（环境工程专业论文）佛山市城市污水处理厂市政污泥处理及处置途径的探讨.pdf

华中科技大学硕士学位论文 收干污泥的热值，降低运行成本。在目前，应开发干化污泥作为卫生填埋场日覆盖 料的潜能。 关键词：市政污泥 处理处置工艺技术可行性经济优异性 i i 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t b a s e do ns 啪m i n gu pa c 删s l u 电e 订e 咖e n ta n dd i s p o s a lt e c h n o l o g yd o m e s t i ca n d f o r e i g n ，a i m e da tn l e 舢d o m i c i 够a 1 1 db l i n d n e s si n 幽e 醴u d g e 订e 蛐e n ta 1 1 dd i s p o s a la r e a a tp r e s e m ，t 地i n u n i c i p a ls l u d g eo ff o s h a nw a sc o n s i d e r e d 鹤t h es h l d yo b j e c t ，a n dt a k e n t h er e s e a r c ho ft e c h n i c a l 砌s i b i l i t ya 1 1 dc c o n o m ys u p e r i 蚵够1 1 1 er c s u l t sw e r cf o l l o w e d m a t ： 1 t h es l u d g e 撇n t 吼dd i s p o s a 王w a yi si n c 印a b l eo f d e w a t e r h l g + d n p i l l g ， w h i c hi sa d o p t i di nf o s h a nc 时n o w 1 kf k “n d i c 删t l l a t d e w a t e r i n g 十d 岫叩i z l g n o o n l yc a n tm e c tm e b e a r i n gc a p a c i t yd e m 雠d so f 虹l e1 a n 拯l l ，b u ta l s oo c c l l p y 恤l a i l d f i l l s p a c e i ti sp o s s i b l et l l a tt h ed c 础r e ds l u d g ew o m dp o l l u 旭t h eu n d e 卜g r o u n dw 锄 t o g e t h e r 、析t ht l l es m o u n d i i l g s oc e n t 糟i i z e ，d e c 嬲i z e ，s t a b i l 城z ea t l di n n o c m d z ea r e 廿1 es u i t d b l ew a y st oh a l l m e 幽em l l n i c i p a ls l u d g e 2 ho r d e rt 0c o 耐i r mw e m e r 也es l u d g e 讹a 主r n e n ta n dd i s p o s a l 洫f o s t 啪c a na d o p t t h ew a y so rn o t ，s u c h 私d 啪p i n gd 她c u y ，b i o l o 百c a ld e g 憎d 埘o l l m a k i i l gm ec o l l s 仇l 血o n m a t 耐a l ，i n c i n e r a t i o nd 主i e c t 堍t h em u l l i c i p a ls h l d g ew 黔协虹mm ea n a l y s i s 协c l 疵垃l 堰 p h y s i c s a n d - c h c m i s 乜，p r o p e r i e s ，h e a 、俘m e t a l sc o n c e n 舡a t i o n ，c a l 嘶f i cv a l i l c ，a s h i n t e g r a n t sc o n t c n ta n dl i x i v i 啪l e 批gt c s t t h er e s u l tc o m e so u tt h 砒l l i g l l e rl i q u i d c o n c e n 仃砒i o n ，h i 曲e rh e a v ym e t a l sc o n c e 衄撕o nw h i c hi s0 v e r 也e ( g b 4 2 8 4 - 8 4 ) a n d ( g 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什s a i d 协r yl a i l d f i l l si st h e e x c e l l e n tw a yb o t hi nt e c l l l l o n o g ya n de c o n o m y i i i 华中科技大学硕士学位论文 。_ - 4 5 1 u d g e 呦n l l e n t 趾dd i s p o s a ii nd e c r e 器i z e ，鼬i i i t i z ca n di 皿o c 咖z es t a g ei s t e n l p o r a t h a t l 8t 0s a y ，f h m l e ru s a g ei sp u ti n l i ot h ep o s s i b i l i t yo fr e s o u r c eu s e d r i e d 8 l u d g e1 8c o n s l d e r e dt or e c o v e r y 1 ec a i 嘶f i cv a i u e ，w h c nm e h e a 、，ym e t a l sa r e 批d n e dm e c r n e n o n b u tn o w 州e ds l u d g ec a nb es e c k l ep m e n t i a l f o ru s i n g 勰t h cl a n d f i l l s u p e r s 昀t u m k e yw 。r d ：m u n i c i p a ls l u d g en e a 缸n e n t d i s p 。s a l f e a s i b i l i t ye c 。n 。n l y s u p e r i 。r i 衄 华中科技大学硕士学位论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名 嘲 日期妒g 年一彦日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在 年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密 ( 请在以上方框内打t 、”) 学位论文作者签名 日期渺薛ng 指导教师签名：气妒，乙 日期：q 年r 月，日烨 华中科技大学项士擘住论文 程，如表1 - 1 。由于污水处理厂的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是分离污泥中的水分以减少污泥的体积。目前国内污水厂污泥 处理的方法主要有：机械脱水、自然堆肥、石灰消解稳定、污泥制作建筑材料、热 干化和焚烧等。 表1 1国内已运行的城市污水污泥处理工艺 序号污泥处理工艺 应用比例 1 浓缩池 2 1 6 3 2 双层沉淀池污泥 1 3 5 3双层沉淀池污泥争千他场 2 7 0 4浓缩池争消化池湿污泥池6 6 7 5浓缩池争消化池浓缩脱水9 4 6 6浓缩池争湿污泥池1 4 8 7 7浓缩池争两相消化池湿污泥池1 3 5 8浓缩池争两相消化池2 7 0 9浓缩池争两相消化池争机械脱水9 4 6 1 0 初沉池污泥消化池干化场 l - 3 5 1 l初沉池污泥两级消化池机械脱水1 3 5 1 2 接触氧化池污泥干化场 1 3 5 1 3 浓缩池消化池争千化场1 3 5 1 4 浓缩池干化场 4 0 5 1 5初沉池污泥浓缩池两级消化池机械脱水1 3 5 1 6 浓缩池争机械脱水1 4 8 7 1 7初沉池污泥好氧消化浓缩池机械脱水 2 7 0 1 8 浓缩池争厌氧消化峥- 浓缩池机械脱水 1 3 5 1 2 2 1 污泥机械脱水( s k d g ed 删a t e 血g ) 脱水污泥水与污泥固体颗粒的结合力是很强的，如果没有污泥调理( s l u d g e c o n d m o n i n 曲( 通过化学的、物理的、或者热工的方法) ，则绝大多数污泥的脱水是 非常困难的。脱水方式的选择必须与污泥调理方式、脱水后是否干化及最终处置的 2 华中科技大学硕士学位论文 1 2 2 5 污泥制建材 将污泥与黏土或煤灰按一定比例掺和，烧制成陶粒，可用作建筑材料，达到既 处置污泥又创造经济效益的目的。根据天津污水处理研究所的试验成果，生产1 m 3 陶粒消耗污泥1 5 8 4m 3 ( 污泥含水率7 5 ) 。陶粒的销售价格基本与污泥处理成本相 抵“o 。 污泥制水泥具有减容程度大，无害化处理彻底等特点。例如，上海万安企业总 公司利用水泥窑焚烧处理城市污水污泥。但是目前利用水泥窑焚烧处理污泥的技术， 还不十分成熟，污泥仅占水泥生产原料的3 ，因此不能作为污泥处置的主流工艺。 1 2 2 6 热干化和焚烧 污泥的热干化与焚烧( 1 h m l a ld r y e ra n di n c i n e m t i o n ) 处理可以达到彻底的无 害化和减量化效果，明显的优越性使得该技术的研究与应用在近年来得到长足的发 展。在实际应用中，热干化与焚烧通常被认为是两个独立的工艺过程，实际上，没 有经过干化的污泥直接进行焚烧不仅十分困难，而且在能耗上也是极不经济的。 热干化后污泥的干性成分可从2 0 提高到9 5 ，能耗也比机械脱水高，尤其是 全干化( 含固率 9 0 ) 的污泥。 上海石洞口污泥干化焚烧工程是中国市政污水处理行业第一个污泥干化项目。 该项目从2 0 0 4 年1 1 月开始运行至今，已经通过环保、质监部门的综合验收。烟气 排放达到大气污染控制排放标准( g b l 6 2 9 7 - 1 9 9 6 ) 二级，恶臭排放达到恶臭污 染排放标准( g b l 4 5 5 4 9 3 ) 二级，二曝英排放达到生活垃圾焚烧污染物控制标准 ( g b l 8 4 8 5 2 0 0 1 ) ，噪声达到工业企业厂界噪声标准( g b l 2 3 4 8 9 0 ) i i 类，焚 烧残渣浸出试验合格。而且工程完全自动控制“。 1 2 3 国内市政污泥处置主要方式 目前国内污水厂污泥处置的方法主要有：土地利用和污泥填埋。 1 2 3 1 土地利用 污泥土地利用( l a n da p p l i c a 廿0 n ) 是利用污泥中高含量的有机物、氮、磷、钾 6 华中科技大学硕士学位论文 等物质，改善土壤的结构性、通气透水性、阳离子交换量、对酸碱的缓冲能力，提 高土壤保肥性。所以污泥土地利用是适合我国可持续发展目标的需要，也是一种积 极的、生产性的污泥处置方法。 但是污泥土地利用必须注意病原菌和寄生虫的控制、高度重视污泥中所含有的 重金属及有毒有害物质的控制、在施用的周期和用量上要严格把关、同时要制定或 完善法律法规、限制工业废水进入市政污水处理厂。 1 2 3 2 污泥填埋 污泥填埋( s l u d g cd u m p i n g ) 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。它的好处是处理成本低，不需要高度脱水。然而，城市污泥卫 生填埋也存在许多问题，如填坑中含有各种有毒有害物质经雨水的侵蚀和渗漏作用 污染地下水环境，这对以地下水为生活水源的地区来说是不安全的卫生问题。此外， 适宜污泥填埋的场所因城市污泥大最的产出而显得越来越有限。经处理后的污泥， 大量的进入城市的卫生填埋场，使得卫生填埋场豹使用年限大大缩短，造成了城市 固体废弃物处置的恶性循环。但是我们也意识到，在污泥不能被土地利用的情况下， 污泥必须被填埋。在将来的发展中填埋仍然是垃圾和污泥处置中不可避免的方法。 对于不能资源化利用而须从使用循环中排除的废物，填埋是目前唯一的最终处置途 径。 1 2 3 3 污泥处置及资源化的其他技术 新的探索性的污泥处置方式技术，包括作为填料回用、低热值燃料回用、建筑 材料的附加原料、制造熔融材料和微晶玻璃、做牯合剂移可降解塑料、制活性炭、 超临界水氧化技术“”等，在污泥处置中有着一定的、积极的作用。但是目前尚在研 究阶段，对于大规模、大范围的应用和推广还言之尚早。图1 2 是几种污泥处置技术 在国内所占的比例。 7 华中科技大学硕士学位论文 圉卜2 几种污泥处置技术在国内所占的比例 国内的污泥处置存在严重问题，从上图可以看到仍有1 3 7 9 的污泥没有任何处 置，这将为环境污染带来巨大危害嗍。因此我国当前面临的问题是尽快发展污泥处置 技术来解决不断增长的污泥所带来的问题。 1 3 国外市政污泥处理处置方式的现状 1 3 1 国外污泥产量及处理处置方法概述 西方发达国家污水处理技术先进、处理程度较高。从1 8 7 5 年世界第一个污水处 理厂在伦敦建立以来，污泥处理问题便成了市政管理的重要问题之一”3 。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，西方发达国家的 污泥产量每年以5 1 0 的速度增长。3 。据美国环保总署估算，1 9 9 8 年全美国干泥产 量为6 9 1 0 6 吨，2 0 0 5 年达7 6 1 0 6 吨，2 0 l o 年将达到8 2 1 0 6 吨。1 9 9 9 年欧洲的 干泥产量为1 7 4 6 1 0 6 吨，到2 0 0 5 年污泥产量增加了5 0 c 8 】。表1 3 为欧美国家污 水处理厂污泥的处理处置方式和数量统计。 8 华中科技大学硕士学位论文 表1 3 欧美国家污水处理厂污泥的处理处置方式和数量统计( 干泥)( 单位：1 0 3 吨侔) 证 处 比 丹德希法 爱芦 荷 奥葡 芬英美 利尔森 兰 地萄 兰 国 国 份置麦国腊 国 兰 堡 利牙 _ 时 水体 1 52 6 7 消纳 循环 2 21 2 01 1 5 1l4 8 9 779 5 6 3 “8 6 “8 利用 1 9 9 5 填埋 32 58 5 76 51 1 41 431 9 25 88 87 21 1 4 焚烧 4 04 1 1 1 6 15 66 61 1 0 其他 1 79 642 331 51 9 合计7 81 8 52 5 1 26 67 6 44 01 03 6 61 9 01 4 71 2 51 1 5 8 水体 2 4 0 消纳 循环 3 31 2 51 2 7 0 4 5 7 22 591 0 06 8 7 4 8 56 7 24 1 0 0 利用 1 9 9 8 填埋 3 72 57 4 48 29 21 8l1 0 85 81 4 76 51 1 81 2 0 0 焚烧 1 15 0 5 5 8 2 1 431 5 0 6 6 1 4 41 5 0 0 其他 3 28 9l2 3 4 2 51 91 0 0 合计 1 1 32 0 02 6 6 l8 68 7 84 31 33 8 11 9 62 4 61 5 01 1 9 36 9 0 0 水体 消纳 循环 利用 4 01 2 51 3 3 466 柏6 591 1 06 81 0 49 0l o l 44 5 0 0 2 0 0 0 填埋4 32 56 0 89 07 13 516 85 82 0 96 01 l l1 0 0 0 焚烧 1 15 07 3 22 6 932 0 06 6 3 2 61 6 0 0 其他 3 76 22 343 51 91 0 0 合计1 3 l2 0 02 7 3 69 69 8 01 0 01 34 0 l1 9 63 4 81 5 01 4 7 07 2 0 0 水体 消纳 循环 利用 4 71 2 5 1 3 9 177 6 58 49 1 1 0 6 81 0 81 1 51 1 1 85 0 0 0 2 0 0 5 填埋 4 02 55 0 09 22 9l6 8 5 82 1 5 4 51 1 4 8 0 0 焚烧 1 45 08 3 84 0 742 0 06 53 3 21 5 0 0 其他 5 85 32 343 6 1 9 1 0 0 合计1 5 92 0 02 7 8 7 9 91 1 7 2 1 1 31 44 0 l1 9 53 5 91 6 01 5 8 37 4 0 0 1 3 2 国外市政污泥处理现状 1 3 2 1 污泥机械脱水 欧盟和美国7 6 的污水厂污泥在处置前进行了稳定化处理，而在处置前污泥均 进行脱水处理，污泥脱水后含水率一般在6 5 8 0 范围内。 9 华中科技大学硕士学位论文 1 3 2 2 污泥堆肥 堆肥技术是国际上从2 0 世纪6 0 年代迅速发展起来的项生物处理技术。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 年代之后，日本、 韩国以及欧荚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。 堆肥装置有立式堆肥发酵塔、卧式回转发酵仓、箱式发酵池、筒仓式发酵仓、 槽式发酵池等。快速发酵回转仓高温发酵工艺，是目前国际上较为先进也是较为普 遍使用的处理方法，在美国、日本、欧洲广泛采用。该技术又分为转鼓式、丹诺( d a n o ) 式，丹诺式回转发酵仓技术是丹麦d a n 0 公司的专利产品。发酵器转简直径3 5 m ， 长度3 6 m 。丹诺发酵仓污泥腐熟周期为7 2 小时。美国佛罗里达州堆肥厂采用更先进 的塔式堆肥化工艺，污泥混合物料从下部送入，边输送边振荡，这种工艺可将污泥 发酵周期缩短为6 天。日本神户、大阪等地已经开发出卧式( 污泥混合物料沿水平 方向移动) 、竖式( 污泥混合物料沿垂直方向移动) 、斜式( 污泥混合物料沿斜向移 动) 等多种发酵仓堆肥工艺系统，并有1 7 种投入使用。美国在2 0 世纪8 0 年代开发 了比较完善地b e l t s v i l l e 好氧堆肥法o ” 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。日本从1 9 5 4 年建立第一家泥堆肥中心，到2 l 世纪初已建成3 5 座堆肥厂， 许多大型的堆肥厂的发酵仓和生产线很具规模，且机械化、自动化程度高。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。国外将 污泥堆肥处理后制成复合肥已经相当普遍。 污泥堆肥后主要当作肥料用于农用或林业，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 1 0 华中科技大学硕士学位论文 利用计划：另一方面，对洁净、健康食品的需求将会增加对污泥农用的限制。 1 3 2 3 厌氧消化 污泥厌氧消化是一种古老的污泥稳定方法。自1 9 5 0 年，丹麦中温厌氧消化作为 初沉污泥的稳定方法已被广泛应用，1 9 9 5 年高温厌氧消化在h 0 1 b a e k 污水处理厂成 功运行，产气量稳定，这成为高温厌氧消化工艺进一步发展的基础。近年来发达国 家已就促进厌氧消化进程技术和污泥减量技术展开研究，通过各种预处理手段( 如 热解法、水解酸化法、碱处理法) 来提高污泥的厌氧消化性能；通过臭氧氧化、超 声波技术、解耦联代谢等措施进行污泥减量化处理“。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，己在美国、日本、欧洲广泛使用。 1 3 2 4 污泥热干化 污泥干化能使污泥显著减容，体积可以减少为原来的六分之一五分之一，产 品稳定，无臭且无病原生物；于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鼓式干 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“”1 。 由于污泥热干燥技术要求和处理成本较高，管理较复杂，所以这项技术到2 0 世 纪8 0 年代术期瑞典等国家的成功应用后才在西方发达国家推广啪3 。 1 3 2 s 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；但是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。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，焚烧的污泥景大幅度增加。在国外，特别 是西欧和同本已得到广泛应用，在日本，污泥焚烧处理量已经占污泥处理总量的6 0 以上，欧盟也在l o 以上o ”。 为防治污泥焚烧产生二嗯英等有害气体，要求焚烧温度高于8 5 0 。焚烧后产生 的焚烧狄可以改良土壤、作为建筑材料、沥青填料等。此外，已经有一些公司正在 华中科技大学硕士学位论文 丌发将脱水污泥制成发电燃料的新技术。 从国外的情况看，焚烧投资约合人民币7 5 0 0 1 2 0 0 0 元( 年吨千污泥) ，运 行与维护费6001250元(年吨干污泥)，是其他工艺的24倍：所以焚烧主要 适用于难以土地利用的部分污泥。 1 3 2 6 污泥洁净化与再生利用新技术微生物淋滤技术污泥中较多重金属始终是污泥安全农甜翳裂跫冀卵i 谶嚣二越挂描黜鹳渊鞴鬈 晕尘嚣易麓弼旺并按每吨躔器。曩善矧翻群裂妻荤= 雹垄鍪藿蟊l 。瑭霪璺。囊噩! i 璧翥鐾委娶捌型拶肇氆毫瑶曦洲夔嚏。研滗瓤f 羽死剐；五种欲望农零翻鲤蓠罐瘫孺碳 惜蕊：槎墙臻溪灞。粥州掣蛋影；捌烈拶移匐i 泊溺篙善匐翻翩掣配蒯；囊陌粥甑 雾薹紊瓢刻嚣蚕稚酬谢潲苜；l | 她酊妻| ! ；餐重型娑裂；酗裸翼k 梨，特螽景攫g a 婚 解有利， 可以减少外热的加入。 制建筑材料：佛山市是自古闻名的陶都，陶瓷建材行业是佛山的支柱产业，现 已形成了集“研、产、销”相结合的经营模式 。 干化及热处理：佛山市地处中国珠江三角洲，由于比邻中国的南大门。所以人 们对新事物、新知识的接受与认知能力强，而且该地区经济发达、物资供应充足。因 此，对污泥进行干化或焚烧处置是完全可能的、也是可行的。 焚烧：佛山市现在建有南海狮山环保发电厂、顺德杏坛医疗焚烧中心两个固废 焚烧项目。在远期，除了扩建上述两个厂岁 ，还将新建顺德区垃圾处理中心、高明苗 村医疗废物焚烧中心等固废焚烧项目。污泥也是固废的一种，所以焚烧污泥也可以在 佛山实施。 下面就上述五种处理方式分别进行直鸾邢晗傅穆壑 华中科技大学硕士学位论文 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。这种处置方式是把 污泥应用于农田、菜园、果园、林地。鲁拦i 髓鞠蚴到。海泛犁嚯堪耄堪赡箍土蓍 蚍蚺明野雕鲜醮j 黧前芟j 删荃勤艇可赌i 刨懈湘咭济淫灞国糠嘲；瞄摧瑚攀p f 鳓衙董曩耐一撕若蠡鏊肆晕泳溘滴壤篇：杏暑善# 葫箬鼎揣髫翰誉醋 ；嗾渔 罐瀣程塌潍蠕埋缫崾隧墨a ，擎静污染大气环境，影响周围人民的正常生活：市政污泥的有机物含量 5 ，大量的渗滤液含有高浓度的污染物，易对地面水、地下水造成污染，增加了 填埋场渗滤液处理设施的运行负荷：由于污泥没有完全成形，所以泥粒容易进入填 埋场的导排系统，阻塞渗漏液或甲烷气体导排管，使渗漏液和沼气无法排出，增加 了填埋场运行的安全隐患； ( 5 ) 污泥水与污泥固体颗粒的结合力是很强的，如果没有进行污泥调理，则绝大 多数污泥的脱水都是非常困难的。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。表3 一l 是采用不同污 泥调理工艺时机械脱水可达到的效果比较。 表3 1 采用不同污泥调理工艺时机械脱水可达到的效果比较 调理方式 带式压滤机或离心脱水机 板框压滤机 含固率 () 能否满足卫生填埋场的 承载能力要求 含固率 () 能否满足卫生填埋场的 承载能力要求 采用有机高分子 药 剂 22 3 0 华中科技大学硕士学位论文 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；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，接受了3 项国际协议，承诺于1 9 9 4 年2 月2 0 目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，因为 与其他方法相比，其费用相当低，但是从1 9 9 8 年底，欧盟城市废水处理法令 ( 9 1 2 7 1 e c ) 已经禁止其成员国向海洋倾倒污泥o “。 华中科技大学硕士学位论文 2 项目背景情况 2 1 佛山市污泥处理处置的现状及规划 2 1 1 佛山市污泥处理处置现状 佛山市是广东省省辖市，位于广东省中南部珠江三角州北部，是著名的现代化工 贸、风景旅游城市。2 0 0 2 年全市国内生产总值1 1 6 8 6 6 亿元，人均国内生产总值3 5 力元，位居广东省第三位，也是广东省的第三大城市。 2 0 0 2 年1 2 月经国务院批准，佛山市在行政辖区内重新合并组合，市域面积从 7 8 k m 2 扩展为3 8 4 8 4 9k m 2 ，市辖禅城区、南海区、顺德区、三水区及高明区五个区， 常住人口5 6 0 万人。截止2 0 0 5 年底，佛山市已建成1 3 座污水处理厂，总处理能力 为6 9 7 万m 。d ，污泥产量为2 4 5 吨天，污水厂产生的污泥通过投加聚丙烯酰胺， 经机械浓缩脱水后，污泥的含水率从9 9 3 降到8 0 ，脱水后的污泥被运往生活垃 圾填埋厂填埋。表2 1 是佛山市污水厂近、中、远期的污水处理量及污泥产量情况啸1 。 表2 一l 佛山市污水厂近、中、远期的污水处理量及污泥产量情况 内容污水处理总量污泥产量( 吨天) 期限( 万m 3 d ) 污水处理率( ) ( 含水率为8 0 ) 近期( 2 0 0 6 年)1 7 86 26 3 0 中期( 2 0 1 0 年)2 9 38 3 51 0 3 0 远期( 2 0 2 0 年)5 7 7 9 52 0 2 0 随着污水处理厂规模的扩大，污水处理厂所产生的污泥量不断增加，现有垃圾 填埋场己没有能力容纳污水厂产生的污泥，污泥的出路问题愈加突出，亟待解决， 因此佛山市政府决定建设污泥集中处理处置工程。 2 1 2 佛山市污泥处理处置规划 深圳市、上海市已经制定了市政污泥处置规划，确定了污泥处置应以“综合利 用为主、焚烧为辅、卫生填埋配套”，“焚烧一点、填埋一点、利用一点”的方针“ ”1 ，但是佛山还没有明确的处置规划。根据佛山市城市污水处理厂规划纲要和佛 1 6 华中科技大学硕士学位论文 用污泥总污染物控制标准( g b 4 2 8 4 8 4 ) 、城市污水处理厂污水污泥排放标准 ( c j 3 0 2 5 9 3 ) 和城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 外，并没有 直接针对污泥处理处置整个过程所设立的标准或监管规范。但是可喜的是，上海市 政工程设计研究院正牵头组织编写的城镇污水处理厂污泥处置标准，据悉该标准 拟从泥质、分类、园林绿化泥质、混合填埋泥质、热干化焚烧泥质五大部分对国内 的污泥处理处置进行了严格的规定。希望通过对佛山市市政污泥( 作为华南地区有 代表性的污泥) 的全方面的分析和各项成熟技术在佛山市污泥处理处置上应用可能 性的探讨，为该标准的编写提供适当的支持。 2 3 研究内容 本研究在总结和吸收国内外市政污泥处理处置先进工艺实践的基础上，以佛山 市市政污泥性质为出发点，根据污泥的各项物理化学性质，匹配各种处理处置工艺， 并从中筛选技术上可行的方案，然后按照“最经济原则”，从众可行方案中确定最佳 方案。本研究包括以下内容： 2 3 1 佛山市市政污泥处理方式分析 综合参考国内外成熟的污泥处理方式，对佛山市市政污泥的处理提出以下的方 式：卫生填埋、生物降解、制建筑材料、热千化、焚烧。通过对污泥成分的分析， 和各处理方式对泥质的要求，得出一个技术上可行的污泥处理方案。 2 3 2 佛山市市政污泥处置途径分析 污泥的最终处簧途径决定污泥的处理方式，佛山市固体废弃物的处置除了遵守 佛山市固体废物污染防治规划外，还应当结合佛山市的实际情况，为处理后的 污泥提出一个可操作的处置途径。 2 3 3 佛山市市政污泥可采用的处理处置方案探讨 污泥的最终处置途径决定污泥的处理方式。通过前面对处理处置方式的分析结 果，以消纳途径为指导，从而制定出不同的处理处置方案。尽管处理处置方式有所 华中科技大学硕士学位论文 差异，但是有一点是要符合：所组合的处理处置方式，必须完全符合各规划文件对 处理处羲的要求，在佛山市是完全可以实施的。即使某些方案在经济上可能不具备 优势，但是出于对环境影响考虑，这些方案还是有保留的价值。 2 3 4 佛山市市政污泥处理处置方案的经济评价 对提出的各种处理处置方案，运用财务评价和国民经济评价的方法，评价各方 案在经济上面的优劣。最终形成一个兼顾技术上可行、环境影响少、投资运行费用 低三者平衡关系的污泥处理处置方案。 2 4 佛山市市政污泥性质分析 对佛山市代表性污泥进行分析。分析的内容包括理化性质分析、热值分析、灰 份分析。以数据论述污泥是否符合该项处理处置技术的准入条件。 2 5 检测项目及分析方法 检测的样品除理化性质分析为含水率8 0 的污泥，其余均为含水率1 0 的干化 污泥。各项目的分析采用标准分析方法，详见表2 3 市政污泥检测指标及分析方法 1 9 华中科技大学硕士学位论文 表2 3 市政污泥检测指标及分析方法 分类项目方法 理化性质分析”7 1阳离子交换能力( c e c )乙酸铵法( 适用于酸性和中性土壤) 总氨( t n )凯氏定氪法 总磷( 即) 酸溶钼锑抗比色法 p h电位法 有机质高温外热重铬酸钾氧化容量法 铅( p b ) 无火焰原子吸收分光光度法 镉( c d ) 无火焰原子吸收分光光度法 汞( h g ) 原子荧光分光光度法 铬( c r ) 二苯碳酰= 肼分光光度法 砷( a s )原子荧光分光光度法 铜( c u )原子吸收分光光度法 镍( n i ) 无火焰原子吸收分光光度法 锌( z n ) 原予吸收分光光度法 氨氮( n h 3 - n )纳氏试剂分光光度法 浸出液c o d d 重铬酸钾法 浸出液c o d 酸性高锰酸钾滴定法 热值分柝全水分 0 b 压2 1 1 1 9 9 6 收到基挥发分 g b ，1 2 1 2 - 2 0 0 l 收到基灰份 g b ，i 2 1 2 2 0 0 1 收到基固定碳 g b 厂1 2 1 2 2 0 0 l 收到基商位发热量 g b ，f 2 1 3 1 9 9 6 总热值 g b ，】巴9 8 4 1 9 8 i 灰份分析 s i 0 2 q b ，r 2 5 7 8 - 2 0 0 2 a 1 2 0 3 q b ，r 2 5 7 8 - 2 0 0 2 f e 2 0 3 q b ，r 2 5 7 8 - 2 0 0 2 m g o q b ，r 2 5 7 8 - 2 0 0 2 c a 0 q b ，r 2 5 7 8 _ 2 0 0 2 t i 0 2 q b ，您5 7 8 2 0 0 2 k 2 0 q b ，r 2 5 7 8 - 2 0 0 2 n 8 徊 q b ，r 2 5 7 8 2 0 0 2 灼烧减量 0 b 厂r 6 9 0 1 1 - 2 0 0 4 华中科技大学硕士学位论文 3 2 污泥填埋 3 2 1 简单填埋和卫生填埋 污泥的填埋按其防止二次污染的措施可分为简单填埋和卫生填埋= 种方式。 简单填埋( s i i n p l yl a n d f i l l s ) 是指在自然条件下，利用采石坑、塘及洼地等自然填埋。 不加覆土掩盖和防止污染接施的填埋方法。 卫生填埋( s a i l i t a r yl a n d f i l l s ) 是指能对填埋物产生的气体、渗滤液进行控制的填埋 方式，与传统填埋的根本区别主要在于：卫生填埋过程中采取了底、侧层防渗与废 气、废液回收处理，覆土压实作业等措施，从尔避免目前采用传统填埋方式所造成 的二次污染。佛山市现有的填埋场属于卫生填埋场。 3 2 2 佛山市市政污泥采用直接填埋处理的可行性 目b 口佛山市市政污泥经过机械脱水后，单独卫生填埋，但是在操作过程中发现存 在以下几个方面的问题： ( 1 ) 污泥的体积量大。到2 0 0 6 年，佛山市污泥总产量为6 3 0 吨天，如果这些污 泥全部在高明白石坳填埋场填埋，则单是污泥填埋量就占填埋场设计日处理量的4 1 5 ：原先设计的使用年限为4 9 年，如继续允许8 0 含水率的污泥继续入场填埋，则 填埋场的使用年限会减少1 8 年。这样会造成城市固体废物处理的恶性循环。而且如 此庞大的污泥但是运输费用和填埋费用已是很惊人，按照目前污泥运输费运输费6 5 元吨，填埋费用9 3 元吨( 该价格参照佛山市高明白石坳卫生填埋场b o t 运营合 同收取) ，则佛山市每天的污泥处理费就要9 9 5 4 0 元，这里还没有计算卫生填埋场 使用年限减少所产生的额外重置成本； ( 2 ) 污泥的含水率高( 8 0 左右) ，运输困难，运输过程中有污染环境的风险。虽 然污泥经过投加固定药剂和机械脱水，但是污泥形态还是松散的，在运输的途中散 落在地上是不可避免的；而且污泥中含有大量的水分和营养物质，细菌的滋长迅速， 会产生恶臭，这样会对沿途的环境产生恶劣的影响； ( 3 ) 由于含水率高，单独填埋时没有骨料不能压实，不能达到填埋场的压实密度 0 9 伽的要求，而且现场需要履带机输送填埋，运行操作困难，增加填埋场的运行难 华中科技大学硕士学位论文 污泥的卫生填埋是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，具有严格管理制度的、科学的工程操作方法。通过上面的直 观分析，从技术和经济角度考虑，佛山市市政污泥如果机械脱水后直接在卫生填埋 场填埋，不但增加填埋场的负担和运行费用，而且使原来设计科学规范的卫生填埋 场沦为一般的简单填埋场，所以佛山市市政污泥不能采用直接填埋的处理方式，宜 进一步脱水减容和稳定、无害化后运至填埋场卫生填埋。 3 3 生物降解i o i o g i c a ld e g 髓d a t i o n ) 3 3 1 污泥生物降解的机理 市政污泥含有大量的有机物，可以考虑回收利用；另一方面，污泥又存在为数 众多的有害病原微生物。生物降解途径就是一个既可以回收资源又可以消除病原微 生物的污泥处理方式。对于初沉池和剩余污泥的混合污泥，只有其有机质含量超过 2 5 ，我们认为采用生物降解手段是值得的，并且生物降解后的污泥可以进一步地 降低含水率( 含水率可以从消化前9 5 降到9 3 5 ) 、最高可以9 9 杀灭微生物及 其囊孢，达到了污泥减量化和无害化的目的。 3 3 2 厌氧消化 消化( d i g e s t i n ) 可以分为厌氧消化( a n m i cd i g e s t i n ) 和好氧消化( a e r o b i c d i g c s t i n ) ，由于好氧消化污泥地稳定性远不及厌氧消化，所以好氧消化后的污泥还应 进一步厌氧消化。“”1 ，这里我们只考虑厌氧消化，不考虑好氧消化。污泥厌氧消化 也称污泥厌氧生物稳定，它主要目的是减少原污泥中以碳水化合物、蛋白质、脂肪 形式存在的高能量物质的含量，也是通过降解使高分子物质转变为低分子氧化物。 在实现这一主要目的的同时，还改善污泥脱水性质、减少病原菌和减少产生异昧物 质的含量。厌氧消化后，污泥中锌( z n ) 和镍( n i ) 以不稳定态存在，铜( c u ) 以 硫化念和有机结合念存在，铬( c r ) 、汞( h g ) 、镉( c d ) 、铅( p b ) 等重金属以残 渣态存在，因此污泥农用应以消化后污泥为主。”。厌氧消化是一个多步骤的过程， 华中科技大学硕士学位论文 完全厌氧生物稳定过程的最终产物是甲烷。图3 - 1 是厌氧稳定过程示意图。 厌氧消化具有以下优点： ( 1 ) 与消化前污泥相比，可减少3 0 的体积； ( 2 ) 生成的沼气是可利用的能源； ( 3 ) 厌氧菌有一定的抗菌作用，在一定程度上改善了污泥的卫生性能： ( 4 ) 增加了污泥作为肥料的可利用性。 按照污泥厌氧消化池内的工作温度，污泥厌氧消化可分为常温污泥消化、中温 污泥消化和高温污泥消化。为了提高灭活率、减少消化的时间，我们选用高温污泥 消化工艺，一级高温厌氧消化在消化时间为1 4 d 时的理论降解率为8 3 ，2 5 d 的理 论降解率为8 8 “”。以佛山市市政污泥为例，图3 2 是2 0 0 5 年佛山市市政污泥( 混 合样) 有机质含量分析趋势图，从表上可知污泥平均有机质的含量为3 9 5 ，按有 机质分解率为3 0 、产气率为o 8 m 3 ，l 嘻( 有机物) 计算，6 3 0 蝴含水率为8 0 的污 泥( 相当于1 2 6 t d s d ) 产气量为1 1 9 4 4 孙l m 3 ，d ，污泥气的热值为5 0 0 0 k c a l ，n m 3 ，则 消化污泥理论气体产生的热量为5 9 7 2 4 万k c a 坩，如扣除高温消化补充的热量，还 有热量剩余的话，余热还可以： ( 1 ) 用于锅炉燃烧，产生热能可以供热； ( 2 ) 用于污泥气发动机，驱动空气压缩机、鼓风机、水泵等； ( 3 ) 用于其他辅助能源； ( 4 ) 用于燃料电池。 以此为基础，投资年利率按l o ，再加上人工费、电费，不包括折旧，沼气的 成本价为1 元m 3 。 华中科技大学项士学位论文 高分子基质 j ， h 2c 0 2 有机酸醋酸乙酵 图3 1厌氧稳定过程示意图 图3 22 0 0 5 年佛山市市政污泥混合样有机质含量分析趋势图 质蛋 肪 留 的 物 月 e 、 州上擀 鲥 水 化水碳 华中科技大学硕士学位论文 由此可见，对于集中的污泥处理工程，还是可以考虑是否选用厌氧消化工艺作 为干化前的预处理。而且经过厌氧处理后，污泥的脱水性能更好，减轻了日常生产 生活对热能的需求，另一方面可为污泥的后续处置打开另一条出路。 3 3 3 好氧堆肥 堆肥( c o m p o s t i n g ) 是在控制条件下，使来源于生物的有机废物，发生生物稳 定作用( b i o s t 如l i z a t i o n ) 的过程。堆