广西污水处理厂污泥处理处置工艺选择

刘中位， 张志蓉

(1.广西城乡规划设计院， 南宁 530022； 2. 广西交通科学研究院， 南宁 530007)

我国污泥处理技术发展起步较晚，早期建设的污水处理厂普遍存在“重视污水处理、忽略污泥处理处置”的问题。污水处理过程将大部分污染物从污水转移到污泥中，因而污泥中的物质种类较多，包括有机物、氮、磷、钾和其它微量元素，致病微生物，锌、铜、铬等重金属。如果污泥不能进一步妥善处置，直接排放到环境中，会造成二次污染。

针对污泥处理处置，2009年住房和城乡建设部发布了《城镇污水处理厂污泥处理技术规程》(CJJ131—2009)，2010年环境保护部发布了《城镇污水处理厂污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南(试行)》。规程和指南针对整个中国大的范围提出了各种可行的方法，每种方法均有不同的适用条件和各自的优缺点，而中国幅员辽阔，各地经济、气候环境差异较大，因此，应根据各地的实际情况，选择合适的处理处置工艺。

广西和国内其他省份相比又有自身的特点，本文通过对污泥性质、处理处置工艺的分析，结合广西污水处理厂的实际情况，推荐适合广西的污泥处理处置工艺。

1 污泥处理处置现状

1.1 国外污泥处理处置情况

国外污泥处理处置的方法主要有填埋、焚烧和土地利用三种，各国具体情况不同，选择的方法各异。美国以土地利用为主，上世纪80年代末填埋约占42%，至90年代末，土地利用比例急剧上升至59%；日本国土面积较小，以焚烧为主，约占63%，土地利用占22%，填埋占5%，其它约10%；丹麦、卢森堡和法国污泥以农用为主，法国、卢森堡、德国和荷兰计划加大焚烧的比例。同一个国家的不同地区对污泥处理处置的工艺也有所差异，如在英国，北部大型工业城市由于污泥中重金属含量较高且含有一些有毒成分，因此焚烧约占50%，而其它城市则以土地利用为主[1]。

国外污泥处置的趋势是回收污泥中的能源，将营养物质和有机组分回用于土地。

1.2 国内污泥处理处置情况

多数污水处理厂都是采用浓缩脱水来处理污泥，而采用稳定化处理的污水处理厂比例不到20%；多数城镇污水处理厂污泥主要的处置方法是土地填埋，其次是污泥土地利用[2]。近年来，最终处置出现很多新技术，如干化(利用低温余热、单独加热)焚烧、水泥焚烧、堆肥(生物干化)等。

2 污泥处理处置原则及工艺分析

2.1 污泥处理处置原则

我国污泥处理的原则是“减量化、无害化和资源化”，减量化主要是指降低含水率，减小污泥的体积；无害化指降解有机物，将有害物质稳定，避免污染环境；资源化指将无害化的污泥再次利用。

2.2 污泥处理处置工艺概况

《城镇污水处理厂污泥处理技术规程》(CJJ131—2009)中处理工艺较多，包括浓缩、脱水、厌氧消化、好氧消化、石灰稳定、堆肥、干化和焚烧；在《城镇污水处理厂污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南(试行)》中，土地利用和焚烧作为最终处置方式。

浓缩、脱水只能减量化，经浓缩脱水后污泥含水率从98%降到在80%左右，体积为原来的1/10，减量效果明显，目前几乎所有污水厂都有浓缩、脱水设施。

厌氧消化能一定程度上减量化、稳定化，有机物降解率可达40%～50%，消化后污泥需要后续处理，如脱水、干化、堆肥等。

石灰稳定通过投加生石灰发热将污泥中的水分蒸发，降低污泥含水率，同时使pH值和温度升高，以抑制病原菌和其它微生物生长，减少臭味。石灰稳定从减量化看，虽然降低了含水率，但是投加生石灰一定程度上增加了污泥的重量。

污泥堆肥是在一定条件下通过微生物的作用，使有机物不断被降解和稳定的过程。分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。好氧堆肥是在有氧情况下有机物料的分解过程，其代谢产物主要是二氧化碳、水和热；厌氧堆肥是在无氧条件下有机物料的分解，厌氧分解最后的产物是甲烷、二氧化碳和许多低分子量的中间产物，如有机酸等。厌氧堆肥与好氧堆肥相比较，单位质量的有机质降解产生的能量较少，而且厌氧堆肥通常容易发出臭气。由于这些原因，好氧堆肥采用较多。

热干化是对脱水污泥加热将污泥中的水蒸发，降低含水率，湿污泥成为干化产品。干化过程能源消耗较大，包括水分气化、污泥升温消耗的热能(约占总能耗的80%)和系统机械设备运行消耗的电能(约占总能耗的20%)[3]。根据《城镇污水处理厂污泥处理技术规程》，热干化的热源应充分利用污泥自身的热量和其他设施的余热，不宜采用优质一次能源。对于含水率为80%的污泥，干化后焚烧产生的热量远低于干化阶段热能的消耗，必须利用其它余热，如热电厂、水泥厂的热烟气等，热干化过程中存在污泥自燃和设备爆炸等安全问题。热干化后的污泥可以作为土壤改良剂、肥料，或作为水泥窑、发电厂和焚烧炉燃料，因此，热干化适用于当地有可利用的热源，或干化污泥后续作为燃料的污泥处理工程。

《城镇污水处理厂污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南(试行)》中，污泥中温厌氧消化和污泥好氧发酵为污泥处理污染防治最佳可行技术，污泥土地利用和污泥干化焚烧为污泥处置污染防治最佳可行技术，本文重点对污泥处理处置最佳可行技术进行分析。

2.3 污泥厌氧消化、好氧发酵工艺分析

污泥厌氧消化是在厌氧条件下，通过微生物对有机物进行降解，将污泥中的有机物转化为沼气，使污泥中有机物矿化、稳定的过程。厌氧消化有中温厌氧消化(35±2℃)和高温厌氧消化(53±2℃)两种。中温厌氧消化速率较慢，产气率低，但维持中温厌氧的能耗较少，沼气产能能够维持在较高水平；高温厌氧消化微生物生长活跃，有机物分解速度快，产气率高，停留时间短，但需要维持消化池的高温运行，能量消耗较大，系统稳定性较差，适合污水处理规模10万t/d以上的污水处理厂。污泥厌氧消化有以下优点：

(1) 降解污泥中的有机物，减少污泥中可分解、易腐化物质的数量，使污泥性质稳定，同时使污泥的体积减少。

(2) 提高污泥的脱水性能，未消化的污泥呈粘性胶状结构，不易脱水，消化过的污泥，胶体物质被气化、液化或分解，使污泥中的水分与固体易分离。

(3) 利用厌氧消化产生的沼气作为燃料，用来保持厌氧反应的温度或烧锅炉、发电等。

厌氧消化存在以下问题：

(1) 保证厌氧反应器的反应速率，需要保持适宜的温度，因此需要消耗能量。

(2) 需要较高的污泥浓度及污泥中有机物含量，以保证沼气产气率。

(3) 沼气利用关键设备大多精密度较高, 自控和维修相对比较复杂且昂贵。污泥厌氧消化、沼气收集和利用等多个环节, 污泥厌氧消化工艺对多工种技术水平和配合协调能力要求高, 运行存在一定难度。

(4) 厌氧消化污泥还需要进一步处理，含水率才能达到处置要求。

污泥好氧发酵是指在有氧条件下，好氧微生物将污泥中的有机物降解，反应过程中释放的热量形成高温，并持续一定时间将污泥中的病原微生物杀死，从而实现污泥减量化、稳定化和无害化的过程。

污泥好氧发酵具有使有机有害物分解彻底、堆肥周期短、臭味小、好控制等优点。通过添加辅料(锯末、水稻秸秆、玉米秸秆)调节合适的C/N比、含水率和鼓风，经发酵后，发酵产品含水率在40%左右。

常见的好氧发酵有条垛式好氧发酵、发酵槽(池)式好氧发酵和一体化的好氧发酵设备，前两种适合规模较大的污泥处理；一体化好氧发酵设备集发酵、除臭等于一体，土建工程量小，自动化程度高，运行管理方便，适合小规模的污泥处理。

好氧发酵运行维护相对简单，系统更稳定。

2.4 污泥土地利用和干化焚烧工艺分析

污泥土地利用是指污泥经过稳定化和无害化处理后，通过播撒、深耕等方式施用于土壤的处置方式，包括园林绿化、林地利用和土壤修复及改良等综合利用。园林绿化、林地利用可促进树木、花卉、草坪的生长，而对于各种采矿后残留的矿场、建筑取土场、垃圾填埋场、森林采伐场、地表严重破坏需复垦的土地，由于已失去一般土壤的特性，无法直接植树种草，施入污泥可以增加土壤养分，改良土壤特性，促进地表植物生长。这三种处置方式都避开了食物链，对人类潜在威胁小，但污泥泥质需要达到相应的标准。

干化焚烧是利用焚烧炉将污泥加热，并高温氧化污泥中的有机物，使之成为少量灰烬。焚烧前通常采用热干化作为预处理，以提高污泥热值，降低运输和贮存成本。焚烧过程中，需对烟气进行处理。焚烧过程需要消耗大量的能源，焚烧的减量化和无害化效果最好，但投资较大，处理成本较高，运行管理要求很高。目前国内正在建设和运行的采用焚烧工艺的污泥处理厂有十多座，其中上海石洞口污泥处理厂2004年11月建成，是国内第一套处理城市污水厂污泥的干化焚烧装置，设计规模213 t/d[4]，运行过程中经过多次大修，目前正在进行后续完善工程。干化焚烧工艺适用于污泥量大、经济较发达的地方。

3 广西污泥处理处置现状分析

3.1 广西污泥处理处置现状

广西在“十一五”期间，污水处理发展较快，县级及以上城市均建有污水处理厂，截止2011年底，全区已建设污水处理厂108座，污水处理规模332万m3/d[5]，污泥处理处置情况详见表1。

表1 广西污水处理厂污泥处理处置现状

3.2 广西污泥处理处置现状分析

广西污水处理厂污泥处理处置具有以下特点：

(1) 处理规模5万t/d以下的中小型污水处理厂为主(占83.3%)，每座污水处理厂污泥产量较少，污泥产率按每万t污水4 t污泥(含水率为80%)计算，大部分污水处理厂污泥产量在20 t/d以下。

(2) 污泥处理以“浓缩+带式脱水/离心脱水”为主，占94.4%。

(3) 最终的处置以卫生填埋为主，占96.3%。

(4) 污泥中有无机物(泥砂)含量大，广西绝大部分城市的污水收集管网为雨污合流式，而大部分污水处理厂仅设有沉砂池，未设初沉池，剩余污泥中泥砂含量大。

广西污水处理厂污泥处理处置存在以下问题：

(1) 减量化不明显，脱水后污泥含水率在80%左右。

(2) 脱水污泥直接进入生活垃圾填埋场填埋，虽然做到了无害化，但存在诸多问题。根据GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》中的规定，污泥含水率小于60%才能进生活垃圾填埋场填埋处置，目前的带式脱水机和离心脱水机脱水效果达不到要求。污泥进入填埋场以后，含水率较高，影响填埋作业和垃圾堆体的安全。

(3) 未能资源化，直接填埋，污泥中含有的大量有机质及氮、磷等养分不能利用。

4 广西污水处理厂污泥处理处置推荐工艺

4.1 污泥处理工艺推荐

广西排水管网绝大部分为雨污合流制，进水含砂量大，导致污泥中含砂量大，不利于厌氧消化系统的稳定运行，因此推荐采用好氧发酵工艺。广西污水处理厂以5万t以下的中小型污水处理厂为主(占83.3%)，污泥产量少，这类规模较小的污水处理厂污泥处理推荐采用一体化好氧发酵处理工艺，占地面积小，自动化程度高，运行管理更方便，但应注意设备的维护管理，以保证发酵、除臭效果和设备的使用寿命；规模5万t以上的污水处理厂，推荐采用条垛式好氧发酵或发酵槽(池)式好氧发酵处理工艺，以保证发酵、除臭效果，同时可以降低工程投资。

4.2 污泥处置工艺推荐

土地利用和焚烧两种最佳可行的最终处置方式中，土地利用更为合适，特别是广西大面积种植速生桉、甘蔗等作物，有污泥土地利用的条件。对于污泥产量大、有可利用热源、经济发达的小部分地方，也可采用焚烧处置。

5 结语

根据广西污水处理厂的实际情况，污泥处理处置工艺采用“浓缩脱水+好氧发酵+土地利用”是合适的；对于少量规模较大的污水处理厂，当地经济较发达，同时有合适的热源可利用时，也可采用“浓缩脱水+好氧发酵/热干化+焚烧”技术路线。

[1] 杭世珺，陈吉宁，郑兴灿，等.污泥处理处置的认识误区与控制对策[J]. 中国环保产业，2005(3)：11-14.

[2] 池勇志，迟季平，马颜，等.城镇污水污泥性质与处理处置概况[J]. 环境科学与技术，2010, 33(12):169-172.

[3] 李润东，张万里，孙洋，等.污泥热干化技术适应性分析及未来发展趋势[J]. 可再生能源，2012, 30(5):95-99.

[4] 曹晶.上海市石洞口城市污水处理厂污泥处理工程后评估[J].中国给水排水，2012， 28(12):46-50.

[5] 成官文，朱宗强，徐子涵，等.广西城镇污水处理厂建设和运行的现状分析[J]. 环境工程学报，2013,7(7):2579-2586.