城市污水處理中污泥處理的可持續性分析

陳仁著

摘要：作為一個先決條件，污泥至少應當是穩定的，在實際運行上即是要求沒有臭味。當地或將來的法律可能要求會更高：污泥可能被要求消毒／巴氏除菌。消毒要求達到一個強制的目標：病原體如腸道病毒、傷寒菌、線蟲、寄生蟲卵等在處理后的樣品中應當檢測不到。

關鍵詞：污泥；處理；工藝；分析

1 污泥處理的思路

由于城市污水和工業污水收集率的提高和污水處理效率的改進（如化學法除磷可使污泥量增加30%），使得在世界范圍內污泥總量急劇增加。

土地應用仍是污泥處置中可持續發展的一條出路，主要取決于如下因素：

碳和營養物的回用；

周圍有無農業用地及其距離；

低投入和運行花費；

嚴格的法律規定和控制程序以保證污泥安全和有肥效。

然而，根據實際情況或當地規定，污泥生產者在土地應用前不得不進行高級，更昂貴的處理以滿足進一步的要求，如堆肥、高溫消化處理或高溫消毒。

但是，很大一部分污泥因為顯而易見的原因不能用于農業，如微污染物、病菌超標或缺乏肥效、距離太遠等等。有時也可能由于公眾的不信任而不被接受。這樣，污泥或被填埋或通過高溫氧化硝毀。

2 污泥處理的可持續性戰略

在進行任何技術研究之前，應先對公眾是否接受進行評估。即使是從技術、成本和環境影響方面來講都是最好的處理方法，也可能由于沒有很好的向公眾進行解釋而遭到否定。不管最終處理方法是什么，能確定的是將來的處理應是安全、環保（保護人和動植物）并且應當增值（物質和／或能源的回收）。為了這些目的，污泥處理應減小污泥體積，改進污泥質量，減少有害物的排放。

本文將簡介一些重要工藝，以滿足運營者的需要，并且其中涉及到其他技術或法規約束問題。

2.1 土地應用的可持續發展戰略

為一個先決條件，污泥至少應當是穩定的，在實際運行上即是要求沒有臭味。當地或將來的法律可能要求會更高：污泥可能被要求消毒／巴氏除菌。消毒要求達到一個強制的目標：病原體如腸道病毒、傷寒菌、線蟲、寄生蟲卵等在處理后的樣品中應當檢測不到。

生物處理。利用生物工藝處理揮發性污泥。如厭氧消化（AD）、自養好氧消化（ATAD）工藝。

化學處理。抑制腐敗揮發性有機物的降解。如酸性亞硝酸鹽SAPHYRTM工藝。

物理處理。抑制腐敗揮發性有機物的降解。如污泥焚燒。

這些工藝大部分都有穩定和消毒，但是消毒的程度取決于一些參數如HRT（水力停留時間）或化學投加量。

顯然熱氧化工藝遠遠超出了污泥穩定、消毒和巴氏消毒的要求。因為有機物被完全或幾乎完全消解。

污泥的生物穩定

液態（濃縮后）：消化

我們最熟悉的是傳統的污泥處理方法——消化，它可以減少產泥量。無論好氧或厭氧，它都涉及到很多的能量。目前多數較大的處理廠或地區污泥中心都是采用該種方法，此種工藝在數量上還是領先的。同時，其他一些操作或在消化前或在消化后，也提供了強化的處理能力。

附著態污泥（脫水后）：堆肥

堆肥是現有的唯一可以把污泥從廢物變成產品的工藝，并被很多嚴格規定或標準認可。因為污泥變成一種新產品，容易操作（可堆積）而無味，消毒良好并且較干燥。這種工藝越來越流行。另一方面，由于它不減少最終的體積，需要很大的占地面積和較多人員。而且，為了滿足新規定中（臨時EU標準或EPA A級）關于消毒和氣味的要求，與傳統的“粗糙”工藝如曝氣靜態堆相比，需要更先進的工藝如“攪拌式反應廊道”，它影響最終的運行費用。

這個工藝主要是通過一個移動的輪子攪拌并推動混合物，同時鼓風機在曝氣，加速的生物降解產生一個均勻的泥堆。總的停留時間可以減小到2周，消毒效果非常好。

污泥的化學穩定。污泥的化學穩定主要是通過一個投加裝置對待穩定污泥投加化學藥劑，以防止發酵和氣味。大計量投加可使病原體衰減。這種工藝一般投資便宜并且容易操作。但是，泥量不會減少，并且運行費用較高。

這兩種工藝不相互排斥，填埋土地的性質決定著工藝的選用：如果土壤是酸性的，則可以選擇加石灰，但如果土壤是堿性的，則SAPHYRTM工藝可能更適合，因為它操作簡單，運行費用省。

污泥的物理穩定——加熱干燥。加熱干燥主要是通過熱驅動力除去剩余的自由水和鍵連接水。根據加熱的媒介的不同，加熱干燥可分為兩可分為兩種：一種是氣態在高溫和湍流狀態下流過干燥器（直接加熱），一種是用加熱液體（通常是蒸汽或加壓的水）傳遞熱量給污泥，通過干燥器的加熱壁（間接干燥）。加熱干燥的目的是使到達下游的污泥具有焚燒的熱持續性（一般30～35%）或者是容易處理和儲存的干燥污泥（60%）。如果要達到長時間的穩定（幾個月），干固體含量應達到90%或更多（最終干燥），而且顆粒的狀態也是容易操作使用的（包括農田應用）。另一個最終干燥的優點是它可以方便的面對各種最終的處理方法，如農田應用、焚燒后用于水泥生產、或城市垃圾焚燒。它的缺點：第一是運行費用高，尤其是能源消耗，一般在熱干燥中，每蒸發一噸水需要3400MJ的熱量。但在脫水步驟中，除去一噸水只要6MJ（電能）；第二需要較多工作人員來清除死角中的粉末以防止火災。

2.2 可持續性熱氧化戰略

焚燒。流化床焚燒爐（FBF）就工藝性能來講，被證明是焚燒污泥最好的方法（湍流方式，燃燒后高達850度的溫度）。而且它運行可靠（在爐內沒有轉動部分）。在40年的時間里，威望迪公司已經在全世界范圍內建造了幾十座流化床焚燒爐（如歐盟、俄羅斯、土耳其）。

通常，在穩定狀態不需要添加額外的燃料，熱平衡的持續性是可以達到的。如果污泥的熱值LCV太低（如低揮發性固體和/或固體含量），尾氣/氣熱交換器應該足夠大以增加風室的溫度。如果達不到（如延時曝氣的污泥含20%DS），則需要在前面加熱干燥。

關于干灰的處置，對于沒有工業污染的純市政污泥，重金屬不是問題。因為灰是以氧化物形式存在，他們滲透性不強，所以可以回用作水泥，用于工業和道路建設。

最后的副產物是酸步驟的清除。由于重金屬的污染，他們只能填埋在特殊的地方，但數量很小。

與城市固體廢物共同焚燒。為了減少投資，城市垃圾和市政污泥通常用一個焚燒爐。通常，一個人口當量每天產生150～250克的脫水后粘性污泥和1～3公斤的垃圾。根據焚燒爐的設計，可以通過10～25%（泥／垃圾）的粘性污泥來控制爐子的溫度。為了達到最優化的燃燒，并且不會由于未燃燒的有機污泥污染熟料, 可以用處理能力為1m3/h的 PyromixTM 設備，通過壓縮空氣把污泥轉成滴狀污泥。實際上，這種運行方式只有在污水廠離城市垃圾焚燒爐較近時有利，否則處理運輸的費用將很高。此時污泥只在系統需要時作為控制流使用。

濕式空氣氧化法。威望迪水務系統研發的ATHOSTM設備在“中性”溫度（240度）和壓力（45巴）條件下被證明是高效的。80%的總COD被氧化，剩下20%是可溶的和高度可生物降解的。不需要后續脫水步驟，廢氣沒有毒性，固體礦物副產品包含重金屬是以一種不可滲透形式存在的。它們可以用于道路建設。而且液態部分，含有可生物降解的COD，可以很方便的用作污水廠的反硝化的碳源。

污泥中的有機氮先降解成可溶性的氨。這些氨，部分被吹脫后通過催化反應轉換成氮氣進入大氣。

結論

激烈的競爭、嚴格的規范和環境保護的需要要求不斷開發新的工藝或用更為有效的工藝。對一個具體的項目，通過對工藝的合理選用可以滿足用戶的要求，需要考慮的是該工藝要能保護環境，造福于人，要能優化物質和能源的回收利用，以達到可持續性的發展的目的。

參考文獻

[1]李玉祥.污泥處理工藝技術分析《城市供排水》，2005.08.