鄧 琦 （中國(guó)煙草總公司合肥設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230051）

1 污泥的性質(zhì)、分類指標(biāo)

1.1 污泥的分類

按照工業(yè)企業(yè)直觀分類，從其來(lái)源不同可分為：

①初次沉淀污泥，來(lái)自初次沉淀池；

②剩余活性污泥，來(lái)自活性污泥法后的2次沉淀池；

③腐殖污泥，來(lái)自生物膜法后的2次沉淀池；

（以上3種污泥可統(tǒng)稱為生污泥或新鮮污泥）

④消化污泥，生污泥經(jīng)厭氧或好氧消化處理后稱為消化污泥或熟污泥；

⑤化學(xué)污泥，用化學(xué)沉淀法處理污水后產(chǎn)生的沉淀物稱為化學(xué)污泥或化學(xué)沉渣。

1.2 污泥的性質(zhì)指標(biāo)

①最主要的含水率：污泥中所含水分的重量與污泥總重量之比稱為含水率，污泥的含水率一般很高，比重接近于1。污泥的體積、重量及所含固體物質(zhì)濃度之間的關(guān)系可用下式表示：V1/V2=W1/W2=100-P2/100-P1=C2/C1

P1,V1,W1,C1為含水率P1時(shí)的體積、重量、固體物濃度

P2,V2,W2,C2為含水率P2時(shí)的體積、重量、固體物濃度

②揮發(fā)性固體和灰分：揮發(fā)性固體近似等于有機(jī)物含量，灰分表示無(wú)機(jī)物含量。

③可消化程度：污泥中可被消化降解的有機(jī)物數(shù)量。

④濕污泥比重與干污泥比重：濕污泥重量等于污泥所含水分重量與干固體重量之和；濕污泥比重等于濕污泥重量與同體積的水重量之比值。其兩者有如下關(guān)系：y=100ys/p ys+(100-p)

其中γ 為濕污泥比重，γs為干污泥比重，P為濕污泥含水率%。

⑤污泥肥分：這是可持續(xù)利用的一個(gè)重要參考指標(biāo)，污水中含有大量的植物生產(chǎn)必需的成分，微量元素及土壤改良劑，煙草工廠內(nèi)部污水處理站產(chǎn)生污泥所含肥分如表1所示。

表1

⑥重金屬含量

污泥中重金屬離子含量決定于污水中廢水所占比例，一般煙草行業(yè)重金屬離子較少，主要可能存在微量的銅、汞、鋅等，為潤(rùn)葉及清洗過(guò)程中殘留，污水經(jīng)過(guò)2級(jí)處理后重金屬離子約有50%以上轉(zhuǎn)移到污泥中，所以當(dāng)污泥作為肥料使用時(shí)必須密切關(guān)注是否超過(guò)規(guī)定的《農(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)參數(shù)。

2 污泥的最終處理與利用方法簡(jiǎn)述

2.1 農(nóng)肥利用與土地處理

目前污水處理（其成分近于城市生活污水）中污泥含有氮、磷、鉀非常豐富，可作為農(nóng)業(yè)肥料，污泥中含有的有機(jī)物可作為土壤改良劑。但污泥作為肥料使用必須符合：①滿足衛(wèi)生學(xué)要求即不得含有病菌、寄生蟲(chóng)卵與病毒，在施用前必須對(duì)污泥作消毒處理或季節(jié)性使用。②因重金屬離子如Cd、Hg、Pb等易于被植物攝取并在根、莖、葉與果實(shí)內(nèi)積累，故所含重金屬濃度不可超過(guò)《農(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)》。③總氮含量不可過(guò)高，氮是作物主要肥分，但濃度過(guò)高易倒伏減產(chǎn)。污泥作為肥料利用的控制指標(biāo)是每公頃農(nóng)田使用污泥干重一般為2t～70t/（a,ha），常用15t/（a,ha），灌溉水果及蔬菜為：Cd<25mg/kg(干），Pb<1000mg/kg(干）。

同時(shí)污泥灌溉林場(chǎng)可促進(jìn)樹(shù)木生長(zhǎng)，由于林場(chǎng)土壤中含高濃度腐殖質(zhì)，可抑制重金屬離子的遷移，故林場(chǎng)可以常年使用，主要控制因素是防止地面徑流所含的硝酸鹽對(duì)地表水的污染，所以使用量以樹(shù)木的需氮量進(jìn)行控制，一般3～5年施用10～220t（干）/ha，常用40t（干）/ha。

土地處理有兩種方式：改造土壤；污泥的專用處理場(chǎng)。用污泥改造不毛之地為可耕地，如用污泥投放于廢露天礦場(chǎng)、尾礦場(chǎng)、采石場(chǎng)、粉煤灰堆場(chǎng)、戈壁灘與沙漠等地。污泥的投放量每次為7t～450t（干）/ha，應(yīng)連續(xù)投放數(shù)年，投放期間應(yīng)經(jīng)常測(cè)定地下水和地面水的硝酸鹽含量。

專用的污泥處理廠污泥施用量可達(dá)到農(nóng)田用量的20倍以上，一般為220t～900t（干）/（ha,a），專用場(chǎng)應(yīng)設(shè)截留地面徑流溝及滲透水收集管，以免污染地面水與地下水。

2.2 污泥堆肥

污泥堆肥一般采用好氧條件下，利用嗜溫菌、嗜熱菌的作用分解污泥中有機(jī)物質(zhì)并殺滅傳染病菌、寄生蟲(chóng)卵與病毒，提高污泥肥分。

堆肥可分為兩個(gè)階段：一級(jí)堆肥與二級(jí)堆肥階段。

一級(jí)堆肥可分為3個(gè)過(guò)程：發(fā)熱、高溫消毒及腐熟。

堆肥初期為發(fā)熱過(guò)程：在強(qiáng)制通風(fēng)條件下堆肥溫度上升到45℃～55℃；高溫消毒過(guò)程：有機(jī)物分解所釋放的能量一部分合成新細(xì)胞，一部分堆肥使溫度上升達(dá)到55℃～70℃，嗜熱菌繁殖，病原菌、寄生蟲(chóng)卵與病毒被殺滅，由于大部分有機(jī)物氧化分解，需氧量逐漸減少，溫度開(kāi)始回落；腐熟過(guò)程：溫度降至40℃左右，堆肥基本完成，一級(jí)堆肥階段約耗時(shí)7d～9d，在堆肥倉(cāng)內(nèi)完成。

二級(jí)堆肥階段：一級(jí)堆肥完成后停止強(qiáng)制通風(fēng)，采用自然堆放方式，使進(jìn)一步熟化、干燥、成粒。

①污泥單獨(dú)堆肥的工藝流程如下圖1：

圖1

污泥干化后含水率約70%～80%，加入膨脹劑調(diào)節(jié)含水率至40%～60%，C/N=(20～35):1，C/P=(75～150):1，顆粒粒度為2mm～60mm。堆肥過(guò)程中產(chǎn)生的滲透液BOD5>10000mg/L，COD>20000mg/L，總氮>2000mg/L，液量約占肥堆重量的2%～4%，需就地或送至污水廠處理。

②污泥與城市垃圾混合堆肥

城市生活垃圾中有機(jī)成分約占40%～60%，燃煤氣或電的城區(qū)為高限，燃煤城區(qū)為低限，因此污泥可與城市生活垃圾混合堆肥，使污泥與垃圾資源化，混合堆肥的工藝流程如下圖2：

圖2

城市生活垃圾先經(jīng)分離去除塑料、金屬、玻璃、與纖維等不可堆肥成分，經(jīng)粉碎后與脫水污泥混合進(jìn)行一級(jí)堆肥，二級(jí)堆肥制成肥料。一級(jí)堆肥在堆肥倉(cāng)內(nèi)完成，二級(jí)堆肥采用自然堆放，城市生活垃圾起膨脹劑作用。

2.3 污泥制造建筑材料

①制灰渣水泥與灰渣混凝土

污泥焚燒灰的礦物質(zhì)成分與波特蘭水泥成分比較：

從上表可知污泥焚燒灰所含成分除CaO較波特蘭水泥較低外，其余均高于或相當(dāng)。故污泥焚燒灰加石灰或石灰石后，可煅燒成灰渣水泥，其強(qiáng)度符合ASTM圬工水泥規(guī)范，污泥焚燒灰也可作為混凝土的細(xì)骨料，代替部分水泥與細(xì)砂。

②制污泥磚、地磚

污泥磚：制造有兩種方法：一種是用干污泥直接制磚；另一種用污泥焚燒灰制磚。

表2

用于制造磚的粘土成分要求為：SiO256.8%～88.7%；Al2O34.0%～20.6%；Fe2O32.0%～6.6%；CaO 0.3%～13.1%；MgO 0.1%～0.6%。對(duì)照上表可知污泥焚燒灰的成分，除了SiO2偏低外均可滿足。因此在利用干污泥或污泥焚燒灰制磚時(shí)，應(yīng)添加適量的粘土或硅砂，提高SiO2含量，然后制磚。一般的配比為干污泥（或焚燒灰）：粘土：硅砂=1：1：（0.3～0.4）（重量比）為合適。

污泥制地磚：污泥焚燒灰在1200℃～1500℃高溫下煅燒，有機(jī)物被完全焚燒，無(wú)機(jī)物熔化，再經(jīng)過(guò)冷卻后形成玻璃狀熔渣，可生產(chǎn)地磚、釉陶管。

2.4 污泥裂解

污泥經(jīng)干化、干燥后可以用煤裂解的工藝方法，將污泥裂解制成可燃?xì)?、焦油、苯酚、丙酮、甲醇等，污泥高溫干餾裂解的工藝流程如下圖：

圖3

2.5 污泥填地與填海造地

2.5.1 填地

污泥干化后含水率約為70%～80%，用于填地的含水率以65%為宜，可保證填埋體的穩(wěn)定與有效壓實(shí)，因此在填地前需添加適量的硬化劑，一方面調(diào)節(jié)含水率，一方面可加速固化。硬化劑用石灰、粉煤灰等。選擇填地場(chǎng)所的主要影響因素是：當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件、污泥量與運(yùn)距、周邊環(huán)境以及填地的開(kāi)發(fā)利用。

填地場(chǎng)底部應(yīng)鋪設(shè)不透水層及滲出液的收集管，防止污染地下水與地面水，由于污泥的含水率不高，故滲出液量也有限，可輸送至污水廠或就地處理。

不透水層有兩種辦法：①用粘土或三合土夯實(shí)，厚度為0.6m左右，滲透系數(shù)K<10～7cm/s②化學(xué)合成襯墊，主要材料為聚氯乙烯、氯磺化聚乙烯等，填地場(chǎng)應(yīng)設(shè)置豎向排氣管，收集與排除污泥可能由于厭氧消化而產(chǎn)生的污泥氣，避免發(fā)生爆炸危險(xiǎn)。

填地場(chǎng)的設(shè)計(jì)年限一般為10年以上，填成后應(yīng)植被，先作為公共綠地，運(yùn)動(dòng)綠地等。污泥穩(wěn)定后再進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用，填地的程序：宜分層填地，如污泥填高累計(jì)0.5m～3.0m后，覆蓋厚度為0.5的砂土層，壓實(shí)再填污泥。填地過(guò)程為了防止蚊蠅棲息與繁殖，并防止臭味外溢，填堆應(yīng)覆蓋塑料薄膜。

2.5.2 填海造地

淺水海灘、海灣處可用于污泥填海造地。填海前應(yīng)先建圍堤，污泥填海造地時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守如下要求：

①必須建圍堤，不得使污泥污染海水，滲水應(yīng)收集處理。

②填海造地的污泥焚燒灰中，重金屬離子的含量應(yīng)符合填海造地的標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論及建議

①煙草行業(yè)“十一五”及“十二五”期間技術(shù)改造的卷煙生產(chǎn)及加工企業(yè)自建污水處理站的規(guī)模一般300m3/d～2000m3/d，每日產(chǎn)生污泥量約1t～10t，且隨著企業(yè)兼并重組規(guī)模集團(tuán)化的趨勢(shì)日漸明顯，污水處理及污泥產(chǎn)量越來(lái)越多，亟需重視，否則易污染環(huán)境或水體。

②煙草行業(yè)污水處理所產(chǎn)生的污泥多為初沉污泥、剩余活性污泥、腐殖污泥，富含氮、磷、鉀等元素，有機(jī)物含量70%左右，有的甚至達(dá)到85%以上，與城市生活污水性質(zhì)相當(dāng)，重金屬離子含量較少，便于深度無(wú)害化處置。

③考慮上述污泥最終處置的五種方法特點(diǎn)，結(jié)合行業(yè)目前污水處理方案及污泥產(chǎn)量，建議可采用農(nóng)肥利用、污泥單獨(dú)堆肥、制造建筑材料及填地等方法處置污泥；污泥與城市垃圾混合堆肥及污泥裂解、污泥填海由于配合單位較多或投資較大，暫不適合采用。

2013年建成投產(chǎn)的福建武夷煙葉有限公司技術(shù)改造工程污水站規(guī)模400m3/d，日產(chǎn)污泥約2t，污泥經(jīng)加藥脫水后含水率約90%，定期外運(yùn)填埋改良土壤，經(jīng)測(cè)算目前運(yùn)行處理費(fèi)用約1.5元/m3～2.0元/m3，隨著折舊費(fèi)用的降低，運(yùn)行費(fèi)用逐漸減少，已經(jīng)取得了較好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。

[1]孫慧修.排水工程（第四版）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[2]鄭達(dá)謙.給水排水工程施工（第三版）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.

[3]GB8978-1996，污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]GB18918-2002，城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5]GB50014-2006，室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6]GB50015-2003，建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范(2009版）[S].