污泥的深度处理

概述

水是人类生存的基本条件，是影响和制约社会发展的最关键因素。一方面，世界上的大部分地区水资源都严重短缺；另一方面，人口的急剧增长、工业的不断发展，人类又在不断制造大量的污染物，污染着本已稀缺的水资源。水资源短缺与水污染是当前社会和人类共同面临的两大难题。

上个世纪以来，随着人与自然关系的不断激化，人们逐渐认识到只有污水处理和污水回用才是解决水资源短缺与水污染的最有效方法。

众所周知，目前的污水处理厂是先对污水进行各种物理、化学或生物的方法把污染物从水中分离出来，分离水变成“清洁水”排入水体；再集中处理浓缩了污染“精华”的分离“固体”――－污泥。显然，不彻底解决污泥的处理问题，污泥中的污染物就会再通过各种途径回到大自然，则再好的水处理效果对环保而言都只是掩耳盗铃。

将污染物从污泥中彻底去除是解决水污染问题的关键步骤。

1 污泥处理的任务与方法

1.1污泥在实际中的表现

干净的水经使用后因其中含有有机物、重金属、病毒、细菌等对人类和自然界会造成危害而称为污水。污水的净化处理一定意义上讲是部分地把这些污染物分离转移至污泥中。相对于污水，污泥的污染成分近似而浓度则要高得多，在实际中表现为：

（1）臭味大：众多易腐化的有机物在污泥的处理、运输、储存中发出各种恶臭的气味影响环境；

（2）危险性高：污泥中含有大量的病毒、细菌、原生动物及高浓度的锌、铜、铬、铅、镉等重金属、有毒的有机合成物等，对水资源和人体健康都是一种潜在的危险；

1.2 污泥处理的几大任务

污泥处理就是要对污泥进行深度无害化处理，彻底解决污泥对环境的污染及对人类的危害，通常有以下几大任务：

（1）减少污泥体积：① 在水处理工艺中采用生物或化学的方法直接减少污泥的产生，避免和减少污泥的产生；② 在污泥处理系统中提高污泥的含固率；

（2）污泥性质稳定：去除污泥中易腐化变质的有机物；

（3）污泥无害化：去除污泥中对人体或自然界有危害的病毒、细菌、原生动物和重金属等；

（4）污泥的资源化利用：① 利用污泥中富含的N、P、K等回收有机肥料，改善土壤条件，促进作物的生长；② 利用污泥中大量有机物储藏的热量进行焚烧，回收热能。

目前，为达到污泥的最终无害化处理，完整的工艺如下图所示：

由上图可知：污泥处理包括污泥浓缩、机械脱水、干化或焚烧及最终废弃物处置四个主要阶段，其中前三个阶段为污泥处理阶段主要特性如下：

1.3 污泥处理最终废弃物的处置及要求

（1）农业利用：① 去除病原体，重金属等避免长期使用对人体及土地的副作用；② 具有施用期短，储存期长的特点，应使肥料易于运输、储存、操作，提高卫生条件；③ 制定全面的施用标准，减少对环境的不良影响，消除用户的不信任；

（2）填埋：① 尽可能小的体积；② 防止二次污染；

（3）建筑材料：材料性质稳定，无毒害；

（4）投海：已禁止使用。

1.4 污泥深度处理的必要性

污泥处理工艺的选择与污泥性质、最终污泥处置方式、地方行政法规的限制、经济性、处理规模、处理技术、现场条件等息息相关。

从以上所述可知，目前只做的浓缩、机械脱水并不能减少污染，也不能满足卫生需要，因此不能满足污泥处置的要求，进行污泥干燥或焚烧的深度处理是污泥处理发展的必然选择。

（1）污染去除的要求：浓缩、脱水不能去除污染物，干燥或焚烧是彻底去除污染负荷的有效途径；

（2）地方法规的要求：欧洲有些国家禁止没有深度处理的污泥进行处置；

（3）最终污泥处置的要求：污泥农业回用、污泥填埋、建筑材料的使用都要求污泥无毒、满足卫生要求；

（4）经济性的要求：深度处理后的污泥，其体积仅为脱水污泥的一半至五分之一，减少运输、储存费用，同时减少填埋的费用（欧洲国家填埋的费用以体积计，且价格非常贵200～300欧元/立方米）。

（5）工艺发展的保证：污泥干燥和焚烧技术的发展成熟减少了投资和运行费用，提高了处理效率。

2 污泥的干燥处理工艺

干燥是利用热源加热脱水后的污泥，进一步去除污泥中的毛细水，使污泥固体含量达到70%～90%的过程，目前，昂帝欧得利满公司已开发使用了多种干燥工艺，如利用太阳能加热的HELIANTS®工艺，利用高温氧化有机物的MINERALIS®工艺及各种形式的加热干燥工艺。

2.1 HELIANTS®太阳能干燥工艺

将脱水后的污泥放置于温室中，利用太阳能蒸发污泥中的水份即可获得百分之60～80的干化污泥，运行中可利用搅拌轮将污泥翻转平铺在地板上或增加强制通风以提高蒸发效率。这种工艺设计简单，投资运行费用低，但需要很大的占地面积，适合于产泥量较低，污泥用作农业应用，并需长期储存的场合。

2.2 MINERALIS®高温湿氧化工艺

将污泥和纯氧同时导入温度为2900C压力为80～100巴的反应容器中，纯氧在高温、高压情况下不需使用催化剂即可将绝大部分有机物氧化成CO2和水，剩余污泥通过机械脱水干度即可达50～60%以上。湿氧化的工艺适用于污泥非农业利用的场合，脱水泥饼可以填埋或作为建筑原材料。

2.3 NARATHERM®桨式加热干燥工艺

干燥工艺中应用更广泛的还是加热干燥系，所有的加热干燥均需要热源。结构上，除了干燥器以外，还应包括污泥进料器，辅助热源、送气系统，热量回收装置，灰尘控制、灰烬排出、控制系统等。

目前的热干燥系中已使用的有转鼓式、圆盘式、螺旋桨式、薄膜式、管式等多种干化系统。干化系统的选择与最终产品的要求、处置方式、污泥类型等密切相关如下图所示。

2.3.2 NARATHERM®工艺主要包括以下几个步骤

（1）进料

用螺旋输送器将15～35%的脱水污泥送至干燥器的进口，有时会根据污泥的性质，选择是否将筛分后的细小干化污泥与待干化的污泥进行预混合。

（2）热源产生

NARATHERM®可使用热蒸汽或油经锅炉加热作为热交换的热源。一般热流体的温度为180～200℃。热流体被分别引入中空的干燥器壳体和转动的轴、桨叶等所有与污泥接触进行热交换的加热金属表面。

（3）污泥干燥

加热的金属表面与污泥均匀接触，加热污泥，蒸发污泥中的水份。沿干燥器的轴向长度，水蒸汽蒸发会经历恒定蒸发效率和低蒸发率两个阶段；污泥干化经历塑化、破塑、块化、颗粒化四个步骤；污泥的温度呈快速上升、稳定、快速上升的趋势，最后出口污泥温度为100～110℃左右。干燥时间3至7小时，出口污泥含固率达到90%以上。

（4）冷却筛分

冷却有直接冷却和间接冷却两种方式。两种方式单独使用或组合使用，使干污泥温度从110℃减至40℃左右，冷却后进入细格栅进行筛分，或经过造形机造型后达到所要求的干污泥形状。

（5）冷凝回收

干燥器内的热蒸汽送至冷凝器冷凝处理。冷凝溶剂回收；不可凝气体送至锅炉再加热成热源；冷凝水回污水处理厂。

2.3.3 工艺的优势