（市政工程专业论文）卧式螺旋式污泥好氧动态堆肥装置试验研究.pdf

中文摘要 摘要 城市污水处理厂污泥是污水处理的必然产物，产量大，性质复杂，其中含有 许多有用物质，也含有大量有毒有害物质。为了保证污水处理厂的正常运行和处 理效果，防止二次污染，必须对污泥进行处理处置。本文系统回顾了国内外污水 厂污泥的处理和处置技术与发展趋势，详细介绍了污泥堆肥技术，并在此基础上 提出了污泥好氧动态堆肥的课题。 本试验以重庆市唐家桥污水处理厂为依托，采用自行设计的卧式螺旋式污泥 好氧堆肥装置，利用间歇式动态工艺，以木屑为调理剂，对厌氧消化污泥进行了 中温堆肥的试验研究。通过控制各组堆肥的含水率、物料配比和通气量，重点探 讨各种条件下堆体温度、有机物去除和p h 、t n 、有机c 变化的关系，得出了如下 结论： 1 、在适宜的含水率、物料配比和通气量下，污泥堆肥能够顺利进行，堆肥周 期为8 天，有机物去除率约1 8 2 0 。 2 、堆料的含水率能极大地影响污泥堆肥的过程，本装置适宜的初始堆肥含水 率为5 0 6 0 ，在同等通气条件和物料配比下，在一定范围内，物料含水率越高， 堆体温度越低，对有机物的降解也越不利。 3 、物料配比能极大地影响污泥堆肥的过程，当污泥：木屑= 1 0 ：1 0 1 5 时， 可达到较高的有机物去除率，但考虑到物料沿螺旋推进时的机械能耗，本装置适 宜的物料配比为污泥：木屑= 1 0 ：1 0 ( 湿重比) 左右。在同等的通气条件下，在 一定的物料配比范围内，调理剂的比例越高，水分的去除就越多：堆温上升速率 越快，堆温也越高：也越有利于有机质的降解。 4 、通气量能极大地影响污泥好氧堆肥的过程，为了达到较高的堆体温度和较 大的有机物去除率，该螺旋式污泥好氧动态堆肥装置适宜的通气量为 6 7 胡3 m 3 h t 。通气量过大或者不足都将减缓堆体的升温速率，降低堆体温度， 从而降低有机物的去除率。 关键词：污水污泥，螺旋式装置，好氧堆肥，间歇动态，一次发酵 茎茎垫墨 _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ - 。_ i - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。1 。1 一 a b s t r a c t t h es e w a g es l u d g ew i t hah i 曲v o l u m ea n dc o m p l i c a t e dc h a r a c t e r i s t i c si s t h e n e c e s s a r yp r o d u c t o f w a s t e w a t e rt r e a t m e n ta n ds h o u l db et r e a t e da n dd i s p o s e dt op r o t e c t f r o ms e c o n d a r yp o l l u t i o na n dt oe n s u r et h et r e a t m e n te f f e c t ，b e c a u s eo f m a n y t o x i ca n d h a r m f u ls u b s t a n c e sp r e s e n ti n h o w e v e r , i ta l s oc o n t a i n ss o m ek i n d so fu s e f u lm a t t e r s t h a tc a nb em u s e d i nt h i sp a p e ri n t e r n a t i o n a la n dd o m e s t i cs e w a g es l u d g et r e a t m e n ta n d d i s p o s a lt e c h n o l o g i e s a n dd e v e l o p m e n tt r e n dw e r er e v i e w e d s y s t e m a f i c a l l y ，a n d c o m p o s t i n gt e c h n i q u e s w e r ep a r t i c u l a r l yi n t r o d u c e d o nt h i sb a s i s ，t h ep r o b l e mo f a e r o b i cd y n a m i c c o m p o s t i n gt e c h n i q u e so f s e w a g es l u d g ew e r ep u tf o r w a r d ah o r i z o n t a ls p i r a ld e v i c ef u ra e r o b i cc o m p o s t i n gw a sd e v e l o p e d b yu s i n gt h i s d e v i c e , ap i l o t s c a l et e s t0 1 1t r e a t i n ga n a e r o b i cd i g e s t e ds e w a g es l u d g e ，f r o mc h o n g q i n g t a n g j i a q i a os e w a g es l u d g et r e a t m e n tp l a n t , w a sc a r r i e do u t , e m p l o y i n g t h et e c h n i q u e o f b a t c h - d y n a m i cc o m p o s t i n g 谢mw o o d d u s ta sa m e n d m e n ta tam o d e r a t e t e m p e r a t u r e t h ep i l et e m p e r a t u r e ，o r g a n i cm a t t e r , p hv a l u e ，t o t a ln i t r o g e na n do r g a n i cc a r b o nw a s m a i n l yi n v e s t i g a t e d i nv a r i o u sc o n d i t i o n sw h e nt h em o i s b a r ec o n t e n t s ，t h er a t i oo f s e w a g es l u d g e t ow o o dd u s ta n dt h ea e r a t i o nr a t ew e r ec o n t r o l l e di nac e r t a i nr a n g e t h e m a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s 1 t h ee o m p o s f i n go fs e w a g es l u d g ec a r lb es u c c e s s f u l l yc a r r i e do u tw h e nt h e m o i s t u r ec o n t e n t s ，t h er a t i oo fs e w a g es l u d g et ow o o dd u s ta n dt h ea e r a t i o nr a t ea r e a p p r o p r i a t e t h ec o m p o s t i n gc y c l ea r ee i g h td a y s ，a n dt h er a t i oo fo r g a n i cs u b s t a n c e w i p e d o f f i s1 8 - - 2 0 2 m o i s t u r ec o n t e n t sc a no b v i o u s l yi n f l u e n c et h e p r o c e s s o fc o m p o s t i n g ，t h e a p p r o p r i a t em o i s t u r ec o n t e n t sa l e5 0 - 6 0 f o rt h i sd y n a m i cd e v i c e t h el 】j g h e rt h e m o i s t u r ec o n t e n t si nac a r t a l l tr a n g e ，t h el o w e rt h et e m p e r a t u r eo ft h ec o m p o s t i n g p i l e ， t h el o w e rt h er a t i oo f o r g a n i cm a t t e r sd e c o m p o s e dw h e nt h er a t i oo fs e w a g es l u d g et o w o o dd u s ta n dt h ea e r a t i o nr a t ea l es a m e 3 t h er a t i oo f s e w a g es l u d g et ow o o dd u s tc a no b v i o u s l yi n f l u e n c et h ep r o c e s so f c o m p o s t i n g , w h e ni ti s1 0 ：1 0 1 5 ，t h er a t i oo fo r g a n i cm a t t e r sd e c o m p o s e dt ot o t a l o r g a n i cm a t t e r si sr e l a t i v e l yh i g h t h ea p p r o p r i a t er a t i oo f s e w a g es l u d g e t ow o o dd u s ti s 1 0 ：1 0 1 5f o rt h i sd y n a m i cd e v i c ei nv i e wo f t h ee n e r g yc o n s u m e dw h e nt h em i x e d m a t t e r sg of o r w a r da l o n gt h eh e l i xa x i s t h eh i g h e rt h er a t i oo f w o o dd u s ti nac e r t a i n r a n g e ，t h em o r e t h em o i s t u r ec o n t e n t sw i p e d o f f , t h ef a s t e rt h es p e e do f c e m p o s t i n gp i l e i i i t e m p e r a t u r er i s e ，t h eh i g h e rt h et e m p e r a t u r ea n dt h e l _ n o r eo r g a n i cm a t t e r sd e c o m p o s e d w h e nt h ea e r a t i o nr a t ea n dm o i s t u r ec o n t e n t sa r es a m e 4 a e r a t i o nr a t ec a no b v i o u s l yi n f l u e n c et h ep r o c e s so f c o m p o s t i n g , t h ea p p r o p r i a t e a e r a t i o nr a t ei s6 7 胡3 m 3 h tf o rt h i sd y n a m i cd e v i c et oa c h i e v eah i 曲c o m p o s t i n g p i l et e m p e r a t u r ea n dr a t i o o fo r g a n i cm a t t e r sd e c o m p o s e d s u p e r f l u o u sa n ds c a n t y a e r a t i o nr a t ew i l ls l o w e rt h es p e e do f r i s i n go fc o m p o s t i n gp i l e ，r e d u c et h et e m p e r a t u r e a n dr e d u c et h er a t i oo f o r g a n i cm a t t e r sd e c o m p o s e d k e y w o r d s ：s e w a g es l u d g e ，s p i r a ld e v i c e ，a e r o b i cc o m p o s t ，b a t c h - d y n a m i c ， i v 1 绪论 1绪论 1 1 污水厂污泥的处理处置是我国亟待解决的问题 近年来，随着我国经济的高速发展及环保意识的增强，大量新建的城市污水 处理厂在不断的投入运行。据1 9 9 0 年6 月在天津召开的城市污水处理厂污泥处理 与处置研讨会所发的会议纪要中指出：“我国己建成7 8 座污水处理厂，日处 理能力为3 3 0 余万吨，处理率仅达2 9 。污水处理中的污泥稳定处理设施还不到 1 1 0 。 据2 0 0 0 年的统计，我国已建成城市污水处理厂3 0 0 余座，日处理污水8 0 0 余万吨，处理率为8 一1 d 。而到2 0 0 2 年底，全国已建成运转的城市污水处理 厂约4 2 7 座，年处理能力为1 1 3 6 亿立方米+ 2 1 。根据预测，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 8 一d “。 随着污水处理率的提高，污水厂污泥产量也不断增加，污泥的处理处置问题 愈加突出。截止1 9 9 0 年，我国年排放干污泥2 0 万吨，湿污泥约3 0 0 万吨；2 0 0 0 年，全国日产湿污泥1 万余吨；2 0 0 2 年底全国城镇污水处理厂产生干污泥约1 8 0 万吨年( 含水率为8 0 的污泥约9 0 0 万吨) ；预计未来五年内，每年将产生干污泥 5 4 0 万吨( 含水率为8 0 污泥约2 7 0 0 万吨) 。1 ：现有污水处理设施中有污泥稳定处 理设旌的还不到1 4 ，现有污泥消化池能够正常运行的为数也不多，有些根本就没 有运行。3 。大量未经处理的污泥没有正常的出路，已成为污水处理厂的沉重负担。 污水处理厂一直以来执行g b 8 9 7 8 污水综合排放标准，该标准中没有污泥控制 指标，直接导致了各级领导和污水厂对污泥处置的不重视，甚至对污泥去向不管 不问。有的城市大量脱水污泥打游击一样找地方外运，运输距离几十公里甚至一 百多公里，还要选择好运泥路线，以避免运泥卡车被沿途扣留。有的城市不具备 远距离外运的条件，污泥随意抛掷，很容易造成污染，正是污水厂辛辛苦苦将污 染物分离，而污泥的不当处置又将其重新混合。这些没有得到有效处理和处置的 污泥，含有大量病原菌、寄生虫( 卵) ，铜、锌、铬、汞等重金属、盐类以及多 氯联苯、二恶英、放射性核素等难降解的有毒有害物，直接排放于环境，将造成 严重的二次污染。 因此，为了保护环境，保护人们的健康，污泥的处理处置已成为我国急需亟 待解决的问题。国家环保总局发布的g b1 8 9 1 8 - - 2 0 0 2 城镇污水处理厂污染物排 放标准于2 0 0 3 年7 月1 日开始实施，特别增加了污泥控制标准的内容，要求城 镇污水处理厂的污泥应进行稳定化处理，并提出了稳定化控制指标；提出了农用、 卫生填埋等污泥的处置方法，并对污泥农用时污染物，尤其是重金属的控制标准 重壅查堂堡主兰竺丝茎 限制提出要求。各城市开始重视污泥问题，因地制宜，纷纷开始制定有关规划 积极探索妥善解决污泥问题的有效途径。 1 2 本研究的目的意义和研究方法 三峡工程蓄水后，将发挥极大的航运、防洪和拦沙效益，这对库区水污染控 制及水环境保护也提出了更高要求。三峡库区的水环境保护己成为我国及世界关 注的重大环境问题之，引起了国家高度重视，并投入巨资予以治理。重庆主城 区排水工程是重庆市利用世界银行贷款工程总项目中的一个重要组成部分，是综 合治理三峡库区污染的主要措施之一。重庆主城区排水工程包括：建设约7 8 公里 的排水主干管和两座大型污水处理厂( 唐家沱和鸡冠石) 。据重庆日报报道，该工 程将于2 0 0 4 年底提前完成，届时，唐家沱和鸡冠石两个污水处理厂日处理污水能 力将达到1 5 0 多万吨，使主城区的生活污水处理率提高到6 0 以上；到2 0 1 0 年， 重庆市城市污水处理率可达9 0 以上。这固然对于解决库区的水污染问题有着积 极的作用，但是一个潜在的问题也会随之产生，朝污水污泥的处理和处置问题。 这些污水厂全部投产后，在处理污水的同时会产生大量的污泥( 仅唐家沱和鸡冠 石两座污水处理厂每天就将产生1 2 0 吨干污泥，若含水率为8 0 ，则污泥量达到 6 0 0 吨) 。本课题研究的目的就是利用污泥中含有的大量有机物和营养元素，通过 有效的营养源配伍，使之用于农业或绿化，对污泥进行处理和处置。 本课题在总结前人研究成果的基础上，分析污泥有效成分和性质，自行设计 试验模型，在实验室里进行污泥动态堆肥处理试验，得出动态堆肥的性能、影响 因素、主要运行参数和操作条件，为该技术的工程应用提供科学依据。 2 2 城市污水污泥处理与处置技术及研究进展 2 城市污水污泥处理与处置技术及研究进展 2 1 污泥的定义、分类与性质 2 1 1 污泥的定义 污泥是废水处理过程中产生的沉淀物质，它包括混入生活污水和工矿废水中 的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物、各种胶体、有机质及 吸附的金属元素、微生物、病菌、虫卵等物质的综合固体物质，简单地说，它是 污水的固体部分。污泥量通常占污水量的o 3 o 5 ( 体积) 或者约为污水处理 量的1 2 ( 质量) ，如果属于深度处理，污泥量会增加0 5 l 倍n ，。 2 1 2 污泥的分类 城市污水处理厂在污水处理过程中，从污水中分离出来的污泥，根据其产生 的来源和处理程度，可分为如下几类”6 1 ： 初次沉淀池污泥( p r i m a r ys e t t l i n gs l u d g e ) ：指污水一级处理过程中产 生的污泥，如初次沉淀池中截留的污泥，包括用药剂沉淀下来的污泥； 生物处理污泥( b i o l o g i c a ls l u d g e ) ：在生物二级处理过程中，由污水中悬 浮状、胶体状的有机污物组成的活性物质，这种生物活体物质中的大部分固体是 由细菌块( 或菌群) 组成的。按其处理工艺的不同，又可进一步分为生物膜污泥 ( b i o f i l ms l u d g e ) 和活性污泥( a c t i v a t e ds l u d g e ) 两种； 生污泥( r a ws l u d g e ) ：尚未进入污泥处理系统处理的污泥，主要是从沉 淀池( 初次沉淀池和二次沉淀池) 排出的沉淀物或悬浮物： 消化污泥( d i g e s t e ds l u d g e ) ：生污泥经消化处理后得到的污泥，亦称熟 污泥； 深度处理污泥：指污水深度处理( 或三级处理) 产生的污泥。 2 1 3 污泥的组成和性质 污泥中含有植物生长发育所需的氮、磷、钾及维持植物正常生长发育的多种 微量元素和能改良土地结构的有机质，同时也含有病原菌、寄生虫( 卵) 、重金属 及某些难降解的有机毒物。由于污水来源、污水处理厂处理工艺和季节的不同， 污泥的组成差异较大。表2 1 为城市污水污泥的一般组成和性质”1 。 同欧美等国家相比，我国城市污水污泥中有机物含量低，其中碳水化合物含 量高而脂肪含量低，污泥的p h 值和酸碱度适中，重金属含量较高。因此在进行污 泥的处理处置时，不能一成不变地照搬国外的模式，应根据自身特点加以选择和 修正。 重庆大学硕士学位论文 表2 1 污泥的组成和性质 指标初沉池污泥 活性污泥 消化污泥 感官特征灰色，粘性，有恐臭 褐色，呈絮状，无恶臭黑褐色，完全消化时无恶臭 比重 1 0 21 0 0 5 p h5 0 5 8 6 5 8 06 5 7 5 # 总固体( ) 2 p 8 0 6 0 1 2 0 女挥发性固体6 0 ，0 - 8 0 0 6 1 p 7 5 03 0 ，0 - 5 0 0 总灰分( ) 2 0 0 q 0 02 5 0 门9 0 4 0 0 7 0 0 油脂( 乙醚溶解物) ( 蚰 6 o 一3 0 05 o - 1 2 00 o _ 2 0 0 蛋白质( ) 2 0 o 一3 0 03 2 0 - 4 1 01 5 0 2 0 0 氮( ) 1 5 6 02 4 6 71 6 - 6 ，0 磷( p 2 0 5 ) ( )0 1 8 3 02 8 一1 1 0 1 5 - 4 0 钾( k 。0 ) “)0 0 - 1 0 0 5 - 0 70 0 - 3 0 # 纤维素( ) 8 0 - 1 5 07 080 1 5 0 十半纤维素 3 2l _ 6 术质素( ) 5 88 4 c o d v s s1 2 一1 62 1 7 b o d , v s so 5 1 1 有机酸( h a c ) ( m g 几)2 0 0 2 0 0 01 0 0 6 0 0 碱度( c a c o ，) ( m g l ) 5 0 0 一1 5 0 02 5 0 0 - 3 5 0 0 注：一表示占污泥的百分数；一表示占污泥干固体的百分数 2 2 污泥处理与处置的基本方法 污泥处理与处置的目的主要有四个；一是稳定化，通过处理使污泥停止降解， 使污泥稳定化，从而避免二次污染；二是无害化，杀灭寄生虫卵和病原微生物； 三是减量化，减少污泥最终处置的体积，降低污泥处理及最终处置费用；四是资 源化和最终处置，在处理污泥的同时实现化害为利、循环利用、保护环境的目的。 污泥的处理处置都是由各个基本的操作单元组成的，常见的操作单元如：浓 缩、消化、前处理、脱水、干燥、焚烧、填埋、投海、资源化、农用等。若将这 些单元操作加以不同的组合，就产生了各种不同的污泥处理处置路线。在实际中 究竟采用何种方法需要根据污泥的性质、成分、技术水平、当地条件和晟终处置 的方式来决定。污泥处理处置工艺选择详见图2 1 。 4 2 城市污水污泥处理与处置技术及研究进展 初次沉淀污泥二次沉淀污泥( 剩余污泥) 上 上 l污栊球娟( 重力承稍、删l 舷承鞠茁) 上 污 l强化自生喜温好氧分解 污泥稳定( 好氧稳 定、厌氧稳定) 泥 污泥调理( 化学调理、物理调理、热工调理) 处 0 理 污泥机械脱水 工上上 i污泥堆肥 污混热千化污泥其 l ( 部分千化、完全千化) 他处理 0 j r 污拢 污泥消毒 焚烧 污泥焚烧 ， j r 、， 上 ， ， 上上 、 农业污泥塘卫生农业为再利用其他资源1 利用储泥池填埋利用临时填埋化利用 l 污泥处置l 图2 i 污泥处理处置工艺选择图 f i 9 2 1t e c h n i q u ec h o i c eo f s l u d g et r e a t m e n ta n dd i s p o s i t i o n 2 2 1 污泥处理的基本方法 污泥处理即采用物理、化学和生物方法使污泥晟终达到稳定化、无害化和减 容化。 污泥稳定方法 来自污水处理厂初次沉淀池和二次沉淀池( 剩余活性污泥或者生物滤池污泥) 的混合污泥通常含有6 0 8 0 的有机物，如碳水化合物、脂肪、蛋白质，而且还 含有大量的多种微生物，这种污泥在堆放时极易自发地进行不希望的厌氧生物反 应，产生异味并导致污泥脱水性质恶化。污泥稳定化处理的目的就是：通过处理 避免发生不希望的生物反应或者使生物反应朝着希望的方向进行；改善污泥的脱 水性质、减少污泥量；为能够用于农业、林业和城市绿化或者为垃圾填埋场最终 处鼍创造条件，稳定化是污泥处理工艺中的关键环节和主要目的，稳定的方法有 生物稳定法( 好氧消化、厌氧消化、污泥堆肥等) 和化学稳定法( 加氯稳定、石 重庆大学硕士学位论文 灰稳定等) 。各种稳定方法详见表2 2 。 1 ) 厌氧消化 表2 2 圬泥稳定和无害化的主要方法 t a b 2 2 m a i nm e a l l st os l u d g e ss t a b i l i z a t i o n 处理方法目的和作用 说明 厌氧消化是在无氧和一定温度的情况下，污泥通过厌氧微生物的 生 厌氧消化稳定、减少质量 作用使部分有机物分解成为沼气等产物。达到稳定的目的。 物 在有氧的情况下污泥通过好氧微生物的作用使有机物进一步分 好氧消化稳定、减少质量 解，达到稳定的目的。 稳 污泥堆肥是利用微生物的作用，有控制的促进可被生物降解的有 堆肥稳定、灭菌、减量机物向稳定的腐殖质转化的生物过程 定 如氯稳定稳定、灭菌 用高剂璧的氯气与污泥接触以对其进行化学氧化，达到稳定和灭 化学 将足够量的石灰加入污泥中使污泥p h 1 2 并保持一段时间，利 菌的日的。 稳定 石灰稳定稳定、灭菌 用强碱性和石灰放出的大量热能杀灭病原体、降低恶臭和钝化重 金属 厌氧消化法是目前欧洲国家的污水处理厂普遍采用的污泥稳定方法。英国在 上世纪2 0 年代首次开发出高温厌氧消化( 4 5 5 5 ) 方法，但由于其能耗比中温 消化( 3 0 3 5 ) 高，工艺过程稳定性低，因而影响了普及率，故污泥的厌氧消化 工艺以中温消化最为常用。污泥经消化后可达到很好的稳定效果，对病原菌也有 相当的杀灭作用。污泥中温厌氧消化工艺能耗低，而且在处理过程中产生的沼气 可用来发电或厂内供热。但由于厌氧消化处理系统初期投资大，且设备多，管理 复杂，操作水平要求高，同时只有在消化池沼气产量大的情况下才能降低运行成 本，所以只适用于大型污水处理厂。 2 ) 好氧消化 污泥的好氧消化即是在不投加底物的条件下，对污泥进行较长时间的曝气， 使污泥中微生物处于内源呼吸阶段进行自身氧化，微生物机体的可生物降解部分 ( 约占m l v s s 的8 0 ) 被氧化去除。与厌氧消化相比，污泥的好氧稳定具有投 资低、运行安全可靠等优点。缺点是能耗大，污泥稳定效果受温度的影响，且稳 定后脱水性能的变化目前尚有争议。故一般只限于小型污水处理厂。 3 ) 堆肥与好氧喜温分解 随着技术的发展，对于经过处理后的污泥能够在农业、林业、城市绿化中加 以利用时，采用堆肥、好氧喜温分解等处理措施进行污泥处理，对于我国解决污 泥问题不失是一种良策，它既解决了污泥的稳定，也解决了污泥无害化问题，而 且产品成为可资源化利用的生物有机肥料。 污泥堆肥是利用微生物的作用，有控制的促进可被生物降解的有机物向稳定 的腐殖质转化的生物过程。1 ，即在污泥中加入一定比例的膨松剂和调理剂( 如秸杆、 6 2 城市污水污泥处理与处置技术及研究进展 稻草、木屑或生活垃圾等) ，使微生物群落在潮湿环境下对多种有机物进行氧化分 解并转化为类腐殖质。研究表明，经过堆肥的污泥质地疏松，阳离子交换量显著 增加、容重减小、可被植物利用的营养成分增加、病原菌和寄生虫卵几乎全部杀 灭。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， 这些方法在不断发展和完善。发达国家多采用现代工业化的发酵仓工艺。国内唐 山、常州等地也采用发酵仓处理污泥。污泥堆肥在美国、德国、荷兰等发达国家 大多由污水厂出资，国家资助并交专业公司承包经营，堆肥产品作为商品出售。 强化自生喜温好氧分解工艺是在有氧的条件下，依靠喜温好氧菌的代谢来进 行的。其工艺是将污水处理厂生物污泥经过匀浆化，并根据不同物质的比重分离 出小杂物和不能匀浆化的杂物，控制匀浆中的固体含量在8 左右，这样污泥经过 机械浓缩即可。匀浆化的污泥在一级发酵罐内进行发酵，通过外加水蒸气加热升 温到5 5 ，在一级发酵罐中装有曝气装置和机械搅拌装置，升温后的匀浆送n - 级发酵罐。5 5 的匀浆在二级发酵罐中接种发酵，难降解的部分送到残余物处理 系统。在发酵初期，由于喜温好氧菌尚未形成生长优势。发酵罐内温度略有下降， 随后逐渐上升。嗜热菌的酶类在5 5 被迅速激活，快速利用有机质进行新陈代谢， 生长繁殖。由于新陈代谢的进一步加强，代谢产生的热量使反应温度继续上升， 直到有机质被完全降解。发酵过程中，二级发酵罐内的温度可达8 5 。整个发酵 过程耗时4 8 7 2 小时。5 的成熟发酵液被用于下次发酵的种子发酵液，其它部分 制成有机肥料。二级发酵罐内也设有浆叶式曝气装置，用来提供微生物所需要的 氧量。成熟的发酵液，经过筛网过滤，将细小的杂物分离出来，经过固液分离， 固体部分经过脱水、干燥、造粒，包装后成为固体肥料。液体则经过沉淀、蒸发 和浓缩，装瓶后成为液体肥料。 4 ) 其他稳定方法 污泥的其他稳定方法，如石灰处理只占污泥处理的- - + 部分。生石灰处理在 稳定污泥和改善污泥性能上有很好的效果，而且研究还发现“：在污泥中混入1 0 的生石灰( 8 5 c a 0 ) 处理三个月，可使蛔虫卵完全失去孵化能力。而目前采用 该法较少的原因，一方面是石灰处理不能降解污泥中的有机物，另一方面是增加 了污泥的量和p h 值，这对于处理后污泥的土地利用会产生不良的影响，如增加农 田土壤的碱性。 污泥无害化 污泥无害化处理往往包括在稳定处理之中，无害化处理的目的是去除、分解 或者“固定”污泥中的有毒、有害物质( 重金属、有机有害物质) 及消毒灭菌， 使处理后的污泥在污泥最终处置中不会对环境造成危害。实际中如果完全去除污 重鏖查茎堡主堂堡丝苎 一 泥中的有毒、有害物质是非常困难的，代价也是昂贵的。要减少污泥中有毒、有 害物质的影响，首先是对污水处理厂进水严格的管理；其二通过污泥处理措旌使 其分饵而减量：其三是通过技术措施“固定”有毒、有害物质，使其“钝化”， 保证污泥在进行处置时，对自然环境中不产生危害。如果污泥被进行利用时，从 公共环境卫生的角度出发，要求于各种病原体的接触最少。主要灭菌的方法有加 热巴氏灭菌、加石灰、长期贮存( 2 0 。c ，6 0 天) 、堆肥( 5 5 。c ，大于3 0 天) 、加氯 或者其它药品。厌氧和好氧消化( 不包括高温消化) 可以大大减少病原体的数量， 但不能够使污泥消毒。厌氧和好氧消化后的污泥，若要消毒宜采用脱水前的热工 调理，或者巴氏灭菌或者长期贮存。脱水后的污泥可采用长期贮存，或者结合利 用采用堆肥法灭菌。 总之，污水污泥的减害化、稳定化处理方法很多，不同方法各有优缺点，表 2 3 给出了不同方法的比较“。结合我国国情，考虑到对污水污泥稳定处理后的土 地利用，把污泥进行堆肥处理是比较恰当的。 表2 3 污泥各种不同减害化、稳定化方法的有效性比较 t a b 2 3 c o m p a r eo f v a l i d i t yo f v a r i o u sm e a n s t os l u d g e ss t a b i l i z a t i o n 有效性 方法 气味减少痛原菌破坏有毒成分除去脱水性能改进 需氧消化 b l c 厌氧消化0 石灰水处理 d 生石灰处理 + t d 堆肥化 污泥池堆放 o0 o c 氯气处理0 辐射处理 o00 巴氏消毒0 干燥0n a 。 需氧消化 p l c 注：a - 一负效应0 一不报有效+ 一有效果h 报有效b ：除运河上部清液c ：仅在沙床上进行 d 减少可溶性金属e ：n a 不可用 污泥减量化的方法 污泥减量化分为质量的减量和体积的减量，前者包括稳定和焚烧，后者主要 是指通过浓缩、脱水、干化使污泥含水率降低( 体积的减量化) 的过程。由于污 水处理厂污泥是由液体和固体两部分组成的悬浮液，所以污泥处理最重要的步骤 ! 苎塑翌查受塑竺堡兰竺墨堇查垦婴茎鲎壁 就是分离污泥中的水分以减少污泥的体积，为污泥的输送、消化、脱水和进一步 综合利用创造条件。 1 ) 污泥浓缩 污泥浓缩是污泥处理过程中提高污泥固体物浓度或固液分离率，实现污泥减 量化的重要步骤和有效方法。污泥浓缩的主要方法有重力浓缩和机械浓缩。重力 浓缩是目前普遍采用的污泥浓缩方式，重力浓缩后的污泥含固率仍然比较低，特 别是剩余污泥，一般不超过4 。随着污水排放标准的不断提高和二级生物处理工 艺的不断发展，污水处理过程中所产生的污泥成分也发生了变化。当污水进行硝 化反应而没有进行反硝化或者不完全反硝化反应，在重力浓缩池中由于长时间的 厌氧环境会使污水污泥悬浮液中的硝酸盐氮还原为氮气，大量的气泡上升影响浓 缩效果。当污水进行生物除磷时，好氧条件下吸收的污泥中的磷在浓缩池厌氧环 境下又会释放出来，进入上清液回流至污水处理系统。而采用机械浓缩则一方面 可以提高浓缩污泥中的固体物含量，减少污泥体积；另一方面可以避免污泥在重 力浓缩时发生的生物化学反应。目前常见的机械浓缩机有：转鼓式、螺旋式、带 式、离心式。机械浓缩后的污泥含固率一般可以达到4 1 0 ，但是一般希望浓缩 后的污泥含固率在6 8 为宜，因为污泥过稠会给输送泵和搅拌带来困难。 2 ) 污泥脱水 a 污泥调理 污泥水与污泥固体颗粒的结合力是很强的，如果没有预先的处理，即通过化 学的、物理的或者热工的方法进行预处理，则绝大多数污泥的脱水是非常困难的， 这种污泥预先处理的过程称为污泥调理。调理的目的就是改善污泥脱水的性质， 减小水与污泥固体颗粒的结合力，加速污泥脱水过程。污泥调理对于所有污泥， 如生污泥、消化污泥都是适用的，但达到的调理效果不同。污泥调理工艺方法很 多，最主要的方法是化学调理和物理调理。在选择污泥调理的方法时，最主要考 虑的因素是设施的投资、运行成本等经济因素，而且必须将浓缩、调理、脱水作 为一个整体来考虑。除此之外，还应考虑污泥的最终处置方法或者出路，如焚烧、 填埋、农用等。采用不同的污泥调理工艺或者方法脱水后最终产物的固体物含量、 承载能力、热值、稳定效果等都是不同的。所采用的污泥调理工艺应适用于污泥 脱水的方法，而且工艺简单，操作、管理方便，安全可靠，对污泥量和污泥性质 的变化有较强的适应性。 b 污泥脱水 污泥脱水是整个污泥处理工艺的一个重要的步骤或者环节，其目的是使固体 富集，减少污泥体积，为污泥的晟终处置创造条件。为使污泥液相和固相相分离， 必须克服它们之间的结合力，所以污泥脱水所遇到的主要问题是能量问题。针对 9 重庆大学硕士学位论文 结合力的不同形式，有目的的采用不同的外晃措施可以取得不同的脱水效果。如： i 借助于自然重力场或者机械产生的人工力场( 采用浓缩或者气浮方式) 用较 小的力分离孔隙水； i i 借助于外界机械产生的较大压力差( 负压或者高压) 或者机械重力场分离 毛细水和附着水； i i i 借助于热能分离吸附水和内部水。 鉴于对污泥处理处置的要求、人工费用、土地使用要求的不断提高和污泥机 械脱水技术的不断发展，目前采用大面积土地自然干化( 脱水) 的方式在国内外 越来越少，机械脱水方式已占主导地位。 一般而言，若污泥稳定状态好( 如经良好的厌氧消化) 、灼烧残量( 无机物含 量) 高、浓缩效果好，则对机械脱水是有利的。操作条件、稳定的污泥量和污泥 性质的均匀性对保证得到良好的脱水效果也是十分重要的。 污泥脱水机械主要分为两类：一类是过滤式的脱水机械，又分为负压过滤机 械( 如真空过滤机) 和正压过滤机械( 带式压滤机、板框压滤机) ；第二类是产生 人工力场的脱水机械( 离心式脱水机) ，在人工力场的作用下，借助固体和液体的 密度差，使固液分离。 3 ) 热干化 热干化是利用热能将污泥烘干。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1 0 以下时，微生物活性受到抑制而避免产品 发霉发臭，利于储藏和运输。热千化过程的高温灭菌作用很彻底，产品可完全达 到卫生指标并使污泥性能全面改善，产品可作替代能源，也可作土地利用。2 0 世 纪9 0 年代热干化技术得到迅速发展，2 0 0 0 年世界干污泥产量已是1 9 9 0 年的1 0 倍。 热干化按加热方式可分为直接加热和间接加热，其中直接加热污泥干化厂最有代 表性的英国的b r a n s a n d s ( 可蒸发水量为7 x 5 0 0 0k g h ) ：间接加热干化厂最有 代表性的是西班牙的巴塞罗那( 可蒸发水量为4 x 5 0 0 0k g h ) 。国内的大连、秦 皇岛和徐州等地也开展了污泥热千化生产的研究，采用直接加热方式。 4 ) 污泥焚烧 污泥焚烧的优点是可以迅速和最大限度地实现减量化。它既解决了污泥的出 路又充分利用了污泥中的能源，且不必考虑病原菌的灭活处理。污泥焚烧的热能 可回收利用，有毒污染物被氧化，灰烬中的重金属活性大大降低。缺点是高成本 和可能产生的污染( 废气、噪声、震动、热和辐射) 。其焚烧灰可以作为建筑材料， 如将焚烧灰作为沥青填料、路床和路基材料、砖瓦材料、水泥原料、熔融填料等。 焚烧在日本是污泥处置的主要方法，焚烧所需的费用很高，存在烟气污染问题。 焚烧需要消耗大量的能源，即使在焚烧过程中回收热能，仍然无法大幅度降低能 1 0 2 城市污水污泥处理与处置技术及研究进展 源消耗。美国环保署准备按1 9 9 0 年制定的清洁大气修改法( c a a a ) 严格控制生物 固体焚烧炉烟气的排放，这将给剩余污泥焚烧提出更高的要求。从国外的情况看， 焚烧初期投资和运转维护费是其它工艺的2 4 倍。同时污泥焚烧如无空气净化设 备，产生的有毒有害气体将造成环境污染。所以焚烧主要适用于难以资源化利用 的部分污泥。我国目前的经济能力还难以采用这一处置方式。对于大城市因远离 填埋场造成运输费用高，使用焚烧法处置可能是有意义的。 2 2 2 污泥处置方法 污泥处置就是解决处理后污泥的最终出路。按污泥的最终处置途径划分有： 填埋、投海、焚烧、土地利用，工业利用等。随着环境问题的突出，人们已认识 到污泥处理、处爱的优先顺序是减容、利用、废弃，且经污泥减量化、稳定化、 无害化处理后作为资源回用已经成为主流。 填埋 污泥的卫生填埋始于2 0 世纪6 0 年代，到目前为止己发展成为一项比较成熟 的污泥处置技术。污泥填埋是欧洲前几年应用最广的处置工艺，1 9 9 2 年欧盟大约 4 0 的污泥采用了填埋处置。将来填埋仍然是垃圾和污泥处置中的一种方法，对于 不能资源化的废弃物，填埋是目前仍然有效的最终处置途径。欧盟国家将污泥和 固体垃圾混合填埋，不仅可加速土地的物化稳定作用，也可以收集和利用填埋物 料分解的气体，增加沼气的产量。，从而作为能源可获得一定的收益。 但填埋只是延缓了污染产生的时间，污泥中含有的各种有毒有害物质经雨水 的侵蚀和渗漏会污染地下水，因此污泥填埋地基需作防渗处理。此外，因城市污 泥大量的产出使得适宜填埋的场所显得越来越有限。据有关资料分析预测，到2 0 0 5 年，欧盟国家的污泥填埋场所仅能容纳其总产量的1 7 。填埋需占用大量土地、 耗费可观的填埋费用，近年来污泥填埋处置所占比例越来越小，并将受到越来越 严格的限制。据有关部门测算，按填埋场2 5 k m 运程计算，每吨湿污泥的运输和填 埋管理费达2 5 元。同时填埋将占用大量土地，按国家规定，填埋1 吨夯实垃圾占 地0 6m 2 。照此测算，在目前我国城乡耕地越来越少情况下，显然不符合社会可持 续发展的要求。美国环保署1 9 9 6 年曾估计，其后2 0 年间美国6 5 0 0 个填埋场将有 5 0 0 0 个被关闭；欧盟也规定填埋必须和焚烧相结合，只有焚烧后的灰才可以填埋。 土地利用 污泥的土地利用已有多年历史，主要包括污泥用于农田、林地、垦荒地、育 苗、观赏植物、草皮、草地、公园、高速公路绿化带和高尔夫球场以及尾矿堆、 采石场、露天矿坑的固定，固定的海滩及用于恢复植被、建筑供游乐的海岛等，。 污泥中含有丰富的有机物和n 、p 、k 等营养元素以及植物生长必需的各种微 量元素c a 、m g 、z n 、c u 、f e 等，施用于农田能够改良土壤结构、增加土壤肥力、 重庆大学硕士学位论文 促进作物的生长。污泥的土地利用能大幅降低污泥的处置费用，是经济可行的方 法，已成为目前各国普遍采用的方法。欧共体早于1 9 8 6 年制定法令，鼓励污泥在 农田上适当的和有控制的利用“。到2 0 0 5 年，英国农业将吸收9 1 4 万吨干污泥， 占总量的6 0 ，为1 9 9 2 年的2 倍。“。埃及试验将污泥施用于从沙漠开垦出的农田 中以增加有机质的含量，从而使作物产量大幅提高取得了成功，并计划大规模的 实施污泥改良沙漠农场工程“”。在美国约有4 0 左右的污泥采用土地利用的方式 进行处置。尽管污泥的土地利用有能耗低、可回收利用污泥中养分等优点，但也 存在病原菌扩散和重金属污染的危险，为此各国政府先后颁布了农用污泥重金属 浓度标准和严格的无害化要求，并对单位面积土地污泥的应用量有严格的限制。 而污泥的其他土地利用如林地施肥、荒地复垦( 进行土地恢复) 、专用场地处置、 果园和苗圃施用等亦具有各自的优势。 焚烧 焚烧在欧洲大城市和日本被视为可靠的污泥处理处置方案。污泥热处置的优 势在于可以迅速和较大程度地使污泥达到减量化，污泥焚烧时产生大量的热可回 收利用，焚烧后的污泥灰体积只有污泥干重的3 0 ，再进行土地填埋时或节省用 逾