市政污泥处理与处置新技术探究

市政污泥处理与处置新技术探究

王文芳

中煤科工集团武汉设计研究院有限公司 湖北武汉430000

摘要  目前国内市政污泥处置技术主要有好氧堆肥、厌氧消化、干化+焚烧三种主流工艺，由于污泥本身成分原因，现有污泥处理技术均存在显著的技术短板，所以污泥的处置思路需要另辟蹊径。从宏观来看污泥主要由有机物、无机物和水组成，如果能够将污泥中的各成分在经济合理范围内进行分离各自资源化利用，则会具有广阔的应用前景。

关键词  市政污泥；有机无机分离；资源化；

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1  污泥的来源及组成

污泥成分复杂，其中包括细菌菌体、有机残片及胞外聚合物等有机物，还有无机金属盐类、泥砂等无机物，其中的无机成分占比超过50%[1]。同时，污泥中也包含很多丰富的营养物质。从污水里转入污泥中的COD比例大概是30%~50%，转入污泥中的氮约为20%~30%，磷约为90%，如能够合理化利用，则是非常宝贵的资源。

图1 污泥成分示意图

经过实际调研，我国污水处理厂产生的市政污泥中，有机质成分一般较理论值低，仅在40-50%之间，无机物占比50%甚至更多，一部分原因是由于我们国家在城市管网建设时雨污分流不彻底，污水厂除砂设备效率低且进水 COD 偏低导致的，一部分原因是污水厂在除磷阶段投入的聚铁或聚铝等混凝剂引入的无机盐类导致的。因此，无机物的增多严重制约了污泥的资源化利用出路。

2  国内污泥行业发展现状

目前国内污泥处置技术主要有好氧堆肥、干化+焚烧、厌氧消化三种主流工艺[2]。

我国部分地区已开始将市政污泥堆肥用于土壤改良和城市绿化，但由于污泥中所含病原菌、重金属等成分可能会对土壤造成二次污染，所以直接用污水厂原泥做成的成品肥料不仅肥效低而且不利于植物生长。进而会威胁到食品安全，因此污泥堆肥后的最终出路受限是制约污泥堆肥工艺推广的限制因素。

干化+焚烧工艺是污泥处置最为彻底的工艺路线，污泥中的有机物通过焚烧全部得到分解，最终的炉渣可以做为建材进行应用[3]。由于我国污泥中有机物含量通常仅为污泥含量的50%以内，造成污泥干化后热值偏低，不能满足自持燃烧的条件，通常会掺加30%以上煤炭等化石能源才能焚烧，这种掺加外加化石能源的焚烧方式不仅会增加污泥处置成本，同时也会增加烟气污染物的排放，进一步加重大气污染。

厌氧消化工艺是近几年在国内发展较为迅速的污泥处置工艺路线，厌氧消化后沼液的氨氮浓度通常可达2000mg/L以上，后续排入污水厂进行处理，为本来碳源不充足的污水厂带来严重运行负担，需要在污水处理环节投加大量碳源才能通过污水处理的硝化反硝化工艺将该氨氮去除，成本很高；另外，沼渣处理也是无法回避的问题。

3  工艺思路

根据对污泥成分的深入研究，该技术实现了将污泥中的各成分最大程度的分离，分离出的有机物经过脱水干化后制成生物质燃料，也可以经过好氧堆肥制成肥料；分离出的铁铝盐作为污水厂絮凝剂循环利用；分离出的磷盐制成磷肥；分离出的泥砂经脱水并自氧化干化后可作为建材或路基土使用；分离出的污水经过污水处理后达标排放。本技术可以充分利用污泥自身物质特点，以低成本的方式完全实现了污泥稳定化、无害化、减量化、资源化的处置。

4  分离工艺技术原理

分离技术的原理是首先对原泥进行稀释调质，使污泥含水率提升至95%左右，恢复成流态。加入氧化药剂，对污泥胞外聚合物进行破坏，同时使污泥中铁、铝及磷的氧化物还原成溶解态溶入液相中，再依靠重力沉淀，使固相污泥沉淀并排出含有无机盐的上清液，对排出的固相污泥进行反复淋洗，使其中溶解入液相的无机盐类最大程度的浸提出来，将上清液与淋洗液进行收集并加入还原性药剂，使其中溶解性盐类还原成氧化物或氢氧化物并沉淀，沉淀物即为分离出的无机盐类成分。

淋洗后的固态污泥继续进入泥砂分离装置，利用固态污泥中，有机污泥颗粒与泥砂颗粒的比重差导致的离心力差异（比重差在2~3倍左右），对其进行旋流分离，分离后的轻质部分为最终的有机污泥，分离后的重质部分即为泥砂，将泥砂与上步分离出的无机盐类混合进入脱水系统，脱出泥饼即为无机泥饼，其中的有机成分小于5%。分离后的轻质部分进入板框脱水后即为有机泥饼，其中的有机质含量可提高至75%以上。

图2 污泥分离工艺流程图

5  实验效果

(1)胞外聚合物的破坏效果

通过实验验证，污泥在经过灭菌和菌胶团破碎处理后，对胞外聚合物（EPS）进行电竞扫描观察，其结构被彻底破坏，污泥的粘性降低后，无法再裹挟大量水分，因此脱水性能有实质性提升，添加少量PAM助滤剂即可通过板框压榨至含水率65%以下甚至更低，脱水效果明显增强。

(2)有机与无机成分的分离效果

通过对污泥进行分离前后的对比分析，采用污泥改性方法，彻底破坏了污泥中的胞外聚合物，污泥的粘性降低后，该工艺可实现污泥的有机和无机成分分离，且最高可使原泥中80%的无机物被分离出来，按照原泥中有机物与无机物各占50%计算，最终的分离比例为有机污泥60%，无机污泥40%。有机污泥干基热值相较于分离之前的原泥，提升50%以上。经过检测，有机污泥中有机物含量高于75%，无机污泥中的有机物含量低于5%。

(3)有机无机分离对于热值提升效果

通过多次取样实验，从检测数据来看，有机无机分离系统可以保证有机污泥的热值稳定在2900大卡以上，已接近于生物质燃料的热值，并且分离后的有机污泥，相比较于原泥，性质更加稳定，对于后续衔接工艺的稳定性更有保证。

6  结语

本技术与焚烧工艺结合，能实现污泥干化焚烧的热能平衡问题，无需再添加任何外加热源，最终产品可以资源化处置制成无机建材。

本技术与好氧堆肥工艺结合，能提高污泥脱水性能，高干脱水后的污泥无需添加辅料即可符合污泥堆肥的进泥含水率要求，降低好氧堆肥系统的投资及运行成本。

本技术与厌氧工艺的结合，因无机物的分离，污泥中有机质含量的提高，最终可以使污泥在厌氧段的产沼率提升三倍以上，且由于本技术并不对污泥细胞进行破壁，所以污泥脱出的沼液 COD 及氨氮很低，处理简单。

污泥有机无机分离工艺可以作为常规工艺的一个预处理工艺段，后续可对接所有的主流工艺，并补足其短板。

参考文献

[1] 陈科.我国城市污水厂污泥处理处置技术浅谈[J].科技创新导报,2012, (08):141-143.

[2] 王学魁,赵斌,张爱群等. 城市污水处理厂污泥处置的现状与研究进展[J]. 天津科技大学学报,2015，30（4）:1-6.

[3] 钱觉时，谢从波，谢小莉等.城市生活污水污泥建材利用现状与研究进展[J].建筑材料学报，2014,17（5）：829-835.

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