市政污泥焚燒廢水處理工藝研究

呂小平

（常州英科環境科技有限公司，江蘇 常州 213000）

隨著我國經濟建設的迅速發展以及城市人口的迅猛增加，在發展期缺乏必要的污水收集管網和污水處理市政設施的問題日益突顯。部分工廠前期規劃及環保投入不到位，工業環保處理設施老舊，已無法滿足廣大群眾對生活品質的需求。隨著自然水體環境容量的壓縮，大多數的水環境污染日益嚴重，自然生態及生活環境日益惡化，水污染現已成為環境綜合治理的難點和廣大群眾關注的焦點。隨著我國城鎮污水處理規模日益提升，污泥產量也相應增加，各地區由于污泥處理能力不足，又反過來給污水處理廠的正常運行帶來了諸多影響。對污泥進行有效的處理處置，已經成為各地區目前亟待解決的問題。從污泥處理的可靠性和保障性來看，為實現污泥的減量化、穩定化、資源化、無害化處置，獨立的污泥干化焚燒工藝正被越來越多的城市所選用。

1 我國環境污染形勢嚴峻，仍然存在“重水輕泥”的現象

目前，我國城鎮污水處理規模達到2.2億噸/天，每年產生的80%含水率的濕污泥超過6000萬噸，隨著污水收集率和處理率的進一步提升以及排水管道清淤所產生的污泥，預計到2025年，我國污泥年產量將突破1億噸。污泥處理處置已成為城鎮污水處理領域的短板。因此，有效治理黑臭水體、改善居民生活環境，加快污、廢水處理管網和設施建設，在重視水處理的同時，加強污泥的處理迫在眉睫。

2 目前主流的污泥處理技術

目前主流污泥處理工藝有：板框脫水、堆肥、厭氧消化、熱解碳化、干化焚燒等。

（1）板框脫水利用高壓板框設備對調理過的污泥進行脫水，產物含水率約為60%。脫水產物一般進行填埋或制磚、制陶粒，但成本較高，且存在一定的環境風險。（2）污泥的好氧堆肥是通過添加輔料，調節污泥的碳氮比、含水率等，在好氧條件下使微生物繁殖并降解有機質，從而產生高溫，殺死病原菌和雜草種子，使污泥達到無害化。好氧堆肥周期較長，占地面積較大，工藝參數難以控制。（3）厭氧消化是將含水率96%的污泥直接進入厭氧消化系統，通過水解決酸化和甲烷化，污泥中的有機物被轉化為沼氣，從而實現污泥的減量化。這種方式運行成本較低，產生的沼氣可進行發電。但厭氧消化工藝復雜，配套設施多，投資費用高，污泥中含重金屬和難降解的有機物，不能實現污泥環境風險的有效控制。（4）污泥的炭化是通過絕氧條件下給污泥“加溫和加壓”，使污泥中裂解，將其中的水分釋放出來。經過高溫處理后，病原體被殺滅、有害有機物被分解，有機質轉化為相對穩定的固定碳，形成的污泥炭化產物，一般可用作園林營養土。（5）焚燒可分為協同焚燒和自持焚燒等。協同焚燒采用不同含水率污泥，調整摻燒比例以達到焚燒的目的，目前我國多采用火電協同焚燒、水泥窯及垃圾協同焚燒；自持焚燒污泥含水率要達到30%以下，熱干化是必不可少的程序[1]。從實現污泥最大程度的 “減量化、穩定化、無害化、資源化”目標來看，污泥的干化焚燒仍然是今后發展的主流工藝[2]。

3 污泥焚燒脫硫廢水處理的現狀

江蘇某污泥處置項目日處理污泥400噸/天（含水率80%），項目配套的廢水處理設施，主要處理 脫硫塔排水、另外少量的除臭系統排水以及在廠員工的生活污水，設計進水水量為150 m3/d。采用“兩級AO+沉淀池”的處理工藝。其中，預處理系統設計運行時間為24 h，即5 m3/h。

廢水主要由煙氣脫硫產生。鈉法脫硫廢水中的雜質主要來源于煙氣和脫硫劑，其中含有大量懸浮物，硫的含氧化合物等。由于污泥中含有包括重金屬在內的多種元素，如F、Cl、Cd、Hg、Pb、Ni、As和Mn等，這些元素在燃燒過程中生成多種不同的化合物。化合物一部分隨爐渣排出爐膛，另外一部分隨煙氣進入脫硫裝置吸收塔，溶解于吸收漿液中，成為鈉法脫硫廢水中污染物的組成部分。項目設計進出水水質見表1、表2。

表1 污水處理系統設計進水水質（mg/L）

表2 污水處理系統設計出水水質（mg/L）

脫硫塔排水進入脫硫廢水收集池，生活污水經格柵進入生活污水收集池，再經過提升泵與除臭系統排水一并在廢水調節池內混合，均質均量后，出水自流入A/O系統。A/O分兩級，在A/O池通過缺氧、好氧的組合工藝，培養不同的微生物菌群，依靠微生物降解污水中大部分的COD、N、P等污染物質，泥水在沉淀池分離，污泥部分排至污泥脫水系統，部分回流至A/O池前端。項目污水處理的現場工藝流程見圖1。

圖1 項目污水處理現場工藝流程圖

實際運行一年的各項進、出水平均水質指標見表3。

表3 各項進、出水平均水質指標

實際處理水量平均在每天120噸左右，進水指標中的總氮、氨氮偏高。對氮的組分分析，其中有機氮的含量占到60%左右，在污水好氧處理過程中，這部分有機氮轉化為氨氮，氨氮轉化為硝態氮排放。

4 現有脫硫廢水處理系統存在的問題

4.1 現場的運行情況

系統進水實際流量約為：5.5 m3/h；第一級AO內回流流量為：30～33 m3/h；第二級AO內回流流量約為：10 m3/h；沉淀池外回流到第一級A段流量約為：11 m3/h。第一級好氧段水池泡沫較多；沉淀池上漂浮大量黑色懸浮物，有污泥中毒現象；污泥沉降性能較差，污泥沉降比幾乎為1；通過沉淀池情況可知，由于泥水分離性能較差，目前無法及時排泥，進而導致污泥上冒。

4.2 現場采樣及初檢

現場進行水溫、DO測量，并取樣送檢。其中在第一級好氧段（O段）前、中、后三處進行取樣，在第二級好氧段（O段）前后兩處進行取樣，共計取得9處水樣。對水樣進行檢測獲得的相關數據見表4。

表4 水樣檢測數據

整體看來，針對該取樣水樣，現有工藝出水水質基本可達到排放標準。

針對污泥狀況較差的問題，結合對各單元活性污泥進行了污泥鏡檢，同時對調節池的原水中重金屬含量進行了二次取樣和檢測。

鏡檢發現污泥絮體崩潰嚴重，污泥粒徑細小，絲狀菌過度繁殖，污泥活性度不夠高。

另外，原水中10種重金屬含量較高，相關數據見表5：

表5 原水中10種重金屬含量

結果分析：通過對污泥狀態及進水的重金屬情況的分析，可以推斷廢水中的高鹽度以及高重金屬含量是導致污泥狀態變差的主要原因。高鹽度刺激會導致污泥絮體框架崩潰，同時刺激微生物產生大量粘性代謝產物，進而使得污泥破碎以及污泥粘度的升高，因此污泥的脫水性能變差，泥水分離效果惡化，最終導致沉淀池無法正常排泥、出水。另外，大量的重金屬鹽會引起污泥中毒，進而使得污泥活性變差，使系統耐負荷沖擊能力減弱，導致系統運行穩定性下降。

4.3 廢水脫鹽實驗

為了從源頭上解決污泥狀態惡化的問題，本實驗擬利用誘導結晶的方式對廢水進行脫鹽處理實驗，獲得了較為理想的脫鹽效果，取脫硫塔所排濃水（這部分廢水每天量在50～60噸左右）做實驗，具體結果如下所示：通過脫鹽處理，廢水中TDS（總溶解性固體物質）從16 600 mg/L降低到3 160 mg/L，脫鹽率達到 80.9%。具體數據見表6：

表6 廢水中TDS含量變化情況表

4.4 現有系統存在的主要問題

（1）污泥結構狀態較差，泥水分離效果差，排泥效率低，現有沉淀設施過于簡單，難以維持穩定的出水和排泥。（2）進水含鹽量、重金屬較高：高鹽度引起污泥結構惡化，污泥絮體框架崩潰，同時刺激微生物產生大量粘性代謝產物，進而使得污泥破碎以及污泥粘度升高，因此污泥的脫水性能變差，泥水分離效果惡化，最終導致沉淀池無法正常排泥、出水。重金屬引起污泥中毒，微生物活性降低，是系統難以實現穩定運行的根本原因。（3）經對系統運行以來的歷史數據匯總研究發現，進水指標等主要包括TDS、氨氮和總氮等波動較大；現有系統在高鹽度抑制的環境下，微生物系統耐負荷沖擊的壓力較大。（4）現場碳源選用的是食品級葡萄糖，具備加堿系統，無加酸系統。沉淀池未設置PAM加藥系統，PAM投放位置設置在排污泥管道處。

5 脫硫廢水處理技術改造的思路和方案

（1）在兩級AO系統前增加脫鹽系統，去除大部分TDS和部分重金屬離子，減輕高鹽度的抑制作用，避免污泥中毒，從根本上解決污泥狀態惡化的問題；另外，鹽度的降低和污泥狀態的改善也有利于后續MBR的穩定運行，避免了高鹽環境下污泥粘度增大而引起MBR膜污染的加劇。（2）將二級AO系統中的O段改造為好氧MBR系統，提升系統泥水分離效率，同時可以降低系統污泥產量，提高系統耐負荷沖擊能力。（3）將食品級葡萄糖更換為復合型碳源，提高碳源供能效率，以及系統的耐負荷沖擊能力[3]。（4）向現有系統中添加新鮮的活性污泥，并根據水質及時調整回流比，若無明顯效果，則建議及時更換菌種。

具體的改造如圖2所示：

圖2 脫硫廢水處理技術的改造

6 結語

綜上可以得出如下結論：污泥焚燒濕法脫硫廢水處理因含鹽量、部分重金屬含量較高，建議設置預處理脫鹽裝置，改善后續生化系統對活性污泥的影響，提高生化處理的效率；二級AO系統脫氮的效果會更好，對氨氮的去除率達到90%以上，對總氮的去除率達到85%以上；選擇合適的碳源，提高系統的供能效率，增加污染物的去除；結合膜系統的選用，進一步提高系統的穩定性和抗負荷沖擊能力。

廢水處理是污泥干化焚燒項目運行成本的重要組成部分，如何提高處理效率，降低運行成本是污泥干化焚燒項目的重要課題。