污泥量接近1 0 0 t ，d 。一方面，污泥中含有大量的有机质、n 、p 、k 等营养物；另一方面，污泥中 又含有病原微生物、蛔虫卵、重金属及有毒有害物质。未经处理的污泥随便弃置， 将散发臭味和有害气体，污染环境。污泥的“减量化、无害化、稳定化处理以及综 合利用”是全世界迫切需要解决的问题，深受国内外学者广为关注，是竞相研究的 热点。 深圳特区污水处理率高，污泥产量大。目前，脱水泥饼均直接运至填埋场填 埋。由于污泥含水率高，经常陷车，使填埋作业困难，填埋污泥还堵塞渗滤液收 集系统。目前，新的垃圾填埋技术规范即将颁布，规范对填埋物的含水量、有机 成分、外形尺寸均作了严格要求。为了解决污泥填埋存在的缺点，寻找更适宜的 污泥处置方式，满足污泥量目益增长的需要，2 0 0 1 年4 月，深圳市给排水管理处 与中国市政工程西南设计研究院组织技术人员对特区内污泥处置方式进行专题研 究，笔者作为主要研究人员，负责本课题核心部分一有关国内外污泥处置调研及 干化工艺方案设计工作。 1 1 1 城市概况 1 ) 地理位置 深圳市位于广东省东南部沿海，陆域位置东经1 1 3 0 4 6 1 1 4 。3 7 ， 北纬 2 2 。2 7 - 2 2 。5 2 。她东邻大亚湾，西濒珠江口，北与东莞和惠州接壤，南与香港特别 重庆大学硕士学位论文 行政区毗邻，总面积2 0 2 0k m 2 ，海岸线长约2 3 0k m ； 深圳经济特区包括罗湖、福田、南山和盐田四区，面积3 9 17 1 k m 2 。 2 ) 城市性质与人口现状 深圳市作为现代产业协调发展的综合性经济特区，是珠江三角洲地区中心城 市之一，现代化的国际性城市。特区现辖四个区，自东向西依次为盐田区、罗湖 区、福田区和南山区。 根据深圳统计信息年鉴( 2 0 0 2 2 0 0 3 ) ，深圳市现有土地面积1 9 4 86 9k m 2 ， 其中，特区3 9 17 1 耐，2 0 0 3 年末全市常住人口为5 5 7 万人，其中户籍人口1 5 0 万人，暂住人口4 0 7 万人，比2 0 0 5 年规划目标4 8 0 万人超出7 7 万人。 根据深圳市“十五”社会经济发展目标调整规划，2 0 0 5 年常住人口为6 1 0 万。 3 ) 经济发展现状 特区建立二十年来，经济建设保持了高速、健康的发展态势，形成了以高薪 技术为龙头的支柱产业，发达的第三产业和现代化农业组成的经济体系。2 0 0 3 年 全市国内生产总值2 8 6 0 5 亿元，比上年增长1 73 ，居全国大中城市第4 位。 根据深圳市叫一五”主要经济社会发展目标，“十五”期间工业总产值年均增长 1 4 ，到2 0 0 5 年，工业总产值5 0 0 0 亿元，到2 0 1 0 年，工业总产值9 6 0 0 亿元。 深圳将大力实旌科教兴市和可持续发展战略，继续增创体制创新、扩大开放，产 业升级，努力建设成区域性经济中心城市、高科技城市、花园式的现代化国际性 城市。 1 1 2 污水处理概况 深圳特区内2 0 0 0 年建成投产的污水处理厂有罗芳污水处理厂、滨河污水处理 厂和南山污水处理厂。三座污水处理厂的处理工艺和现有的运行规模如下： l 、罗芳污水处理厂己建成一期工程，设计规模1 0 1 0 4m 3 d ，采用a b 法生物 强化除磷脱氮工艺； 2 、滨河污水处理厂已建成三期工程，设计规模为3 0 x 1 0 4m 3 d 。其中一、二 期工程原采用普通活性污泥法，现已改成a o2 1 2 - 艺，三期工程采用a b 法生物强 化除磷脱氮工艺； 3 、南山污水处理厂已建成第一套系统，设计规模为3 4 8 1 0 4m 3 d ，采用一级 处理工艺。 此外，蛇口工业区先后建成了第一污水处理厂( 设计规模为2 x 1 0 4r n 3 d ) ， 第二污水处理厂( 设计规模为6 1 0 4m 3 d ) ；皇岗口岸污水处理站( 设计规模为 l 】0 4m 3 d ) ；小梅沙污水处理站( 设计规模为05 1 0 4m 3 d ) 。这些污水处理 设旌由企业建设、运行，现状处理量为35 x 1 0 41 2 1 3 d ，未纳入市政部门统一管理。 近两年来深圳特区内建成的污水处理工程项目有： 2 l 引言 l 、罗芳污水处理厂二期工程设计规模为2 5 1 0 4m 3 d ，采用具有除磷脱氮功 能的三沟式氧化沟工艺，2 0 0 1 年底投入试运行； 2 、盐田污水处理厂设计规模2 0 1 0 4m 3 d ( 目前安装设备处理能力为8 x 1 0 4 m 3 d ) ，采用m s b r 工艺，2 0 0 1 年底投入试运行； 3 、南山污水处理厂第二套系统设计规模为3 8 4 1 0 4i t l 3 d ，采用一级处理工艺， 即将建设二级处理系统除磷脱氮工程，设计规模为3 84 1 0 4m 3 d ，采用亩c t 工 艺。 1 1 3 污泥处理与处置现状 1 、特区内污水厂污泥产量 对运行中的污水处理厂调查表明，深圳市滨河污水处理厂产生的污泥量约为 2 8t d 干泥，罗芳污水处理厂产生的剩余活性污泥量为1 9t d 干泥，南山污水处理 厂产生的初沉污泥量为8t d 干泥，合计污泥量为5 5t d 干泥。 特区内现有污水处理厂废弃污泥的构成如下：滨河污水处理厂所产生的废弃 污泥大部分是剩余活性污泥，少部分是初沉污泥( 占进水量的1 6 ) ；罗芳污水处 理厂的废弃污泥全部是剩余活性污泥；南山污水处理厂的废弃污泥则全部是初沉 污泥。 2 0 0 0 年，滨河、罗芳和南山三座污水处理厂全年处理污水2 x 1 0 8t a ，产生含 水率8 0 的湿污泥7 1 0 4t a ( 平均2 0 0 t d 左右) ，如表l1 所示。 表ll 特区内污水处理厂污泥产量表( 2 0 0 0 年) 湿污泥量 n 投产日期水处理工艺污泥脱水工艺含水率( ) 污水厂 ( e e l ) 一期1 9 8 4 年 活性污泥法 滨河污水厂 二期1 9 8 8 年 a - b 法 离心机、带机 1 2 07 5 8 0 三期1 9 9 7 年 罗芳污水厂( 一期)1 9 9 8 篮 a b 法 带式压滤机 4 07 5 8 0 南山污水厂( 一套) 1 9 8 9 正一级处理 带式压滤机 4 07 0 - 7 5 2 、特区内污水厂污泥处置现状 目前深圳市各个城市污水处理厂的污泥处理方式基本上采用的是生污泥直接 脱水、脱水泥饼卫生填埋的工艺。滨河污水处理厂一、二期工程建有污泥消化池， 罗芳污水处理厂一期工程设计了污泥消化池，但没有实施。其余污水处理厂的污 重庆大学硕士学位论文 泥处理工艺均是按生污泥直接脱水进行设计的，在平面上预留了今后建设污泥处 理和处置设施的场地。 3 、特区内污泥量的增长情况 根据特区内污水处理厂的建设计划安排和水量增长情况，罗芳污水处理厂二 期工程2 5 ) ( 1 0 4 一d 和盐田污水处理厂8 1 0 4m 3 d 系统都在2 0 0 2 年初正式投入运 行，而南山污水处理厂的水量在2 0 0 5 年前后也将会达到3 5 x 1 0 4m 3 d 。 随着罗芳二期工程、盐田污水厂以及南山厂第二套系统的建成使用，污水处 理量进一步提高，2 0 0 2 年特区内的污水处理厂每天已产生含水率8 0 的湿污泥3 5 0 t d ，2 0 0 4 年将超过4 5 0 讹。 根据深圳特区排水规划，参考现有污水处理厂的运转数据，到2 0 1 0 年当深圳 特区的城市污水量达到2 1 46 x 1 0 4m 3 ，d 时，产生的城市污泥量将达到2 8 4 伽干泥。 以7 8 的含水率计，每天将达到1 2 8 4m 3 d ，全年产生的污泥体积将会达到 4 68 7 x 1 0 4m 3 a 。如此大量的污泥要进行填埋处置，对于污水厂的运泥费用或对于 垃圾填埋场来说，都将是沉重的负担。 4 、特区内污泥处置方式的探索 前几年，各污水厂脱水后的污泥直接运至玉龙坑垃圾填埋场填埋，玉龙坑垃 圾填埋场填满封场后，又不得不运到下坪填埋场进行填埋处置。虽然滨河污水处 理厂、罗芳污水处理厂和南山污水处理厂进行了用脱水污泥制作复合肥的探索， 并作了将脱水污泥运到龙岗坑梓镇( 深圳金百合肥料有限公司) 堆肥的尝试，但 因运距远、路况蓑、过路费高、该公司接纳量有限等原因，试行2 个月后，不得 不停止。目前，特区内污泥进行综合利用量十分有限。 1 2 研究目的、任务 1 2 1 特区内污泥处置存在的问题 深圳的土地资源十分有限，寸土寸金。每天产生的大量湿污泥运往垃圾填埋 场填埋，既占用了有限的垃圾填埋场容量，又增加了污水厂运泥费用。深圳的污 泥填埋存在以下较突出的问题： 1 、有限的填埋容量与不断增加的污泥之间的矛盾日益突出，2 0 0 4 年特区内的 干污泥量约9 0t d ，预计2 0 1 0 年干污泥量将达到2 8 4f f d ( 以7 8 的含水率计，每 天将达到1 2 8 4m 3 d ) ，如此大量的污泥填埋，要占用相当大的填埋容量。 2 、含水率较高的污泥填埋，增加了填埋场渗滤液，加重了渗滤液处理站的负 担：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，给填埋场的安全和运行管理带来了困难。据笔者了解，下坪填埋场清淤渗滤 液收集管一次，就要耗费1 0 0 余万元。若收集系统堵塞，情况将更为严重，按更 4 1 引言 换滤层计，所需费用将超过千万。 3 、污泥的高粘度使垃圾压实机经常打滑和深陷其中，给填埋操作带来麻烦。 污泥的流变性使填埋体易变形和滑坡，使之成为人为的“沼泽地”，给填埋场带来很 大安全隐患。为此，玉龙坑填埋场不得不专门铺路和修筑垃圾坝，但这只能暂时 解决问题。 4 、生污泥中含有大量有毒、有害物质，未经无害化、稳定化处理而直接填埋 会给环境卫生和人体健康带来不利影响。 1 2 1 研究污泥处置问题的必要性 1 、深圳污泥填埋存在的四大较突出问题决定了必须研究污泥的处置问题，湿 污泥填埋己不是深圳的长久之计。 2 、随着深蛸i 市人口的增加和城市建设和经济的高速发展，可持续发展战略的 实施，污水处理厂的陆续建成投入使用，必将产生越来越多的污泥，污泥与环境， 污泥与填埋的矛盾将日益突出。在一定程度上，污泥问题已制约了污水处理行业 的发展。 3 、深圳作为改革开放的窗口和全国环保模范城市，特区内的污水处理率己远 高于全国平均水平，其污泥问题也较早出现和较为突出。研究适合深圳市实际情 况的污泥处置方法，为污泥处置寻求更好、更合理的出路，己成为迫在眉睫、急 需解决的问题。这不仅是深圳市污水处理行业的当务之急，也对全国其他城市的 污泥处置具有积极的指导作用。 1 2 3 研究污泥处置问题的目的 本课题研究的目的是对特区内污泥产量、成分及污泥利用市场容量进行调查 分析；根椐污泥处置现状及发展趋势，对污泥干化工艺进行多方案比较论证，提 出适合特区内的污泥干化方式，平面布置，解决特区目前污泥处置的困难；使该 工程获得最佳的环境效益、社会效益和经济效益。 1 2 4 本研究的任务和主要内容 研究的主要内容包括： 1 、对特区内污水厂污泥处置的现状进行调查分析，提出存在问题； 2 、对国内外污泥处置方式进行广泛调研，对特区处置工艺进行选择； 3 、污泥处置工艺工程方案的选择与污泥处置场方案设计，并进行工艺方案技 术、经济比较，提出推荐方案； 4 、对污泥综合利用的可能用户对象、特区内及周边地区的市场状况、市场容 量进行调查分析，提出污泥处置及综合利用的规模；投资估算及经济效益分析； 5 、结论、建议与本研究课题展望。 2 污泥处置方式调研 2 污泥处置方式调研 2 1 污泥处置工艺概述 当前，世界各国污水处理厂经浓缩、脱水后的泥饼主要有卫生填埋、堆肥、 焚烧、热干化、碱性稳定及污泥投海等几种处理处置方式 i j 【2 j 【3 j 。 2 1 1 卫生填埋 污泥的填埋始于6 0 年代，是一种较为成熟的污泥处置技术。污泥卫生填埋是 把脱水污泥运到卫生填埋场进行处置的工艺，一般与城市垃圾一起填埋。常见的 有厌氧和兼氧卫生填埋两种。 卫生填埋法处置污泥具有处理量大，投资省，运行费低，操作简单，管理方 便，对污泥适应能力强等优点。但亦具有占地面积大，渗滤液及臭气污染较重等 缺点。 卫生填埋法适宜于填埋场地容易选取、运距较近以及有覆盖土的地方。迄今 为止，卫生填埋法是国内外处理城市污水处理厂脱水污泥最常用的方法。 湿污泥直接填埋不仅造成污泥中的有益成分不能得到回收利用，而且所含的 重金属、有机残余物等有毒有害物质会进入填埋场渗滤液，增加了渗滤液处理的 负担，有形成再次污染的危险，从可持续发展的观点出发，湿污泥直接填埋与之 相悖。随着可供填埋空间的日趋减少、污泥量的不断增加、监管措旖越来越严格、 填埋费用的增加，污泥处置方法中填埋所占的比例正逐渐减小。 2 1 2 堆肥 堆肥技术是一种最常见的污泥生物转换技术，是污泥进行稳定化、无害化处 理的主要方式之一，也是农业利用的有效途径。堆肥化是利用污泥中的好氧微生 物进行好氧发酵的过程。在污泥中加入一定比例的蓬松剂和调理剂( 如秸杆、稻 草、木屑或生活垃圾等) ，借助于微生物群落，在潮湿环境下对多种有机物进行 氧化分解，将之转化为类腐殖质。堆肥过程可以除去水分，污泥的含固率可以由 4 0 提高到5 5 。经过堆肥化的污泥质地疏松，阳离子交换量( c e c ) 显著增加， 容重减少，可被植物利用的营养成分增加，病原菌和寄生虫卵几乎全被杀灭。堆 肥产品可用作肥料或者土壤改良剂。 生污泥、消化污泥或经过化学稳定处理的污泥都可以进行堆肥处理。世界各 国采用的堆肥方法有静态和动态堆肥两种。 1 、好氧静态堆肥 脱水泥饼与粗的填充剂如木削混合，混合物堆放在填料床上，填料床内设有 风管，采用鼓风机进行供氧，空气流动方式可以是上流式或下流式。料堆表面用 7 重庆大学硕士学位论文 一层熟料覆盖，以便隔离和吸收臭气。堆肥过程完成后，可以将堆料打碎，采用 筛分机把填充剂分离出来，以便再用。 2 、好氧动态堆肥 混合料被堆放成长条形，料堆应具有较大的比表面积，以便进行空气的对流 与扩散。也可以进行强制鼓风或料堆由机械设备进行周期性的翻堆。还有一种 d a n o 工艺，污泥在旋转的滚筒中进行好氧发酵，需氧由鼓风机供给。该法机械 化程度高，周期短，环境条件好，是最先进的堆肥工艺。但动力消耗和维护工作 量较大。 3 、料仓堆肥 混合料从堆肥仓的一端进入，向堆肥仓的出料端运动，达到足够的停留时间 后离开堆肥仓。采用强制鼓风的方式使空气通过堆肥仓，混合料则可以以不进行 扰动的推流方式或进行周期性混合的方式经过堆肥仓。 在堆肥过程中，微生物活动需要氧气，产生二氧化碳、水蒸气和热量。虽然 堆肥的温度可以超过7 0 。c ，但是常用的堆肥温度为5 0 6 0 。c ，经过3 1 0d ，堆肥 温度逐渐下降。在堆肥过程中除需要供氧外，还需要除去废气、水蒸气和热量。 通气量可以控制堆肥温度和含水率。 污泥堆肥投资小，工艺简单，运行成本低，污泥可被资源化利用，并且污泥 与城市垃圾混合堆肥实现了污泥与垃圾的同时资源化。但是堆肥技术所需场地面 积大、处理周期长、臭味大，堆肥产品受市场影响较大，在土地有跟的情况下， 不适于大量污泥的处理。 2 1 3 焚烧处置 焚烧是利用污泥中丰富的生物能发热，使污泥达到最大程度的减容。焚烧过 程中，所有的病菌病原体被彻底杀灭，有毒有害的有机残余物被热氧化分解。焚 烧灰可用作生产水泥的原料，使重金属被固定在混凝土中，避免其重新进入环境。 用于污泥焚烧处理的焚烧炉有多层焚烧炉、流化床焚烧炉、电红外焚烧炉、 复合床焚烧炉等，常用的是多层焚烧炉和漉化床焚烧炉。 污泥焚烧是否需要外加燃料，取决于污泥本身的热值( 如有机物含量) 和污 泥的含水率。含水率为7 0 8 0 的污泥进行焚烧时一般需要添加辅助燃料，含水率 为5 0 的污泥一般不需辅助燃料就可以焚烧。由初沉污泥和剩余活性污泥组成的 混合污泥的热值一般为2 2 1 0 4k , i k g 。 污泥焚烧的温度取决于所采用的焚烧炉类型，如多层焚烧炉干化区的温度为 4 2 7 7 6 0 。c ，燃烧区的温度为7 6 0 9 2 7 。c ；流化床焚烧炉上层温度一般为 7 3 0 - - 7 6 0 。c ，最终的氧化温度可以达到8 4 0 - - - 9 0 0 。c 。 污泥焚烧处置需要配套前处理和后续处理设施。重要的配套处理工艺包括三 8 2 污泥处置方式调研 方面：对于焚烧前的污泥进行干化处理，以便使污泥能够自燃，从而减少辅助燃 料的消耗量，降低运行成本：需要对尾气进行处理，以便达到规定的排放标准， 保护大气；对废热进行回收利用等。 污泥焚烧的优点是适应性较强、反应时间短、占地面积小、残渣量少、达到 了完全灭菌的目的。该法的缺点是工艺复杂，一次性投资大；设备数量多，操作 管理复杂，能耗高，运行管理费亦高，焚烧过程存在潜在的“二恶英”污染。 一般在下列情况下，可以考虑采用焚烧工艺：( 1 ) 当污泥不符合卫生要求， 有毒物质含量高，不能为农副业利用；( 2 ) 污泥自身的燃烧热值高，可以自燃并 利用燃烧热量发电；( 3 ) 与城市垃圾混合焚烧并利用燃烧热量发电。 因此，焚烧是一种非常昂贵的污泥处置方法，焚烧法适于经济发达地区。在 我国现行条件下，污泥完全焚烧是有困难的。 2 1 4 热干化 热干化是利用热能将污泥烘干，目前所用的污泥干化器有直接干化器、间接 干化器和多效蒸发干化器。干化器可以使用电力、沼气、燃油或红外装置作为热 源。 干化后的污泥呈颗粒或粉末状，体积仅为原来的1 5 1 4 ，而且由于含水率在 l o 以下，微生物活性受到完全抑制，避免了产品因微生物作用而发霉发臭，利于 储藏和运输。热干化过程的高温灭菌效果很彻底，产品可完全达到杀菌卫生指标。 热干化使污泥性能全面改善，产品用途广泛，可作替代能源也可土地利用。 和其他几种处理方式相比，污泥干化具有以下优点： ( 1 ) 减量化：污泥体积显著减小至原来的1 4 1 5 ； ( 2 ) 稳定化；干化污泥性能稳定，便于运输和储藏，易被接受： ( 3 ) 无害化：臭味消除，无病原物； ( 4 ) 资源化：能回收、利用，产品具有多种用途，如作为肥料、土壤改良剂、 燃料等。 但污泥干化具有下列缺点： ( 1 ) 设备初期投资大； ( 2 ) 能耗大，运行费高； 经加热处理后含固率为4 0 的于化污泥可以进一步用于堆肥、加碱稳定或者 迸行焚烧。含固率为9 0 以上的非稳定污泥( 如未经过消化处理) 或含固率为7 5 以上的稳定污泥，则可以直接用于土地处置或者直接出售。 在二十世纪九十年代热干化技术得到迅速发展，预计在新世纪里热干化技术 将得到更大的应用。 重庆大学硕士学位论文 2 1 5 碱- i 生稳定 近年来，加碱稳定( 即用碱性添加剂取代石灰的方法) 的优点越来越受到人 们的重视。 碱性稳定化是在污泥中加入石灰、水泥窑灰或飞灰等碱性物质，使污泥p h 值 大于1 2 ，并保持一段时间，利用强碱性和石灰放出大量的热杀灭病原体、降低恶 臭和钝化重金属，处理后污泥可直接施用于农地。其优点是可以消除病原体，缺 点是不但不会减少污泥量，而且还会增加污泥量。 加碱稳定后的产物可以进行堆肥处理，含固率6 0 的产品可以用于农业、园 林业、改良土壤、修筑堤坝、斜坡等。 碱性稳定化的两个主要处理方法是n v i r os o i l 方法和a g r i s o i l 方法。前者在 碱性稳定后通过机械翻堆或其它方法使污泥快速干燥，后者则在混合碱性物料后 进行堆肥。该工艺在美国、欧洲和澳大利亚的污泥处理中得到了一定使用。 2 1 6 污泥投海 污泥投海曾经是沿海城市污水处理厂污泥处置最常见的方式，但近年来出于 对海洋环境保护的考虑和越来越严格的环保条例的执行，已经越来越少。许多城 市己明令禁止采用污泥投海方式。 海洋倾倒操作简单，对于沿海城市来说其处理费用较低，但理，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 年己禁止污泥海洋倾倒，并于1 9 9 1 年全面加以禁止；日本对污 泥的海洋投弃做了严格的规定；中国政府于1 9 9 4 年初接受3 项国际协议，承诺于 1 9 9 4 年2 月2 0 曰起不在海上处置工业废物和污水污泥。海洋倾倒在英国尤其流行 | 4 】，因为与其他方法相比，其费用相当低，但是从1 9 9 8 年底，欧共体城市废水处 理法令( 9 1 2 7 1 e c ) 已经禁止其成员国向海洋倾倒污泥。 深圳市靠山面海，其海洋资源丰富，自净能力强，近有珠江口，远有南海。 为了探明污水厂剩余污泥投海的可能性，本项目研究先后走访了深圳市海事局、 深圳市海洋局以及国家海洋局深圳海洋管理处等单位。调研中得知的主要倾倒点 如下： 1 、在珠江口内伶仃岛附近有1 个固体废弃物限制性倾倒点； 2 、在桂山岛和黄茅岛附近有1 个三类固体废弃物倾倒区； 3 、在万山群岛之外2 0 5 0 涅附近，亦可倾倒三类固体废弃物； 倾倒污泥必须符合中华人民共和国海洋倾废管理条例附件一、二和伦 敦倾废公约有关规定，并由国家海洋局南海监测中心进行成分污泥分析和试验 后，确定能否倾倒。在倾倒时，实行收费制。 污泥投海程序多，工作量大，如果要采用投海处置，建议有关决策部门进行 l o ! 堡运丝重查茎塑婴 专题研究论证。 2 2 国外污泥处置现状及发展趋势 2 2 1 污泥处置总体发展趋势 目前，香港的污泥全部进行填埋，欧洲污泥填埋占4 2 ，美国污泥填埋占3 5 ， 加拿大污泥填埋占3 0 ，日本污泥填埋占2 4 。与1 9 8 4 年相比，欧盟各国的污泥 总量增加了1 6 ，但同期填埋量却只增加了4 ，而且，要求污泥填埋必须是焚烧 的产物。据美国环保局估计，今后十几年，美国6 5 0 0 个填埋场将有5 0 0 0 个被关 闭。 污泥回用于农田是英、美、法等国污泥处置的发展方向，城市污泥的农用率 在7 0 以上，有的高达8 0 以上。表2 1 为1 9 9 8 年世界主要国家污泥产量和处鼍 状况。 表211 9 9 8 年世界主要国家污泥产量和处置状况( 5 产量( 于污泥)处置方法p o 国家 x 1 0 6 t ( 固体) a l 土地利用陆地填埋焚烧其他 奥地利3 2 0 1 35 63 l0 比利时7 53 1 5 694 丹麦1 3 0 3 73 32 82 法国7 0 05 05 00 o 德国( 西德)2 5 0 0 2 56 31 2o 希腊1 5 39 700 爱尔兰2 4 2 81 8o5 4 意大利 8 0 03 45 51 10 卢森堡1 58 l1 80l 荷兰2 8 24 45 330 葡萄牙2 0 0 8 01 307 西班牙 2 8 0l o5 01 03 0 瑞典1 8 0 4 55 5oo 瑞士2 1 55 03 02 00 英国( 1 9 9 1 年)1 1 0 75 5873 0 美国 6 9 0 04 l1 72 22 0 日本1 7 l 93 65 5l 重庆大学硕士学位论文 由表2l 可以看出：大部分欧洲国家的污泥以填埋为主；美国和荚国的污泥以 农用为主；日本的污泥则以焚烧为主 而我国污泥处置大部分以农用、简易填埋 处理为主。 总之，污泥农用和陆地填埋是大多数国家污泥处置的两种最主要方法，农用 和陆地填埋方案的选择很大程序上取决于各国政府有关的法律、法规和污染控制 状况：同时也与国家的大小和农业发展情况有关1 6 j 。 近年来，随着污泥农用标准( 如合成有机物和重金属含量) 日益严格的趋势， 许多国家，如德国、意大利、丹麦等污泥农用的比例不断降低，而污泥填埋的比 例有增加的趋势【”。但也有一些国家，如美国、英国和日本等污泥农用的比例呈增 加趋势，填埋呈减少趋势。 总体上看，欧美发达国家污泥填埋呈下降趋势，污泥利用和焚烧呈上升趋势。 2 。2 2 各国污泥处理处置标准 制定污泥利用标准应当根据土地利用情况、取样深度以及土壤p h 值等因素进 行调整。欧、美国家根据各自具体情况制定了城市污泥土地利用技术标准。 英国的标准主要包括污泥中各项有毒有害物质、p h 值指标、污泥无害化、卫 生化、稳定化处理后各项指标值、土地类型及其性质的测定、处理后污泥的土地 使用范围。 美国联邦政府对城市污泥土地利用有严格的规定，在有机固体废弃物( 污 泥部分) 处置规定中，将污泥分为a 和b 两大类：经脱水、高温堆肥无菌处理 后，各项有毒有害物质指标达到环境允许标准的为a 类，可作为肥料、园林植土、 生活垃圾填埋覆盖土等：经脱水或部分脱水简单处理的为b 类污泥，只能林业用 土，不直接用于改良粮食作物耕地。自从1 9 9 2 年以来美国没有污泥倾倒入海洋， 这是符合1 9 8 8 年制定的禁止污泥海洋倾倒公约的。许多将污泥倾倒入海洋的 城市与其他城市联手将污泥制成土壤调理剂和肥料，以便用于农业土地和庭院。 为了避免污泥的负面效应，美国对应用于土地的污泥中化学物质进行了一些限制， 这些限制源于化学物质从修复的土壤向植物、动物和人类迁移的1 4 条途径的冗长 的风险评价。如缸、c d 、p b 、h g 和s e 的浓度是为防止直接吸入污泥的儿童患病 而制定的。对于这些元素，以其他到达人类的途径和对动物和植物的所有影响作 为这些化学物质的浓度上限；对c r 、c u 、n i 、z n 的浓度限制则是为防止其对作物 的毒性而制定的。部分有机物的限制也加以考虑，因为这些物质已经被美国禁用 或被调查监测到已超过了接受限。 而荷兰、丹麦等国沙质土壤的高渗透性亦需要严格控制污泥中的金属含量， 从丽限制了污泥农用处置方式的应用，欧共体及其成员国都对回用于农田的污泥 所含重金属作了严格的限制。 1 2 2 污泥处置方式调研 表22 农用污泥的重金属含量指标 t a b l e 22t h eh e a v ym e t a lc o n t e n ti n d e xs i g no fs l u d g ef o ra g r i c u l t u r e 金属种类欧共体新西兰德国丹麦挪威 c r ( n a g & g ) 7 5 9 0 0 l o o 1 0 0 z n ( m g k g ) 1 5 0 3 0 0 3 0 02 0 0 0 2 5 0 04 0 0 08 0 0 c uc n a g k g )1 0 0 0 1 5 0 0 7 58 0 01 0 0 01 0 0 0 n i ( m g k g ) 3 0 0 4 0 0 3 02 0 03 05 0 c d ( m k g ) 2 0 4 0 l2 55 1 00825 p b ( m g k g ) 7 5 0 1 2 0 0 1 0 09 0 01 2 08 0 h g ( 峨) 1 6 2 5 07 58o83 由表22 说明欧共体的成员国污泥利用标准是不同的。1 9 8 6 年6 月1 2 日，欧 共体通过了“欧洲议会环境保护、特别是污泥农用土地保护准则”。目前，欧洲委员 会正在考虑对重金属和可能的有机污染物进行限制，几个成员国已经建立了更为 严格的污泥重金属含量的限制，一些国家己经引进了污泥中有机污染物含量的限 制f 8 】a 德国1 9 7 2 年6 月通过了第一部废物处置法，于1 9 8 2 年1 月1 5 日在废物处置 法下通过了一项有关农业、林业及园艺用地上使用污泥的法律条令；1 9 9 2 年4 月 1 5 日对其进行了修改；1 9 9 4 年7 月8 日又通过了物质循环管理垃圾法，并 于1 9 9 6 年9 月生效。 欧盟成员国污泥污染调查结果显示：重金属使用越少，污泥污染越小，因此， 越有利于污泥的循环利用【9 】。增加污泥作为肥料的旌用需要考虑农业土地污染不会 影响食物质量，也不能导致环境破坏。 我国关于污水处理厂污泥处理处置国家标准有农用污泥质量标准 ( g b 4 2 8 4 8 4 ) 及部级标准城市污水处理厂污水污泥排放标准( c j 3 0 2 5 - - 9 3 ) ， 此外，新的城镇污水处理厂污染物排放标准也于2 0 0 3 年7 月正式实施。 2 2 3 美国污泥处置概况 美国经济发达，污水厂数量多，主要的污泥处置技术都有应用。据美国环保 署估算，1 9 9 8 年全美干污泥产量69 x 1 0 6 t ，预测2 0 0 5 年美国干污泥产量将达到 76 x 1 0 6 t ，2 0 1 0 年将达到8 2 x 1 0 6 t ，污泥产量将增加1 9 ，表2 3 即为1 9 9 8 年以后 美国污泥产量和处理状况的预测。 表2 3 美国污泥产量及其预测【1 0 重庆大学硕士学位论文 t a b l e 23t 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 i lt h eus 年份年 1 9 9 82 0 0 02 0 0 5 2 ( 2 l o 污泥利用及处置 土地利用 2 8 3 l 3 4 3 9 有益利用 先进处理 0 80911l 于污泥) 1 0 6 i 其他有益利用 o 5o50 6 0 7 小计4 + 14 555 7 地表处置陆地填埋 121 0 8i o 处置( 百万吨)焚烧 15l615l5 ( 干污泥) 其他ol0l0 l0 1 小计2 87l7 68 2 总计，x 1 0 h6 97 17 582 1 9 9 6 年美国大城市污水机构协会对其1 5 2 个成员进行了污水污泥质量调查 1 1 1 ，这是自1 9 9 3 年美国环保局执行4 0 联邦法规全书5 0 3 卷污水污泥规则以来，首 次进行的国家污泥质量调查。卷5 0 3 中的控制痕量金属浓度1 2 】，见表2 4 。 表2 4 卷5 0 3 中的控制痕量金属浓度( m g 忏k g ) t a b l e 2 4t h et r a c em e t a lc o n c e m t r a t i o ni no o n t r o dw i t h , 0 1 5 0 3 金属元素卷s 0 3 优质污泥限制 卷5 0 3 最高浓度限制 砷a s4 l7 5 镉c d 3 98 5 铜c u1 5 0 04 3 0 0 铅p b3 0 08 4 0 汞h g 1 75 7 钼m o7 57 5 镍n i4 2 0 4 2 0 硒s el o o1 0 0 锌z n2 8 0 0 7 5 0 0 在主要方法中，填埋约占4 2 。美国环保局估计，随着可填地的机会越来越 少，以后几十年中，污泥填埋处理方法会急剧减少。必须寻找其它方法来处置污 泥。1 9 9 5 年以来，约有3 0 座污泥干化装置被计划或安装，污泥填埋的比重下降， 污泥干化利用呈上升趋势【1 3 i 。 8 9 年初美国环保局提出了生活污水厂污泥处理和利用法则，该法则包括五个 1 4 2 污泥处置方式调研 处理方法：( 1 ) 土地应用：( 2 ) 出售；( 3 ) 填地； ( 4 ) 场地表面处理； ( 5 ) 焚烧。 1 9 9 8 年美国加利福利亚州对全卅f2 3 6 个污水处理厂污泥处置情况进行了大规模调查f l ， 调查结果显示，土地利用已经代替土地填埋作为加州最广泛采用的生物固体管理方法，占 6 12 0 0 。而土地填埋是1 9 9 1 年调查中最广泛采用的处置方法，占4 53 ，也是1 9 9 3 年的主要 选择。土地填埋在1 9 8 8 年至1 9 9 8 年间下降了3 1 9 ，而土地利用在1 9 8 8 年至1 9 9 8 年间增加 了4