實現污泥深度脫水和重金屬去除的生物瀝浸處理技術

周立祥

（南京農業大學固體廢棄物研究所，南京 210095）

實現污泥深度脫水和重金屬去除的生物瀝浸處理技術

周立祥

（南京農業大學固體廢棄物研究所，南京 210095）

闡述了生物瀝浸處理技術的基本原理、工藝流程及主要技術特點，通過典型應用工程實例表明，采用生物瀝浸預處理方法不但可大幅度提高污泥脫水性能，而且可去除污泥中的重金屬、惡臭，殺滅病原物，脫水后的污泥水分含量很低（60%以下），無臭、衛生、無害，可廣泛應用于城鎮污水處理廠及工業行業的污泥處理，市場前景十分廣闊。

污泥;微生物;生物瀝浸;預處理;工程應用

1 引言

截至2011年底，我國城鎮污水處理廠已達3135座，年產生脫水污泥（含水80%）近4000萬噸。由于我國城市污泥主要是污水處理廠二級生化處理后排出的剩余污泥或與一沉池混合而成的混合污泥，有機質含量高，親水性強，加之進行機械脫水前均采用聚丙烯酰胺（PAM）絮凝，因此脫水污泥含水率高（80%～85%），給后續處置或利用增加了很大難度（如堆肥極不方便，需要大量的輔料、有惡臭、占地大；干化焚燒成本高；不能直接填埋；做建材原料時難混合均勻，且有惡臭，影響產品質量等）。同時，部分污泥中的重金屬等有害物質明顯超標，因此實現污泥深度脫水以及（當污泥重金屬超標時）去除重金屬等有害物質是破解污泥處置難題的重要途徑。

要實現污泥含水率由80%～85%進一步降低到60%以下，必須進行以增強污泥脫水性能為目標的污泥機械脫水前的預處理技術的研發。而目前一些正在研究或投入生產應用的污泥預處理方法，如采用物理方法（如高溫高壓的水熱處理技術、凍融處理、微波處理、超聲波處理等）或化學方法（如以添加大量石灰或粉煤灰-三氯化鐵或聚合氯化鋁PAC-PAM為代表的改性方法等）預處理，然后再經隔膜廂式壓濾脫水的方法，也能使脫水污泥的含水量降低到60%以下。但都不能去除重金屬，而且物理方法成本相對較高，壓濾液的COD和氨氮高，增加了水處理的負荷。化學法則因需大量引入無機物質，實際上增加了污泥干物質量，降低了污泥的有機質和熱值，影響了污泥的后續資源化利用的性質。

針對上述實際情況，采用微生物瀝浸處理技術可有效彌補上述方法的不足。其最大特點是既能實現污泥深度脫水（含水率低于60%），也能實現污泥無害化（污泥中的重金屬80%以上脫出回收，病原物99%以上殺滅，惡臭完全消除），更重要的是，經過微生物處理，污泥的有益成分（有機質、熱值等）并不損失。生物瀝浸后的污泥餅非常容易資源化（如高溫發酵后開發成園林綠化用肥、土壤改良劑以及作為低熱值燃料等）。

2 生物瀝浸污泥處理技術

2.1 生物瀝浸法促進污泥脫水的基本原理

生物瀝浸微生物主要由以自養菌為主的10余株微生物復配而成，微生物替代效應和生物酸化效應是促進污泥脫水性能提高的關鍵因素。

（1）微生物替代效應

生物瀝浸微生物是以自養菌（不分解有機物）為主，而原污泥中活性污泥則以異養菌（分解污水污泥中COD或有機物）為主，前者菌的個體比后者的要小很多。原剩余活性污泥中水分主要以間隙水、毛細管水、表面吸附水和細胞內結合水形式存在。由于個體較小的菌完全替代了原來個體較大的菌，原來菌死亡或新陳代謝停止，因此原來毛細管水等束縛水將容易釋放出來變成間隙水，故經過生物瀝浸處理后，污泥還可進一步重力濃縮潷出部分水。另外，生物瀝浸微生物分泌的胞外聚合物（EPS）明顯比傳統活性污泥少得多也是重要原因。因為EPS親水性較強，EPS越多污泥越難脫水。

（2）生物酸化效應

生物瀝浸處理因微生物會氧化污泥或營養劑中少量S會導致污泥的pH下降，在生物瀝浸池中，污泥的pH可降低到4.5以下，pH降低意味著H+濃度的增加。由于帶正電荷的H+的增加，會中和污泥顆粒表面的負電荷，因此污泥顆粒因表面不帶電荷而不會互相排斥，有利于污泥聚沉和脫水。

2.2 生物瀝浸法去除污泥重金屬、消除惡臭的基本原理

（1）去除污泥重金屬

污泥中的重金屬主要以難溶態形式存在，包括金屬硫化物形態、有機質結合態等，因此，一般很難通過脫水機脫出這些重金屬。但污泥生物瀝浸微生物中的自養菌具有明顯的生物氧化作用和生物酸化作用，能將難溶態的金屬硫化物氧化成易溶性的金屬硫酸鹽，同時由于生物瀝浸導致污泥pH值的下降，可進一步溶出污泥中的重金屬，使其進入水相。經過沉淀后，收取上清液，沉淀泥通過壓濾脫水收獲壓濾液，污泥重金屬就全部進入這些上清液和壓濾液中，污泥則變干凈。水中重金屬采用石灰中和到pH為6.5左右即可變成金屬氫氧化物沉淀，壓濾脫水收獲金屬泥餅或加其他沉淀劑或電解方法回收重金屬，金屬泥餅可用于冶煉或安全填埋。中和后的水可排到污水處理廠處理。

（2）去除惡臭

由于生物瀝浸微生物本身就可氧化致臭物質（如硫醇、硫醚、硫化氫、氨等），是非常好的除臭微生物，因此，生物瀝浸過程不存在任何惡臭，最終生成的污泥餅也無惡臭。由于酸化和氧化作用，污泥中的病原菌殺滅率可達到99%以上。

2.3 工藝流程

（1）當污泥中重金屬不超標時的工藝流程（見圖1）

圖1 污泥生物瀝浸處理與利用工藝流程圖（當重金屬不超標時）

適合處理：重金屬不超標的市政污泥、毛紡與印染廢水污泥、某些化工污泥、化纖污泥、石化污泥、制漿造紙污泥、制藥污泥、釀造與食品加工污泥、養殖行業污泥等。

（2）當污泥中重金屬超標，需要去除時的工藝流程（見圖2）

圖2 污泥生物瀝浸處理與利用工藝流程圖（當重金屬超標時）

適合處理：重金屬超標的市政污泥、制革污泥、某些化工污泥、電鍍行業污泥、IT行業污泥、機械加工及冶煉等行業含金屬污泥等。對無機污泥，處理后污泥含水率可低至45%以下。

3 技術主要特點

（1）實現污泥深度脫水

污泥容易機械脫水至含水60%以下，成為半干化污泥餅。

（2）處理時間短

污泥處理時間僅需1～2天，是污泥厭氧或好氧消化技術所需時間的1/20～1/10。

（3）處理過程無臭味

菌種生態安全，病原菌殺滅率99%以上。

（4）可去除重金屬

污泥重金屬去除率或回收率達80%以上。

（5）泥餅可直接堆肥

徹底解決了含水80%的污泥堆肥占地、需要大量輔料以及存在惡臭的弊端。所需要的調理劑僅為常規脫水污泥堆肥的1/10，而且占地大幅度減少，惡臭消除。

（6）有機質熱值高

污泥處理后的干基熱值和有機質含量不受影響，污泥干物質重量幾乎不變。

（7）經濟高效

運行費用低且可節省常規污泥脫水需添加PAM等絮凝劑的成本。

（8）設備穩定成套

反應設備成套化、系列化，運行穩定。

4 典型案例（無錫蘆村污水處理廠污泥處理工藝改造工程）

該項目采用的工藝是“污泥生物瀝浸處理-高溫發酵-園林用肥和營養基質工藝”，設計規模為日處理污泥200噸（折成含水率為80%的污泥）。該工程于2012年6月底投產運行。

4.1 污泥生物瀝浸深度脫水部分

由于該廠污泥的重金屬含量不超標，故主要工藝單元包括污泥生物瀝浸處理單元、隔膜廂式壓濾脫水單元。工程建設在無錫蘆村污水處理廠原厭氧消化池區域，構筑物占地約2500平方米，處理該廠1、2、3期的污水所產生的污泥。圖3～圖7為污泥生物瀝浸處理結果。

結果表明，污泥生物瀝浸處理前后干基有機質和氮磷含量、熱值均沒有明顯變化。但生物瀝浸污泥餅水分含量降低到60%以下，無污泥特有的惡臭只僅具土腥味，外觀為土黃色半干化餅狀，pH5.2～6.0。壓濾水COD、TN、TP分別在200、60～120、1mg/L以下，可排入污水處理廠處理。

圖3 污泥生物瀝浸反應池正在處理濃縮液態污泥

圖4 用于生物瀝浸污泥脫水的普通隔膜廂式壓濾機

圖5 壓出的生物瀝浸污泥餅（含水55%～60%，無惡臭）

圖6 生物瀝浸污泥餅厚度一般在20～30mm

圖7 生物瀝浸污泥隔膜廂式壓濾機壓濾出水情況

4.2 生物瀝浸污泥餅高溫發酵制作園林用肥和營養基質部分

該工程每天產生的半干化污泥由于有機質高，含水率低，全部用于高溫發酵堆肥制備園林綠化用肥和營養基質。堆肥時由于泥餅水分低，需要調理劑極少，惡臭少，因此徹底解決了目前常規脫水污泥餅污泥堆肥占地大、有惡臭、需要大量的輔料（調理劑）的缺陷。圖8～圖10是生物瀝浸污泥餅堆肥過程及使用效果，下表是生物瀝浸污泥餅堆肥與常規污泥堆肥的比較結果。

生物瀝浸污泥堆肥與常規污泥堆肥的比較

5 推廣應用前景

圖8 行走式翻拋機正在對生物瀝浸污泥餅進行翻拋作業

圖9 生物瀝浸污泥餅堆肥后的腐熟堆肥產品

圖10 采用生物瀝浸污泥堆肥作為有機肥的效果（油菜）

截至2011年12月底，我國已建成運轉的城鎮污水處理廠有3135座，日處理污水能力1.36億立方米，日產脫水污泥10萬噸。“十二五”期間我國將完成每年新增污水集中處理能力1500萬立方米/日，“十二五”末，城鎮污水處理廠預計會增加到4000多座，日產污泥將達12萬～15萬噸，污泥處置已成為生活污水處理領域的重點和難點。近年來，住建部、環保部、發改委等有關部門相繼發文指導規范污泥處理工作。在相關文件中，都要求或倡導實現污泥深度脫水以減少污泥體積和促進污泥處置利用，要求污泥的處理處置遵循無害化、減量化、資源化的原則。

采用生物瀝浸預處理方法不但可大幅度提高污泥脫水性能，而且可去除污泥中的重金屬、惡臭，殺滅病原物，脫水后的污泥水分含量很低（60%以下），無臭、衛生、無害，可廣泛應用于城鎮污水處理廠，以及工業行業的污泥處理，市場前景十分廣闊。

Bioleaching Technology for Improving Sludge Dehydration and Removal of Sludge-borne Heavy Metals

ZHOU Li-xiang

X703

A

1006-5377（2012）09-0017-04