污泥脱水及干化工艺调研

污泥脱水及干化工艺调研

污泥的产生在人类活动过程中是不可避免的。污水处理产生的大量污泥的任意堆放和投弃对环境造成了新的污染，如何妥善处置这些污泥已成为全球共同关注的课题。

一、污泥概述

污泥(sludge) 是由水和污水处理过程所产生的固体沉淀物质。

1. 污泥的分类

根据其来源，污泥可以划分为：

1）市政污泥(sewage sludge)，主要指来自污水厂的污泥，这是数量最大的一类污泥。此外，自来水厂的污泥也来自市政设施，可以归入这一类。

2）管网污泥，来自排水收集系统的污泥。

3）河湖淤泥，来自江河、湖泊的淤泥。

4）工业污泥，来自各种工业生产所产生的固体与水、油、化学污染、有机质的混合物。

在非特指环境下，污泥一般指市政排水污泥。

污水处理厂的污泥根据处理的工艺级别不同，又可以分为以下几种：

1）初沉污泥(Primary)：只经过物理-化学处理

2）二沉污泥(Secondary)：生物处理后的污泥

3）三沉污泥(Tertiary)：脱磷/脱氮后的污泥

根据污泥的性质，又可以区分为：

1）未消化生污泥（undigested）

2）消化污泥(digested)

污泥的消化又有好氧消化与厌氧消化之分。各个级别的污泥的物理化学性质不同，消化和未消化污泥的性质差别更大。很多后端处理工艺必须了解前端污泥的性质才能确定其处理方式。2. 污泥的主要成分

因污泥成分不同，未消化的市政污水污泥的有机物含量可能占到干物质的60%－75%，高效消化处理后减半。

有机硝酸盐是污泥中的主要有效成分。施用到土壤里，硝酸盐经生物降解可改善土壤。

污水厂污泥具有很强的流动性，这是因为其含水率很高，一般在95%以上，这是污泥本身的性质决定的。根据分析，污泥与水分子的结合非常紧密，并具有不同的相态：

1）自由态水：可经重力沉淀和机械作用去除；

2）物理性结合水：须更多能量去除（如加热），包括毛细管/间隙水、胶态/表面吸附水。

3）化学性结合水：只有打破化学键才能去除，被称为“平衡水”，包括细胞内的水、分子水。

3. 污泥处理、处置存在的问题

1）污泥处置：污泥的处置指的是给污泥一个最终的归宿：要么作为肥料施用到农田、绿化等土壤中，成为土壤的一部分；要么加以资源化利用，形成有用的材料，如铺路的渣土、水泥、制砖等；要么填埋，未加任何利用，且耗费土地资源而弃置。

2）污泥处理：任何不能达到最终安置的过程，都可以算作处理。比如污泥堆肥，杀灭细菌和熟化后才能产生安全的肥效；焚烧最终还会产生灰烬，这部分的数量要占到原干物质质量的40％以上，因此还要考虑填埋或利用；干化是为了去掉泥饼中的大部分水份，节约运输成本，减少占地，少付填埋费，并为其它的最终处置方案提供减量、卫生化和经济性条件。

污泥处理的主要目的是减少水分，为后续处理、利用和运输创造条件；消除污染环境的有毒有害物质；回收能源和资源。污泥的处理工艺包括污泥的浓缩、消化、脱水、干化及焚烧等方法以及最终处理。

由于污泥是一种有潜在危险的物质，所以污泥处理面临以下的问题：

1）干污泥中一般含有65%的有机物和35%的无机物。在中国，污泥中的有机物含量较低。

2）湿污泥中含有各种各样的细菌、病毒和寄生生物，病菌在其中大量繁殖。

3）污泥中还含有锌、铜、铅和镉等重金属化合物，有毒的有机化合物，杀虫剂等等，所有这些一旦进入食物链将会导致严重的健康问题。对于工业发达的大中城市，这个问题尤其突出。

在欧洲，根据欧盟规定：截止到2005年，有机物含量超过5%的废弃物将被禁止填埋；在美国，根据国家环保局的503污泥卫生法规定，只有经过灭菌处理，达到细菌或病毒无法检出的A 级污泥才可以在市场出售；而B级污泥的使用则必须满足特殊的使用条件，即污泥的细菌或病毒含量不会对公众和环境造成影响。而特级污泥，即污泥的细菌或病毒和重金属的含量都满足要求，其使用所受到的限制与普通的肥料一样。由于A级污泥没有对重金属的含量有任何限制，因此国家环保局的503污泥卫生法不是很严格。目前，在新泽西州，在加利弗尼亚，内华达和亚利桑那州的部分县已经立法禁止污泥的填埋；佛罗里达洲等一些州的立法正在进行。

4. 污泥的脱水与干化

污水处理所产生的污泥具有较高的含水量，由于水分与污泥颗粒结合的特性，采用机械方法脱除具有一定的限制，污泥中的有机质含量、灰分比例特别是絮凝剂的添加量对于最终含固率有着重要影响。一般来说，采用机械脱水可以获得20%-30%的含固率，所形成的污泥也被称为泥饼。泥饼的含水率仍然较高，具有流体性质，其处置难度和成本仍然较高，因此有必要进一步减量。此时，在自然风干之外，只有通过输入热量形成蒸发，才能够实现大规模减量。采用热量进行干燥的处理就是热干化。

污泥干化是水分蒸发的过程。为了进行干化项目的调研，以确定减量处理的规模，必须了解有关污泥项目的一些经济参数，这些参数包括：

·机械脱水后的湿泥含固率

·最终处置的目的、类型

·当地能够找到的廉价热能及其价格指数

污泥成分是根据污水厂的来水水质变化的，当然在很大程度上也会受到污水处理工艺的影响。最终会对干化工艺产生重大影响的内容则是絮凝剂添加量。对干化工艺来说，以下内容值得注意，这些内容通常是通过试验来确认其干化效果的：

·污泥中絮凝剂含量；

·污泥的粘度、弹性；

·有机物在干物质中的比例；

·磨蚀性成分的比例（如沙、石等）；

·腐蚀性成分的浓度（如氯、硫等）；

·油脂类物质的百分比。

污水中的污染物和营养成分在大量繁殖的细菌作用下，在化学药剂的作用下形成聚集，逐渐增大的团粒结构最终在水中沉淀下来，形成污泥。进一步添加高分子絮凝剂，采用物理方法浓缩，可以脱去大部分或一部分所谓的自由态水，形成我们所见到的脱水污泥。

因此经生物处理所得到的污泥，其有机物构成主要就是这些微生物细菌。

二、污泥的主要处理、处置途径

1. 污泥处理、处置的工艺路线

污水厂污泥的处理和处置主要遵循以下的途径：