城鎮污泥處理技術應用現狀及發展趨勢

趙樂樂，馮　偉，繆　靜

(1 中國市政工程西北設計研究院有限公司, 甘肅　蘭州　730000；2 中工國際工程股份有限公司, 北京　100080)

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城鎮污泥處理技術應用現狀及發展趨勢

趙樂樂1，馮偉2，繆靜1

(1 中國市政工程西北設計研究院有限公司, 甘肅蘭州730000；2 中工國際工程股份有限公司, 北京100080)

隨著城市化進展的迅速發展，污水處理規模不斷加大，隨之產生的污泥量大幅增加。產生的大量城市污泥給環境帶來巨大壓力，污泥問題迫在眉睫。如何實現污泥減量化、穩定化、無害化、資源化，是污泥處理處置的目標。概述了目前國內城市廣泛采用的污泥處理工藝技術即污泥濃縮、污泥脫水、污泥消化等工藝的應用現狀，指出這些工藝存在的問題及未來發展趨勢，為污泥處理方案的選擇提供參考。

污泥處理；污泥濃縮；污泥脫水；污泥消化

隨著我國社會經濟的發展和城鎮化的快速發展，城鎮污水廠的數量和規模不斷增加，污水和污泥的產量急劇增加，到2020年污泥產量將突破6000萬噸[1]，若不對污泥進行妥善處理、處置，將會對環境和人類健康造成威脅。為此，污泥處理處置問題已成為目前污水處理廠所面臨的重大挑戰。因此，尋求城鎮污泥的減量化、穩定化、無害化和資源化的利用途徑，已成為全球關注的環境保護問題。

污泥處理處置可分為處理與處置兩個階段。包含污泥處理和污泥處置兩層含義，污泥處理是指污泥經過單元工藝組合處理即濃縮、脫水、消化、發酵及熱干化等工藝過程，達到“減量化、穩定化、無害化”目的的全過程。污泥處置是指對處理后污泥進行消納的過程，在污泥處置過程中污泥將最終得以穩定，污泥處置包括土地利用、填埋、焚燒以及建材利用等不同方式[2]。本文主要介紹目前廣泛采用的污泥處理工藝技術即污泥濃縮、污泥脫水、污泥消化等工藝的應用現狀、存在問題及其發展方向，為污泥處理方案的選擇提供參考。

1　污泥濃縮

污泥處理系統產生的污泥，含水率高，體積大，對于輸送、處理或處置都不方便。污泥濃縮可使污泥初步減容，減輕后續工藝的處理或處置壓力。

目前城市污水處理廠污泥濃縮的主流工藝是傳統的重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮。濃縮工藝的選擇主要取決于污水處理工藝、污泥性質、所需達到的濃縮效果和建設性質等。對于重力濃縮工藝，適用于單獨處理初沉污泥，而對剩余污泥的濃縮效果不理想，由于占地面積大、操作維護簡單，比較適用中小城市新建的污水處理廠；離心濃縮和氣浮濃縮比較適合處理剩余污泥及剩余污泥與初沉污泥組成的混合污泥。這兩種工藝占地面積小、易于改造，比較適合大中城市新建或改擴建的污水處理廠[3]。

但是上述這三種主流工藝，在應用過程中還存在很多的問題，重力濃縮工藝對剩余污泥濃縮效果差，存在嚴重釋磷問題。同時，隨著氧化溝、A2/O等污水處理新工藝的不斷增多，產生的剩余污泥的含氮、磷量顯著增加，重力濃縮的缺陷進一步放大，不能滿足新型工藝的要求。機械濃縮將逐漸取代重力濃縮。氣浮濃縮避免了重力濃縮的缺點，但是其工藝設備維護操作復雜，運行費用高[3]。

針對這些問題，目前國內外已經傾向于污泥處理組合工藝的研究，如濃縮脫水一體化設備、污泥濃縮消化一體化工藝。這些組合工藝具有占地面積小、自動化程度高、處理效率高、適應性強等優點[3]。

2　污泥脫水

污泥經過濃縮后，其含水率依然較高，一般在97%～99.6%，是流動的粒狀或絮狀的疏松結構，體積龐大，難以處置消納，為此需要進行污泥脫水處理，降低后續污泥的處置難度，污泥脫水的方法，一般有機械脫水、污泥干化污泥烘干及焚燒等方法。

目前國內城市污水處理廠常用的污泥脫水方式為機械脫水，常用的機械脫水設備有真空過濾機、離心脫水機、板框壓濾機及帶式壓榨過濾機。使用最廣泛的帶式脫水機和離心脫水機，處理后的污泥含水率一般只能達到78%左右。污泥經過化學藥劑調理后再通過板框壓濾機處理，泥餅的含水率下限可達到60%以下[4]。目前，國內污水處理廠產生的污泥一般都進行填埋處理，但隨著CJ/T 249-2007《城鎮污水處理廠污泥處置混合填埋泥質》的實施，要求混合填埋污泥含水率≤60%。環境保護部辦公廳發布的環辦[2010]157號文件，要求對于污水處理廠以貯存(即不處理處置)為目的的將污泥運出廠界的，必須將污泥脫水至含水率50%以下。由此可見，僅靠單獨的機械脫水已經不能滿足我國污泥處理處置的長期發展。為此，需要與其他污泥處理技術聯合使用，來降低污泥含水率，實現污泥資源化。

污泥干化是實現污泥無害化、減量化、資源化處置的一種有效方式。太陽能干化作為污泥干化方式的一種，可利用太陽能來蒸發污泥中的水分，降低污泥含水率，達到有效利用污泥的目的。與污泥機械脫水工藝聯合，能增強其干化效果，提高污泥的含水率。適用于中小型污水處理廠污泥處理工藝的升級改造。除太陽能干化技術外還有微波干化、熱液干化、電滲析干化等技術，與這些技術相比，太陽能干化技術具有基建和運營費用低等優點，但是干化時間長、效率低，占地面積較大，制約著太陽能干化技術的應用。

對于污泥干化技術的發展，將不同污泥干化技術聯合使用，可更好地實現污泥干化，實現污泥的資源化利用，將微波干化、熱液干化等技術與太陽能干化技術結合使用，不僅可以縮短干化時間，并且可以減少干化場占地面積[5]。

3　厭氧消化

污泥厭氧消化是一個多級過程階段，利用兼性菌和厭氧菌進行厭氧生化反應，分解污泥中有機質，并產生可以再次利用的甲烷氣體，實現污泥的穩定化、無害化和資源化。污泥厭氧消化是目前國際上常用的污泥生物處理方法，同時也是一種應用于大型污水處理廠中較為經濟的污泥處理方法。

厭氧消化工藝分為直接厭氧消化和預處理+厭氧消化兩類。直接厭氧消化工藝即傳統的厭氧消化，不經過任何前期處理而直接進行厭氧消化反應的一種處理模式[6]。通常用于有機質含量較高的污泥或摻有高濃度有機質廢物的混合污泥。與其他國家相比，國內污泥進行厭氧處理過程中存在著以下問題：有機物的含量偏低，造成有機物厭氧消化分解率偏低，產氣量偏低；污泥停留時間長(SRT 為20～30 d )和反應器體積大等缺點。

為改善直接厭氧消化的不足，近年來，人們對污泥的預處理技術展開了大量研究，通過預處理+厭氧消化來達到加速和提高污泥水解效果。污泥的預處理方法包括加加熱處理、熱化學處理、堿處理和超聲處理。對預處理方法的不斷研究可以大大提高厭氧反應效率，為污泥處理技術的發展提供有利的支持。

然而，對于厭氧消化工藝在污泥處理中的應用還存在一系列的問題[7]:(1)厭氧消化技術處理污泥的投資較大，大部分工藝及設備均由國外引進，投資及運行成本較高;(2)需要投入大量資金來建設配套處理設施來處理厭氧消化產生的剩余污泥殘渣及產生的較高COD濃度的消化液;(3)國內污泥有機質含量低，污泥可生化性差，國內運行效果不理想;(4)存在消防隱患，厭氧消化產生大量的甲烷等易燃氣體。安全儲存要求高，消防安全問題成為最大隱患。

4　污泥好氧消化

污泥好氧消化實質上是活性污泥法的繼續，其工作原理是污泥中的微生物有機體的內源代謝過程。傳統污泥好氧消化工藝主要通過曝氣使微生物在進入內源呼吸期后進行自身氧化，從而使污泥減量。剩余污泥好氧消化具有穩定和滅菌的雙重作用，而且具有投資少、運行管理方便、工藝簡單等優點，多用于一些小型的污水廠[9]。

對于好氧消化工藝的不斷研究及應用，目前除傳統好氧消化工藝外，還有缺氧/好氧消化、自熱高溫好氧消化、兩段高溫好氧/中溫厭氧消化等工藝。

傳統好氧消化工藝具有工藝成熟、機械設備簡單、操作運行簡單、基建費用低等優點，但需氧量很大，需長時間連續曝氣所以運行費用較高。相比傳統好氧消化工藝，缺氧/好氧消化工藝可以補償堿度，維持pH，但是其運行費用高、污泥停留時間長、對病原菌的去除率低，該工藝可用于對傳統好氧消化工藝的改造工程中。自熱高溫好氧消化可以有效滅活病原菌，耗能低，但是存在泡沫問題，動力費用高，國內還尚未有應用實例[10]，然而其處理后的污泥能達到美國EPA的A級生物固體的標準，為此，在今后會有更大的發展。

目前國內也新研發了CERTAD污泥好氧工藝，與傳統的厭氧和好氧污泥處理工藝相比，其優勢為：總投資省，污泥停留時間短，占地少，處理效果好，處理后污泥可達到美國EPA中A級標準[10]。

因此，對于不同的污泥好氧消化工藝各有優缺點，應用時應綜合考慮。

5　結　論

隨著國家對污泥處理處置的重視，污泥處理技術不斷創新發展，實現污泥處理多元化，但各種處理工藝存在一定的優缺點，污水處理廠應結合不同的污水處理工藝，并在實際運用中考慮污泥處置的最終要求、實際能提供的設備、場地及投資各方面的因素，最終選擇合適的污泥處理工藝。

[1]戴曉虎．我國城鎮污泥處理處置現狀及思考[J]．給水排水，2012，38(2): 1-5.

[2]王洪臣．污泥處理處置設施的規劃建設與管理[J]．中國給水排水，2010，26(14)：89-92.

[3]王新華,李秀芬,吳志超,等.城市污泥濃縮工藝在我國的研究和應用進展[J].江南大學學報(自然科學版),2011,10(3):373-378.

[4]仲崇軍. 基于板框壓濾機的污泥深度脫水工藝優化[J].2015(4):40-44.

[5]張棟, 王三反．新型污泥干化技術綜述[J].江蘇農業科學,2013,41(7): 337-339．

[6]肖先念,李碧青,唐霞,等. 典型城市污泥厭氧消化技術工藝探討[J].凈水技術,2015,34(3):17-21.

[7]中國建設報.污泥厭氧消化處理仍然存在諸多問題亟待解決[J].給水排水動態,2011(6):46.

[8]張勇.我國污泥處理處置現狀及發展前景[J].中國資源綜合利用,2014,32(10):23-26.

[9]張艷萍,彭永臻,王淑瑩,等.污泥好氧消化的研究現狀及發展趨勢[J].環境污染治理技術與設備,2004,5(10):9-13.

[10]張崢嶸,黃少斌.污泥好氧消化工藝的分析與研究[J]. 化工科技,2006,14(5):60-65.

Application Situation and Development Trend of Urban Sludge Treatment Technology

ZHAOLe-le1，FENGWei2，MIAOJing1

(1 CSCEC AECOM Consultants Co., Ltd., Gansu Lanzhou 730000;2 CAMC Engineering Co., Ltd., Beijing 100080, China)

With the rapid development of Chinese urbanization, the scale of water treatment and sludge increases largely, so sludge problem is imminent. To realize sludge reduction, stabilization, harmless and recycling is the goal of sludge disposal. The current application situation of domestic urban sludge treatment technology were overviewed and showed that sludge concentration, sludge dewatering, sludge digestion were widely used, the existing problems and future development trend were pointed out. It can provide a reference for sludge treatment scheme.

sludge treatment；sludge thickening；sludge dewatering；sludge digestion

TU992.3

A

1001-9677(2016)05-0035-03