城镇污泥处理技术应用现状及发展趋势

赵乐乐，冯　伟，缪　静

(1 中国市政工程西北设计研究院有限公司, 甘肃　兰州　730000；2 中工国际工程股份有限公司, 北京　100080)



城镇污泥处理技术应用现状及发展趋势

赵乐乐1，冯伟2，缪静1

(1 中国市政工程西北设计研究院有限公司, 甘肃兰州730000；2 中工国际工程股份有限公司, 北京100080)

随着城市化进展的迅速发展，污水处理规模不断加大，随之产生的污泥量大幅增加。产生的大量城市污泥给环境带来巨大压力，污泥问题迫在眉睫。如何实现污泥减量化、稳定化、无害化、资源化，是污泥处理处置的目标。概述了目前国内城市广泛采用的污泥处理工艺技术即污泥浓缩、污泥脱水、污泥消化等工艺的应用现状，指出这些工艺存在的问题及未来发展趋势，为污泥处理方案的选择提供参考。

污泥处理；污泥浓缩；污泥脱水；污泥消化

随着我国社会经济的发展和城镇化的快速发展，城镇污水厂的数量和规模不断增加，污水和污泥的产量急剧增加，到2020年污泥产量将突破6000万吨[1]，若不对污泥进行妥善处理、处置，将会对环境和人类健康造成威胁。为此，污泥处理处置问题已成为目前污水处理厂所面临的重大挑战。因此，寻求城镇污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化的利用途径，已成为全球关注的环境保护问题。

污泥处理处置可分为处理与处置两个阶段。包含污泥处理和污泥处置两层含义，污泥处理是指污泥经过单元工艺组合处理即浓缩、脱水、消化、发酵及热干化等工艺过程，达到“减量化、稳定化、无害化”目的的全过程。污泥处置是指对处理后污泥进行消纳的过程，在污泥处置过程中污泥将最终得以稳定，污泥处置包括土地利用、填埋、焚烧以及建材利用等不同方式[2]。本文主要介绍目前广泛采用的污泥处理工艺技术即污泥浓缩、污泥脱水、污泥消化等工艺的应用现状、存在问题及其发展方向，为污泥处理方案的选择提供参考。

1　污泥浓缩

污泥处理系统产生的污泥，含水率高，体积大，对于输送、处理或处置都不方便。污泥浓缩可使污泥初步减容，减轻后续工艺的处理或处置压力。

目前城市污水处理厂污泥浓缩的主流工艺是传统的重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩。浓缩工艺的选择主要取决于污水处理工艺、污泥性质、所需达到的浓缩效果和建设性质等。对于重力浓缩工艺，适用于单独处理初沉污泥，而对剩余污泥的浓缩效果不理想，由于占地面积大、操作维护简单，比较适用中小城市新建的污水处理厂；离心浓缩和气浮浓缩比较适合处理剩余污泥及剩余污泥与初沉污泥组成的混合污泥。这两种工艺占地面积小、易于改造，比较适合大中城市新建或改扩建的污水处理厂[3]。

但是上述这三种主流工艺，在应用过程中还存在很多的问题，重力浓缩工艺对剩余污泥浓缩效果差，存在严重释磷问题。同时，随着氧化沟、A2/O等污水处理新工艺的不断增多，产生的剩余污泥的含氮、磷量显著增加，重力浓缩的缺陷进一步放大，不能满足新型工艺的要求。机械浓缩将逐渐取代重力浓缩。气浮浓缩避免了重力浓缩的缺点，但是其工艺设备维护操作复杂，运行费用高[3]。

针对这些问题，目前国内外已经倾向于污泥处理组合工艺的研究，如浓缩脱水一体化设备、污泥浓缩消化一体化工艺。这些组合工艺具有占地面积小、自动化程度高、处理效率高、适应性强等优点[3]。

2　污泥脱水

污泥经过浓缩后，其含水率依然较高，一般在97%～99.6%，是流动的粒状或絮状的疏松结构，体积庞大，难以处置消纳，为此需要进行污泥脱水处理，降低后续污泥的处置难度，污泥脱水的方法，一般有机械脱水、污泥干化污泥烘干及焚烧等方法。

目前国内城市污水处理厂常用的污泥脱水方式为机械脱水，常用的机械脱水设备有真空过滤机、离心脱水机、板框压滤机及带式压榨过滤机。使用最广泛的带式脱水机和离心脱水机，处理后的污泥含水率一般只能达到78%左右。污泥经过化学药剂调理后再通过板框压滤机处理，泥饼的含水率下限可达到60%以下[4]。目前，国内污水处理厂产生的污泥一般都进行填埋处理，但随着CJ/T 249-2007《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质》的实施，要求混合填埋污泥含水率≤60%。环境保护部办公厅发布的环办[2010]157号文件，要求对于污水处理厂以贮存(即不处理处置)为目的的将污泥运出厂界的，必须将污泥脱水至含水率50%以下。由此可见，仅靠单独的机械脱水已经不能满足我国污泥处理处置的长期发展。为此，需要与其他污泥处理技术联合使用，来降低污泥含水率，实现污泥资源化。

污泥干化是实现污泥无害化、减量化、资源化处置的一种有效方式。太阳能干化作为污泥干化方式的一种，可利用太阳能来蒸发污泥中的水分，降低污泥含水率，达到有效利用污泥的目的。与污泥机械脱水工艺联合，能增强其干化效果，提高污泥的含水率。适用于中小型污水处理厂污泥处理工艺的升级改造。除太阳能干化技术外还有微波干化、热液干化、电渗析干化等技术，与这些技术相比，太阳能干化技术具有基建和运营费用低等优点，但是干化时间长、效率低，占地面积较大，制约着太阳能干化技术的应用。

对于污泥干化技术的发展，将不同污泥干化技术联合使用，可更好地实现污泥干化，实现污泥的资源化利用，将微波干化、热液干化等技术与太阳能干化技术结合使用，不仅可以缩短干化时间，并且可以减少干化场占地面积[5]。

3　厌氧消化

污泥厌氧消化是一个多级过程阶段，利用兼性菌和厌氧菌进行厌氧生化反应，分解污泥中有机质，并产生可以再次利用的甲烷气体，实现污泥的稳定化、无害化和资源化。污泥厌氧消化是目前国际上常用的污泥生物处理方法，同时也是一种应用于大型污水处理厂中较为经济的污泥处理方法。

厌氧消化工艺分为直接厌氧消化和预处理+厌氧消化两类。直接厌氧消化工艺即传统的厌氧消化，不经过任何前期处理而直接进行厌氧消化反应的一种处理模式[6]。通常用于有机质含量较高的污泥或掺有高浓度有机质废物的混合污泥。与其他国家相比，国内污泥进行厌氧处理过程中存在着以下问题：有机物的含量偏低，造成有机物厌氧消化分解率偏低，产气量偏低；污泥停留时间长(SRT 为20～30 d )和反应器体积大等缺点。

为改善直接厌氧消化的不足，近年来，人们对污泥的预处理技术展开了大量研究，通过预处理+厌氧消化来达到加速和提高污泥水解效果。污泥的预处理方法包括加加热处理、热化学处理、碱处理和超声处理。对预处理方法的不断研究可以大大提高厌氧反应效率，为污泥处理技术的发展提供有利的支持。

然而，对于厌氧消化工艺在污泥处理中的应用还存在一系列的问题[7]:(1)厌氧消化技术处理污泥的投资较大，大部分工艺及设备均由国外引进，投资及运行成本较高;(2)需要投入大量资金来建设配套处理设施来处理厌氧消化产生的剩余污泥残渣及产生的较高COD浓度的消化液;(3)国内污泥有机质含量低，污泥可生化性差，国内运行效果不理想;(4)存在消防隐患，厌氧消化产生大量的甲烷等易燃气体。安全储存要求高，消防安全问题成为最大隐患。

4　污泥好氧消化

污泥好氧消化实质上是活性污泥法的继续，其工作原理是污泥中的微生物有机体的内源代谢过程。传统污泥好氧消化工艺主要通过曝气使微生物在进入内源呼吸期后进行自身氧化，从而使污泥减量。剩余污泥好氧消化具有稳定和灭菌的双重作用，而且具有投资少、运行管理方便、工艺简单等优点，多用于一些小型的污水厂[9]。

对于好氧消化工艺的不断研究及应用，目前除传统好氧消化工艺外，还有缺氧/好氧消化、自热高温好氧消化、两段高温好氧/中温厌氧消化等工艺。

传统好氧消化工艺具有工艺成熟、机械设备简单、操作运行简单、基建费用低等优点，但需氧量很大，需长时间连续曝气所以运行费用较高。相比传统好氧消化工艺，缺氧/好氧消化工艺可以补偿碱度，维持pH，但是其运行费用高、污泥停留时间长、对病原菌的去除率低，该工艺可用于对传统好氧消化工艺的改造工程中。自热高温好氧消化可以有效灭活病原菌，耗能低，但是存在泡沫问题，动力费用高，国内还尚未有应用实例[10]，然而其处理后的污泥能达到美国EPA的A级生物固体的标准，为此，在今后会有更大的发展。

目前国内也新研发了CERTAD污泥好氧工艺，与传统的厌氧和好氧污泥处理工艺相比，其优势为：总投资省，污泥停留时间短，占地少，处理效果好，处理后污泥可达到美国EPA中A级标准[10]。

因此，对于不同的污泥好氧消化工艺各有优缺点，应用时应综合考虑。

5　结　论

随着国家对污泥处理处置的重视，污泥处理技术不断创新发展，实现污泥处理多元化，但各种处理工艺存在一定的优缺点，污水处理厂应结合不同的污水处理工艺，并在实际运用中考虑污泥处置的最终要求、实际能提供的设备、场地及投资各方面的因素，最终选择合适的污泥处理工艺。

[1]戴晓虎．我国城镇污泥处理处置现状及思考[J]．给水排水，2012，38(2): 1-5.

[2]王洪臣．污泥处理处置设施的规划建设与管理[J]．中国给水排水，2010，26(14)：89-92.

[3]王新华,李秀芬,吴志超,等.城市污泥浓缩工艺在我国的研究和应用进展[J].江南大学学报(自然科学版),2011,10(3):373-378.

[4]仲崇军. 基于板框压滤机的污泥深度脱水工艺优化[J].2015(4):40-44.

[5]张栋, 王三反．新型污泥干化技术综述[J].江苏农业科学,2013,41(7): 337-339．

[6]肖先念,李碧青,唐霞,等. 典型城市污泥厌氧消化技术工艺探讨[J].净水技术,2015,34(3):17-21.

[7]中国建设报.污泥厌氧消化处理仍然存在诸多问题亟待解决[J].给水排水动态,2011(6):46.

[8]张勇.我国污泥处理处置现状及发展前景[J].中国资源综合利用,2014,32(10):23-26.

[9]张艳萍,彭永臻,王淑莹,等.污泥好氧消化的研究现状及发展趋势[J].环境污染治理技术与设备,2004,5(10):9-13.

[10]张峥嵘,黄少斌.污泥好氧消化工艺的分析与研究[J]. 化工科技,2006,14(5):60-65.

Application Situation and Development Trend of Urban Sludge Treatment Technology

ZHAOLe-le1，FENGWei2，MIAOJing1

(1 CSCEC AECOM Consultants Co., Ltd., Gansu Lanzhou 730000;2 CAMC Engineering Co., Ltd., Beijing 100080, China)

With the rapid development of Chinese urbanization, the scale of water treatment and sludge increases largely, so sludge problem is imminent. To realize sludge reduction, stabilization, harmless and recycling is the goal of sludge disposal. The current application situation of domestic urban sludge treatment technology were overviewed and showed that sludge concentration, sludge dewatering, sludge digestion were widely used, the existing problems and future development trend were pointed out. It can provide a reference for sludge treatment scheme.

sludge treatment；sludge thickening；sludge dewatering；sludge digestion

TU992.3

A

1001-9677(2016)05-0035-03