城市污水处理厂污泥处理工艺分析

李 倩 习兴梅

（贵州省建筑设计研究院有限责任公司 贵州贵阳 550000）

1 引言

城市污水处理过程中产生的污泥对于环境十分不利，因污泥中有机物含量高，易变质，其含有的大量寄生虫及病原体如不能有效、及时处理将二次污染水源、空气和土壤，对环境造成危害。因此对污泥的处置和资源化利用是污水处理厂面临的重要问题。

2 污泥的成分

污泥在处理污水的过程中产生的沉淀物，它是由无机颗粒、胶体、有机物质、细菌、水分构成，其含水量、有机物含量高，性状不稳定容易腐败。其中有益部分是含有氮磷钾等植物性微量元素，但也存在重金属、病原菌、寄生虫、多氯联苯等不易降解的有害有毒物质。通过分析我国城市污水厂的初沉污泥和剩余污泥的成分，得知污水中的主要成分是淡水化合物，脂肪和有机质比例较低。

3 污泥处理技术

我国目前常用的污泥处理技术主要有三种浓缩脱水技术、污泥厌氧消化、污泥好氧发酵。

3.1 浓缩脱水技术

浓缩是指通过浓缩的方式降低污泥含水量，有效缩小污泥体积。浓缩方式又分为机械浓缩和重力浓缩两种方式。机械浓缩与重力浓度相比，具有占地面积省，总建设成本低，操作环境好，不会发生污泥厌氧磷的情况等优点，考虑到在这个项目中应用了生物除磷的方式，为了防止活性污泥在厌氧条件下二次放磷，构筑物里剩余污泥不宜停留过长时间。

脱水指的是将污泥中的吸附水及毛细水分离出来，转化为半固态或固体黏土的处理方法。脱水后，污泥含水量将快速降低，实际脱水效果污泥和沉淀物的性质和脱水设备的效率有关系。进一步脱水称为污泥干燥，干燥后污泥含水率低于1/10。脱水的方法，主要是机械脱水法、自然干燥法和造粒。自然干化法和机械脱水法适用于处理污水中的污泥。造粒法适用于处理混凝状态和沉淀的污泥。因为自然干化法需要的时间周期长，所以城市污水处理厂使用机械脱水法比较多。

3.2 污泥厌氧消化

污泥厌氧消化是指污泥在厌氧条件下，污泥中可被微生物降解的有机物由兼性厌氧菌的分解成二氧化碳、甲烷和水等，产生沼气，使污泥的状态稳定，是使污泥减量化、稳定化的常用方法。

厌氧消化技术的主要优势在产生甲烷可以用来发电，能有效的降低污泥中有机物浓度，减少固体污泥体积。提高污泥的脱水能力，使污泥无明显臭味，减少了后续处理费用。通过高温消化能杀死寄生虫卵，病原体去除率高。实际应用中也存在处理方法复杂，厌氧消化时间久，占地面积大等缺点。初期投资和运行费用高，适用于大规模和处理污泥量多的污水处理厂。

3.3 污泥好氧发酵

污泥好氧消化也被称作好氧堆肥，是污泥中的嗜热菌、好氧嗜热菌分解有机物的内源代谢过程，最后形成类似腐殖质土壤的物质。通过曝气的方法在污泥堆中充入氧气，活性污泥中有机体自身氧化分解，转化为水、二氧化碳、氨气等。有机降解的过程中产生热量，使堆料层中形成高温，能有效杀灭病原体、寄生虫卵等微生物，使污泥得到稳定，从而实现污泥稳定化、减量化和无害化。好氧发酵阶段通常采用一次发酵方式，有时需要干燥和造粒。

3.4 热解（炭化）技术

热解（炭化）技术是利用有机物的热不稳定性，在缺氧或无氧环境条件下对污泥进行加热，使污泥中的有机物发生热裂解，生成燃料气、裂解油和裂解炭。燃料气和裂解油可以作为燃料再利用，裂解炭可以作为污水、废气处理的吸附剂使用。由于污泥热解是在缺氧或无氧条件下进行，可抑制有害气体二噁英类物质的产生；污泥热解过程可以降低重金属的有效性，可以使碳酸盐结合态和可交换态重金属向残渣态和硫化物结合态转化，从而降低污泥资源化利用的环境风险。因此，污泥热解既能利用自身能源，减少能量消耗，降低污泥林用的环境风险，同时也为污水及烟气处理提供吸附原料，具有较好的市场应用前景。

4 污泥处置的实际应用

某污水处理厂建立了污泥热解处理项目，污泥处理量为25t／d（污泥含水率以60%计），采用“混合式干化技术+污泥热解技术+烟气处理技术”集成工艺。热解装置主要设备包括混合式干化炉、热解炉、二次燃烧炉、辅助燃烧炉和尾气处理系统等，其主要的工艺流程见图1。

图1 热解工艺流程图

脱水污泥经输入装置送至混合式干化炉，在干化炉内，污泥从干化炉前端向后端移动的过程中被内外双重加热至160～200℃，同时使含水率降低到20%左右，完成干化过程。干化炉的烟气混合后经降温除尘、吸附处理后，达标排放。

干化污泥通过输送螺旋机送至外热式热解炉，在热解炉内，炉体持续旋转使污泥从前端往后端移动，同时通过炉壁完成与高温烟气之间的间接换热，完成热解过程，热解产物从热解炉的尾部排出后，经冷却输送装置降温冷却后排出，最后实现资源化利用。热解温度一般控制在550℃左右，干化污泥在热解炉内的停留时间约为30min。

二次燃烧炉利用生物质燃烧产生的高温烟气对热解炉进行加热，加热完成后的烟气进入干化炉内对湿污泥直接接触加热，同时辅助燃烧炉产生的热烟气通过炉壁对干化炉内的污泥进行加热。热解产生的裂解气主要包含CO、有机烃类、粉尘、水蒸气等，裂解气送入处理装置产生的废水送入污水处理装置，处理后的气体送入二次燃烧炉燃烧，充分利用污泥有机质的热量，能够起到节能降耗的作用。

本试验采用自制的热解设备进行试验，该设备包括2个部分：热解炉及裂解气处理装置。热解炉在高温下对干化污泥进行热解，产生热解物和裂解气，热解物在冷却之后取出，裂解气经处理装置降温、二级水洗、干燥后排出，具体装置见图2。

图2 自制热解试验装置

热解装置生产所需外热由生物质燃烧提供，由上述计算所得的热量消耗之差，可初步计算出优化工艺所能节省的生物质消耗量，并以此评估优化工艺条件后的经济效益。根据经验值，热解装置的生物质燃烧装置的热效率约为60%，生物质的热值约为15.91MJ/kg，可对热解过程生物质消耗量进行计算。

通过计算可以发现，处理每吨含水率60%的市政污泥，在400℃进行热解可以减少生物质消耗量26.1kg，按目前生物质市场价格1000元/t计算，优化后的工艺可以节省26.1元/t，按照项目估算成本350元/t计算，生产成本可降低约7.46%，如同时将热解过程停留时间由30min缩短至20min，停留时间缩短1/3，故同样的设备条件下可以将热解物的产能提高33%，综合考虑，优化后的工艺条件能够进一步提高热解技术的市场竞争力。

5 结束语

当前，污泥处理是环保事业的重要组成部分，随着现代工业生产技术的进步，排污量也在增加。处理污水的过程中产生的污泥若得不到合适的处理将二次污染环境，因此选用合适的污泥处理工艺非常重要。工艺选择时，要从成本和工艺协调性等多方面的考量，并选用辅助措施来减少工艺对环境造成的危害。污泥处置应适应城市发展要求，结合实际情况选择合适的污泥处置方案，建设配套的污泥处置项目，提高污泥处理水平。

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