【分享】污泥脱水及干化工艺

二 （污泥的主要处理、处置途径）
污泥的主要处理、处置途径
1. 污泥处理、处置的工艺路线
污水厂污泥的处理和处置主要遵循以下的途径：

1)污泥的浓缩。污泥浓缩的目的是使污泥初步脱水、缩小污泥体积．为后续处理创造条件。浓缩脱水方法有重力沉降浓缩、上浮浓缩以及其他浓缩方法。
2)污泥消化。为了减少污泥量，防止污染环境和提高利用价值，一般需经过消化处理。污泥消化即是借助微生物的代谢作用，使污泥中有机物质分解成稳定的物质，去除臭味，杀死寄生虫卵，减少污泥体积．回收利用消化过程中所产生的沼气。
3)污泥脱水与干化。污泥经浓缩和消化之后，其含水率仍在96％左右，体积很大，不便于运输和使用，需要进一步脱水干化处理，其主要方法有自然蒸发法和机械脱水法两种。
4)污泥焚烧。污泥干化后．含水仍达10%-20%，体积仍较大，通过焚烧可将污泥中水分和有机杂质完全去除．并杀灭病原微生物。有些污泥含有有毒物质而不宜作农肥，或因其他原因使污泥难以利用时，为防止污染．也采用焚烧方法。焚烧污泥的装置为焚烧炉。
5)污泥的最终处理。污泥含有重金属离子等有毒物质时，还须做最终处理，深埋或投弃海洋。
2. 污泥处置方式
污泥的主要处置方式有
1） 投海。
由于对环境的负面影响（环境和生物受到污染的危险），在美国已经被法律所禁止。在中国，相信在将来也不能采用污泥海洋投弃法作为处置方式。
2）填埋。
脱水泥饼直接填埋本身是对资源的严重浪费，此外，还可能对填埋场形成诸多困难：
填埋场一般是一层垃圾一层覆土，然后进行碾压，以确保更好的空间利用。污泥的高含水率、高粘度经常使得碾压机械打滑甚至深陷其中，给填埋操作带来困难。
污泥的流变性使得填埋体易变形和滑坡，成为人为的“沼泽地”，给填埋场带来极大安全隐患。
污泥的高含水率大大增加了填埋场渗滤液处理量，由于污泥细小，经常堵塞渗滤液收集系统和排水管，加重了垃圾坝的承载负荷，给填埋场安全和管理带来困难。清理收集系统的费用极为昂贵。
填埋资源有限，必然导致填埋成本的上升。
填埋法将受到越来越严格的的限制，在今后数年内美国将关闭大部分的污泥填埋场。直接填埋污泥浆，所占用的土地非常多，而且由于存在病原体继续繁殖、臭味等问题，尤其在人口非常稠密的地区这种方法并不实际。因此这种处理方式在中国的沿海发达地区也将行不通。
3）堆肥化
堆肥是稳定和卫生的产品，但是大规模污泥堆肥存在着许多限制：
（1）污泥本身不是一个非常好的堆肥物料，降解性差，孔隙率低，含水率高，须添加大量调理剂来松散污泥，堆肥化处理污泥的量相对很低（经堆肥化处理的大部分是大量的调理剂），不适合多雨的南方地区。
（2）堆肥化过程没有实现体积减量化，而且处理、储存、缓冲区占地面积很大。
（3）臭味处理过程复杂，系统庞大。对于南方多雨的气候，储存和堆肥化的场地和设施要求高，同样也增加了投资。
（4）运行费用较高：供氧、通风和气味处理所需的耗电量大，除虫所需的化学剂量大，购买大量蓬松调理剂，运输和储存费用大。
污泥堆肥不适应于大型处理项目，而且没有大型处理项目在成功运行实例。目前世界上成功运行的最大的污泥堆肥场，其处理能力为10，000吨/年。
4）焚烧
焚烧是一个很好的解决方案，尤其：
（1）污染严重的污泥（例如重金属含量或化学污染物超标的工业污泥）：污泥最终要实现完全矿化。
（2）处理规模大（大于50 000吨（泥饼）/年）：规模大，投资省。
（3）污泥焚烧的投资和运行费用要高于干燥/造粒，这是因为：焚烧运行温度高（焚烧850℃，干燥100℃）；工艺复杂（还未实现完全自动化运行，需要更多人工，严格的排放限制，高额的最终二次废物填埋费用）。
（4）在一些国家公众对焚烧技术的接受程度较低（负面印象：可能对人们身体健康造成危害的高风险的心理负担）。
多级焚烧炉由于其本身固有的缺陷，尾气排放超标，需要补充辅助燃料。因此许多多级焚烧炉已经被流化床焚烧炉所取代。即使对于流化床焚烧炉，只有当水分含量小于为25%，干污泥的有机物含量为75%，即绝干污泥的低位发热值为4155
Kcal／Kg,
并且需要将燃烧空气预热到650度以上时，才无需辅助燃料。但对于中国的市政污泥，其有机物含量大约为50到65%，热值为2400到3600Kcal/KG。很显然，如果直接采用现有的流化床焚烧炉来焚烧中国的市政污泥，补充辅助燃料是不可避免的，只是补充辅助燃料的多少不同，取决于湿污泥的具体的水分含量和发热值。
目前，仅在美国，就有近２００家污水处理厂采用焚烧的方式来处理污泥，处理的污泥量占全美的总产量的20％。
5）干燥
干燥的优点是非常明显的
（1）大幅度减小体积，从而减小了储存，处置和运输费用
（2）用途灵活：最终产品用途广泛（既可用来做肥料也可用于其它工业工艺过程中的燃料）
（3）最终产品资源化利用：如果干燥污泥本身的重金属和有机污染物等指标达标，污泥颗粒可用于肥料和土壤改良剂，是干燥厂的主要收入来源之一。
（4）安全、高效、投资和运行成本低。
（5）安全高效的工艺意味着最终产品完全干燥（含固率＞90%），无尘、无菌、硬度高、密度大的球形颗粒。这样可以确保安全、卫生和低成本的运输、处置、长时间的储存和最终使用。
但干燥也有其问题：
（1）对于重金属含量高的污泥，如果用做肥料，会带来土壤污染的问题；
（2）污泥作肥料的市场问题。由于污泥的N、P、K的含量比化肥低许多，并且公众担心其危害，市场需要开发。即使在美国，经过多年的宣传，推广，污泥作肥料的市场仍然困难很大。加拿大的多伦多的干燥污泥要船运到佛罗里达销售；
（3）价格问题。由于以上问题，在美国，吨干污泥的出厂价仅为10到20美圆。而干燥成本（仅包括能源，未考虑设备折旧，人员工资等）就达50到70美圆（尽管如此，仍有许多城市对市政污泥进行干燥，主要原因是每吨湿污泥的拖运费用现在为30到50美圆，而干燥后，重量减少到原来的1/3到1/4。）。在中国，这个问题尤其突出，因为中国的天然气和电力价格比美国高35%到40%。在中国，只有用煤做燃料时，才可以考虑用干燥污泥作肥料。而目前，在大中城市，煤被禁止用做燃料。如果污泥干燥设备采用进口，那么代价将非常高。对于每小时脱水4吨的污泥干燥设备，整个项目的投资大约在690万美圆（1999年价格，2002年佛罗里达的坦帕采用Andritz的污泥干燥设备,
整个项目的投资已达到1000万美圆）。
6）垃圾焚烧发电厂与市政垃圾混烧处理
污泥与市政垃圾混烧是可能的但是处理量不大。从目前运行的垃圾焚烧厂的经验来看，为保证正常稳定的运行，湿污泥的添加量不能超过8%～10%。因此不能处理城市市政污水处理厂产生的全部污泥。
从长远考虑，污泥的最终处理方案只有三种：堆制肥料；热力干燥后用作肥料；能量回收（即焚烧）。
我国的污泥目前绝大部分是弃置或填埋的，只有极小量的进行干化后用于制作混合肥。
由于我国的填埋场标准实施较晚，旧的填埋场接纳污泥，可能造成大量的污泥污染物随渗滤液从地表进入深层，甚至威胁地下水和江河湖海。
无规则的弃置仍是主要消纳途径，其中一小部分进入了农田，这些弃置无论在近期还是远期都将成为地表水和地下水的潜在污染源。

三、污泥浓缩
污泥浓缩（Thicken）的目的是降低污泥含水率，减少污泥体积，以利于后续处理与利用。
污泥浓缩的方法通常有五种：重力浓缩，气浮浓缩、离心浓缩、带式浓缩机浓缩和转鼓浓缩机浓缩等。
1. 污泥浓缩工艺
1）重力浓缩
重力浓缩本质上是一种沉淀工艺，属于压缩沉淀。在污水处理厂中一般将初沉污泥和二沉污泥混合后采用重力浓缩，这样可以提高重力浓缩池的浓缩效果，重力浓缩池固体表面负荷根据取决于二种污泥的比例。
重力浓缩可以分为间歇式和连续式两种，间歇式重力浓缩主要用于小型污水处理厂，连续式重力浓缩主要用于大、中型污水处理厂。
2）气浮浓缩
根据气泡形成的方式，气浮可以分为：压力溶气气浮、生物溶气气浮、涡凹气浮、真空气浮、化学气浮、电解气浮等，在污泥处理中压力溶气气浮工艺已广泛应用于剩余活性污泥浓缩中，生物溶气气浮工艺浓缩活性污泥也已有应用，涡凹气浮工艺在污泥浓缩中的应用正在摸索中，其它几种气浮在污泥浓缩中的应用尚未见报道。
3）离心浓缩
离心浓缩工艺的动力是离心力，离心力是重力的500～3000倍。
离心浓缩工艺最早始于上世纪20年代初，当时采用的是取原始的筐式离心机，后经过盘嘴式等几代更换，现在普遍采用的是卧螺式离心机。与离心脱水的区别在于离心浓缩用于浓缩活性污泥时，一般不需加入絮凝剂调质，只有当需要浓缩污泥含固率大于6％时，才加入少量絮凝剂。而离心脱水机要求必须加入絮凝剂进行调质。
离心浓缩占地小，不会产生恶臭，对于富磷污泥可以避免磷的二次释放，提高污泥处理系统总的除磷率，造价低，但运行费用的机械维修费用高，经济性差，一般很少用于污泥浓缩，但对于难以浓缩的剩余活性污泥可以考虑使用。
4）带式浓缩机浓缩
带式浓缩机主要用于污泥浓缩脱水一体化设备的浓缩段。重力带式机械浓缩机(Gravity Belt Thickener，
GBT)主要由框架、进泥配料装置、脱水滤布、可调泥耙和泥坝组成。其浓缩过程是这样的：污泥进入浓缩段时被均匀摊铺在滤布上，好似一层薄薄的泥层，在重力作用下泥层中污泥的表面水大量分离并通过滤布空隙迅速排走，而污泥固体颗粒则被截留在滤布上。带式机械浓缩机通常具备很强的可调节性，其进泥量、滤布走速，泥耙夹角和高度均可进行有效地调节以达到预期的浓缩效果。
污泥浓缩脱水一体化设备浓缩过程是关键控制环节，因此水力负荷显得更为重要。一般，设备厂家通常会根据具体的泥质情况提供水力负荷或固体负荷的建议值。应当注意的是，不同厂商设备之间的水力负荷可以相差很大，质量一般的设备只有20～30m3／(m带宽•h)，但好的设备可以做到50～60m3/(m带宽•h)甚至更高，设备带宽最大为3.0m。在没有详细的泥质分析资料时，设计选型的水力负荷可按40～45m3/(m带宽•h)考虑。
深圳罗芳污水处理厂，肇庆污水处理厂等采用了带式机械浓缩机。
5）转鼓机械浓缩
转鼓转筛机械浓缩机(Rotary Drum Thickener,RDT或Rotary Sieve
Thickener,RST)或类似的装置主要用于浓缩脱水一体化设备的浓缩段，转鼓机械浓缩是将经化学混凝的污泥进行螺旋推进脱水和挤压脱水[14]，是污泥含水率降低的一种简便高效的机械设备。
宜兴华都琥珀环保机械制造有限公司采用德国琥珀公司的技术和标准进行生产制造的ROS2系列污泥浓缩机采用浓缩挤压，对含固率大过0.5％的污泥可浓缩到含固率6～10%以上。ROS2.1，
ROS2.2， ROS2.3，ROS2.4污泥浓缩机污泥处理量分别为8～15，18～30，35～50，60～100m3/h。
转鼓机械浓缩/带式脱水或转鼓机械浓缩/转鼓机械脱水一体机的工艺参数主要是单台设备单位时间的水力接受能力及固体处理能力。ROS2.1，ROS2.2，ROS2.3，ROS2.4污泥浓缩机污泥处理量分别为8～15，18～30，35～50，60～100m3/h。
德国ROEDIGER公司生产的转鼓预浓缩与带式一体化污泥脱水机已被应用于天津经济技术开发区污水处理厂(TEDA污水处理厂)，ROS2系列污泥浓缩机已应用于重庆北涪污水处理厂，江西南昌朝阳洲污水处理厂等。
2. 污泥浓缩工艺的发展趋势
1）重力浓缩工艺逐渐被取代
随着污水排放标准不断提高，欧洲以单一去除COD为目的的污水处理工艺已不多见，代之以除磷脱氮为主要对象的生物营养物去除工艺，在我国以后的污水处理工艺亦将如此。释磷条件需要改变。
重力浓缩法，维修管理及动力费用低，但占地面积大，卫生条件差，浓缩效果较差，不能有效地去除污泥中的水分，由于污泥在重力浓缩池停留时间长，浓缩池中形成厌氧环境，富磷污泥在浓缩中释磷现象严重，使整个系统的除磷效果变差，使用受到了限制，在污水处理厂中会逐步被取代。
2）浓缩-脱水一体化设备的发展
浓缩脱水一体化设备具有工艺流程简单、工艺适应性强、自动化程度高、运行连续、控制操作简单和过程可调节性强等一系列优点，正得到越来越多的设计单位和用户特别是中小污水处理厂用户的关注。国家经济贸易委员会、国家税务总局二OOO年二月二十三日关于公布《当前国家鼓励发展的环保产业设备（产品）目录》（第一批）的通知将带式脱水机与污泥浓缩机一体化装置和卧螺式离心脱水机与污泥浓缩机一体化装置列为国家鼓励发展的环保产业设备（产品），主要用于城市污水及工业废水处理。
在采用污泥浓缩脱水一体化机的工程中，各污水处理厂的污泥进入污泥浓缩脱水一体化设备前，均有污泥贮泥池或污泥均质池（实际上相当于浓缩池），其停留时间甚至比重力浓缩池停留时间还长，如天津经济开发区污水处理厂采用德国ROEDIGER公司生产的转鼓预浓缩与带式一体化污泥脱水机，SBR反应池剩余污泥排入贮泥池，经48小时沉淀后排入污泥脱水机房进行污泥脱水，进入转鼓预浓缩前的污泥含水率大多数情况在94～96％。昆明市第三污水处理厂将含固率为0.7％～0.85％的剩余污泥从ICEAS池泵入贮泥池（HRT=7日），在池中间歇曝气间歇浓缩交替进行以防止磷的析出，并使污泥浓缩到含固率为1.5％，然后进入带式浓缩机和带式脱水机。
污泥浓缩脱水一体化设备的目标与实际应用存在一定的差距，如果把长HRT的贮泥池看成是重力浓缩池的话，甚至可以认为污泥浓缩脱水一体化设备比传统污泥处理工艺在工艺流程上更加复杂，多了浓缩段，污泥浓缩脱水一体化设备的应用需进一步要完善。
根据各环保设备厂样本介绍，污泥浓缩脱水一体化机适用于进泥含水率在99.5％以下，含水率高于99.5％不宜直接进入一体化污泥浓缩脱水机，需要先经过其它浓缩方法浓缩。实际应用上一体化设备的对进泥含固率的要求更高，故需进一步研究开发对低浓度污泥浓缩新技术。
常用浓缩方法的特性比较
浓缩方法优点缺点适用范围
重力浓缩法贮泥能力强，动力消耗小；运行费用低，操作简便占地面积较大；浓缩效果较差，浓缩后污泥含水率高；易发酵产生臭气主要用于浓缩初沉污泥；初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥
气浮浓缩法占地面积小；浓缩效果较好，浓缩后污泥含水率较低；能同时去除油脂，臭气较少占地面积、运行费用小于重力浓缩法；污泥贮存能力小于重力浓缩法；动力消耗、操作要求高于重力浓缩法主要用于浓缩初沉污泥；初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥。特别适用于浓缩过程中易发生污泥膨胀、易发酵的剩余活性污泥和生物膜法污泥
离心浓缩法占地面积很小；处理能力大；浓缩后污泥含水率低，全封闭，无臭气发生专用离心机价格高；电耗是气浮法的10倍；操作管理要求高目前主要用于难以浓缩的剩余活性污泥和场地小，卫生要求高，浓缩后污泥含水率很低的场合