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六種污泥處理處置技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)

2022-11-15

現(xiàn)階段污泥的處理處置技術(shù)主要指對(duì)污泥進(jìn)行濃縮、調(diào)節(jié)、脫水、穩(wěn)定、干化或焚燒的加工過(guò)程，以達(dá)到對(duì)污泥減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化。目前常用的污泥處理處置技術(shù)有：厭氧消化技術(shù)、好氧發(fā)酵技術(shù)、深度脫水技術(shù)、熱干化技術(shù)、石灰穩(wěn)定技術(shù)和焚燒技術(shù)。

1、厭氧消化技術(shù)

污泥厭氧消化是指污泥在無(wú)氧條件下，由兼性菌和厭氧細(xì)菌將污泥中的可生物降解的有機(jī)物分解成二氧化碳、甲烷和水等，使污泥得到穩(wěn)定的過(guò)程，是污泥減量化、穩(wěn)定化的常用手段之一。污泥厭氧消化具有減少污泥體積、穩(wěn)定污泥性質(zhì)、產(chǎn)生甲烷氣體等優(yōu)點(diǎn)。

傳統(tǒng)的污泥厭氧消化具有反應(yīng)緩慢、有機(jī)物降解率低和甲烷產(chǎn)量較低的缺點(diǎn)，限制了厭氧消化技術(shù)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。根據(jù)Bryant的三階段理論，水解是污泥厭氧消化過(guò)程中的限速步驟。因此，從20世紀(jì)70年代起，人們對(duì)包括高溫?zé)崴狻⒊暡A(yù)處理、堿解預(yù)處理和臭氧預(yù)處理等物化方法在內(nèi)的各種污泥厭氧消化強(qiáng)化技術(shù)開(kāi)展了研究，通過(guò)擊破污泥的細(xì)胞壁，使胞內(nèi)有機(jī)物質(zhì)從固相轉(zhuǎn)移到液相，促進(jìn)污泥水解，提高污泥厭氧消化效果。

隨著各國(guó)污泥量不斷增加和對(duì)能源的需求、處理后污泥品質(zhì)要求的不斷提高，一些原有的污泥厭氧消化設(shè)施面臨擴(kuò)容和改造。污泥預(yù)處理技術(shù)可以改善污泥厭氧消化效果、改善污泥脫水效果和提高沼氣產(chǎn)量，在一定程度上能夠替代消化池?cái)U(kuò)容帶來(lái)的效益，因此得到了廣泛的研究應(yīng)用。其中，高溫?zé)崴饧夹g(shù)相對(duì)較為成熟，目前，該技術(shù)已開(kāi)發(fā)出Cambi熱水解、Biothelysis熱水解和Monsal酶解等多種工藝，近年來(lái)在歐洲得到推廣應(yīng)用，挪威、英國(guó)和澳大利亞均有成功應(yīng)用的案例。

針對(duì)傳統(tǒng)污泥厭氧消化含固率低的限制，高含固污泥厭氧消化技術(shù)的研究也成為熱點(diǎn)。高含固污泥厭氧消化的優(yōu)勢(shì)在于沼氣產(chǎn)生效率高于傳統(tǒng)的厭氧消化，原因是進(jìn)泥含固率大幅升高，厭氧消化池內(nèi)單位微生物量能接觸消化的有機(jī)物量大為提高，其產(chǎn)氣效率和處理負(fù)荷亦隨之提高。目前國(guó)外已開(kāi)發(fā)出多種高含固污泥厭氧消化技術(shù)，并已在實(shí)際工程中得到應(yīng)用，如芬蘭的HLAD工藝，控制進(jìn)入預(yù)反應(yīng)池的污泥含固率為10%~15%，產(chǎn)氣效率相比傳統(tǒng)污泥厭氧消化高出30%。

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

厭氧消化過(guò)程可殺死部分病原菌和寄生蟲(chóng)卵，使污泥得到穩(wěn)定化，不易腐臭。

厭氧消化過(guò)程產(chǎn)生沼氣，可實(shí)現(xiàn)污泥生物質(zhì)能的有效回收。

厭氧消化可降解污泥中35%~50%的揮發(fā)性固體，減少污泥干固體量，有利于降低后續(xù)污泥處理處置費(fèi)用。同時(shí)厭氧消化有助于提高污泥脫水性能，脫水后污泥體積可進(jìn)一步減少。

技術(shù)缺點(diǎn)：

維持厭氧消化所需溫度需消耗大量熱能。

污泥厭氧消化工藝停留時(shí)間較長(zhǎng)，通常要達(dá)到20~30d，造成厭氧消化池體積龐大，操作管理復(fù)雜。

產(chǎn)甲烷菌對(duì)環(huán)境條件要求較高，啟動(dòng)階段必須進(jìn)行菌種培養(yǎng)，初期調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)。

厭氧消化之后污泥的含水率仍較高，必須進(jìn)行后續(xù)處理，常用的手段有熱干化和深度脫水。

2、好氧發(fā)酵技術(shù)

好氧發(fā)酵是在有氧條件下，微生物通過(guò)吸收、氧化、分解等活動(dòng)，把一部分被吸收的有機(jī)物氧化成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，同時(shí)釋放出可供微生物生長(zhǎng)活動(dòng)所需的能量;而另一部分有機(jī)物則被合成為新的細(xì)胞質(zhì)，使微生物不斷生長(zhǎng)繁殖，產(chǎn)生出更多的生物體的過(guò)程。污泥高溫好氧發(fā)酵不斷地分解有機(jī)物，使堆體溫度不斷升高，并能將其中的病原菌和寄生蟲(chóng)卵殺死，使之無(wú)害化。污泥高溫好氧發(fā)酵的產(chǎn)品稱為堆肥，可以用作土壤改良劑和有機(jī)肥料。污泥高溫好氧發(fā)酵應(yīng)重視污泥重金屬污染問(wèn)題，處理過(guò)程中由于好氧細(xì)菌的作用易產(chǎn)生惡性臭氣，所以應(yīng)防止臭氣污染，處理后的污泥含水率一般可低于40%。

目前污泥堆肥采用的主要工藝形式分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種，又可根據(jù)物料堆放形式分為條垛式和倉(cāng)式兩種，其它還有一些反應(yīng)器形式的堆肥一般應(yīng)用于小型項(xiàng)目中。

制約污泥堆肥技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的瓶頸主要有五個(gè)方面：占地面積、臭氣外排造成的二次污染、干物料的投加和安全儲(chǔ)運(yùn)、污泥的最終處置和操作員的健康安全問(wèn)題。相較于靜態(tài)堆肥倉(cāng)工藝，動(dòng)態(tài)堆肥倉(cāng)工藝在這五方面有了一定的突破。我國(guó)在機(jī)械翻堆工藝和強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)堆肥工藝基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CTB自動(dòng)控制生物堆肥成套技術(shù)，該技術(shù)堆肥耗時(shí)短、占地面積小，無(wú)惡臭、廢水等二次環(huán)境污染問(wèn)題，技術(shù)的完整性和配套性好。而新發(fā)展起來(lái)的污泥好氧堆肥工藝(SACT)是基于臥式敞口發(fā)酵槽理論，通過(guò)構(gòu)筑物形式、機(jī)械翻堆設(shè)備改進(jìn)、自動(dòng)進(jìn)出倉(cāng)系統(tǒng)的采用等方面進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，形成了完整的自動(dòng)化堆肥系統(tǒng)理論，在工程應(yīng)用中進(jìn)一步降低了投資和運(yùn)行成本，取得了良好的工程效果。

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

好氧發(fā)酵工藝能殺滅污泥中病原菌和雜草種子，達(dá)到無(wú)害化。

好氧發(fā)酵工藝能降解污泥中大部分有機(jī)物，并且使污泥的含水率降到40%，達(dá)到減量化。

好氧發(fā)酵后制成的肥料可應(yīng)用于土地，達(dá)到資源化。

不需外加熱源，運(yùn)行成本相對(duì)較低。

技術(shù)缺點(diǎn)：

污泥泥質(zhì)不穩(wěn)定，其中重金屬難以穩(wěn)定化，使用面較窄，只能用作園林綠化用肥。

占地面積較大。

堆肥過(guò)程中產(chǎn)生大量的臭氣，污染周邊環(huán)境。

3、深度脫水技術(shù)

近年來(lái)，污泥脫水技術(shù)得到了很大的發(fā)展，技術(shù)突破集中在污泥脫水前調(diào)理劑的研發(fā)和脫水機(jī)械設(shè)備的改進(jìn)等方面。目前，采用污泥藥劑調(diào)理+機(jī)械脫水的技術(shù)，在濕污泥原泥中加入污泥調(diào)理劑破壞污泥絮體微生物結(jié)構(gòu)并溶胞，分離出物理性結(jié)合水。使微生物的生物體的水分分離，最終使污泥中的結(jié)合水大部分轉(zhuǎn)化為自由態(tài)水，再通過(guò)機(jī)械脫水設(shè)備將自由態(tài)水分分離。該技術(shù)已在制革污水處理廠污泥處理中規(guī)模化應(yīng)用，處理后污泥含水率可低于50%，為滿足污泥后續(xù)處理處置的要求，需要進(jìn)一步降低常規(guī)機(jī)械脫水污泥的含水率。

污泥的調(diào)質(zhì)處理是污泥深度脫水的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和核心技術(shù)，可以說(shuō)污泥調(diào)理技術(shù)決定污泥深度脫水項(xiàng)目的成敗。國(guó)內(nèi)污泥調(diào)質(zhì)的方法比較多，普遍采用在污泥中添加脫水劑、絮凝劑或混凝劑的方法，改變污泥中水分子(主要是間隙水和毛細(xì)水)存在方式和結(jié)構(gòu)，有利于水與泥在一定條件下實(shí)現(xiàn)分離。常用的調(diào)質(zhì)藥劑為氯化鐵(或硫酸鐵、聚合硫酸鐵)加生石灰。

污泥深度脫水設(shè)備主要是高壓隔膜板框壓濾機(jī)，通過(guò)從污泥外部施加壓力，使調(diào)質(zhì)后的污泥中的水分瀝出并分離，得到含固率較高的泥餅。國(guó)內(nèi)設(shè)備制造廠商比較多，品牌知名度較高設(shè)備性能較好的有山東景津、杭州興源等，設(shè)備制造工藝和質(zhì)量已經(jīng)日益完善。

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

減量效果好，能源消耗低，占地面積小，建設(shè)周期短，處理時(shí)間短。

技術(shù)缺點(diǎn)：

氯化鐵具有強(qiáng)腐蝕性，生石灰容易結(jié)垢，導(dǎo)致高壓隔膜板框壓濾機(jī)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高，穩(wěn)定與殺菌不足，略臭，污泥中有機(jī)質(zhì)含量未降低。

4、污泥熱干化技術(shù)

污泥的熱干化是指通過(guò)污泥與熱媒之間的傳熱作用，脫除污泥中水分的工藝過(guò)程。污泥熱干化系統(tǒng)主要包括儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、干化系統(tǒng)、尾氣凈化與處理系統(tǒng)、電氣自控儀表系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)等。

按污泥被干燥的程度不同，分為全干化和半干化兩種，“全干化”指較高含固率的類型，如干化后污泥的含固率85%以上;而半干化則主要指干化后污泥的含固率在45~60%左右的類型。按污泥干燥的形式，將污泥干化分為直接干化和間接干化兩種，直接干化是利用熱的干燥介質(zhì)(如煙氣)與污泥直接接觸，以對(duì)流方式傳遞熱量，并將蒸發(fā)的水分帶走，也稱為熱對(duì)流干化系統(tǒng);間接干化是利用傳導(dǎo)方式由熱媒(如蒸汽等)通過(guò)金屬壁面向污泥傳遞熱量，蒸發(fā)的水分通過(guò)載氣(如空氣)帶走并洗滌冷凝，也稱熱傳導(dǎo)干化系統(tǒng)。

目前污泥干化所采用的干化機(jī)主要有：對(duì)流方式傳熱的流化床干化機(jī)、轉(zhuǎn)筒干化機(jī)、帶式干化機(jī)，傳導(dǎo)加熱方式的轉(zhuǎn)盤式干化機(jī)、漿葉式干化機(jī)、對(duì)流與傳導(dǎo)加熱相結(jié)合的渦輪薄膜干化機(jī)等。

污泥顯著減容，體積可減少約4倍。

干化處理后可形成穩(wěn)定產(chǎn)品，污泥性狀大大改善。

干化處理成品無(wú)臭且無(wú)病原體，減輕了污泥有關(guān)的負(fù)面效應(yīng)，使處理后的產(chǎn)品更易被接受。

干化處理成品具有多種用途，如作肥料、土壤改良劑、替代能源等。

技術(shù)缺點(diǎn)：

投資大，能耗高，運(yùn)行成本高。

高溫干化易產(chǎn)生臭氣。

干化過(guò)程粉塵控制要求嚴(yán)格，存在安全隱患。

5、石灰穩(wěn)定技術(shù)

通過(guò)向脫水污泥中投加一定比例的生石灰并均勻摻混，生石灰與脫水污泥中的水分發(fā)生反應(yīng)，生成氫氧化鈣和碳酸鈣并釋放熱量。石灰穩(wěn)定技術(shù)可有效起到除臭、滅菌、抑制腐化、脫水、鈍化重金屬離子等作用。

典型的工藝流程為：含水率80%的污泥由螺旋輸送機(jī)送至料倉(cāng)暫存，通過(guò)計(jì)量輸送裝置使污泥和生石灰按質(zhì)量比4:1的配比分別送入物料反應(yīng)系統(tǒng)。在物料反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)，污泥和生石灰發(fā)生化合反應(yīng)，使系統(tǒng)內(nèi)的溫度迅速升高到100度，污泥中的水份被大量蒸發(fā)，完成污泥的干燥、脫水過(guò)程。干化后的污泥通過(guò)雙螺旋混合器輸送至室外堆置棚進(jìn)行堆置貯存。為防止污泥干化工程中產(chǎn)生二次污染，可以通過(guò)添加除塵、除臭設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)排放出的石灰粉塵和惡臭氣體的處理。

在實(shí)際應(yīng)用中，除了投加石灰外還往往投加其它輔料以增強(qiáng)效果，這些輔料有的含N，增加NH3氣體的產(chǎn)生，強(qiáng)化殺菌且有利土地利用;有的為強(qiáng)酸的鐵鹽和鋁鹽，提高反應(yīng)溫度同時(shí)使固體無(wú)機(jī)成份的比例更適合于建材利用;一般都為酸性，除了增加放熱外還能適度調(diào)節(jié)PH，共同的作用都是減少石灰加量，節(jié)約費(fèi)用。

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

投資小，運(yùn)行成本低，占地面積小，操作管理簡(jiǎn)單。

可以有效消滅細(xì)菌，且無(wú)細(xì)菌再生的風(fēng)險(xiǎn)。

干化產(chǎn)物富含含大量氫氧化鈣、氧化硅、碳酸鈣等物質(zhì)，可以作為建筑材料的基材、道路基礎(chǔ)輔料、垃圾填埋場(chǎng)的墊層土、道路施工用的回填土等使用。

石灰穩(wěn)定污泥pH值較高，可作為焚燒設(shè)備的脫硫劑。

尤其適合應(yīng)急或階段性處置。

技術(shù)缺點(diǎn)：

由于添加石灰量大，減量化程度相對(duì)其他工藝不高。

呈強(qiáng)堿性，土地利用價(jià)值低且面窄。

藥劑使用費(fèi)高。

6、污泥焚燒技術(shù)

污泥焚燒是指污泥在一定溫度，充分有氧的條件下，使污泥中的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、N2等，反應(yīng)過(guò)程中釋放出來(lái)的熱量用于維持反應(yīng)的溫度條件。污泥焚燒是最徹底的污泥處理方法，它能去除全部有機(jī)物，殺死全部病原體，最大限度地減少污泥體積。

污泥焚燒一般采用流化床工藝，分為固定(鼓泡)流化床焚燒爐、循環(huán)流化床焚燒爐和回轉(zhuǎn)式流化床焚燒爐等。污泥焚燒的煙氣應(yīng)進(jìn)行處理，并滿足《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》等有關(guān)規(guī)定。污泥焚燒的爐渣和除塵設(shè)備收集的飛灰應(yīng)分別收集、儲(chǔ)存、運(yùn)輸。國(guó)家鼓勵(lì)對(duì)符合要求的爐渣進(jìn)行綜合利用：飛灰需經(jīng)鑒別后妥善處置。污泥焚燒工藝在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的大中城市應(yīng)用較廣。一般采用干化焚燒的聯(lián)用方式，提高污泥的熱能利用效率。

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

采用焚燒法處理污泥，可最大程度地實(shí)現(xiàn)“減量化、穩(wěn)定化和無(wú)害化”。

焚燒后的灰渣根據(jù)重金屬含量可選擇直接或使用重金屬螯合劑處理后進(jìn)入填埋場(chǎng)，也可用作建筑材料或鋪路等。

技術(shù)缺點(diǎn)：

投資大，設(shè)備維護(hù)成本高。

污泥本身熱值低，需與生活垃圾、煤等摻燒，運(yùn)行成本高。

尾氣排放量大，易造成二次污染。

7、綜合評(píng)價(jià)

污泥處理的目標(biāo)是減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化。要想作為資源利用是一種向往，與現(xiàn)實(shí)有較大距離，普遍“化”不了，還不能作為必須達(dá)到的目標(biāo)。各種處理方法相比較，各有不同的優(yōu)勢(shì)。

減量化的程度，熱干化和焚燒是最高的。石灰穩(wěn)定和好氧發(fā)酵(堆肥)處于相當(dāng)水平，一般可達(dá)35%(好氧發(fā)酵因不同工藝、不同的菌種和秸稈類輔料的投加比例不同有較大的變化輻度為15~40%)。比化學(xué)調(diào)理后深度脫水(42%)差，但產(chǎn)物的含水率卻低些(因?yàn)橥兜墓腆w量較大)，消化+半干化為50%，干化焚燒為95%，但經(jīng)濟(jì)投入要大得多。

穩(wěn)定化程度，熱干化和焚燒是最徹底的。石灰穩(wěn)定、好氧發(fā)酵、厭氧消化也都能達(dá)到較好的穩(wěn)定程度，深度脫水則尚有差距。

無(wú)害化程度，熱干化和焚燒殺滅病原體最徹底。好氧發(fā)酵和石灰穩(wěn)定殺菌能力其次，厭氧消化和深度脫水殺菌能力略有不足。

占用土地方面，石灰穩(wěn)定和深度脫水技術(shù)處理時(shí)間短，占用土地最少。而好氧發(fā)酵與厭氧消化一般用時(shí)較長(zhǎng)，占用土地面積大。

經(jīng)濟(jì)性方面，石灰穩(wěn)定的建設(shè)投資和運(yùn)行成本是最低的，厭氧消化，好氧發(fā)酵，深度脫水其次，熱干化和焚燒技術(shù)投資和運(yùn)行成本較高。

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