高效污泥处理技术：污水的排放量

随着我国经济的不断发展和城镇化进程的不断加快，城市的人口密度也越来越大，导致污水的排放量与日俱增，随之产生的污泥产量日益增加。据统计，我国城市每年的污泥产量约为3×107 t（含水率约80%），并且还会有大幅增加的趋势。故污泥处理处置的前景相当广阔，但任重而道远。如何经济安全地处理污泥成为如何保护好大自然的一大严峻考验，越来越受到社会各界的广泛关注，这大大推动了污泥处理处置技术的发展。

6.2.6.1　城市污泥+垃圾焚烧

城市污泥的处理处置方法有填埋、堆肥、焚烧等工艺。近年来，国家对污泥的直接填埋和堆肥的要求越来越严格。由于堆肥产品的安全及销路问题，堆肥工艺也受到制约，并且污泥含水率太高，直接填埋会影响填埋容积的利用效率和堆体的稳定性。由于污泥焚烧工艺能实现污泥彻底的减量化和无害化，因此得到越来越广泛的应用。

1）简述

城市市政污泥含水量高、热值低。通常污泥被抛弃或填埋处理，或者农用、焚烧。各国在兼顾生态环保和节能效益的平衡，采用不同的污泥处理方式（见图6-16）。

图6-16　各国污泥处理情况一览［35］

自20世纪中叶，鼓泡床焚烧炉成为主要的污泥燃烧装置，通常使用高温空气（约500℃）、河沙子作为流化介质。在不添加煤或辅助油的情况下，污泥应用基低位热量大于2 730 kJ/kg，相对含水量控制在62%以下，可维持炉膛温度，达到热平衡。

污泥焚烧后，可减量到25%，减容到5%～10%。但初期投资及运行费用高，消耗大量能源，还必须有效处理痕量的二英和粉尘。

污泥焚烧技术中干化预处理最为棘手，它必须将污泥的含水量由80%降低至焚烧允许值。

某污泥干化焚烧项目2×200 t/d的污泥干化线采用卧式薄层干化机、鼓泡式流化床、高温空气预热器等设备，以400℃空气作为流化介质，余热锅炉产生的蒸汽（1.1 MPa、184℃）为干化机的热媒［36］。污泥焚烧系统还采用干法+湿法工艺处理污泥焚烧烟气，即焚烧烟气经电除尘器/布袋除尘器、干式喷注活性炭、碳酸氢钠和湿法烟气脱硫净化系统，执行《生活垃圾焚烧污染控制标准》和《城镇污水厂污泥处理技术规程》，实现烟气、污水的达标排放。

生物污泥与黑液混烧是制浆造纸厂污泥处理的一种新的工艺。混合液先在炉内干燥成含水10%～15%的棉花样黑灰，纤细的颗粒被热解，与空气发生氧化及聚合反应。混合物完全燃烧程度与炉温、燃烧时间、混合液浓度、喷液量及粒度、空气分布流场等因素紧密关联。通过焚烧，生物质污泥被资源化利用。

市政下水污泥一般含水率为80%，其余的20%中含有机物（60%～70%）、重金属、有毒物质和病原体等，其中有机物成分复杂，易产生异臭；干化后的污泥比重基本接近褐煤，但不同的城市污水处理对其物理性质变化较大。如好氧颗粒污泥的直径为0.2～0.8 mm，比重为1.03～1.4 t/m3，干基高位热值为2 582～17 081 kJ/kg，故焚烧处理是优先的选项［37］。

污泥中某些重金属含量非常高，如铅、铜和锌。若能通过焚烧富集这些重金属，对回收资源、减少对环境污染，其意义显而易见。为此在一台熔融炉上对污泥样本进行过程观察，用体积分数为7%的硝酸和蒸馏水吸收气态的重金属，为防止烟温太高某些元素以气态形式排出，将吸收液冷却至0℃，然后由无水硫酸铜干燥烟气。在不同温度下捕集重金属样本。由图6-17可见各元素在不同温度下气态与固态的比例。

图6-17　金属及其化合物在不同温度下气固的分布［38］

除了烟气带出的高熔点和高沸点元素（钙、铁、铬）外，根据金属从气态转变为液体或固体的温度不同，可将金属分为4类：

A类，温度高于600℃时，金属有锌、镉和磷；(www.xing528.com)

B类，温度高于400℃时，金属有铅和铜；

C类，温度高于300℃时，金属有钠和镁；

D类，温度为300～400℃时，金属有砷。

2）污泥的处理处置技术

据统计［39］，我国城市污泥的年产量约为3×107 t（含水率约80%）。常见的污泥处理处置的方式有好氧发酵（堆肥）、厌氧消化、干化、焚烧、土地利用、卫生填埋和综合利用等。

（1）好氧发酵 好氧发酵指在一定的水分、C/N值和通风等条件下通过人工控制，利用污泥中的微生物促进污泥里可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的过程，达到实现污泥减量化、无害化、稳定化的效果。影响堆肥生物降解过程的因素有很多，对于好氧堆肥工艺来说，堆体温度、水分、供氧量是最主要的，其他的还有有机质含量、C/N值、pH值、颗粒度等。

（2）厌氧消化 厌氧消化指在厌氧条件下，由兼性菌和厌氧菌将污泥中可生物降解的有机物转化为沼气，从而达到减量化和稳定化的一种污泥处理工艺，具有显著的污泥稳定化效果和能量回收的高效特点。国内由于诸多原因，污泥厌氧消化技术及设备的研发进展缓慢。

（3）干化 干化是为了大幅降低污泥的含水率，便于后续焚烧或运输的必要处理技术。早在20世纪40年代，欧美等国采用了间接加热转盘式干化技术可使污泥的含水率降至30%～40%。90年代以后，污泥干化技术得到了迅猛发展，在污泥处理处置方面占有重要地位。目前，Burch Bio wave微波干法技术能使污泥含水率低至10%左右。

6.2.6.2　城镇污泥处理

城镇污泥处理的要求如下：

（1）工业污水厂污泥重金属含量过高，不宜与垃圾混烧，特别是镍和铬等因其不易挥发，燃烧后留存于灰飞中将产生二次污染。

（2）混烧半干污泥时，混烧比例15%（污泥和垃圾比例）已经达到控制二英产生的温度极限，高比例混烧不利于控制二英的产生。

（3）污泥运输路程短。

浙江省某公司污泥处理量为1 000 t/d，垃圾处理量为800 t/d，项目总投资49 780万元，装备3台额定蒸发量为60 t/h的CFB垃圾焚烧炉及2台12 MW的抽凝式汽轮发电机组，直接运行费用为140～200元/立方米（污泥）（污泥的含水率80%）［40］。

一般情况下污泥垃圾的投资与运行成本如表6-16所示。

表6-16　一般情况下污泥垃圾的投资与运行成本

处理效果：将含水率80%的污泥干化为含水率40%，最后焚烧形成干渣，干态污泥比煤容易燃烧。其中控制掺烧煤比例不大于20%，用煤量177 kg/t（污泥、垃圾），消石灰4.95 kg/t（污泥、垃圾）。污泥处置费为140～200元/立方米（污泥）。垃圾、污泥协同焚烧发电上网电价约为0.66元/度（标杆电价+0.2元/度）。