市政污泥焚烧废水处理工艺研究

吕小平

（常州英科环境科技有限公司，江苏 常州 213000）

随着我国经济建设的迅速发展以及城市人口的迅猛增加，在发展期缺乏必要的污水收集管网和污水处理市政设施的问题日益突显。部分工厂前期规划及环保投入不到位，工业环保处理设施老旧，已无法满足广大群众对生活品质的需求。随着自然水体环境容量的压缩，大多数的水环境污染日益严重，自然生态及生活环境日益恶化，水污染现已成为环境综合治理的难点和广大群众关注的焦点。随着我国城镇污水处理规模日益提升，污泥产量也相应增加，各地区由于污泥处理能力不足，又反过来给污水处理厂的正常运行带来了诸多影响。对污泥进行有效的处理处置，已经成为各地区目前亟待解决的问题。从污泥处理的可靠性和保障性来看，为实现污泥的减量化、稳定化、资源化、无害化处置，独立的污泥干化焚烧工艺正被越来越多的城市所选用。

1 我国环境污染形势严峻，仍然存在“重水轻泥”的现象

目前，我国城镇污水处理规模达到2.2亿吨/天，每年产生的80%含水率的湿污泥超过6000万吨，随着污水收集率和处理率的进一步提升以及排水管道清淤所产生的污泥，预计到2025年，我国污泥年产量将突破1亿吨。污泥处理处置已成为城镇污水处理领域的短板。因此，有效治理黑臭水体、改善居民生活环境，加快污、废水处理管网和设施建设，在重视水处理的同时，加强污泥的处理迫在眉睫。

2 目前主流的污泥处理技术

目前主流污泥处理工艺有：板框脱水、堆肥、厌氧消化、热解碳化、干化焚烧等。

（1）板框脱水利用高压板框设备对调理过的污泥进行脱水，产物含水率约为60%。脱水产物一般进行填埋或制砖、制陶粒，但成本较高，且存在一定的环境风险。（2）污泥的好氧堆肥是通过添加辅料，调节污泥的碳氮比、含水率等，在好氧条件下使微生物繁殖并降解有机质，从而产生高温，杀死病原菌和杂草种子，使污泥达到无害化。好氧堆肥周期较长，占地面积较大，工艺参数难以控制。（3）厌氧消化是将含水率96%的污泥直接进入厌氧消化系统，通过水解决酸化和甲烷化，污泥中的有机物被转化为沼气，从而实现污泥的减量化。这种方式运行成本较低，产生的沼气可进行发电。但厌氧消化工艺复杂，配套设施多，投资费用高，污泥中含重金属和难降解的有机物，不能实现污泥环境风险的有效控制。（4）污泥的炭化是通过绝氧条件下给污泥“加温和加压”，使污泥中裂解，将其中的水分释放出来。经过高温处理后，病原体被杀灭、有害有机物被分解，有机质转化为相对稳定的固定碳，形成的污泥炭化产物，一般可用作园林营养土。（5）焚烧可分为协同焚烧和自持焚烧等。协同焚烧采用不同含水率污泥，调整掺烧比例以达到焚烧的目的，目前我国多采用火电协同焚烧、水泥窑及垃圾协同焚烧；自持焚烧污泥含水率要达到30%以下，热干化是必不可少的程序[1]。从实现污泥最大程度的 “减量化、稳定化、无害化、资源化”目标来看，污泥的干化焚烧仍然是今后发展的主流工艺[2]。

3 污泥焚烧脱硫废水处理的现状

江苏某污泥处置项目日处理污泥400吨/天（含水率80%），项目配套的废水处理设施，主要处理 脱硫塔排水、另外少量的除臭系统排水以及在厂员工的生活污水，设计进水水量为150 m³/d。采用“两级AO+沉淀池”的处理工艺。其中，预处理系统设计运行时间为24 h，即5 m³/h。

废水主要由烟气脱硫产生。钠法脱硫废水中的杂质主要来源于烟气和脱硫剂，其中含有大量悬浮物，硫的含氧化合物等。由于污泥中含有包括重金属在内的多种元素，如F、Cl、Cd、Hg、Pb、Ni、As和Mn等，这些元素在燃烧过程中生成多种不同的化合物。化合物一部分随炉渣排出炉膛，另外一部分随烟气进入脱硫装置吸收塔，溶解于吸收浆液中，成为钠法脱硫废水中污染物的组成部分。项目设计进出水水质见表1、表2。

表1 污水处理系统设计进水水质（mg/L）

表2 污水处理系统设计出水水质（mg/L）

脱硫塔排水进入脱硫废水收集池，生活污水经格栅进入生活污水收集池，再经过提升泵与除臭系统排水一并在废水调节池内混合，均质均量后，出水自流入A/O系统。A/O分两级，在A/O池通过缺氧、好氧的组合工艺，培养不同的微生物菌群，依靠微生物降解污水中大部分的COD、N、P等污染物质，泥水在沉淀池分离，污泥部分排至污泥脱水系统，部分回流至A/O池前端。项目污水处理的现场工艺流程见图1。

图1 项目污水处理现场工艺流程图

实际运行一年的各项进、出水平均水质指标见表3。

表3 各项进、出水平均水质指标

实际处理水量平均在每天120吨左右，进水指标中的总氮、氨氮偏高。对氮的组分分析，其中有机氮的含量占到60%左右，在污水好氧处理过程中，这部分有机氮转化为氨氮，氨氮转化为硝态氮排放。

4 现有脱硫废水处理系统存在的问题

4.1 现场的运行情况

系统进水实际流量约为：5.5 m³/h；第一级AO内回流流量为：30～33 m³/h；第二级AO内回流流量约为：10 m³/h；沉淀池外回流到第一级A段流量约为：11 m³/h。第一级好氧段水池泡沫较多；沉淀池上漂浮大量黑色悬浮物，有污泥中毒现象；污泥沉降性能较差，污泥沉降比几乎为1；通过沉淀池情况可知，由于泥水分离性能较差，目前无法及时排泥，进而导致污泥上冒。

4.2 现场采样及初检

现场进行水温、DO测量，并取样送检。其中在第一级好氧段（O段）前、中、后三处进行取样，在第二级好氧段（O段）前后两处进行取样，共计取得9处水样。对水样进行检测获得的相关数据见表4。

表4 水样检测数据

整体看来，针对该取样水样，现有工艺出水水质基本可达到排放标准。

针对污泥状况较差的问题，结合对各单元活性污泥进行了污泥镜检，同时对调节池的原水中重金属含量进行了二次取样和检测。

镜检发现污泥絮体崩溃严重，污泥粒径细小，丝状菌过度繁殖，污泥活性度不够高。

另外，原水中10种重金属含量较高，相关数据见表5：

表5 原水中10种重金属含量

结果分析：通过对污泥状态及进水的重金属情况的分析，可以推断废水中的高盐度以及高重金属含量是导致污泥状态变差的主要原因。高盐度刺激会导致污泥絮体框架崩溃，同时刺激微生物产生大量粘性代谢产物，进而使得污泥破碎以及污泥粘度的升高，因此污泥的脱水性能变差，泥水分离效果恶化，最终导致沉淀池无法正常排泥、出水。另外，大量的重金属盐会引起污泥中毒，进而使得污泥活性变差，使系统耐负荷冲击能力减弱，导致系统运行稳定性下降。

4.3 废水脱盐实验

为了从源头上解决污泥状态恶化的问题，本实验拟利用诱导结晶的方式对废水进行脱盐处理实验，获得了较为理想的脱盐效果，取脱硫塔所排浓水（这部分废水每天量在50～60吨左右）做实验，具体结果如下所示：通过脱盐处理，废水中TDS（总溶解性固体物质）从16 600 mg/L降低到3 160 mg/L，脱盐率达到 80.9%。具体数据见表6：

表6 废水中TDS含量变化情况表

4.4 现有系统存在的主要问题

（1）污泥结构状态较差，泥水分离效果差，排泥效率低，现有沉淀设施过于简单，难以维持稳定的出水和排泥。（2）进水含盐量、重金属较高：高盐度引起污泥结构恶化，污泥絮体框架崩溃，同时刺激微生物产生大量粘性代谢产物，进而使得污泥破碎以及污泥粘度升高，因此污泥的脱水性能变差，泥水分离效果恶化，最终导致沉淀池无法正常排泥、出水。重金属引起污泥中毒，微生物活性降低，是系统难以实现稳定运行的根本原因。（3）经对系统运行以来的历史数据汇总研究发现，进水指标等主要包括TDS、氨氮和总氮等波动较大；现有系统在高盐度抑制的环境下，微生物系统耐负荷冲击的压力较大。（4）现场碳源选用的是食品级葡萄糖，具备加碱系统，无加酸系统。沉淀池未设置PAM加药系统，PAM投放位置设置在排污泥管道处。

5 脱硫废水处理技术改造的思路和方案

（1）在两级AO系统前增加脱盐系统，去除大部分TDS和部分重金属离子，减轻高盐度的抑制作用，避免污泥中毒，从根本上解决污泥状态恶化的问题；另外，盐度的降低和污泥状态的改善也有利于后续MBR的稳定运行，避免了高盐环境下污泥粘度增大而引起MBR膜污染的加剧。（2）将二级AO系统中的O段改造为好氧MBR系统，提升系统泥水分离效率，同时可以降低系统污泥产量，提高系统耐负荷冲击能力。（3）将食品级葡萄糖更换为复合型碳源，提高碳源供能效率，以及系统的耐负荷冲击能力[3]。（4）向现有系统中添加新鲜的活性污泥，并根据水质及时调整回流比，若无明显效果，则建议及时更换菌种。

具体的改造如图2所示：

图2 脱硫废水处理技术的改造

6 结语

综上可以得出如下结论：污泥焚烧湿法脱硫废水处理因含盐量、部分重金属含量较高，建议设置预处理脱盐装置，改善后续生化系统对活性污泥的影响，提高生化处理的效率；二级AO系统脱氮的效果会更好，对氨氮的去除率达到90%以上，对总氮的去除率达到85%以上；选择合适的碳源，提高系统的供能效率，增加污染物的去除；结合膜系统的选用，进一步提高系统的稳定性和抗负荷冲击能力。

废水处理是污泥干化焚烧项目运行成本的重要组成部分，如何提高处理效率，降低运行成本是污泥干化焚烧项目的重要课题。