隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，城市化、工業(yè)化進程步伐不斷加快，公眾對環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高，公眾的環(huán)保意識也在不斷增強，環(huán)境保護和治理是落實“五大發(fā)展”理念的重要工作。據(jù)住建部統(tǒng)計，截止至2016年9月底，我國污水處理廠的數(shù)量3976座，日處理能力達1.7億立方米，我國污水處理廠興建以及污水處理能力和處理率都呈現(xiàn)大幅度增長態(tài)勢。而污泥作為污水處理的“衍生品”，隨著污水處理量的增加而急劇增加，2015年我國市政污泥產(chǎn)量達3500萬噸，至2020年，市政污泥將達到6000萬噸-9000萬噸。
“重水輕泥”是我國污水處理過程中普遍存在的現(xiàn)象，城鎮(zhèn)污水處理行業(yè)雖快速發(fā)展，污泥處理處置行業(yè)卻發(fā)展緩慢，與污泥產(chǎn)量連續(xù)遞增的趨勢相背，并且污泥的有效處理處置效率較低，直接傾倒和簡單填埋的方法是目前大多數(shù)污水廠采用的方式，污泥有效處理率遠低于30%，大量污泥沒有得到規(guī)范化的處理，直接造成了“二次污染”。
但污泥濃縮處置后可以作為制磚和水泥的原料，經(jīng)過適當處理后可以作為肥料，焚燒后可以當做能源發(fā)電。污泥具有環(huán)境危害性和資源性雙重屬性。所以要利用先進技術(shù)來處理污泥，做好污泥的資源化利用，發(fā)揮污泥的經(jīng)濟和社會效益。
一、污泥的特性及特征
1.有害性
我國城鎮(zhèn)污水廠的污泥有機物和重金屬含量高，有機物含量高容易滋生細菌，并且發(fā)生腐臭，污泥中含有的有機污染物不易降解、毒性殘留時間長，這些有毒有害物質(zhì)進人水體與士壤中將造成環(huán)境污染，污泥對環(huán)境的二次污染還包括污泥鹽份的污染和氮、磷等養(yǎng)分的污染，重金屬含量高將影響污泥的土地利用。
2.含水率
污泥的含水率從99%下降1%時，污泥體積能減少一半，污泥含水率下降至85%左右時，污泥可用泵來輸送;含水率低于80%時，污泥呈不易流動的狀態(tài)，可運輸外運，污泥經(jīng)濃縮后含水率達到60%左右，多為固體狀態(tài)。熱干化、焚燒或熱處理等方法可進一步除去污泥中的水分。
3.污泥比阻
污泥比阻是描述污泥脫水的難易程度或污泥的脫水性能。通常污泥比阻越大，越難脫水，這與污泥脫水時濾布的特性和壓榨或離心程度有關(guān)。
二、污泥處理技術(shù)概述
1.污泥厭氧消化
污泥厭氧消化是指在無氧條件下，由兼性菌和厭氧菌將污泥中可生物降解的有機物分解成二氧化碳、甲烷和水等穩(wěn)定物質(zhì)，同時減小污泥體積，去除臭味，殺死寄生蟲卵，回收利用消化過程中產(chǎn)生的沼氣的過程。是污泥減量化、穩(wěn)定化的手段之一，一般分為三個階段：水解酸化階段，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段，產(chǎn)甲烷階段，可以使污泥中有機物濃度降低30%-50%左右。但基建費用較高，占地較大，適用于規(guī)模大產(chǎn)生污泥量多的污水處理廠。
2.污泥好氧消化
污泥好氧消化的實質(zhì)是生物污泥內(nèi)微生物有機體的內(nèi)源代謝，即細胞原生質(zhì)在有氧條件下的生物氧化作用。好氧消化對有機質(zhì)的降解程度高，消化時間短，不產(chǎn)生臭氣，易脫水，運營操作管理簡單，但運行維護費用較高，能夠消化污泥量較少，污泥降解程度隨溫度變化較大。
3.污泥脫水
將流態(tài)的原生、濃縮或消化污泥脫除水分，轉(zhuǎn)化為半固態(tài)或固態(tài)泥塊的一種污泥處理方法。脫水后的污泥含水率可降低到80%以下，污泥具有固體特性，成泥塊狀，便于運輸和最終處理處置。
(1)干化法。一般包括自然干化法，熱干化法，石灰石穩(wěn)定干化法等。自然干化是依靠下滲作用和蒸發(fā)作用來降低堆放在固定場所污泥的含水量。下滲作用可將污泥含水率降低到百分之八十五左右，蒸發(fā)作用數(shù)周后，污泥含水率可降到百分之七十五左右。污泥石灰石穩(wěn)定干化技術(shù)的原理是利用石灰和水發(fā)生的化學反應，形成較為穩(wěn)定的氫氧化鈣，從而實現(xiàn)對污泥中的含水的化學處理，起到吸水干化的效果。熱干化是指將污泥通過直接加熱的方式進行烘干處理，這能夠?qū)崿F(xiàn)污泥含水的有效降低，通過能夠降低內(nèi)部細菌等的滋生和繁殖，實現(xiàn)對污泥氣味的改善。
(2)機械脫水法。利用離心分離、帶式壓濾、板框式壓濾、管式壓濾真空過濾、污泥增稠等機械進行脫水的方法。投加無機鹽或高分子混凝劑是目前普遍的預處理方法。過濾是將濕污泥用濾層經(jīng)過重力濃縮、壓榨后過濾污泥，水分(濾液)滲過濾層而回用，脫水污泥(濾餅)則被截留在濾層上，然后通過輸送機外運。離心法是利用污泥中固、液比重不同而產(chǎn)生的不同離心力達到泥水分離的效果。
三、污泥處置技術(shù)概述
在我國，由于經(jīng)費和技術(shù)上的原因，目前污泥尚無穩(wěn)定而合理的出路，總的狀況還是以土地填埋、農(nóng)業(yè)利用和綠化的土地利用方式為主。農(nóng)業(yè)利用占比44.83，土地填埋占比31.03%，焚燒、綠化和與垃圾一塊填埋共占比10.35%，而未經(jīng)處理的占比達13.79%。
1.填埋法
國內(nèi)對污泥進行處置最常見的方法是利用城市生活衛(wèi)生垃圾廠進行填埋。它具有投資較少、容量大、見效快的特點，但污泥中含有的有毒有害物質(zhì)會以滲濾液和臭氣的方式污染地下水和大氣團，造成二次污染。隨著近年來污水廠剩余污泥量的大量產(chǎn)出，可供衛(wèi)生填埋的填埋廠容積越來越有限，并且隨著土地資源緊張和高昂的污泥運輸費用也是制約污泥衛(wèi)生填埋的一個重要問題。因此我國采用衛(wèi)生填埋處置污泥技術(shù)的比例逐漸減少，但仍占很大一部分比例。
2.土地利用
污泥的土地利用是污泥處理的一種有效方式。剩余污泥中含有豐富的有機物和氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素和鈣、鎂、銅、鐵、鋅等微量元素，它們有改善士壤結(jié)構(gòu)、增加士壤肥力、促進植物生長的作用。但污泥土地利用的不足是容易產(chǎn)生惡臭等廢氣，影響周邊的環(huán)境，對附近居民的生產(chǎn)生活產(chǎn)生一定影響。污泥土地利用受到其泥質(zhì)特性的影響，尤其是士攘中的重金屬含量影響，在采用這一處置技術(shù)時，要做好相關(guān)的風險防范，為了減少對士壤的二次污染，堆肥時通常加人稻草、木屑等作為調(diào)理劑和膨脹劑，不僅能增加發(fā)酵的能源物質(zhì)，也對污泥中的重金屬起稀釋作用。
3.焚燒法
污泥焚燒是利用污泥的有機成分較高，具有一定熱值等特點來處置污泥。污泥焚燒的技術(shù)方法及工藝流程具有多種方式，從燃料方面包括單一焚燒(在焚燒爐內(nèi)單獨處置污泥)和混合焚燒(污泥或污泥衍生燃料與其他可燃物混合進行燃燒)兩種形式。目前，污泥焚燒技術(shù)已得到了迅速發(fā)展，尤其在發(fā)達國家已成為主流污泥處置技術(shù)。在2016年以前，美國的污泥焚燒占所有污泥處置技術(shù)的比例約22%，日本約68%，歐盟國家約20%-40%，而中國的污泥焚燒比例僅為3%。
焚燒法可最大化的減少污泥的體積，減量率可達95%左右，并且污泥中的有機物焚燒時均被完全氧化，病原體和細菌均被完全殺死，另外污泥在焚燒時，可利用余熱發(fā)電或供熱，具有良好的經(jīng)濟效益。但焚燒法的投資和操作費用較高，焚燒時產(chǎn)生的二噁英有毒氣體、飛灰、爐渣和煙氣可引起二次污染。
4.建材利用
污泥的資源化利用是污泥處理處置技術(shù)發(fā)展的最終趨勢。污泥的建材利用主要包括以下出路：污泥制瀝青;污泥制磚;污泥制陶粒;污泥制生態(tài)水泥;污泥制混凝士;污泥制吸附劑等。但從經(jīng)濟和產(chǎn)品適用角度看，污泥制磚和制水泥是目前比較可行的建材利用方法。
2001年4月日本第一座“生態(tài)水泥廠”在千葉縣正式投產(chǎn)，以污水廠污泥、下水道淤泥和垃圾焚燒飛灰殘渣等作為原料，每年生產(chǎn)“生態(tài)水泥”的最大產(chǎn)能達11萬噸。但污泥中磷含量較高會引起磚塊或水泥熔點降低，其產(chǎn)品不得用作高層建筑材料，污泥中存在重金屬有害成分，德國等國家規(guī)定，污泥制磚和制水泥的建材產(chǎn)品不得參與飲用水建設(shè)。
“重水輕泥”是我國污水處理過程中普遍存在的現(xiàn)象，城鎮(zhèn)污水處理行業(yè)雖快速發(fā)展，污泥處理處置行業(yè)卻發(fā)展緩慢，與污泥產(chǎn)量連續(xù)遞增的趨勢相背，并且污泥的有效處理處置效率較低，直接傾倒和簡單填埋的方法是目前大多數(shù)污水廠采用的方式，污泥有效處理率遠低于30%，大量污泥沒有得到規(guī)范化的處理，直接造成了“二次污染”。
但污泥濃縮處置后可以作為制磚和水泥的原料，經(jīng)過適當處理后可以作為肥料，焚燒后可以當做能源發(fā)電。污泥具有環(huán)境危害性和資源性雙重屬性。所以要利用先進技術(shù)來處理污泥，做好污泥的資源化利用，發(fā)揮污泥的經(jīng)濟和社會效益。
一、污泥的特性及特征
1.有害性
我國城鎮(zhèn)污水廠的污泥有機物和重金屬含量高，有機物含量高容易滋生細菌，并且發(fā)生腐臭，污泥中含有的有機污染物不易降解、毒性殘留時間長，這些有毒有害物質(zhì)進人水體與士壤中將造成環(huán)境污染，污泥對環(huán)境的二次污染還包括污泥鹽份的污染和氮、磷等養(yǎng)分的污染，重金屬含量高將影響污泥的土地利用。
2.含水率
污泥的含水率從99%下降1%時，污泥體積能減少一半，污泥含水率下降至85%左右時，污泥可用泵來輸送;含水率低于80%時，污泥呈不易流動的狀態(tài)，可運輸外運，污泥經(jīng)濃縮后含水率達到60%左右，多為固體狀態(tài)。熱干化、焚燒或熱處理等方法可進一步除去污泥中的水分。
3.污泥比阻
污泥比阻是描述污泥脫水的難易程度或污泥的脫水性能。通常污泥比阻越大，越難脫水，這與污泥脫水時濾布的特性和壓榨或離心程度有關(guān)。
二、污泥處理技術(shù)概述
1.污泥厭氧消化
污泥厭氧消化是指在無氧條件下，由兼性菌和厭氧菌將污泥中可生物降解的有機物分解成二氧化碳、甲烷和水等穩(wěn)定物質(zhì)，同時減小污泥體積，去除臭味，殺死寄生蟲卵，回收利用消化過程中產(chǎn)生的沼氣的過程。是污泥減量化、穩(wěn)定化的手段之一，一般分為三個階段：水解酸化階段，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段，產(chǎn)甲烷階段，可以使污泥中有機物濃度降低30%-50%左右。但基建費用較高，占地較大，適用于規(guī)模大產(chǎn)生污泥量多的污水處理廠。
2.污泥好氧消化
污泥好氧消化的實質(zhì)是生物污泥內(nèi)微生物有機體的內(nèi)源代謝，即細胞原生質(zhì)在有氧條件下的生物氧化作用。好氧消化對有機質(zhì)的降解程度高，消化時間短，不產(chǎn)生臭氣，易脫水，運營操作管理簡單，但運行維護費用較高，能夠消化污泥量較少，污泥降解程度隨溫度變化較大。
3.污泥脫水
將流態(tài)的原生、濃縮或消化污泥脫除水分，轉(zhuǎn)化為半固態(tài)或固態(tài)泥塊的一種污泥處理方法。脫水后的污泥含水率可降低到80%以下，污泥具有固體特性，成泥塊狀，便于運輸和最終處理處置。
(1)干化法。一般包括自然干化法，熱干化法，石灰石穩(wěn)定干化法等。自然干化是依靠下滲作用和蒸發(fā)作用來降低堆放在固定場所污泥的含水量。下滲作用可將污泥含水率降低到百分之八十五左右，蒸發(fā)作用數(shù)周后，污泥含水率可降到百分之七十五左右。污泥石灰石穩(wěn)定干化技術(shù)的原理是利用石灰和水發(fā)生的化學反應，形成較為穩(wěn)定的氫氧化鈣，從而實現(xiàn)對污泥中的含水的化學處理，起到吸水干化的效果。熱干化是指將污泥通過直接加熱的方式進行烘干處理，這能夠?qū)崿F(xiàn)污泥含水的有效降低，通過能夠降低內(nèi)部細菌等的滋生和繁殖，實現(xiàn)對污泥氣味的改善。
(2)機械脫水法。利用離心分離、帶式壓濾、板框式壓濾、管式壓濾真空過濾、污泥增稠等機械進行脫水的方法。投加無機鹽或高分子混凝劑是目前普遍的預處理方法。過濾是將濕污泥用濾層經(jīng)過重力濃縮、壓榨后過濾污泥，水分(濾液)滲過濾層而回用，脫水污泥(濾餅)則被截留在濾層上，然后通過輸送機外運。離心法是利用污泥中固、液比重不同而產(chǎn)生的不同離心力達到泥水分離的效果。
三、污泥處置技術(shù)概述
在我國，由于經(jīng)費和技術(shù)上的原因，目前污泥尚無穩(wěn)定而合理的出路，總的狀況還是以土地填埋、農(nóng)業(yè)利用和綠化的土地利用方式為主。農(nóng)業(yè)利用占比44.83，土地填埋占比31.03%，焚燒、綠化和與垃圾一塊填埋共占比10.35%，而未經(jīng)處理的占比達13.79%。
1.填埋法
國內(nèi)對污泥進行處置最常見的方法是利用城市生活衛(wèi)生垃圾廠進行填埋。它具有投資較少、容量大、見效快的特點，但污泥中含有的有毒有害物質(zhì)會以滲濾液和臭氣的方式污染地下水和大氣團，造成二次污染。隨著近年來污水廠剩余污泥量的大量產(chǎn)出，可供衛(wèi)生填埋的填埋廠容積越來越有限，并且隨著土地資源緊張和高昂的污泥運輸費用也是制約污泥衛(wèi)生填埋的一個重要問題。因此我國采用衛(wèi)生填埋處置污泥技術(shù)的比例逐漸減少，但仍占很大一部分比例。
2.土地利用
污泥的土地利用是污泥處理的一種有效方式。剩余污泥中含有豐富的有機物和氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素和鈣、鎂、銅、鐵、鋅等微量元素，它們有改善士壤結(jié)構(gòu)、增加士壤肥力、促進植物生長的作用。但污泥土地利用的不足是容易產(chǎn)生惡臭等廢氣，影響周邊的環(huán)境，對附近居民的生產(chǎn)生活產(chǎn)生一定影響。污泥土地利用受到其泥質(zhì)特性的影響，尤其是士攘中的重金屬含量影響，在采用這一處置技術(shù)時，要做好相關(guān)的風險防范，為了減少對士壤的二次污染，堆肥時通常加人稻草、木屑等作為調(diào)理劑和膨脹劑，不僅能增加發(fā)酵的能源物質(zhì)，也對污泥中的重金屬起稀釋作用。
3.焚燒法
污泥焚燒是利用污泥的有機成分較高，具有一定熱值等特點來處置污泥。污泥焚燒的技術(shù)方法及工藝流程具有多種方式，從燃料方面包括單一焚燒(在焚燒爐內(nèi)單獨處置污泥)和混合焚燒(污泥或污泥衍生燃料與其他可燃物混合進行燃燒)兩種形式。目前，污泥焚燒技術(shù)已得到了迅速發(fā)展，尤其在發(fā)達國家已成為主流污泥處置技術(shù)。在2016年以前，美國的污泥焚燒占所有污泥處置技術(shù)的比例約22%，日本約68%，歐盟國家約20%-40%，而中國的污泥焚燒比例僅為3%。
焚燒法可最大化的減少污泥的體積，減量率可達95%左右，并且污泥中的有機物焚燒時均被完全氧化，病原體和細菌均被完全殺死，另外污泥在焚燒時，可利用余熱發(fā)電或供熱，具有良好的經(jīng)濟效益。但焚燒法的投資和操作費用較高，焚燒時產(chǎn)生的二噁英有毒氣體、飛灰、爐渣和煙氣可引起二次污染。
4.建材利用
污泥的資源化利用是污泥處理處置技術(shù)發(fā)展的最終趨勢。污泥的建材利用主要包括以下出路：污泥制瀝青;污泥制磚;污泥制陶粒;污泥制生態(tài)水泥;污泥制混凝士;污泥制吸附劑等。但從經(jīng)濟和產(chǎn)品適用角度看，污泥制磚和制水泥是目前比較可行的建材利用方法。
2001年4月日本第一座“生態(tài)水泥廠”在千葉縣正式投產(chǎn)，以污水廠污泥、下水道淤泥和垃圾焚燒飛灰殘渣等作為原料，每年生產(chǎn)“生態(tài)水泥”的最大產(chǎn)能達11萬噸。但污泥中磷含量較高會引起磚塊或水泥熔點降低，其產(chǎn)品不得用作高層建筑材料，污泥中存在重金屬有害成分，德國等國家規(guī)定，污泥制磚和制水泥的建材產(chǎn)品不得參與飲用水建設(shè)。
