城市污水处理厂污泥的处理处置
方法探究
城市污水处理厂污泥的处理处置方法探究
引言
水环境污染问题是我国的大环境问题之一，为了减少污染物的排放，对城市生活污水、工业废水等必须经过处理达标后才能排放进入水体，而城市污水处理厂在运行的过程中会产生大量的污泥。
近年来，为了改善污水处理现状，在全国范围内有许多大规模的污水处理厂投入使用，许多新的污水处理项目也在规划和建设中，这使得城市的污水处理能力有了进一步的提高，随之污泥的产生量也在不断的增大。
污泥中含有大量的有机物、丰富的氮、磷、钾等营养物质、重金属、多氯联苯以及致病菌和病原菌等。
这些污泥未及时处理或者随意堆放、抛弃都会对周围的环境造成严重的二次污染。
因此，要根据“无害化、资源化、稳定化、减量化”的原则，对污泥处理处置的过程实行全面管理，综合考虑环境、经济和社会因素的影响，采用切实的污泥处理处置技术，对污泥进行综合利用，回收和利用污泥中的氮磷等营养物质，以达到循环经济的目的。
1、国内外污泥处理处置的基本情况
城市污水处理过程必然产生污泥，而随着城市污水处理率的不断提高，污泥的产生量也在不断的增大。
据了解，目前我们国家每年的污泥产生总量约为900万吨，在城市污泥处理处置的方法中，污泥的农用约占44.8%，污泥的卫生填埋约占31%，其他处置约占10.5%，没有处置的约占13.7%。
但这些污泥处理或者处置的数据都是在特定的条件下进行估算得出来的，严格来说会有较大的变动。
资料统计显示，我国的污泥处理处置投资在污水处理厂总投资中所占的比例为20%-50%，可以看出，污泥的处理处置处于严重的滞后状态。
对于解决城市水污染问题来说，污水处理和污泥处理处置是两个紧密关联又同等重要的系统。
在国外经济发达的国家，污泥的处理处置是极为重要的环节，其投资在污水处理厂总投资中所占比例为50%-70%，远远高出国内投资力度。
在国外，污泥的处理处置方法也包括污泥卫生填埋、焚烧、土地利用和填海等。
但由于填海造成了严重的环境污染问题，各国也基本都遵从国际海洋法废止了。
相比较而言，污泥焚烧所需要的技术难度较大，其投资成本也较高，并且还有尾气等有害气体产生；污泥卫生填埋存在地下水污染的风险，土地利用存在重金属和病原菌污染的风险，也不容小觑，但二者从技术难度和投资成本来说还是有一定优势的。
因此，不同的国家和地区要根据本国的具体情况采用合适的污泥处理处置方法，使污水处理能够画上一个完满的句号。
2、污泥处理处置方法的优缺点分析
2.1污泥的土地利用
污泥中含有有机物和丰富的氮、磷、钾、钙等营养物质，可以应用于农田、果园、草地、市政绿化、林地等，而且污泥直接利用投资少、运行费用低、能耗低等优点，是一种很有发展潜力的处置方式。
科学合理的土地利用，可以使污泥作为一种资源从而减少其带来的负面效应，而市政绿化、林地的污泥使用不会引起食物链的污染成为污泥土地利用的一种有效方式。
尽管污泥的土地利用有循环经济、能耗低、养分回收利用等优点，但是污泥中重金属（如：铜、锌、铬等）、病原菌等有害物质的存在，使其在土地使用时还有一定的危险性。
因此农用污泥重金属浓度标准及单位面积徒弟污泥的应用量各国政府都做了严格的限制。
2.2污泥卫生填埋
污泥的卫生填埋始于20世纪60年代,从保护环境角度出发在传统填埋的基础上, 经过一系列科学选址和场地防护处理, 是一种具有严格管理制度的科学的工程操作方法。
到目前为止, 已经发展成为一项比较成熟的污泥处置技术, 其优点是简单、易行、成本低，污泥不需要高度脱水，适应性强等。
但由于污泥填埋对污泥的土力学性质要求较高,需要的场地面积较大和运输费用较高,同时对地基还需要作防渗透处理以免产生的渗滤液进入地下水层污染地下水环境等, 同时还要采取适当的措施防止产生的气体发生爆炸或者燃烧。
随着人口的增加，经济的快速发展，使得土地资源越来越紧张，污泥填埋处置所占比例越来越小。
美国环保局估计, 今后几十年内, 美国 6500个填埋场将有 5000个被关闭。
与1984年相比, 欧盟国家污泥填埋量增加了4%, 但同期污泥总量却增加了16%。
这说明，污泥填埋在发达国家正在减少。
2.3污泥堆肥
堆肥化技术是从60年代迅速发展起来的一项新兴生物处理技术。
7O年代以后由于污泥产生的环境问题和填埋技术的缺点日益突出，污泥堆肥技术引起了世界各国的广泛重视，并成为环保领域的一个研究热点，这时人们开始考虑利用堆肥化技术取代部分传统的物理化学方法。
污泥中含有大量的有机物，经过一定的处理可以成为适合农作物耕种的有机肥料，因此污泥的堆肥利用将成为污泥处理的重点发展技术。
堆肥化是利用微生物在一定条件下对有机物进行氧化分解的过程，因此根据微生物生长的环境可以将堆肥分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。
但通常所说的堆肥化一般是指好氧堆肥，这是因为厌氧微生物对有机物的分解速率缓慢，处理效率低，容易产生恶臭，其工艺条件也难以控制。
污泥的消化降解，建设污泥厌氧发酵池，由于建设费用高，运行不安全且费用高，再则厌氧后的污泥还需进一步处理，以达到进一步减量化和稳定化的目的。
因此，大、中型城镇污水处理厂应优先选用选用好氧堆肥处理工艺。
通过污泥的好氧发酵，建阳光大棚发酵池、静态发酵池或使用立式发酵器、卧式发酵器，可以把含水率60％左右含量的污泥降到20％-30％，很好的达到减量的目的，且通过高温发酵，分解内部的高分子有机物、纤维素、木质素，增加有机质含量，对污泥中的细菌、病毒、蛔虫卵进行了高效灭活，起到了污泥稳定化、无害化的处置目的。
例如郑州市污水净化有限公司建设的八岗污泥处置厂，对城市污水厂污泥的处置进行了积极大胆的探索，使污水处理后产生的污泥在处置后最终达到“减量化、无害化、稳定化”的要求。
其处理工艺采用高温固态好氧槽式（翻抛加好氧堆肥）工艺。
秸秆与污泥混合，增加了孔隙率，保证曝气时有充足的氧气进行好氧堆肥。
出槽的腐熟料大肠杆菌被消除，重金属合格，近期用作生产回填料、厂内绿化、实用实验等自身循环使用，部分试用于市政绿化和当地群众花卉栽植、植树造林等，以后按可研批复的途径加以广泛利用。
只要污泥中的重金属不超标，利用好氧发酵堆肥法处置污泥，无论从污泥的减量化、稳定化、无害化、资源化哪方面考虑。
无异议是一种优良的污泥处置方式。
2.4污泥焚烧
污泥焚烧法目前采用了流化床焚烧炉，当污泥的含水率达到38％以下时就可不需要辅助燃料直接燃烧。
通过焚烧，使污泥达到最大程度的减容，彻底杀灭病菌、病原体，有毒有害物质被氧化分解。
虽然焚烧灰可用作建材，使一部分重金属被掺混在材料中，但是，污泥中的一部分重金属已经先随着燃烧产生的烟尘而扩散到空气中，况且，焚烧过程中会产生二噁英等空气污染物。
污泥焚烧最佳可行技术主要技术关键内容为“干化+焚烧”技术，同时包含
污泥预处理过程、烟气处理、烟气余热利用、废水收集处理以及灰渣、飞灰收集处理环境管理实践等相关内容。
污泥焚烧关键技术包含：干燥器、干污泥贮存仓、焚烧炉、烟气处理系统、烟气再循环系统、废水收集处理系统、灰渣、飞灰收集处理系统等。
2.5污泥的其他处理处置方法
国外对污泥的碱性稳定化、低温热解技术、制动物饲料、包埋处理、焚烧灰制砖等处置方法均有一定的研究。
碱性稳定化是在污泥中加入石灰或水泥窑灰等碱性物质，使污泥pH＞12并保持一段时间，利用强碱性和石灰放出的大量热能杀灭病原体、降低恶臭和钝化重金属，处理后的污泥可直接施用于农田。
3、污泥减量化分析
根据污泥所在处理单元不同，采用的不同的方法达到污泥减量化的目的。
在污水处理单元操作过程中产生的污泥通过减容、减量、稳定以及无害化的过程称为污泥处理。
污泥处理工艺单元主要包括污泥浓缩、脱水、消化(厌氧消化和好氧消化)、堆肥、干化等工艺过程。
3.1城市污泥处理的减量化方法
调整污水处理工艺实现污泥减量化在污水处理过程中，可以通过调整污水处理工艺，增设污泥浓缩池或适当增加污泥浓度和延长污泥龄，使污泥自身氧化分解的能力增强，减少微生物的数量，达到污泥减量化的目的。
3.2利用膜处理装置技术实现污泥减量化
污水处理中的活性污泥微生物一般由细菌(菌胶团)、真菌、原生动物和后生动物等组成，其中以细菌为主，且种类繁多。
微型动物中以固着类纤毛虫为主，如钟虫、盖纤虫、累枝虫等原生动物，以细菌为食料；后生动物如纤毛虫、线虫、轮虫等，以细菌、原生动物为食料。
采用填料装置化设施．在氧化沟、二沉池中设置利于原生动物和后生动物寄生的生物膜，利用生物接触氧化法技术，减少污泥的产量。
通过膜装置化技术在氧化沟、二沉池中的应用，使活性污泥中的微生物通过系统内部的生物链的物质循环，消化部分污泥，达到污泥减量化的目的。
3.3利用臭氧或超声波技术实现污泥减量化
利用紫外线高级氧化功能而发展起来的光化学氧化和光催化氧化都是近年来新兴的水处理技术。
光化学氧化法是在光的作用下进行化学反应，采用臭氧或过氧化氢作为氧化剂。
在紫外线的照射下使污染物氧化分解，从而达到水中污染物质的高效降解。
臭氧是一种强氧化剂。
能破坏存在于空气中或水中的微生物的细胞壁。
使微生物立刻死亡。
通过在回流污泥中．利用臭氧发生器加入一定量的臭氧或紫外线照射，可使部分污泥分解再利用。
达到污泥减量化的目的。
超声波使得污泥中的部分细胞体受热膨胀而破裂。
释放出蛋白质和胶质、矿物质以及细胞膜碎片，使部分污泥分解再利用，从而达到污泥减量化的目的。
3.4采用污泥干化处理、污泥消化、污泥发酵技术实现污泥减量化
脱水后剩余污泥污泥的干化处理，一是通过晾晒蒸发水分．是最简单的减量方法，但所需场地大，且受天气的影响太大，不适合大规模的处理污泥：二是在污泥产生量比较大，且难以有效利用其它热源的情况下，采用干化焚烧方式可称为可行技术。
污水污泥干化，最好是利用回收的焚烧热量，在装置正常运行工况条件下，通常不需要添加辅助燃料(如：在此情况下，除开机、停机和偶尔使用辅助燃料维持燃烧温度)。
4、污泥中重金属的去除方法
4.1化学法
常用去除污泥中重金属的化学方法主要有利用酸化法提取重金属和加入改良剂使重金属稳定化两种。
酸化法去除重金属是通过向污泥中投硫酸、盐酸、硝酸等酸性化学物质，降低污泥的pH值，是污泥中大部分重金属转化为离子型态溶出；或者用EDTA、柠檬酸等络合剂等通过氧化作用、离子交换作用、酸化作用、螯合剂和表面活性剂的络合作用，将其中的重金属分离出来，达到减少污泥重金属总量的目的。
这种方法效果很好，而且所需要的时间较短，但处理中需消耗大量的酸，处理后需要大量的水和石灰来冲洗或中和污泥，同时仪器易被强酸腐蚀，使该工艺花费较大，而且操运烦琐，使得化学法不能大规模应用于实际之中。
4.2电化学法
在污泥中插入电极对，在电极对上施加微弱直流电形成直流电场，污泥内部的矿物质颗粒、重金属离子及其化合物、有机物等物质在直流电场的作用下，发生一系列复杂的电化学反应，通过电激发、电化学溶解、电迁移、自由扩散等方式发生迁移，并富集到电极两端，使重金属以沉淀或金属形式析出，加以回收。
此方法首先将不同形态的金属污染物转变成可溶态进入液相系统，然后在电场作用下通过离子迁移和电渗定向迁移出土壤。
该方法对可交换态或溶解态的重金属去除效果较好，但是对于不溶态的重金属首先需改变其存在状态使其溶解再将其去除。
因此重金属的存在状态对效果影响较大。
该方法对金属的去除效果较好，所需的耗能也较低，去除过程中不需要添加任何对环境不利的物质，但此方法也有很大的局限性，对于渗透性高传导性差的污泥不太适用。
该技术还处于起步阶段，还需进行大量的研究试验。
4.3重金属固定技术
就是通过加入药剂将重金属加以固定，降低其生物有效性或活性，以使污泥土地使用后重金属难以被植物吸收利用且不宜迁移转化，从而减少对人类健康和环境的危害。
固定作用的工艺主要有堆肥、减性稳定和热处理等。
2010年我们环保事业部承担的中新天津生态城污水库治理项目，就使用了重金属固化中的减性稳定技术。
重金属的固定作用在一定程度和一定时期内能减轻重金属的危害，但不能从根本上降低重金属的含量，对人类健康和环境仍存在着潜在的威胁。
4.4生物淋滤法
生物淋滤法是指利用自然界的微生物的直接作用或其代谢产物的间接作用，产生氧化、还原、络合、吸附或溶解作用，将固相中某些不溶成分（重金属、硫及其它金属）分离浸提出来的一种技术，最初用于难浸提矿石或贫矿中金属的溶出或回收。
目前全世界正将此技术扩展应用到环境污染治理领域，并做了大量的研究、试验工作。
污泥生物淋滤技术是通过向污泥中添加一定的底物使污泥中存在的特异化能自养型的嗜酸性硫杆菌获得能量，加强催化、氧化作用，降低污泥体系的PH 值，使难溶态的重金属从固相溶出进入液相，再通过污泥脱水而达到去除污泥中重金属的目的。
此方法操作简单，去除效率较高，一般重金属去除率达90%以上，成本费用也较低。
其主要优点如下：
①生物淋滤不需要加酸对污泥进行预酸化，与化学沥滤比可节省80%的耗酸量。
②启动迅速，沥滤效益高、时间短，适用于处理任何污泥。
③操作简单，运行过程无需特殊控制，在10-37度范围内均能沥滤重金属（最佳温度是25-30度），冬季也无需加热，所用基质S和FeSO4.7H2O容易保存和运输。
④污泥经生物淋滤后，脱水性能大幅度提高，脱水时不需要添加絮凝剂，有效节省污泥脱水成本。
生物淋滤污泥脱水性比厌氧消化污泥提高38倍。
⑤污泥中病原微生物易造成疾病传播，生物淋滤既能去除重金属又能杀灭病原菌，并使VSS下降。
通过比较上述几种重金属的去除方法，生物淋滤法去除重金属较经济、有效、可行，它提高了污泥农用的安全性，能使污泥变废为宝，真正实现污泥的减量化、无害化和资源化。
