造纸污泥成分特性分析及处置措施探讨

王 冰，洪世杰，陈云臻，周春华

（1.漯河市环境科学技术研究所，河南 漯河 462000；2.漯河市沙澧河水源保护中心，河南 漯河 462000；3.漯河市环境监测中心站，河南 漯河 462000；4.漯河市生态环境局源汇分局，河南 漯河 462000）

河南省某废纸制浆造纸企业，年产牛皮箱板纸18万吨、高强瓦楞纸19万吨，建有日处理16000吨的污水处理站一座，污泥产生量约为30600吨/年（绝干）。如何有效、低成本地处理污水处理站所产生的大量污泥，一直是困扰企业发展的重要问题。本文通过对污泥有害成分的监测，明确污泥性质，结合企业生产原料、生产工艺分析污泥的特性，并根据国家和地方有关政策和要求，对造纸废水处理站污泥的最终处置方式进行探讨。

1 污泥来源及主要成分

1.1 污泥来源

该企业污水处理工艺为“预处理+初沉+生化处理+气浮”。污泥来源主要分为三部分，分别为初沉池产生的生污泥，主要成分由粗纤维、木素、泥沙杂质等组成；生化处理产生的剩余污泥，主要成分为微生物、微生物自身氧化残余物、废水中未降解的有机物和无机物；气浮池产生的化学污泥，主要是高分子混凝剂聚合氯化铝、聚丙烯酰胺等与水中的污染物反应生成的沉淀物。

1.2 污泥主要成分及特性

1.2.1 污泥组成成分

显微镜观察显示，废纸制浆造纸污泥颗粒显棕褐色，呈团絮状结构，包含部分后生生物，例如线虫、浮游甲壳动物等。经检测化验分析，污泥未干化处理前含水率为64.75%，pH值为6.8，粗纤维含量为23.02%，木素含量为11.96%，污泥颗粒的中位径为35.4μm左右；105℃烘干干燥后含水率为2.20%，有机物含量为28.03%，无机物含量为69.77%。干化后污泥主要化学成分见表1。[1]

表1 造纸污泥的主要化学元素组成与含量 （%）

1.2.2 污泥的热解特性

污泥的热解特性直接决定了污泥是否能够焚烧或者掺煤燃烧。根据热解试验结果，污泥热解共分为4个阶段：（1）水分析出阶段，温度为30℃～150℃，质量损失2.2%，主要来源为干污泥中残留水分蒸发。（2）有机物质析出阶段，温度为150℃～600℃，质量损失28.03%。温度超过200℃以后，污泥分解加速，在314℃时热分解速率达到峰值，主要因为污泥中半纤维素、纤维素、木素等有机物分解为小分子气体和大分子可冷凝挥发物造成质量损失。（3）矿物质分解阶段，温度为600℃～700℃，质量损失16.33%，这是由于造纸污泥中矿物填料分解引起质量损失。（4）灰分残留阶段，温度达到700℃以上，由于这个阶段污泥热解残渣的质量基本保持稳定，残余质量为53.86%。根据分析结果，污泥105℃干燥后含水率为2.2%，低位发热值为2295～2650kcal/kg，有机物含量为28.03%，无机物含量为69.84%，灰分含量为53.86%。灰分中主要化学成分见表2。[2]

表2 污泥灰分的主要化学元素组成与含量 （%）

2 污泥性质鉴别

首先对该企业污水处理站污泥按照《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-2007）[3]要求进行采样、监测，判定是否为危险废物。然后按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB 18599-2001）[4]要求对污泥进行采样、监测，判定属于“第Ⅰ类”或“第Ⅱ类”工业固体废物。

2.1 危险废物鉴别

2.1.1 鉴别监测因子

根据《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-2007）[3]进行“无机元素及化合物”“非挥发性有机化合物”“挥发性有机化合物”三大类的全因子监测，不监测“有机农药类”。

监测项目包括：无机元素及化合物（铜、锌、总镉等）、非挥发性有机化合物（硝基苯、二硝基苯、苯酚等）、挥发性有机化合物（苯、甲苯、乙苯等）。

2.1.2 鉴别结果

污泥危险废物鉴别结果见表3。

表3 污泥（危险废物鉴别）监测结果 单位：mg/L

对照标准《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-2007）[3]，监测结果表明，该造纸企业污泥中所有监测指标均未超过《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-2007）[3]中的标准限值要求，污泥不属于危险废物。

2.2 一般固废的鉴别

2.2.1 鉴别监测因子

按照《固体废物浸出毒性浸出方法 翻转法》（GB 5086.1-1997）[5]规定方法进行浸出实验，监测项目包括：pH、色度、COD、BOD5、SS、总汞、总镉、总铬、六价铬、总砷、总铅、总镍、总铜、总锌、苯酚、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、总有机碳（TOC）、粪大肠菌群数。

2.2.2 鉴别结果

一般固废鉴别结果见表4。

表4 污泥（一般固废鉴别）监测结果 单位：mg/L

对照《一般工业固体废物储存、处置场污染控制标准》（GB 18599-2001）[4]要求，污泥样品的各项指标均低于《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）[6]最高允许排放浓度的限值要求，因此该污泥属于Ⅰ类一般固体废物。

3 污泥处置途径探讨

3.1 卫生填埋

根据《生活垃圾填埋场污染物控制标准》（GB 16889-2008）[7]的规定，一般工业固废经过处理后，按照《固体废物 浸出毒性浸出方法 醋酸缓冲溶液法》（HJ/T 300-2007）[8]相关要求制备的浸出液，如果其危害成分质量浓度低于浸出液污染物浓度限值，则可以进行填埋处置。浸出液污染物浓度限值具体见表5。

由表4、表5对比可知，该企业污泥浸出液的浸出毒性各指标均远低于《生活垃圾填埋场污染物控制标准》（GB 16889-2008）[7]规定的污染物限值，符合生活垃圾填埋场填埋处置入场标准。但是，由于该企业污泥产生量较大，进入生活垃圾填埋场处置会占用填埋场大量库容，填埋成本会非常高。

表5 浸出液污染物质量浓度限值

3.2 一般工业废物处置场堆放

公司污水处理站污泥为I类一般工业固体废物，可以按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB 18599-2001）[4]要求将污泥运送至一般工业固废处置场进行堆放，同样会受到场地、成本等条件制约。

3.3 污泥焚烧处置综合利用

3.3.1 污泥焚烧综合利用可行性

造纸污泥焚烧处置的原理是利用污泥有机成分较高，有一定热值的特点，将污泥置于在焚烧炉内进行高温燃烧，将污泥中的有毒有害物质在高温下氧化、热解，对污泥泥质有一定的要求。污泥焚烧泥质要求一览表见表6。

表6 污泥焚烧泥质要求一览表

该污泥未干化处理前的含水率为64.75%，干化后含水率约为38.1%，pH值为6.8，挥发分为41.22%，满足焚烧的条件。

3.3.2 污泥综合利用环保效益

企业污泥绝干污泥量为30600t/a，该造纸污泥绝干状态下的低位发热值热值为2295～2650kcal/kg，目前公司所使用的原煤热值为5560kcal/kg，则公司30600t造纸污泥所产生的热量相当于12630.7t燃煤所产生的热量，计算方式如下：

综合以上分析，从长远角度来讲，按照《固体废物处理处置工程技术导则》（HJ 2035-2013）[9]中“固体废物处理应按照减量化、资源化、无害化”的要求，采取焚烧法处置造纸污泥是能够实现经济效益和环境效益相统一的最好方式。