镇江新区第二污水处理厂的污泥处置方案

王 申，赵宝康，许立群，张有仓

（镇江市水业总公司，江苏镇江 212001）

污泥是污水处理后的附属品，由有机残片、无机颗粒、胶体等极其复杂的非均质体组成。污泥中含有大量的有害物质，包括重金属、细菌、病原体等，如处理不当，可能会对环境造成较大的影响[1,2]。我国的污泥处理近几年才刚刚起步，大部分地方污水处理过程中产生的污泥没有得到充分有效的控制，多数污水处理厂只是将污泥送往垃圾场填埋或直接暴露在旷野中，不仅造成二次污染，而且危及当代及后代人的身体健康。

1 项目背景

镇江新区第二污水处理厂位于镇江市大港化工园区北山路西侧，服务对象以镇江新区国际化工园区内的化工企业为主，服务面积为10.8 km2，污水处理厂进水中90%以上为工业废水，污水处理厂处理后的出水，就近排入北山河并最终流入长江。污水处理厂于2008年底开工建设，2010年4月建成并投入试运行，该厂生化处理产生的剩余污泥由泵抽至污泥贮泥池，经浓缩脱水后，含水率80%左右的污泥产生量为186 m3/月，污泥送至垃圾处理厂进行填埋处理。

污泥填埋虽然形式上解决了地表面环境中的乱堆放及恶臭等问题，但随时间推移填坑中含有的各种有毒有害物经雨水的浸蚀和渗漏作用污染地下环境，造成安全隐患[3,4]。同时，污泥填埋占用大量的土地资源，对于人口众多、资源紧缺的地区来说填埋并不是理想的选择。本项目主要是通过对污泥有关的参数进行检测，根据检测结果分析新区第二污水处理厂的污泥是否属于危险固废，以选择合理的污泥处置方式。

2 污泥鉴定分析

危险固废鉴别主要采用以下标准：危险废物鉴别标准－腐蚀性鉴别（GB 5085.1—2007）；危险废物鉴别标准－浸出毒性鉴别（GB 5085.3—2007）；危险废物鉴别标准－通则（GB 5085.7—2007）。

根据《国家危险废物名录》所列属于危险废物的污泥主要有33种。新区第二污水处理厂采用的工艺为生化处理工艺，产生的污泥主要是生化污泥，该污泥不属于危险废物物化处理过程中产生的废水处理污泥，不属于离子交换装置再生过程产生的污泥，不属于使用砷或有机砷化合物生产兽药过程中产生的废水处理污泥。因此，该厂污泥不属于《国家危险废物名录》规定中的危险固废。

2.1 污泥检测项目

根据污泥的相关指标和鉴定的目的，确定新区第二污水处理厂污泥检测项目如下。

（1）腐蚀性监测项目

按照GB/T 15555.12—1995制备的浸出液pH。

（2）浸出毒性鉴别

监测项目为铜、锌、镉、铅、总铬、六价铬、有机汞、汞、镍、砷、无机氟化物、总氰化物。

（3）全元素分析

监测项目为全水分、水分、灰分、挥发分、固定碳、硫含量、氢含量、高位发热量。

2.2 分析方法

（1）腐蚀性监测项目

腐蚀性（pH）：玻璃电极法。

（2）浸出毒性鉴别

铜、锌、镉、铅：GB/T 15555.12—1995（原子吸收分光光度法）；总铬：GB/T 15555.6—1995（直接吸入火焰原子吸收分光光度法）；六价铬：GB/T 15555.4—1995（二苯碳酰二肼分光光度法）；甲基汞、乙基汞：GB/T 17132—1997（气相色谱法）；汞：《水和废水监测分析方法》（第四版）（固体废物浸出液原子荧光法）；镍：GB/T 15555.9—1995（直接吸入火焰原子吸收分光光度法）；砷：GB/T 15555.3—1995（二乙基二流戴安基甲酸银分光光度法）；氟化物 GB/T 15555.11—1995（离子选择电极法）；总氰化物：GB/T 7486—1987。

（3）全元素分析

全水分、水分：GB/T 211—2007（煤中全水分的测定方法）；灰分、挥发分：GB/T 212—2008（煤的工业分析方法）；固定炭、氢含量：GB/T 476—2008（煤中碳和氢的测定方法）；硫含量：GB/T 214—2007（煤中全硫的测定方法）；高位发热量：GB/T 213—2008(煤的发热量测定方法）。

2.3 检测结果与分析

新区第二污水处理厂污泥的腐蚀性监测项目、浸出毒性鉴别和全元素分析的监测结果分别如表1和表2所示。

由表1和表2可知，该厂污泥样品制备的浸出液pH为7.02，新区第二污水处理厂的污泥没有腐蚀性，从pH指标来看，不属于危险固废。按照HJ/T299制备的固体废物浸出液中任何一种危害成分含量超过标准中所列浓度限制，则判定该固体废物是具有浸出毒性特征的危险废物。根据污泥浸出毒性检测结果，新区第二污水处理厂污泥没有检测毒性，不属于危险废物。同时，根据危险废物鉴别标准，上述污泥没有易燃性、反应性和应急毒性。虽然污泥可能会含有毒性物质，但是毒性物质的含量不会超过0.1%。综上所述，该厂污泥不属于危险固废，可以按照一般固体废物进行处置。

表1 腐蚀性监测项目、浸出毒性鉴别监测结果Tab.1 Results of Corrosion Monitoring and Leaching Toxicity Identification

表2 全元素分析的监测结果Tab.2 Results of Elemental Analysis

3 污泥处置方式选择

妥善处置污泥是指将污泥经过处理和再利用后，在自然环境中能够达到长期稳定并对生态环境无不良环境影响的最终消纳方式。

3.1 当前污泥处置方法

目前国内外污泥处理的主要方法有直接填埋、堆肥农用、干化和焚烧[5－7]。

（1）污泥直接填埋

污泥直接填埋技术简单，实施方便，一般在有垃圾填埋场的地方，都可以进行污泥的直接填埋。随着城市化进程的加大，垃圾和污泥量不断增多，同时由于污泥本身难分解，造成污染严重，尤其是地下水资源污染严重，且污泥直接填埋往往会占用大量土地，造成周边环境的污染，所以这种处置方式最终将被淘汰。

（2）污泥堆肥农用

根据污泥本身成分的分析，污泥富含大量微量元素，对于土地有一定的肥沃作用，但是污泥本身也含有有害元素，有关专家也在寻找添加剂来消除有害元素，能否将污泥中的有害物质完全消除还有待研究和探讨，所以污泥堆肥农用的处理方式没有广泛推广开来，这种处置方式渐被边缘化。

（3）污泥干化

污泥干化是在污泥机械脱水后，进一步进行干燥，经过干化后的污泥进行利用或者焚烧，干化的目的是使污泥进一步脱水，从机械脱水后含水量大概为80%的状态，进一步脱水到10%～50%。这一方面进行了有效的减容，另一方面干化后的污泥便于运输、利用。但是，此种方法处理成本和技术要求高，干化后污泥依然存在出路问题。

（4）污泥焚烧

污泥焚烧是利用污泥的有机成分较高，具有一定热值的特点来处置污泥。焚烧可以使生物污泥的体积最小化，因而最终需要处置的物质很少，这对日益紧张的土地资源来说是很重要的；焚烧处理速度快，减少了污泥存储时间；焚烧可以使污泥中的水分、有机物等都被气化分解，有机物全部碳化，只剩下很少量的污泥成为焚烧灰，消除有害物质，不存在重金属离子问题；焚烧灰可以用于制作建筑材料，焚烧释放污泥所含的化学能量，可以有效回收，用于污泥自身的干化或者供热发电。

从以上可知污泥焚烧处理既节约污泥填埋占用的土地资源，也避免因填埋产生的二次污染，污泥焚烧真正实现污泥减量化、无害化和资源化处理，是一种比较安全有效的污泥处置方式。

当前我国正面临巨大的能源与环境压力，利用各种可再生资源来替代煤炭石油和天然气等化工燃料是今后解决能源紧缺的一种有效途径[8]。焚烧处理后的焚烧灰可以作为建筑材料[9]，如将焚烧灰作为沥青填料、路床和路基材料、砖瓦材料、水泥原料、熔融填料等。焚烧在日本是污泥处置的主要方法，在欧美发达国家中也占有很大的比例，而在中国才刚刚起步，应用较少[10]。污泥焚烧方式代表了当前国际上污泥处理的主流方向，也是国内目前发展的主要方向，新区第二污水处理厂拟选用焚烧方式对污泥进行处理。

3.2 污泥焚烧方式

3.2.1 污泥直接焚烧

污泥直接焚烧的前提条件是污泥中的含水率较低，热值较高，污泥添加少量的辅助燃料后可直接入炉进行焚烧。直接焚烧是一种节能型处理方式，包括预处理、焚烧和后处理三个阶段。预处理主要包括脱水、粉碎、预热等，将污泥脱水可降低含水率，使污泥能够达到可燃，将污泥粉碎可使投入炉内污泥均匀，保障燃烧充分，污泥预热可进一步降低污泥含水率，进而降低污泥焚烧时所消耗能源；污泥焚烧是整个工艺的核心，目前污泥焚烧系统大多采用循环流化床焚烧技术，废物从塔侧或塔顶加入，在流化床内进行干燥、粉碎、气化等过程后，迅速燃烧；后处理主要是处理焚烧时产生的烟气和固体残渣，目前烟气处理主要采用高性能静电除尘器与湿式洗涤设备和脱硝设备相组合的处理方法，固体残渣可作为烧砖或水泥的原料，或采用土地填埋方法予以处置。

3.2.2 污泥混合焚烧

由于污泥中含有丰富的有机物，本身有一定的热值，因此将污泥与煤混合进行燃烧用于发电是污泥焚烧研究的一个热点。刘亮等[11]采用热重法对污泥和煤混烧特性进行了分析。结果表明混合试样和煤相比，其着火温度有所上升，综合燃烧性能有所下降，在混燃过程中煤和污泥基本上保持了各自的特性，在掺混比例较小时（污泥质量分数为20%）对煤的活性几乎没有什么影响。目前对煤和污泥混合燃烧特性的研究，验证了发电厂掺污泥用于发电的可能性，通过克服污泥运输、储备、干化以及燃烧废气污染等方面的难题，污泥混合焚烧将成为污泥处置的一个很好的途径。

通过对污泥两种焚烧方式的分析可知，污泥混合焚烧可以充分利用污泥中的有机物燃烧所产生的热能进行发电，污泥混合焚烧与污泥直接焚烧相比，可以节省30%左右的处置费用，因此建议该厂污泥进行混合焚烧。

3.3 污泥焚烧的基本条件分析

3.3.1 热值分析

通常垃圾焚烧发电项目，热值达到8 500 kJ/kg左右即可顺利燃烧发电。镇江新区第二污水处理厂的污泥热值为6 530 kJ/kg，在燃烧过程中还要吸收一定量的炉膛热量，原煤的热值为20 934 kJ/kg。从热值角度考虑，污水处理厂的污泥掺混质量分数为20%时，热电厂的泥煤混合物实现焚烧是有保证的。其主要工艺过程和垃圾焚烧发电相似，而且燃料成分更为稳定，运行管理得当能够确保稳定运行。

3.3.2 污泥含水率分析

由污泥自身的热平衡计算可知当污泥含水率75%时，自身可以实现热平衡。根据污泥焚烧发电项目在发达国家实际运行经验可知，污泥脱水干燥后在含水率低于70%的情况下可以顺利燃烧，但是燃烧效率及产生的热量较低，致使燃烧不充分。污泥脱水干燥后含水率低于50%，完全能够满足焚烧条件。考虑到费用效益比和实际操作运行，选用污泥含水率40%～50%，泥煤比15%进行实际生产是较为合理的。

新区第二污水处理厂污泥含水率在80.3%左右，污泥混入未磨干的煤里，煤泥混合物一起干化，使其含水量降至45%左右，再进行焚烧。长期对发电厂焚烧污泥研究证明，污泥占耗煤总量的10%～15%以内，对于尾气净化以及发电厂的正常运转没有不利影响。

虽然焚烧法与其他方法相比具有突出的优点，但随着焚烧工艺的使用，其存在的问题也日渐突出，而且也是必须解决的问题。污泥焚烧应该控制对大气污染，焚烧所产生的废气中主要含有二噁英和NOx。二噁英的控制可采取以下措施：改善燃烧条件，有效控制炉温；在烟气净化系统中，设置活性炭喷入装置；在袋式除尘器中，采用聚四氟乙烯覆膜优质滤袋，将二噁英截留去除。降低NOx的方法有：在燃烧过程中降低O2浓度的生成抑制法；将生成的NOx用还原剂还原减少排出量的排烟脱氮法[12]。

4 总结

根据污泥检测结果，新区第二污水处理厂污泥不属于危险固废，可以按照一般固体废物进行处置。污泥焚烧能够实现污泥减量化、无害化和资源化处理，是一种比较安全有效的污泥处置方式。通过对污泥热值和含水率的分析，镇江新区第二污水处理厂污泥和煤的掺烧比例为10%～15%，完全满足热值条件。泥煤混合后，先干化，使污泥含水量降至45%左右，再进行焚烧，是比较经济合理的选择。

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