污泥處理與資源化利用方案

隨著海洋投棄被禁止，污泥棄置的比例正逐漸減少，同時土地填埋也受到越來越嚴格的限制，因為填埋需占用大量土地、耗費可觀的填埋費用且不能根治污染。在今后數(shù)年里美國的大部分污泥填埋場將關(guān)閉，歐盟也將規(guī)定填埋必須和焚燒相結(jié)合，只有焚燒灰才可以被填埋。人們已認識到污泥處理的優(yōu)先順序是減容、利用、廢棄［1］，污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化處理后作為資源回用已經(jīng)成為主流。污泥利用可分為土地利用和熱能利用，具體方法包括堆肥、堿性穩(wěn)定化、熱干化、焚燒等。

1.1 堆肥

堆肥是利用污泥中的微生物進行發(fā)酵的過程。在污泥中加入一定比例的膨松劑和調(diào)理劑(如秸桿、稻草、木屑或生活垃圾等)，利用微生物群落在潮濕環(huán)境下對多種有機物進行氧化分解并轉(zhuǎn)化為類腐殖質(zhì)。研究表明，經(jīng)過堆肥的污泥質(zhì)地疏松，陽離子交換量(CEC)顯著增加、容重減小、可被植物利用的營養(yǎng)成分增加、病原菌和寄生蟲卵幾乎全被殺滅［4］。

目前采用的方法有靜態(tài)和動態(tài)堆肥兩種。有些地方仍沿用傳統(tǒng)的條形靜態(tài)通風垛，一些發(fā)達國家則多采用現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)酵倉工藝，如日本至20世紀90年代末已建了35座污泥堆肥廠，其中最大的堆肥廠在北海道的札幌市，其發(fā)酵倉和生產(chǎn)線很具規(guī)模且機械化自動化程度高［2］。國內(nèi)的唐山、常州等地也采用發(fā)酵倉處理污泥。

1.2 堿性穩(wěn)定化

堿性穩(wěn)定化是在污泥中加入石灰或水泥窯灰等堿性物質(zhì)，使污泥pH＞12并保持一段時間，利用強堿性和石灰放出的大量熱能殺滅病原體、降低惡臭和鈍化重金屬，處理后污泥可直接施用于農(nóng)田。

堿性穩(wěn)定化的兩個主要處理方法是N-ViroSoil和Agri-Soil方法。前者是在堿性穩(wěn)定后通過機械翻堆或其他方法使污泥快速干燥，后者則是在混合堿性物料后進行堆肥。美國愛森技術(shù)公司開發(fā)了成套N-Viro設(shè)備并在美國、澳大利亞等地使用，其自動化程度高，處理濕污泥量可達50～240t/d。

1.3　熱干化?

熱干化是利用熱能將污泥烘干。干化后的污泥呈顆粒或粉末狀，體積僅為原來的1/5～1/4，而且由于含水率在10%以下微生物活性完全受到抑制而避免了產(chǎn)品發(fā)霉發(fā)臭 ，利于儲藏和運輸。熱干化過程的高溫滅菌作用很徹底，產(chǎn)品可完全達到衛(wèi)生指標并使污泥 性能全面改善，產(chǎn)品可作替代能源也可土地利用。20世紀90年代熱干化技術(shù)得到迅速發(fā)展，2000年世界干污泥產(chǎn)量已是1990年的10倍［5］。目前在設(shè)備市場技術(shù)領(lǐng)先的有奧 地利的Andritz公司、比利時的Seghers公司和美國的Bio-Gro等，其設(shè)備可蒸發(fā)水量為0.5～ 10t/h(相當于處理含水率為20%的濕污泥15～300t/d)，而且設(shè)備自動化程度高、安全性能好。

熱干化按加熱方式可分為直接加熱和間接加熱，其中有代表性的是歐洲最大的直接加熱污泥干化廠——英國的Bransands(可蒸發(fā)水量為7×5000kg/h)以及世界最大的間接加熱干化廠——西班牙的巴塞羅那(可蒸發(fā)水量為4×5000kg/h)。國內(nèi)的大連、秦皇島和徐州等地也開展了污泥熱干化生產(chǎn)的研究，都采用直接加熱方式。

1.4 焚燒?

通過焚燒可利用污泥中豐富的生物能來發(fā)電并使污泥達到最大程度的減容。焚燒過程中所有的病菌、病原體均被徹底殺滅、有毒有害的有機殘余物被氧化分解。焚燒灰可用作生產(chǎn)水泥的原料，使重金屬被固定在混凝土中而避免其重新進入環(huán)境，不足之處在于焚燒過程中會產(chǎn)生二英等空氣污染物。目前應(yīng)用最廣的焚燒設(shè)備是流化床焚燒爐，當污泥的含水率達到38%以上時就可不需要輔助燃料直接燃燒［6］，污泥焚燒在日本和歐美較為普遍，日本有61%的污泥采用焚燒處理。

另外目前正在發(fā)展一種新的熱能利用技術(shù)——低溫熱解，即在400～500℃、常壓和缺氧條件下，借助污泥中所含的硅酸鋁和重金屬(尤其是銅)的催化作用將污泥中的脂類和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成碳氫化合物，最終產(chǎn)物為油、碳、非冷凝氣體和反應(yīng)水。熱解前的污泥干燥就可利用這些低級燃料(碳、氣和水)的燃燒來提供能量，實現(xiàn)能量循環(huán)；熱解生成的油(質(zhì)量上類似于中號燃料油)還可用來發(fā)電。第一座工業(yè)規(guī)模的污泥煉油廠在澳大利亞柏斯，處理干污泥量可達25t/d［6］。