張緒婷

（南京水務(wù)集團(tuán)有限公司，江蘇 南京210002）

在污水處理過程中，勢(shì)必產(chǎn)生大量的污泥，包括初次沉淀池與二次沉淀池的沉淀物等。污泥具有有機(jī)物含量相對(duì)較高、易腐化變臭，且顆粒相對(duì)較細(xì)，密度小和含水率一般不高，容易發(fā)生脫水的特點(diǎn)。污泥處理處置是污水處理得以最終實(shí)施的保障，目前，城市污泥處理處置設(shè)施建設(shè)相對(duì)滯后，污泥的安全處置問題需得到妥善解決，因此有必要對(duì)其處理技術(shù)予以高度重視和深入的探究。

1 污泥概述

污泥同時(shí)具有資源與危害兩個(gè)特性，其中，危害性是指污泥中含有多種污染物，對(duì)環(huán)境具有很高的風(fēng)險(xiǎn)；資源性是指污泥中還含有不同的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，具有一定能源化和資源化的潛力。若污水處理廠能對(duì)污泥進(jìn)行回收與利用，則能有效分擔(dān)污水處理所需電能；污泥中含有的磷具有一定潛在價(jià)值，提取其中的磷能緩解現(xiàn)階段磷資源較為匱乏的局面；提取并開發(fā)污泥中含有的腐殖資源及蛋白質(zhì)，還能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供新型肥料，這也是對(duì)污泥進(jìn)行資源化處理的重要途徑之一[1]。

2 污泥處理處置技術(shù)

2.1 污泥熱水解

該技術(shù)將固體含量在15%～20%范圍內(nèi)的污泥作為主要處理對(duì)象，在150～200℃和600～2500kPa 的條件下處理污泥。經(jīng)熱水解的污泥，主要有下列四種變化：其一，污泥絮狀物分解；其二，細(xì)胞破碎并釋放有機(jī)物；其三，有機(jī)物水解；其四，美拉德反應(yīng)。采用該方法能對(duì)污泥進(jìn)行無害化的處理，使其體積減小，并增強(qiáng)污泥的脫水性，使其厭氧消化。與此同時(shí)，在高溫條件下，污泥會(huì)產(chǎn)生多聚氮，使其生化性得以顯著降低。

該方法的操作步驟為：

（1）利用輸送泵把污泥輸送至反應(yīng)器當(dāng)中；

（2）利用閃蒸蒸汽對(duì)反應(yīng)器當(dāng)中的污泥實(shí)施預(yù)加熱，到溫度為80℃為止；

（3）反應(yīng)器升溫升壓，使溫度達(dá)到150～170℃，壓力達(dá)到0.6～2.5MPa，持續(xù)20～30min，溫度與壓力均由蒸汽鍋爐提供；

（4）待反應(yīng)完成后，使整齊進(jìn)入反應(yīng)器；

（5）污泥完成熱水解的過程，貯存于緩沖池，這一過程無需使用泵，只利用反應(yīng)器中的壓力便可。

采用該方法可以對(duì)污泥中含有的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行水解，若溫度保持在150℃～170℃范圍內(nèi)，具有揮發(fā)性的懸浮物，其水解率可以達(dá)到38.1%～41.2%；同時(shí)具有溶解性的碳水化合物，其水解率可以達(dá)到37.9%～42.9%，另外即便溫度發(fā)生變化，也不會(huì)對(duì)氨氮造成太大的影響。相關(guān)試驗(yàn)表明，熱水解宜在170℃的溫度條件下進(jìn)行，在這一溫度下，具有揮發(fā)性的脂肪酸將不斷累積，且具有揮發(fā)性的懸浮物不斷減量，其減量率可以達(dá)到34%。除此之外，還能提高和甲烷存在直接關(guān)系的酶的活性，使硬壁菌門豐度提高到35.6%，抗菌微生物豐度提高到3.9%[2]。

2.2 協(xié)同消化

協(xié)同消化指的是兩種及以上來源有所不同的物料相混合實(shí)施厭氧消化。對(duì)于共消化，主要具有下列幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì)：其一，使甲烷的產(chǎn)率得以提高；其二，保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；其三，使廢棄物得到有效處理；其四，來源各異的廢棄物可借助相同設(shè)施來處理，使設(shè)備得到最大化的利用；其五，能對(duì)不同的廢棄物進(jìn)行合并處理，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?yīng)[3]。

如今，污泥與餐廚垃圾固體含量為15%～24%，采用厭氧消化的方法處理是十分適宜的。通常情況下，對(duì)垃圾進(jìn)行單獨(dú)消化會(huì)出現(xiàn)鈉離子抑制，如果鈉離子的濃度很高，則會(huì)對(duì)甲烷菌活性造成影響，使系統(tǒng)發(fā)生酸化。對(duì)污泥進(jìn)行單獨(dú)消化時(shí)，由于氨氮的濃度很高，同樣會(huì)對(duì)甲烷菌造成很大的影響，導(dǎo)致系統(tǒng)嚴(yán)重酸化。而對(duì)垃圾與污泥進(jìn)行共同處理卻可以有效解決系統(tǒng)酸化的問題。按照4：1 的比例對(duì)污泥與垃圾實(shí)施混合，開始共消化，相較于單獨(dú)消化，當(dāng)停留時(shí)間一致時(shí)，采用共消化時(shí)VFA濃度實(shí)際下降率為40%，產(chǎn)氣率明顯提高。

共消化中，其中一部分是污泥，另一部分除餐廚垃圾外，還可以是動(dòng)物的糞便與有機(jī)廢物。對(duì)于有機(jī)廢物，在共消化前，應(yīng)先利用碾磨機(jī)將其粉碎，然后分選，干擾物可使用篩子去除，而有機(jī)垃圾則利用稀釋池進(jìn)行稀釋，再輸送至穩(wěn)定池中進(jìn)行殺菌消毒，最后和污泥混合，開始共消化，消化后產(chǎn)生的沼氣，可直接在發(fā)電過程中使用。

2.3 好氧發(fā)酵

就目前而言，好氧發(fā)酵包括兩種類型，即膜覆蓋與超高溫。其中，膜覆蓋指的是把膜覆蓋于污泥表面，在發(fā)酵中產(chǎn)生的二氧化碳與水都可以通過膜排出，但氣溶膠和病原微生物都被留在膜中；此時(shí)，在底部使用風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，能在膜中形成壓力較低的腔體，促使氧氣得以均勻的分布，進(jìn)而使污泥發(fā)酵時(shí)有機(jī)質(zhì)得到充分的降解，并完成升溫滅菌。膜覆蓋對(duì)堆體結(jié)構(gòu)沒有特殊的要求，但需要為各堆體安裝風(fēng)機(jī)。相較于傳統(tǒng)的發(fā)酵技術(shù)，該技術(shù)能有效控制臭氣，并且無需設(shè)置復(fù)雜的作業(yè)通道，在單位面積上具有更高的污泥處理率。超高溫指的是向污泥內(nèi)投放嗜熱微生物，并采用性激發(fā)物質(zhì)，使內(nèi)源微生物發(fā)生活化。此時(shí)，污泥中的內(nèi)源和外源微生物將發(fā)生協(xié)同代謝，加快污泥發(fā)酵速度。相較于傳統(tǒng)的高溫發(fā)酵，超高溫發(fā)酵可以快（轉(zhuǎn)下頁）速的進(jìn)入到80℃以上高溫，并保持9d 以上，使污泥的最高溫度達(dá)到90℃以上，溫度50℃以上持續(xù)時(shí)間不少于21d，能有效促進(jìn)污泥熟化與有機(jī)質(zhì)降解；待堆肥結(jié)束后，經(jīng)測(cè)試，采用超高溫發(fā)酵時(shí)，有機(jī)質(zhì)含量減少21.2%，全氮含量減少11.6%，而采用傳統(tǒng)發(fā)酵方法時(shí)，有機(jī)質(zhì)含量只減少了15.9%。至于超高溫降解產(chǎn)生超高溫，同時(shí)加快有機(jī)質(zhì)降解速度，使堆肥腐熟的具體原因，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)主要和嗜熱微生物有關(guān)[4]。

2.4 富氧混燒

對(duì)于傳統(tǒng)的污泥焚燒，可以分成單獨(dú)與混合兩種。而富氧混燒是指在污泥中添加助濾劑以后，使其脫水到含水率為50%，然后和少量的秸稈進(jìn)行混合，形成衍生燃料，兩者比例一般為1：3-1：5。生成衍生燃料后，和生活垃圾同時(shí)焚燒，并通入足夠的氧氣進(jìn)行助燃，使焚燒爐中處于富氧燃燒的狀態(tài)，此時(shí)多余的熱能可進(jìn)行回收與再利用。對(duì)于氧氣供應(yīng)量，以生活垃圾實(shí)際含水率和不燃成分實(shí)際含量為依據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，通常情況下，助燃風(fēng)中含有21%～25%的氧。從以上技術(shù)特點(diǎn)可以看出，要想使物料得到充分燃燒，需要對(duì)氧氣的供應(yīng)量進(jìn)行調(diào)整，不對(duì)摻混的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，并放寬含水率方面的限制，最終使固體廢棄物得以規(guī)?；奶幚?。研究和實(shí)踐表明，當(dāng)污泥在氧氣和二氧化碳的環(huán)境中燃燒時(shí)，隨著氧氣濃度的升高，污泥著火變得更為容易，且燃盡的時(shí)間明顯縮短，綜合燃燒參數(shù)及失重速率都不斷增大，使整體燃燒特性得以有效改善。完成燃燒后，灰渣中有大量重金屬富集，具體的富集量和溫度、氣氛等因素有關(guān)。當(dāng)氧濃度提高時(shí)，污泥著火溫度降低，且反應(yīng)速率明顯加快，燃燒的性能隨之提高，當(dāng)氧濃度為25%～35%時(shí)，最適宜富氧燃燒。

污泥焚燒因其適應(yīng)性較強(qiáng)、反應(yīng)時(shí)間短、占地面積小、殘?jiān)可?、達(dá)到完全滅菌的目的、能量回收可用于供熱發(fā)電，前景越來越被看好。但是該工藝主要存在以下問題：對(duì)污泥的實(shí)際含水率有很高的要求，并且尾氣的處理難度大、成本高。對(duì)污泥焚燒煙氣處理技術(shù)的不斷改良與創(chuàng)新以提高民眾對(duì)污泥焚燒技術(shù)的信任度將是今后科研工作的主要目標(biāo)。

綜上所述，近幾年我國(guó)污水處理總體效率明顯提升，由此產(chǎn)生的污泥數(shù)量也大幅增加。在這種情況下，為實(shí)現(xiàn)污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化及資源化利用，同時(shí)為避免污泥造成安全問題，首先要對(duì)其處理引起足夠的重視，然后積極探討和分析有效的處理技術(shù)，以此不斷提高污泥的處理水平，減小其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。