污水厂污泥深度处理的研究

刘广钊 王英辉 彭艺艺

(1.广西大学环境学院,广西南宁 530001;2.柳州市污水治理有限责任公司,广西柳州 545005)

污水厂污泥深度处理的研究

刘广钊1,2王英辉1彭艺艺2

(1.广西大学环境学院,广西南宁 530001;2.柳州市污水治理有限责任公司,广西柳州 545005)

目前污泥处理形势严峻,以柳州市污水治理有限责任公司龙泉山污水厂为研究基地,采用以电渗透脱水处理为核心的污泥深度处理工艺进行研究,对超过100批次的污泥进行调理和深度处理试验后,在低成本条件下使污泥含水率降至60%以下,工艺系统运行成熟可靠,深度脱水效果稳定高效。

污泥处置 二次污染 深度处理 电渗透

随着环境保护形势日益严峻，城镇污水处理行业逐步发展壮大，污水厂总处理规模和处理程度不断扩大和提高，污泥的产生量也在大幅度增加。同时，污泥处理的投资和运行费用巨大，可占整个污水处理厂投资及运行费用的25%-65%，己成为城市污水处理厂所面临的沉重负担。污泥处理的通常做法是；先经过浓缩、稳定、脱水等预处理后，进行最终的处置。目前常用的最终处置方法有；卫生填埋、焚烧和土地利用等。环境标准的日益严格，使得常规处置方法变得非常困难，而且随着城市化进程的发展，无论是填埋还是焚烧，选址也成为一大难题。此外，虽然近年来国内外也发展了一些新的污泥资源化处置技术，但不容乐观的是污泥的资源化利用受到所能消纳污泥量的能力、资源化产品的市场需求量、市场稳定性以及公众对其的心理接纳程度等因素的制约。因此，如何合理的解决污泥问题，己是当前亟待解决的环保问题之一。

面对上述当前污泥处理遇到的重重困难.提出应将污泥管理的重心前移到“源头控制”、“源头分流”，污泥处理应当遵循减量化为主，资源化、无害化和末端处置为辅，这样才能真正解决污泥的问题。这种思想也将成为今后城市污泥处置发展的主流。

1 污泥处理现状及趋势

目前全世界80%以上的污水处理厂应用活性污泥法处理污水，它最大的弊端就是处理污水的同时产生惊人的大量剩余污泥。污泥中的固体有的是截留下来的悬浮物质，有的是由生物处理系统排出的生物污泥，有的则是因投加药剂而形成的化学污泥，污水处理厂产生的污泥量约为处理水体积的0.15%-1%左右。对这些污泥处理方法主要有；农用、填海、焚烧、埋地等，但这些方法都无一例外地存在弊端.例如污泥中重金属的含量通常超过农用污泥重金属最高限量的规定。此外，污泥中还含有病原体、寄生虫卵等，如农业利用不当，将对人类的健康造成严重的危害。填埋处置容易对地下水造成污染，同时大量占用土地。焚烧处置虽可使污泥体积大幅减小，且可灭菌，但焚烧设备的投资和运行费用都比较大。投放远洋虽可在短期内避免海岸线及近海受到污染，但其长期危害可能非常严重，因此，已被世界上大多数国家所禁用。

目前柳州市每年处理城市污水约1.5亿吨，由于基本上采用活性污泥法进行处理，产生的剩余污泥总量每年约为5万吨。随着城镇化速度加快，城市逐渐增大，工业生产规模变大，人口急剧增加，污水排放量必然上升，剩余污泥量随之大幅增加。国内部分城市已经出现因剩余污泥减量化和处置措施滞后导致污泥围城，土地受到大面积的严重污染。

表1

表2

表3

2 污泥深度处理的研究与应用

柳州市污水治理有限责任公司以龙泉山污水厂作为研究基地，在污泥脱水车间旁新建了500平方米厂房，从江苏百新环境工程有限公司引进一台BXDS-1100污泥电渗透脱水机，各种配套设备构成如下；污泥进料装置、半干污泥出料输送机、电渗透尾气收集装置、尾气引风机、除臭塔及连接管路、除臭液循环水泵、湿污泥除臭喷淋装置、主控系统、电力配套装置、菌种发酵罐，从而逐步研究开发出一套以电渗透脱水处理为核心的污泥深度处理工艺系统。

该污泥深度处理系统的核心是电渗透脱水技术。电渗透脱水技术是一种新开发的活性生化污泥脱水技术，它将固液分离技术和污泥自身具有的电化学性质的物理化学处理技术有机地结合起来.利用“电力”进行脱水，可脱除毛细管水，将城市污水处理厂的污泥含水率降到60%以下，这是其他机械脱水法难以达到的。

目前通常以电场对双电层的影响来解释电渗透脱水技术原理。当固体物料与极性液体(例如水)相接触时，由于发生电离、离子吸附或溶解，使固体粒子表面带有一定的电荷，带电的固体粒子靠静电力吸引附近溶液中带相反电荷的离子(反离子)形成双电层。在静电引力和离子热运动的共同作用下，一部分反离子被紧密吸附在带电固体粒子表面，形成一层紧密层，另一部分反离子则扩散到固体粒子周围，形成扩散层.在电场作用下，颗粒固定、液体(例如水)通过多孔性固体作定向运动。

本研究采用电渗透技术.给污泥施加电场， 扩散层中的反离子沿滑移界面向电极移动，同时带动水分子移动，从而实现污泥的脱水。

随后逐步对污水厂的污泥进行深度脱水处理试验。首先将99.2%左右的剩余污泥浓缩至含水率97%，使用复合污泥调理剂处理后经深度脱水的泥饼含水率降低至60%以下。具体数据如表1所示。

研究发现含水率97%左右的浓缩污泥和含水率80%的脱水污泥均可进行电渗透脱水处理，而当污泥含水率为75%-85%时的电渗透处理能耗最低，所得泥饼含水率降低至50-60%。

整个过程对超过100批次的污泥进行研究试验.总体情况如下：

(1)含水率75-80%的污泥进入电渗透脱水机系统.经10～15分钟即可使含水率降至55%以下。

(2)以污泥脱水至55%计算，每小时处理含水率80%的污泥约0.65吨.得到含水率55%的污泥约0.3吨。

(3)每吨污泥深度处理所需的原料如表2所示。

(4)每吨污泥深度处理所需的水电消耗如表3所示。

(5)每吨污泥深度处理成本小计；除臭5.5元+水电104.25元+工资40元+运费15元=164.75元。

3 结语

柳州市污水治理有限责任公司进行的污泥深度处理研究经过多次优化.工艺系统运行成熟可靠.深度脱水效果稳定高效。

(1)电渗透污泥脱水工艺是国内首次出现的工业化污泥深度处理新工艺.具有其独特的结构优势.将固液分离技术和污泥自身具有的电化学性质的物理化学处理技术有机地结合起来.可利用“电力”进行脱水；(2)整个过程基本在封闭条件下运行.采用纳豆菌进行除臭在国内尚属首例.利用喷淋装置吸收废气.完全符合清洁生产的要求；(3)主要设备和辅料国产化.不仅设备投资和运行成本大大低于国内外现有技术.而且操作简便、运行安全稳定、清洁环保；(4)整套设备占地面积小.自动化程度高.无需热源.适应性强；(5)污泥处理速度快.无需长期储存.消除发酵发臭的隐忧；(6)经深度处理后的污泥可与次煤、助燃剂、减水剂混合后获得含煤的污泥含水率在20%左右.再进行二次配煤即可得到电煤.实现资源化利用。