造紙污泥成分特性分析及處置措施探討

王 冰，洪世杰，陳云臻，周春華

（1.漯河市環境科學技術研究所，河南 漯河 462000；2.漯河市沙澧河水源保護中心，河南 漯河 462000；3.漯河市環境監測中心站，河南 漯河 462000；4.漯河市生態環境局源匯分局，河南 漯河 462000）

河南省某廢紙制漿造紙企業，年產牛皮箱板紙18萬噸、高強瓦楞紙19萬噸，建有日處理16000噸的污水處理站一座，污泥產生量約為30600噸/年（絕干）。如何有效、低成本地處理污水處理站所產生的大量污泥，一直是困擾企業發展的重要問題。本文通過對污泥有害成分的監測，明確污泥性質，結合企業生產原料、生產工藝分析污泥的特性，并根據國家和地方有關政策和要求，對造紙廢水處理站污泥的最終處置方式進行探討。

1 污泥來源及主要成分

1.1 污泥來源

該企業污水處理工藝為“預處理+初沉+生化處理+氣浮”。污泥來源主要分為三部分，分別為初沉池產生的生污泥，主要成分由粗纖維、木素、泥沙雜質等組成；生化處理產生的剩余污泥，主要成分為微生物、微生物自身氧化殘余物、廢水中未降解的有機物和無機物；氣浮池產生的化學污泥，主要是高分子混凝劑聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺等與水中的污染物反應生成的沉淀物。

1.2 污泥主要成分及特性

1.2.1 污泥組成成分

顯微鏡觀察顯示，廢紙制漿造紙污泥顆粒顯棕褐色，呈團絮狀結構，包含部分后生生物，例如線蟲、浮游甲殼動物等。經檢測化驗分析，污泥未干化處理前含水率為64.75%，pH值為6.8，粗纖維含量為23.02%，木素含量為11.96%，污泥顆粒的中位徑為35.4μm左右；105℃烘干干燥后含水率為2.20%，有機物含量為28.03%，無機物含量為69.77%。干化后污泥主要化學成分見表1。[1]

表1 造紙污泥的主要化學元素組成與含量 （%）

1.2.2 污泥的熱解特性

污泥的熱解特性直接決定了污泥是否能夠焚燒或者摻煤燃燒。根據熱解試驗結果，污泥熱解共分為4個階段：（1）水分析出階段，溫度為30℃～150℃，質量損失2.2%，主要來源為干污泥中殘留水分蒸發。（2）有機物質析出階段，溫度為150℃～600℃，質量損失28.03%。溫度超過200℃以后，污泥分解加速，在314℃時熱分解速率達到峰值，主要因為污泥中半纖維素、纖維素、木素等有機物分解為小分子氣體和大分子可冷凝揮發物造成質量損失。（3）礦物質分解階段，溫度為600℃～700℃，質量損失16.33%，這是由于造紙污泥中礦物填料分解引起質量損失。（4）灰分殘留階段，溫度達到700℃以上，由于這個階段污泥熱解殘渣的質量基本保持穩定，殘余質量為53.86%。根據分析結果，污泥105℃干燥后含水率為2.2%，低位發熱值為2295～2650kcal/kg，有機物含量為28.03%，無機物含量為69.84%，灰分含量為53.86%。灰分中主要化學成分見表2。[2]

表2 污泥灰分的主要化學元素組成與含量 （%）

2 污泥性質鑒別

首先對該企業污水處理站污泥按照《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》（GB 5085.3-2007）[3]要求進行采樣、監測，判定是否為危險廢物。然后按照《一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準》（GB 18599-2001）[4]要求對污泥進行采樣、監測，判定屬于“第Ⅰ類”或“第Ⅱ類”工業固體廢物。

2.1 危險廢物鑒別

2.1.1 鑒別監測因子

根據《危險廢物鑒別標準 浸出毒性鑒別》（GB 5085.3-2007）[3]進行“無機元素及化合物”“非揮發性有機化合物”“揮發性有機化合物”三大類的全因子監測，不監測“有機農藥類”。

監測項目包括：無機元素及化合物（銅、鋅、總鎘等）、非揮發性有機化合物（硝基苯、二硝基苯、苯酚等）、揮發性有機化合物（苯、甲苯、乙苯等）。

2.1.2 鑒別結果

污泥危險廢物鑒別結果見表3。

表3 污泥（危險廢物鑒別）監測結果 單位：mg/L

對照標準《危險廢物鑒別標準 浸出毒性鑒別》（GB 5085.3-2007）[3]，監測結果表明，該造紙企業污泥中所有監測指標均未超過《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》（GB 5085.3-2007）[3]中的標準限值要求，污泥不屬于危險廢物。

2.2 一般固廢的鑒別

2.2.1 鑒別監測因子

按照《固體廢物浸出毒性浸出方法 翻轉法》（GB 5086.1-1997）[5]規定方法進行浸出實驗，監測項目包括：pH、色度、COD、BOD5、SS、總汞、總鎘、總鉻、六價鉻、總砷、總鉛、總鎳、總銅、總鋅、苯酚、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、總有機碳（TOC）、糞大腸菌群數。

2.2.2 鑒別結果

一般固廢鑒別結果見表4。

表4 污泥（一般固廢鑒別）監測結果 單位：mg/L

對照《一般工業固體廢物儲存、處置場污染控制標準》（GB 18599-2001）[4]要求，污泥樣品的各項指標均低于《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）[6]最高允許排放濃度的限值要求，因此該污泥屬于Ⅰ類一般固體廢物。

3 污泥處置途徑探討

3.1 衛生填埋

根據《生活垃圾填埋場污染物控制標準》（GB 16889-2008）[7]的規定，一般工業固廢經過處理后，按照《固體廢物 浸出毒性浸出方法 醋酸緩沖溶液法》（HJ/T 300-2007）[8]相關要求制備的浸出液，如果其危害成分質量濃度低于浸出液污染物濃度限值，則可以進行填埋處置。浸出液污染物濃度限值具體見表5。

由表4、表5對比可知，該企業污泥浸出液的浸出毒性各指標均遠低于《生活垃圾填埋場污染物控制標準》（GB 16889-2008）[7]規定的污染物限值，符合生活垃圾填埋場填埋處置入場標準。但是，由于該企業污泥產生量較大，進入生活垃圾填埋場處置會占用填埋場大量庫容，填埋成本會非常高。

表5 浸出液污染物質量濃度限值

3.2 一般工業廢物處置場堆放

公司污水處理站污泥為I類一般工業固體廢物，可以按照《一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準》（GB 18599-2001）[4]要求將污泥運送至一般工業固廢處置場進行堆放，同樣會受到場地、成本等條件制約。

3.3 污泥焚燒處置綜合利用

3.3.1 污泥焚燒綜合利用可行性

造紙污泥焚燒處置的原理是利用污泥有機成分較高，有一定熱值的特點，將污泥置于在焚燒爐內進行高溫燃燒，將污泥中的有毒有害物質在高溫下氧化、熱解，對污泥泥質有一定的要求。污泥焚燒泥質要求一覽表見表6。

表6 污泥焚燒泥質要求一覽表

該污泥未干化處理前的含水率為64.75%，干化后含水率約為38.1%，pH值為6.8，揮發分為41.22%，滿足焚燒的條件。

3.3.2 污泥綜合利用環保效益

企業污泥絕干污泥量為30600t/a，該造紙污泥絕干狀態下的低位發熱值熱值為2295～2650kcal/kg，目前公司所使用的原煤熱值為5560kcal/kg，則公司30600t造紙污泥所產生的熱量相當于12630.7t燃煤所產生的熱量，計算方式如下：

綜合以上分析，從長遠角度來講，按照《固體廢物處理處置工程技術導則》（HJ 2035-2013）[9]中“固體廢物處理應按照減量化、資源化、無害化”的要求，采取焚燒法處置造紙污泥是能夠實現經濟效益和環境效益相統一的最好方式。