城市污水厂污泥处理处置现状分析及处理系统设计

孙立明，邓舟，夏洲，张妍

（1.深圳市玉龙坑固体废弃物综合利用中心，广东深圳518024；2.北京健坤伟华新能源科技有限公司，北京100085）

城市污水厂污泥处理处置现状分析及处理系统设计

孙立明1，邓舟2，夏洲2，张妍2

（1.深圳市玉龙坑固体废弃物综合利用中心，广东深圳518024；2.北京健坤伟华新能源科技有限公司，北京100085）

分析了我国城市污水厂污泥产生量、危害及处理技术，并对污泥处理系统进行设计。

污泥；处理系统；填埋；焚烧

我国污泥处理事业发展起步较晚，且早期建设的污水处理厂普遍存在重水轻泥的倾向，追求污水处理率，而忽略污泥的处理处置，至2006年底，我国已建成运营的城市污水处理厂约800座，大多数污水处理厂没有完善的配套设施［1］。污泥各种处置方式的比例为：干化焚烧10%、填埋6%、堆肥1%，83%没有得到妥善处置。且存在污染处理技术单一、装备水平落后、处置保障率低、二次污染风险大等问题。笔者通过分析我国污泥产生、处理处置技术现状，探讨适合我国国情的污泥处理系统，及其技术和经济的可行性。

1 我国污水厂污泥的产生及危害

随着我国城市化进程的加快和社会经济的快速发展，城镇污水产生量迅速增加。与此同时，国家对环境治理投资力度的增加也极大地促进了污水处理行业的发展。根据环境公报统计，2005年全国城镇污水排放量283亿t，处理率37.4%，COD排放量860万t，全年产生脱水污泥1 113万t［2］。据预测2015年全国污泥产生量将达到3 560万t。

污泥中除了含有大量的粗纤维、蛋白质、脂肪等有机物之外，还含有大量病原菌、寄生虫（卵），铜、锌、镉、汞等重金属，盐类以及多氯联苯、二恶英、放射性核素等难降解的有毒有害物。这些物质如果控制不当，将对环境和人类及动物健康造成较大的危害。

2 污泥处理处置技术

2.1 污泥土地利用技术

污泥土地利用主要包括城市园林绿化、土地改良和农用等。据美国环保署统计，污水厂污泥处理中，有45%的污泥用于农、林业；在日本，约有9%的污泥用于农田利用［3］。尽管污泥的土地利用具有能耗低、处理成本低、可回收利用污泥中养分等优点，但由于其含有大量的病原微生物、重金属和二恶英等有毒有害物质，应先经过无害化处理后才可使用［4］。

2.2 污泥填埋技术

污泥填埋分为单独填埋和混合填埋。在欧洲，脱水污泥与城市垃圾混合填埋较多，而在美国多数采用单独填埋［5］。在我国，填埋技术是目前污泥处置的最主要方法，主要与城市垃圾进行混合填埋。该法处理量大、投资小、运行费用低、操作简便，但占地大，且由于污水厂污泥含水率高，填埋时会产生大量的渗沥液，且其所含的重金属、病原菌等，增加了渗沥液处理的负担，造成严重的二次污染。随着我国土地利用日益紧张和污泥产生量的迅速增加，填埋技术将不适合我国污泥处理处置的长期发展。

2.3 污泥焚烧技术

污泥焚烧技术可以使污泥达到很好的减量效果，同时可以回收其中的热量，杀死病原菌。该技术在日本、奥地利、丹麦、德国等国占比例较高［6］。但由于污泥含水率较高，热值较低，如果污泥直接焚烧，需要消耗大量的辅助燃料，焚烧运行成本很高。因此，污泥需要经过必要的预处理使污泥含水率降低后才能进行焚烧。除了污泥单独焚烧外，还可以将污泥和煤等可燃物混合焚烧，既充分利用了污泥的热值，又达到了节约能源的目的［7］。从污泥处理处置技术的发展趋势来看，这种使污泥真正实现减量化、无害化和资源化的技术具有很好的推广应用前景。但同时，在焚烧技术的应用中，不可避免会产生焚烧烟气，因此在应用中应配套相应的控制手段，以减少环境风险，提高焚烧设备的运行稳定性［8-9］。

2.4 污泥厌氧消化技术

污泥厌氧消化技术可以实现污泥的稳定化，沼气回收提纯后可以成为清洁燃料或发电转变成电能被利用，从而减少化石燃料的使用，缓解温室效应。但污泥厌氧消化往往存在污泥停留时间长、反应器体积大等缺点。因此近年来，如何提高污泥厌氧消化率成为了研究的热点。挪威的Cambi公司开发了一种以热水解为特征的污泥处理系统：该水解过程能将其厌氧消化的沼气产生量提高1.5倍，且沼渣脱水后的体积可减少50%以上［10］。在国内，王伟、王治军等的研究也证实我国污水厂污泥经过热水解后，其厌氧消化性能和脱水性能都得到了明显的改善［11-13］。

3 市政污泥处理系统设计

基于以上对污泥处理处置技术的对比分析可知，每一种污泥处理技术都有其自身的优缺点和适应性。因此，在选择污泥处理技术时，应根据污泥特性、当地经济水平和环境标准以及处理方法的适用性等综合考虑。

3.1 工艺流程

图1为工艺流程示意，详细步骤如下：

①污泥经过热水解预处理后，其污泥细胞被打碎，污泥中的有机质溶解到水中，使其脱水性能和厌氧消化性能同时提高。热水解过程中需要的蒸汽由后续燃料粒和沼气焚烧提供。

②用脱水机对污泥进行脱水处理，处理后泥饼的含水率由原来的80%降低到50%左右。

③采用造粒机将污泥与一定的煤混掺造粒，此时利用焚烧工艺中产生的余热对造出的燃料粒进行干化，使燃料粒的含水率进一步降低，燃料粒的孔隙率提高，强度提高。

④热水解后的污泥采用脱水机脱水后得到的滤液进入UASB反应器进行厌氧反应，产生的沼气进入沼气燃烧器，与燃料粒一起进行焚烧发电。

⑤燃料粒焚烧后产生热量，与沼气燃烧后产生的热量一起进行回收利用。

3.2 污泥处理系统特点

①热水解技术可以使污泥的厌氧消化性能和脱水性能同时提高，脱水后的滤液直接进入UASB反应器进行厌氧消化，从而缩小厌氧消化反应器的体积，缩短停留时间，提高厌氧消化效率。

②热水解后的泥饼含水率大幅降低，且达到明显的减容，同时使污泥黏度降低，焚烧热值大大提高，燃烧性能改善，从而降低焚烧成本。

③脱水后的泥饼含水率显著降低，掺入少量的煤粉，并采用造粒机造粒，不仅可以进一步降低燃料粒的含水率，提高其热值，同时采用焚烧系统的余热进行干化处理，两者均可提高其强度。这使得污泥燃料粒便于运输，使异地焚烧处理或建立集中式污泥焚烧厂成为了可能。同时，热水解技术使污泥中的微生物实现灭活，因此该技术生产出的污泥燃料粒不易变质，贮存时间可相对延长。

④该系统设备相比传统厌氧消化工艺，占地面积小，布置灵活，在用地紧张、经济相对发达的大中型城市具有很好的市场前景。

4 结束语

随着我国对污水处理问题的重视，污泥的产生量还将迅速增加。污泥的资源化处理技术研究也将更加引起人们的重视。综上所述，不同的污泥处理技术都有其自身的优势和劣势，如果能够因地制宜，将各工艺进行优化集成，找到适合我国国情的污泥资源化处理技术路线，那么我国污泥处理技术将会向低能耗、可持续的方向发展。

［1］杨文婷.城市污泥处理现状［J］.科技信息，2009（33）：338-339.

［2］国家环境保护总局.中国环境年鉴［M］.北京：中国环境科学出版社，2006.

［3］赵丽君，张大群，陈宝柱.污泥处理与处置技术的进展［J］.中国给水排水，2001，17（6）：23-25.

［4］张培玉，刘晗.城市污水处理厂污泥的综合利用与资源化［J］.环境科学与技术，2009，32（12）：109-112，128.

［5］赵乐军，戴树桂，辜显华.污泥填埋技术应用进展［J］.中国给水排水，2004，20（4）：27-30.

［6］周旭红，郑卫星，祝坚，等.污泥焚烧技术的研究进展［J］.能源环境保护，2008，22（4）：5-8，31.

［7］彭琦，孙志坚.国内污泥处理与综合利用现状及发展［J］.能源工程，2008（5）：47-50.

［8］傅剑敏，徐江锋，戴海润，等.污泥焚烧工艺研究与进展［J］.能源与环境，2009（6）：74-75，90.

［9］余杰，田宁宁，王凯军.城市污水厂污泥处理与处置技术的新思路［J］.中国给水排水，2008，24（6）：11-14.

［10］Kepp U，Machenbach I，Weisz N，et al.Enhanced Stabilization of Sewage Sludge through Thermal Hydrolysis-3 Years of Experience with Full-scale Plant［J］.Water Sci Technol，2000，42（9）：89-96.

［11］乔玮，王伟，荀锐，等.高固体污泥微波热水解特性变化［J］.环境科学，2008，29（6）：1611-1615.

［12］王治军，王伟，李芬芳.污泥热水解技术的发展及应用［J］.中国给水排水，2003，19（10）：25-27.

［13］王治军，王伟，夏州，等.热水解污泥的厌氧消化试验研究［J］.中国给水排水，2003，19（9）：1-4.

Treatment and Disposal Status of Sludge from Municipal Wastewater Plants and Treatment System Design

Sun Liming1,Deng Zhou2,Xia Zhou2,Zhang Yan2
（1.Shenzhen Yulongkeng Solid Wastes Utilization Center,ShenzhenGuangdong518024;2.J&K China Cleaning Energy Technology Co.,Ltd,Beijing100085）

The output,hazard,and treatment technologies of sludge from municipal wastewater plants in China were analyzed.And a sludge treatment system was designed.

sludge；treatment system；landfill；incineration

X703

A

1005－8206（2010）04－0046－03

孙立明（1976—），硕士，毕业于华中科技大学环境工程专业。一直从事环境保护方面的工作，主要参与下坪固体废弃物填埋场的消杀灭蝇、填埋区除臭、垃圾填埋场环境治理、填埋区雨污分流、垃圾填埋作业和垃圾渗沥液处理。现任深圳市玉龙坑固体废弃物综合利用中心副主任。E-mail：slm0422@163.com。

（责任编辑：刘冬梅）

2010-03-04