印染废水污泥的资源化焚烧综合利用技术

2012-04-10刘宏喜

化纤与纺织技术 2012年1期

刘宏喜

(广东纺织职业技术学院，广东佛山 528041)

印染废水处理产生的污泥是一种不稳定的、含水率较高的废弃物。每座污水处理厂每天要排放含水率约99.2%的剩余污泥数百乃至上万吨，这些数量巨大的污泥将成为未来急需处理的难题。作为污水行业发展的瓶颈，污泥处理和处置问题现在是所有污水处理厂都必须面对并感到头痛的一件事。

印染污水处理厂大部分的污泥是未经安全处理处置的，只有10%是通过堆肥技术等方式来处理处置后回用到土地的，20%的污泥采用填埋的方式，少量的污泥采用焚烧和建材利用的方式。剩下70%的污泥进行简单的外运，随意填埋或堆放。现有污水处理设施中有污泥稳定处理设施的还不到1/4，现有污泥消化池能够正常运行的为数也不多，有些根本就没有运行。有些地方的污泥没有得到合理的处理和处置便直接排放，造成了严重的二次污染，对当地的生态环境造成了极不安全的隐患[1]。

在印染污水厂污泥的处理处置过程中，全面执行减量化、稳定化、无害化、资源化处理与处置(统称为“四化”处理和处置)的方式是循环经济模式的体现。只有这样，才能保证印染污水治理系统工程达到保护环境、造福人类的目的。它具有强大的生命力、良好的环境效益、社会效益与经济效益，是印染行业可持续发展的关键。

1 印染废水处理的污泥来源和危害

1.1 印染废水处理的污泥来源

印染废水处理中，将废水中的可溶性或不溶性污染物，部分或全部通过物理、化学或生物的方法，将其以污泥的形式从废水中分离出来，使废水得到净化。印染污泥来源于废水处理的各工序，主要包括废水的预处理栅渣、物化污泥、生化污泥等。废水处理所采用的工艺和处理深度不同，污泥量和成分也有所差异[2]。

污水处理厂的污泥根据处理的工艺级别不同，可以分为以下几种。

(1)初沉污泥(Primary)：只经过物理-化学处理。

(2)二沉污泥(Secondary)：生物处理后的污泥。

(3)三沉污泥(Tertiary)：脱磷/脱氮后的污泥。

根据污泥的性质，又可以区分为：

(1)未消化生污泥(undigested)。

(2)消化污泥(digested)。

1.2 印染污泥的危害

印染污泥具有潜在的“有害性”，尽管污泥含有丰富的养分，但是也含有大量病原菌、寄生虫(卵)，铜、锌、铬、银、镍、锑、砷、铅等重金属、盐类以及多氯联苯、氯化苯酚、邻苯二甲酸盐(PVC 增塑剂)、邻苯基苯酚、有机锡化物、杀虫剂等难降解的有毒有害物。这些物质对环境和人类以及动物健康有可能造成较大的危害。

从污泥潜在的“危害性”来看，污泥如不有效进行处置，有可能会带来以下五方面危害。

(1)病原体污染。由于污泥中含有大量有机物，易分解腐烂，带来强烈的恶臭味，伴随带来的大量病原体(病原微生物和寄生虫)。据检测，在新鲜污泥中存在着上千种病原体。这些污泥如任意堆放，就会污染水体与土壤，导致食物链感染，最终给人体健康带来危害。

(2)过量盐份污染。污泥中由于存在着相当分额的无机物(如食盐或元明粉、无机絮凝剂等)，含盐量较高，如不适当地投放到土壤中，会导致土壤的电导率增加，破坏植物养分平衡，抑制植物养分的吸收，甚至会对植物根系直接带来伤害。

(3)过量的氮磷污染。当土壤中有机物的氮磷分解速度大于植物吸收速度时，剩余这部分氮磷就会流入水体，造成水体的富营养化，进入地下引起地下水的污染。

(4)有机高聚物污染。污水厂污泥中还含有不易降解、毒性残留期长、对人体危害大的有机高聚物(如：多环芳烃、邻苯二甲酯、氯化有机载体、邻苯二甲酸盐、有机锡化合物、呋喃、多氯联苯、氯化苯和甲苯、氯化苯酚、邻苯基苯酚、杀虫剂等)，这些有毒有害物质如进入水体与土壤中会严重污染环境。

(5)重金属污染。在污水处理过程中，有70%～90%的重金属元素(如铬、锰、锌、镉、砷、钴、锑、汞、铜、镍)通过吸附或沉淀而转移到污泥中。因为污泥施用于土壤后，重金属将积累于地表层，还会通过鱼、虾等食物链，重新回到“餐桌”上。另外由于重金属一般具有溶解度小、性质稳定、难以去除的特点，故潜在毒性易在作物和动物以及人体中积累，极大危害人身健康。

(6)含水率高(一般在75%～90%)，含有有毒化学物质等。

(7)污泥中的有机物被微生物分解后会释放出有害气体、尘埃，加重大气污染。

由于印染污泥的上述特性，决定了处理处置和综合利用具有较大的难度，处理成本高而收益微薄也成为污泥处理市场化、产业化的障碍，种种原因致使污泥处理严重滞后，至今未能全面启动。污水污泥缺乏有效的处理，随意外运或简单填埋堆放，都将使污水处理所削减的污染因子通过污泥而回归环境，且引发二次污染，直接危及生态环境和人体健康，成为新的社会问题和环境问题。

2 印染污泥的处理

2.1 污泥处理的目的

印染污泥处理包括三个处理过程，即：“减量化”处理、“稳定化”和“无害化”处理。典型的污泥处理工艺流程包括三个处理阶段。第一阶段为污泥浓缩，主要目的是使污泥初步减容，缩小后续处理构筑物的容积或设备容量；第二阶段为污泥消化，使污泥中的有机物分解；第三阶段为污泥脱水，使污泥进一步减容。

国内外污泥处理的方法很多，一般采用浓缩、消化、脱水、干化等，或用其中几个方法组合处置。应该说，对污水厂污泥的处理，我们与先进国家相比，差距较大。污泥处理的目的是：

(1)减少污泥最终处置前的体积，以降低污泥处理及最终处置的费用。

(2)通过处理使污泥稳定化，最终处置后不再产生污泥的进一步降解，从而避免产生二次污染。

(3)达到污泥的无害化与卫生化。

(4)在处理污泥的同时达到变害为利、综合利用、保护环境的目的，如产生沼气等。

污泥处理的几大任务是：

(1)减少污泥体积。① 在水处理工艺中采用生物或化学的方法直接减少污泥的产生，避免和减少污泥的产生；② 在污泥处理系统中提高污泥的含固率。

(2)污泥性质稳定。去除污泥中易腐化变质的有机物。

(3)污泥无害化。去除污泥中对人体或自然界有危害的病毒、细菌、原生动物和重金属等。

2.2 污泥的浓缩处理

污泥浓缩后含水率可降为95%～97%，近似糊状。浓缩可以达到污泥的减量化。重力浓缩法用于污泥处理是广泛采用的一种方法，已有50多年历史。机械浓缩方法出现在20世纪30年代的美国，此方法占地面积小，造价低，但运行费用与机械维修费用较高。气浮浓缩于1957年出现在美国。此法固液分离效果较好，目前应用已越来越广泛。

污泥浓缩的方法主要有重力浓缩法、气浮浓缩法、带式重力浓缩法和离心浓缩法，还有微孔浓缩法、隔膜浓缩法和生物浮选浓缩法等。

2.3 污泥稳定化处理

稳定处理的目的就是降解污泥中的有机物质，进一步减少污泥含水量，杀灭污泥中的细菌、病原体等，消除臭味，这是污泥能否资源化有效利用的关键步骤。污泥稳定化的方法主要有厌氧消化、好氧消化、石灰稳定、湿式氧化等。

2.4 污泥的脱水处理

污泥脱水是将流态的原生、浓缩或消化污泥脱除水分，转化为半固态或固态泥块的一种污泥处理方法。经过脱水后，污泥含水率可降低到55%～80%，视污泥和沉渣的性质和脱水设备的效能而定。

污泥脱水是整个污泥处理工艺的一个重要的环节，其目的是使固体富集，减少污泥体积，为污泥的最终处置创造条件。常用脱水方法有自然干燥和机械脱水两种，机械脱水主要有板框压滤机压滤、带式压滤机压滤和离心机脱水三种方法。

3 污泥热干化

利用烟气余热进行污泥干化，可以彻底克服污泥干化的能耗瓶颈，使污泥处理的运行成本大大降低。利用烟气余热干化污泥不仅因为吸取热量而减轻了热污染，而且因为吸附了烟尘和部分二氧化硫而减轻了对大气的污染负荷，能更好地达到节能减排的效果。

在现有的污泥深度脱水技术中，低温干化是一种能够使污泥全部毛细水和吸附水以及部分结合水蒸发的有效方法。然而，污泥干化是能量净消耗的过程，能耗费用通常占污泥处理总费用的80%以上，如果利用烟气余热进行污泥干化，可以彻底克服污泥干化的能耗瓶颈，使污泥处理的运行成本大大降低。

锅炉排放的烟气量很大，排放的烟气温度一般在120～200 ℃之间，其中蕴藏的巨大潜能正是污泥低温干化最理想的热源。使用浙江大学发明的二段式污泥低温干化工艺不仅能使污泥有效干化，而且能使污泥在干化过程中自然形成颗粒。这种工艺采用热烟气与污泥直接接触的方法，借助特制的干化成粒装置，通过二段式干化工艺，一方面使热烟气能够尽可能与湿污泥以最大面积接触；另一方面使湿污泥与烟气余热有足够的时间进行热交换，从而达到污泥低温干化效率的最大化，最终使污泥的含水率从80%左右降至30%以下，污泥的体积减少至原来的1/3以下，首先实现了减量化。

污泥中含有大量有机物质，在干化过程中污泥的部分有机物会发生分解，并释放出各种气体。对污泥干化模拟试验和实际工程释放气体的测定结果表明，在低于200 ℃的温度下，污泥释放的气体除最主要的水蒸气外，还有少量的烃类物质，它们通常在大气中不稳定，很容易被氧化或分解。由于利用烟气余热干化污泥需要的烟气量在1.5×105m3/h以上，因此，从污泥中释放的少量有害气体被充分稀释，加上污泥释放气体与烟气之间的相互作用，最后经过除尘除气装置的处理，污泥干化产生的尾气完全可达标排放。

在利用烟气余热的二段式污泥低温干化过程中，热烟气与湿污泥直接接触，既能使污泥干化的效率大大提高，又能使烟气中的烟尘被湿污泥吸附，并被固定在污泥颗粒中。除此之外，污泥对烟气中的二氧化硫具有吸附作用，分析结果证实，污泥对二氧化硫的吸附属于化学吸附，当干化后的污泥颗粒作为燃煤辅助燃料资源化利用时，被化学吸附的二氧化硫不会再释放进入烟气。因此，利用烟气余热干化污泥不仅因为吸取热量而减轻了热污染，而且因为吸附了烟尘和部分二氧化硫而减轻了对大气的污染负荷，能更好地达到节能减排的效果。

污泥干燥是个吸热的过程，热源的供应成本直接影响到污泥的处理成本。因此我们将根据具体情况，选择成本最低、获得最容易的热源。一般有以下几种：

(1) 烟道废气(蒸汽锅炉、导热油锅炉等)。

(2) 高温热风(燃煤、燃油、燃天然气以及定型机、焙烘机等)。

(3) 传热媒体(过热蒸汽、高温导热油)。

某公司每天产生的约50 t的印染污泥进行干燥，制成干燥的污泥颗粒约11 t，可作为燃料(燃烧值约2 500 kcal/kg)，折成标准煤约3.8 t，每天利用污泥燃烧价值约3 700元，每年可节约资金130余万元。

4 污泥的焚烧处置

在世界污水处理设施日益完善的今天，污泥的处置正引起世界各国的重视，目前，世界上污泥处置的方法主要有：填埋、焚烧、投海和土地利用等。我国污泥处置的发展比较滞后，大部分以农用和简易填埋处理[3]。

印染污泥因含有较高有机组分和纤维物质而具有较高的热值，这比其它污泥作为资源被利用具有更明显的优势。利用锅炉或定型机、焙烘机等排放废气的热量将污泥水份降至30%左右，印染污泥呈小颗粒状，可以将干燥后污泥直接与锅炉原煤混合燃烧(掺入量一般为5%～10%)，一般干污泥的热值可达2 000～3 000大卡/kg，如按2 500大卡/kg估算，污泥的热值相当于褐煤热值(3 500大卡/kg)的71%，烟煤热值(6 500大卡/kg)的38.4%，节约燃煤资源相当可观。具有相当的能源利用价值，作为燃料使用，能源利用十分方便[4]。

在欧盟，1992年污泥焚烧的比例为11%，美国为15%。1962年，德国建议并开始运行了欧洲第一座污泥焚烧厂。过去20年中焚烧的污泥量大幅增加。需要焚烧的污泥中65%以上的污泥在流化床的焚烧炉中焚烧。

污泥焚烧是指污泥在一定温度、气相充分有氧的条件下，使污泥中的有机物质转化为CO2、H2O、N2等，反应过程中释放出来的热量用于维持反应的温度条件。

以焚烧为核心的处理方法被认为是“彻底的无害化、最大程度的减量化”。污泥的焚烧处置具有以下优点：

(1)可以迅速和较大程度地使污泥达到减量化，污泥体积减少到最小化(减容量大于90%，可节约大量的填埋用地；污泥烧余中有害成分的含量极低)，灰渣可综合利用，因而最终需要处置的物质很少，不形成二次污染。

(2)不存在重金属离子的问题，有时焚烧灰可制成有用的产品，是相对比较安全的一种污泥处置方式。

(3)焚烧过程中所有的病菌、病原体均被彻底杀灭、有毒有害的有机残余物被氧化分解。焚烧灰可用作生产水泥的原料，使重金属被固定在混凝土中而避免其重新进入环境。

(4)污泥处理速度快，由于其在恶劣的天气条件下不需要长期储存，因此不需存储设备。

(5)污泥可就地焚烧，不需要长距离运输，特别适合大城市因远离填埋场造成运输费用高的场合。

(6)为防治焚烧产生二噁英等有害气体，要求焚烧温度高于850 ℃。焚烧后产生的焚烧灰可以改良土壤、筑路、制砖瓦、陶瓷、混凝土填料等。

(7)处理规模大，投资省。

(8)由于采用了合适的预处理工艺和焚烧手段，达到了污泥热能的自持，可以回收能量用于发电和供热，并能满足越来越严格的环境要求和充分地处理不适宜于资源化利用的部分污泥，如将未充分燃烧的燃煤过滤废渣一起混合燃烧，则能大大减少能源的浪费。因此使用焚烧法处置是经济有效的[5]。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.中华人民共和国国家发展和改革委员会城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南[Z].2011.