污泥处理处置技术的应用研究

张绪婷

（南京水务集团有限公司，江苏 南京210002）

在污水处理过程中，势必产生大量的污泥，包括初次沉淀池与二次沉淀池的沉淀物等。污泥具有有机物含量相对较高、易腐化变臭，且颗粒相对较细，密度小和含水率一般不高，容易发生脱水的特点。污泥处理处置是污水处理得以最终实施的保障，目前，城市污泥处理处置设施建设相对滞后，污泥的安全处置问题需得到妥善解决，因此有必要对其处理技术予以高度重视和深入的探究。

1 污泥概述

污泥同时具有资源与危害两个特性，其中，危害性是指污泥中含有多种污染物，对环境具有很高的风险；资源性是指污泥中还含有不同的营养物质，具有一定能源化和资源化的潜力。若污水处理厂能对污泥进行回收与利用，则能有效分担污水处理所需电能；污泥中含有的磷具有一定潜在价值，提取其中的磷能缓解现阶段磷资源较为匮乏的局面；提取并开发污泥中含有的腐殖资源及蛋白质，还能为农业生产提供新型肥料，这也是对污泥进行资源化处理的重要途径之一[1]。

2 污泥处理处置技术

2.1 污泥热水解

该技术将固体含量在15%～20%范围内的污泥作为主要处理对象，在150～200℃和600～2500kPa 的条件下处理污泥。经热水解的污泥，主要有下列四种变化：其一，污泥絮状物分解；其二，细胞破碎并释放有机物；其三，有机物水解；其四，美拉德反应。采用该方法能对污泥进行无害化的处理，使其体积减小，并增强污泥的脱水性，使其厌氧消化。与此同时，在高温条件下，污泥会产生多聚氮，使其生化性得以显著降低。

该方法的操作步骤为：

（1）利用输送泵把污泥输送至反应器当中；

（2）利用闪蒸蒸汽对反应器当中的污泥实施预加热，到温度为80℃为止；

（3）反应器升温升压，使温度达到150～170℃，压力达到0.6～2.5MPa，持续20～30min，温度与压力均由蒸汽锅炉提供；

（4）待反应完成后，使整齐进入反应器；

（5）污泥完成热水解的过程，贮存于缓冲池，这一过程无需使用泵，只利用反应器中的压力便可。

采用该方法可以对污泥中含有的有机质进行水解，若温度保持在150℃～170℃范围内，具有挥发性的悬浮物，其水解率可以达到38.1%～41.2%；同时具有溶解性的碳水化合物，其水解率可以达到37.9%～42.9%，另外即便温度发生变化，也不会对氨氮造成太大的影响。相关试验表明，热水解宜在170℃的温度条件下进行，在这一温度下，具有挥发性的脂肪酸将不断累积，且具有挥发性的悬浮物不断减量，其减量率可以达到34%。除此之外，还能提高和甲烷存在直接关系的酶的活性，使硬壁菌门丰度提高到35.6%，抗菌微生物丰度提高到3.9%[2]。

2.2 协同消化

协同消化指的是两种及以上来源有所不同的物料相混合实施厌氧消化。对于共消化，主要具有下列几项优势：其一，使甲烷的产率得以提高；其二，保证系统运行的稳定性；其三，使废弃物得到有效处理；其四，来源各异的废弃物可借助相同设施来处理，使设备得到最大化的利用；其五，能对不同的废弃物进行合并处理，实现规模化效应[3]。

如今，污泥与餐厨垃圾固体含量为15%～24%，采用厌氧消化的方法处理是十分适宜的。通常情况下，对垃圾进行单独消化会出现钠离子抑制，如果钠离子的浓度很高，则会对甲烷菌活性造成影响，使系统发生酸化。对污泥进行单独消化时，由于氨氮的浓度很高，同样会对甲烷菌造成很大的影响，导致系统严重酸化。而对垃圾与污泥进行共同处理却可以有效解决系统酸化的问题。按照4：1 的比例对污泥与垃圾实施混合，开始共消化，相较于单独消化，当停留时间一致时，采用共消化时VFA浓度实际下降率为40%，产气率明显提高。

共消化中，其中一部分是污泥，另一部分除餐厨垃圾外，还可以是动物的粪便与有机废物。对于有机废物，在共消化前，应先利用碾磨机将其粉碎，然后分选，干扰物可使用筛子去除，而有机垃圾则利用稀释池进行稀释，再输送至稳定池中进行杀菌消毒，最后和污泥混合，开始共消化，消化后产生的沼气，可直接在发电过程中使用。

2.3 好氧发酵

就目前而言，好氧发酵包括两种类型，即膜覆盖与超高温。其中，膜覆盖指的是把膜覆盖于污泥表面，在发酵中产生的二氧化碳与水都可以通过膜排出，但气溶胶和病原微生物都被留在膜中；此时，在底部使用风机进行通风，能在膜中形成压力较低的腔体，促使氧气得以均匀的分布，进而使污泥发酵时有机质得到充分的降解，并完成升温灭菌。膜覆盖对堆体结构没有特殊的要求，但需要为各堆体安装风机。相较于传统的发酵技术，该技术能有效控制臭气，并且无需设置复杂的作业通道，在单位面积上具有更高的污泥处理率。超高温指的是向污泥内投放嗜热微生物，并采用性激发物质，使内源微生物发生活化。此时，污泥中的内源和外源微生物将发生协同代谢，加快污泥发酵速度。相较于传统的高温发酵，超高温发酵可以快（转下页）速的进入到80℃以上高温，并保持9d 以上，使污泥的最高温度达到90℃以上，温度50℃以上持续时间不少于21d，能有效促进污泥熟化与有机质降解；待堆肥结束后，经测试，采用超高温发酵时，有机质含量减少21.2%，全氮含量减少11.6%，而采用传统发酵方法时，有机质含量只减少了15.9%。至于超高温降解产生超高温，同时加快有机质降解速度，使堆肥腐熟的具体原因，经研究发现主要和嗜热微生物有关[4]。

2.4 富氧混烧

对于传统的污泥焚烧，可以分成单独与混合两种。而富氧混烧是指在污泥中添加助滤剂以后，使其脱水到含水率为50%，然后和少量的秸秆进行混合，形成衍生燃料，两者比例一般为1：3-1：5。生成衍生燃料后，和生活垃圾同时焚烧，并通入足够的氧气进行助燃，使焚烧炉中处于富氧燃烧的状态，此时多余的热能可进行回收与再利用。对于氧气供应量，以生活垃圾实际含水率和不燃成分实际含量为依据进行适当的调整，通常情况下，助燃风中含有21%～25%的氧。从以上技术特点可以看出，要想使物料得到充分燃烧，需要对氧气的供应量进行调整，不对掺混的比例进行调节，并放宽含水率方面的限制，最终使固体废弃物得以规模化的处理。研究和实践表明，当污泥在氧气和二氧化碳的环境中燃烧时，随着氧气浓度的升高，污泥着火变得更为容易，且燃尽的时间明显缩短，综合燃烧参数及失重速率都不断增大，使整体燃烧特性得以有效改善。完成燃烧后，灰渣中有大量重金属富集，具体的富集量和温度、气氛等因素有关。当氧浓度提高时，污泥着火温度降低，且反应速率明显加快，燃烧的性能随之提高，当氧浓度为25%～35%时，最适宜富氧燃烧。

污泥焚烧因其适应性较强、反应时间短、占地面积小、残渣量少、达到完全灭菌的目的、能量回收可用于供热发电，前景越来越被看好。但是该工艺主要存在以下问题：对污泥的实际含水率有很高的要求，并且尾气的处理难度大、成本高。对污泥焚烧烟气处理技术的不断改良与创新以提高民众对污泥焚烧技术的信任度将是今后科研工作的主要目标。

综上所述，近几年我国污水处理总体效率明显提升，由此产生的污泥数量也大幅增加。在这种情况下，为实现污泥的减量化、稳定化、无害化及资源化利用，同时为避免污泥造成安全问题，首先要对其处理引起足够的重视，然后积极探讨和分析有效的处理技术，以此不断提高污泥的处理水平，减小其环境风险。