真正运行中的污泥无害化处理处置及资源化再利用系统

京城中水公司污泥处理再生利用工程

1北京城市排水集团有限责任公司（张水英1，黄鸥，顾剑，）

1前言
　随着社会的发展和人类的进步，人们对生存环境的保护和改善意识不断加强。加之，国家对环境保护政策实施力度不断加强，使全国范围内污水处理率不断提高，各城市纷纷建设污水处理厂，大、中、小型污水处理厂已达几百座，而且还在迅速增加。各污水处理厂都面临着如何处置每天产生的大量剩余污泥的问题。在我国目前尚无妥善的最终处置方法，加之致病菌的超标，传统上用作农肥，不能完全符合卫生标准。因此近年来污水处理厂脱水污泥无适当出路随意堆放造成二次污染，污泥处置问题已经成为多数污水处理厂急待解决的问题，污泥处置是否妥当已关系到污水处理厂的生存。
2国内外发展状况
当今国内外污泥的处理与处置技术的发展所要依据的原则均是“四化”原则——减量化、稳定化、无害化和资源化。污泥处理的方法主要分为6种，卫生填埋、污泥农用、污泥焚烧、污泥干化和热处理、污泥堆肥及海洋倾倒。在国际上对于污泥的处理与处置所参照的标准均为美国国家环保局——污泥的处置与利用标准。
2.1国外现状
纵观欧、美一些国家进入80年代末期，由于污泥在农用、填埋、投海上的各种限制条件和不利因素的逐渐突出，也由于污泥热干化技术在欧、美等国家一些污水处理厂的成功应用，使污泥干化技术在西方工业发达国家很快推广开来。例如：欧盟在80年代初只有数家污水处理厂采用污泥热干化设备处理污泥，但到1994年底已有110家污泥干化处理厂，并且还在逐年增加。
事实上，欧洲在污泥处置方面的路线也没有明确的标准。 污泥的安全处置依赖于当地的政策法规。过去几年，由于欧盟和各欧洲国家出台了更严格的法律和法规，欧洲污泥处置的方式发生了巨大的变化。
（1）填埋：2005年被禁止；
　 （2）农用：在瑞士被禁止，不适用于德国南部、荷兰和比利时。超市连锁店不接受用污泥施肥的农产品。在英国、法国和丹麦适用。堆肥在小范围内使用。
　 （3）焚烧：水泥厂中使用干化污泥用作燃料替代品和矿物添加剂；在流化床-单一污泥焚烧厂中使用脱水污泥；煤发电厂中使用脱水或干化污泥；垃圾焚烧厂中使用脱水或干化污泥。
从中我们可以看出，污泥干化技术是现今国外应用发展最为迅速的一项污泥处理置技术。可以说，今后脱水污泥的热处理， 或者说干化后的污泥在发电厂和垃圾焚烧厂、水泥厂的焚烧以及干化污泥的气化可能是唯一比较理想和安全的污泥处置途径。高标准的污泥处置只有通过下列途经来实现： 通过体积和质量的减少， 将污泥变成一种有着良好特性，便于操作并能广泛用于不同领域的产品，如： 作为燃料在(煤)发电厂和水泥厂或作为肥料用于农业。
2.2国内现状
在我国污泥的处理与处置还刚刚起步，在全国现有污水处理设施中有污泥稳定处理设施的还不到1/4，处理工艺和配套设备较为完善的还不到1/10，能够正常运行的为数不多，污泥直接排放造成的二次污染必须予以充分的重视。近十多年来，我国城市污水厂污泥处理技术也得到了大幅度的提高。在北京、天津、唐山、太原、深圳、大连、石家庄等城市进行的污泥高温堆肥、干燥制肥等方面的研究，取得了工艺技术等方面的初步成果。
我国现今应用最为广泛的污水处理厂内污泥处理与处置技术主要包括：污泥浓缩、污泥消化、污泥脱水和最终处理置。污泥的最终处理置有：污泥填埋、污泥堆肥、污泥热处理（污泥干化）等方法。污泥干化技术的发展还比较缓慢，仅局限在小范围内及生产性研究方面。
3干化技术在污水厂的应用
剩余污泥增钙干化工艺是在一种经济、有效的工艺，运行费为100～150元/吨，并且可在污水处理厂内污泥产生的源头有效地消毒、灭菌、除臭、减量。与其它污泥干化技术相比该技术有运行费用低、安全可靠等用优点。
3.1污水处理厂基本情况
在城市建设施工中，由于北京市郊的城市化进程不断加快，材料的紧缺已造成不得不从越来越远的地区购入，大大加大了施工的成本，污水处理厂的污泥增钙处理后，可用作道路施工，节省原采用的石灰石，减少资源的浪费。而污水处理厂普遍地处市区的周边，同样面临着越来越远的污泥外运距离所造成的不断增大的运输成本。在污水处理厂污泥产生的源头、就地加工成为有用的无机建筑材料，就近用于城市的建设、道路施工等：另一方面，污泥经干燥处理后，可以有效地消除异味，改善处理厂周围的环境，同时减量化利于运输。
方庄污水处理厂位于北京市丰台区，成寿寺路东侧，在南三环路和南四环路之间，距离南三环路约450m。该厂于90年代初期建设完成，负责南城方庄地区的污水处理，总流域面积180公顷，处理厂占地4.92公顷。污水处理厂日处理污水4万吨，每日运送污泥约20～30m3，自建成以来一直运行良好。由于北京市市区的飞速发展，城市建设逐渐向外围扩张，原来南三环以外较为空旷、偏远的地区，现已建成住宅小区，楼盘林立。由于泥饼含水率较高，污泥运送过程中有遗洒现象，对周围的环境造成严重影响；同时污水处理厂运送的污泥原来均运至填埋厂填埋，而目前根据相关调查，填埋场已不愿意接纳直接脱水的污泥，给污水处理厂的运行造成很大压力；此外，污泥含水率较高，相对体积较大，致使运输成本较高。
为寻求解决方庄污水处理厂的污泥出路，对其进行减量化、稳定化、无害化和资源化，作为建设单位的方庄污水处理厂多次组织相关部门进行方案讨论，最终确定采用北京市奥利爱得科技发展有限公司的专利技术——增钙干化法对污水处理厂脱水污泥进行干燥。通过本工程的实施，一方面解决了污泥的出路，另一方面起到工程示范作用，进一步探索污泥再生与利用的方法和途径。
3.2增钙干化技术基本原理
增钙干化技术是现今国内新开发出的一种运用添加剂对污水处理厂污泥进行干燥、稳定化、资源化处理的方法。它是采用含生石灰（碱性）和硫酸铁铝（酸性）双组分发热剂，通过污泥高效干燥系统对有机酸腐污泥进行干燥、脱水、改性后，向稳定化无机材料转化。根据氢氧化钙脱水变成氧化钙这一原理，处理物经高温煅烧后，添加剂可回收反复使用，从而彻底降低污泥无害化的成本。本课题的研究目的是要替代国外现行的“石灰法”单组分污泥处理工艺，将为消除城市污水处理厂污泥的二次污染，并使其无害化、减量化为资源化缯加一个新的手段。
处理污泥采用的增钙剂是固态酸碱双组分发热剂，发热剂碱性组分是活性生石灰，主要反应为：CaO+H2O=Ca(OH)2+水化放热掌握适当添加量,在处理过程中可以使污泥迅速升温至100℃以上，短时间内大量水蒸汽蒸发，达到干燥、脱水及杀菌目的。通过酸碱双组分配合比例可调整污泥处理物的酸碱度，而且所增加元素为钙、铁、铝之类及其化合物，都能被一般建材制品所接受。相比使用单一生石灰相同的掺加量，酸碱双组分发热剂使热量增加30%以上。
3.3工艺流程
方庄污水污水处理规模为4万m3/d，根据目前实际运行情况，污水处理厂污泥产量约20～30 m3/d（含水率80%）。污泥组成包括三部分，即初沉池的初沉污泥、生物处理的剩余污泥和高效反应池的化学污泥。
3.4处理效果
方庄污水处理厂采用增钙干化技术处理含水率约为80%的脱水污泥，对污泥进行增钙干化分析，脱水污泥中添加双组分发热剂后温度迅速升高，10分钟内最高温度均达到95℃，温度上升幅度约为70℃。测试数据如下：
表2 测试数据表
名称 含水率（%） 有机物（%） 粪大肠菌群
（个/g) 大肠菌群
（个/g) 细菌总量
（个/g)
处理前A 77.8 42.1 5.0E+05 1.2E+07 4.3E+08
处理前B 79.7 42.8 3.2E+05 8.4E+06 5.4E+07
处理后A 28.0 3.28 未检出 未检出 未检出
处理后B 27.9 7.89 未检出 未检出 未检出

干化后污泥含水率为50%左右，有机物组份大量减少，达到了降低含水率和有机质的目的，同时剧烈温升也能使污泥充分稳定。经堆放及充分放热后，污泥处理物最终水分为20～30%；粒经<Φ10mm。污泥处理物经分析检测，其化学成分及矿物组份均适宜用于制造建材产品如水泥、路面砖等。
4技术展望
增钙干化污泥技术在污水处理厂的应用，为污水处理厂污泥的无害化、减量化处理，应用提供了一个更广阔的市场。该技术无二次污染。干燥后的排放物中不含有二恶英等污染物质，同时重金属得到钝化，干燥产品中粪大肠杆菌、大肠菌群以及细菌总数减少。此外干燥后污泥在运输过程中不产生渗滤液；安全性高。由于使用生石灰（碱性）和硫酸铁铝（酸性）双组分发热剂，采用化学方法进行干燥，因此与污泥热干化技术相比，无粉尘爆炸的危险，干燥效果安全、可靠；投资少。与进口干燥设备相比，投资少；同时由于减少安全方面的投资，再加之本工艺的气体净化工艺比热干化干燥法的气体净化工艺简单，因此初期投资少；运行成本低。由于采用石灰干燥工艺，污泥中水分蒸发的能量来自于添加剂的放热反应，比热干化放热反应能量消耗少，同时本工艺干燥过程的电能消耗和水消耗均较低，因此运行成本大大降低；干燥产品具有一定的经济性，可再利用。
利用增钙干化技术已超过并将替代国外现行的单组分污泥处理工艺，有效的将污泥改造成为对城市建设有用的资源；在投资规模和处置成本方面，更是比国外有大幅度的下降。从而真正实现了污泥处理的低成本运行，使对污泥进行无害化、减量化处理后，资源化的处置、消除城市污泥的二次污染成为可行，为国内污水处理厂污泥处理处置提供可靠的实施方案。