（環(huán)境工程專業(yè)論文）污泥低溫薄層干燥及污染物析出特性研究.pdf

大連理= 人學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，城市人口的增加，工業(yè)廢水和城市污水的排放量日益增多， 污泥的產(chǎn)出量迅速增加。為避免二次污染并有效利用污泥中的有效成分，污泥處理已經(jīng) 成為全世界關(guān)心的問題。目前污泥處理方式主要有填埋、焚燒、堆肥等。但無論何種方 法都必須經(jīng)過干燥這一環(huán)節(jié)，如何經(jīng)濟、高效地干燥城市污泥已成為污泥處理的重要課 題。 本課題采用薄層干燥方式進行脫水污泥熱干燥的研究，考察了污泥的干燥特性，并 引入薄層干燥模型進行數(shù)值分析。通過模型的引用，發(fā)現(xiàn)l o g a r i t h m i c 模型比其他的模 型更適合薄層污泥干燥分析。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用f i c k 擴散模型，得到8 0 1 5 0 條件下 薄層污泥干燥的有效擴散系數(shù)的變化范圍為8 4 8 6 1 0 。1 0 4 3 8 6x1 0 。9 m 2 s ，并根據(jù) a r r h c n i u s 經(jīng)驗公式建立溫度與擴散系數(shù)的關(guān)系，得到污泥干燥時水分擴散的活化能為 2 9 5 6k j m o l 。 污泥干燥過程產(chǎn)生大量水蒸汽，這些水蒸汽攜帶污染物質(zhì)共同揮發(fā)出來，因此本文 針對薄層干燥進行了冷凝水水質(zhì)分析，通過測定不同溫度、時間、厚度及放置一定時間 污泥干燥冷凝水p h 、c o d 、t o c 、t n 、t p 、n h 4 + - n 、n 0 3 - n 和n 0 2 n 等水質(zhì)指標的變 化，總結(jié)出不同條件下污泥干燥過程污染物質(zhì)變化規(guī)律如下： ( 1 ) 在薄層污泥干燥過程中，揮發(fā)得到的冷凝水形成緩沖溶液，都顯中性，其p h 介 于6 8 。 ( 2 ) 污泥干燥冷凝水污染物濃度隨干燥溫度的升高而增大，1 4 0 1 5 0 增加最明顯。 ( 3 ) 污泥干燥冷凝水污染物濃度隨干燥時間的增加而增大。 ( 4 ) 相同干燥時間內(nèi)，污泥干燥厚度越薄，污染物析出濃度越大；相同干燥程度， 污染物析出濃度隨著厚度的增加而增大。 ( 5 ) 污泥經(jīng)放置后，干燥冷凝水污染程度增加，放置溫度越高，污染程度越大，低 溫下較適合污泥的保存。 ( 6 ) 污泥干燥冷凝水屬于超標有機廢水，需要達標排放。 關(guān)鍵詞：污水污泥；薄層干燥；干燥動力學(xué)；冷凝水；水質(zhì)分析 污泥低溫薄層千燥及污染物析出特性研究 s t u d yo nt h i nl a y e rd r y i n ga n dp o l l u t i o n e m i s s i o nc h a r a c t e r i s t i c so fs e w a g es l u d g e a b s t r a c t t h eq u a n t i t yo fs e w a g es l u d g e 舔t h e b y - p r o d u c to fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t sh a sb e e n g e n e r a t e di na l le v e ri n c r e a s i n ga m o u n td u et ot h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r ya n di n c r e a s eo f p o p u l a t i o n s l u d g et r e a t m e n ta n dd i s p o s a lh a sb e c o m eo n eo ft h em o s ti m p o r t a n tt a s k sf o r e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o ni no r d e rt op r e v e n tc o n s e q u e n tp o l l u t i o na n dm a k ee f f e c t i v eu s eo f s e w a g es l u d g e t h e r ea r et h r e es l u d g ed i s p o s a lm e t h o d sc u r r e n t l yu s e d ，w h i c hi sr e c y c l i n gi n a g r i c u l t u r e ，l a n df i l l i n ga n di n c i n e r a t i o n e a c ho ft h e mn e e d st h ed r y i n gt e c h n o l o g y h o wt o d r yt h em u n i c i p a ls l u d g ee c o n o m i c a l l ya n de f f i c i e n t l yh a sb e c o m ea l li m p o r t a n tt o p i ci nt h e s c i e n c ef i e l d t h et h i nl a y e rd r y i n gb e h a v i o ro fs e w a g es l u d g ei s e x p e r i m e n t a l l yi n v e s t i g a t e di na n i n d i r e c td r y i n gp r o c e s sa n dt h em a t h e m a t i c a lm o d e l i n gb yu s i n gt h i nl a y e rd r y i n gm o d e l si s p e r f o r m e d t h el o g a r i t h m i cm o d e li sf o u n dt os h o wb e t t e rp r e d i c t i o n st h a nt h eo t h e rm o d e l s i nt h i sp e r i o d ，m o i s t u r et r a n s f e rf r o ms e w a g es l u d g ei sd e s c r i b e db ya p p l y i n gt h ef i c k s d i f f u s i o nm o d e l t h ee f f e c t i v e d i f f u s i v i t yc o e f f i c i e n to fm o i s t u r et r a n s f e rv a r i e sf r o m 8 4 8 6 x10 1 0 m 2 st o4 3 8 6 10 9 m 2 so v e rt h e t e m p e r a t u r e 8 0 15 0 i na d d i t i o n t h e t e m p e r a t u r ed e p e n d e n c eo ft h ee f f e c t i v ed i f f u s i v i t yt o e 佑c i e n ti se x p r e s s e db ya r r h e n i u st y p e r e l a t i o n s h i p t h ea c t i v a t i o ne n e r g yf o rt h em o i s t u r ed i f f u s i o no fs l u d g ed r y i n gi sf o u n dt ob e 2 9 5 6k j m 0 1 a g r e a to fw a t e rv a p o r , w h i c hc a r r i e sp o l l u t a n t ，i sp r o d u c e dd u r i n gs l u d g ed r y i n g ，s ot h i s t h e s i sf o c u s e so nt h ea n a l y s i so fc o n d e n s ew a t e ro ft h i nl a y e rd r y i n g t h r o u g hi n v e s t i g a t i n g d i f f e r e n tt e m p e r a t u r e ，d r y i n gt i m e ，t h i c k n e s so fs l u d g ea n ds o m ew a t e r - q u a l i t yi n d e x e s ，s u c h a sp h ，c o d ，t o c ，t n ，t p ，n h 4 + - n ，n 0 3 - - na n dn 0 2 - na f t e rb e i n gs e t t l e df o raf e wt i m e 1 a w so nh o wt h ep o l l u t a n tc h a n g e sd u r i n gs l u d g ed r y i n go nd i f f e r e n tc o n d i t i o n sc a nb e s u m m a r i z e da u sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ec o n d e n s ew a t e r ，w h i c hi sf o r m e db yv o l a t i l i z i n gd u r i n gt h i nl a y e rs l u d g ed r y i n g , f o r m sb u f f e rs o l u t i o nw h i c hs h o w sn e u t r a l w i t hp hb e t w e e n6a n d8 ( 2 ) d u r i n gs l u d g ed r y i n g ，t h ec o n c e n t r a t i o no fp o l l u t a n t si nt h ec o n d e n s ew a t e ri n c r e a s e s a st h ed r y i n gt e m p e r a t u r ei n c r e a s e s ，e s p e c i a l l yt h ei n c r e a s i n gi st h em o s ts i g n i f i c a n tb e t w e e n 1 4 0 a n d1 5 0 ( 3 ) d u r i n gs l u d g ed r y i n g ，t h ec o n c e n t r a t i o no fp o l l u t a n t si nt h ec o n d e n s ew a t e ri s 人連理丁大學(xué)碩士學(xué)位論文 i n c r e a s e dw i t ht h ed r y i n gt i m ei n c r e a s e ( 4 ) d u r i n gt h es a m ed r y i n gt i m e ，t h et h i n n e rt h ed r y i n gl a y e ro fs l u d g ei s ，t h eh i g h e rt h e d e p o s i t i o nc o n c e n t r a t i o no fp o l l u t a n t si s ；d u r i n gt h es a m ed e g r e eo fd r y i n g ，t h ed e p o s i t i o n c o n c e n t r a t i o no fp o l l u t a n t si n c r e a s e sw i t ht h et h i c k n e s si n c r e a s i n g ( 5 ) 1 1 1 ep o l l u t i o nl e v e lo fc o n d e n s ew a t e ri n c r e a s e sa f t e rt h es l u d g ei sl a i dd r i e d ，a n dt h e h i g h e rt h et e m p e r a t u r ei s ，t h eg r e a t e rt h ed e g r e eo fp o l l u t i o ni s l o w e rt e m p e r a t u r ei sm o r e s u i t a b l ef o rt h ep r e s e r v a t i o no ft h es l u d g e ( 6 ) t h ec o n d e n s ew a t e rp r o d u c e db ys l u d g ed r y i n gi so r g a n i cw a s t e w a t e ro v e rt h el e g a l l i m i t a n di tm u s tb et r e a t e db e f o r eb e i n gd i s c h a r g e d k e yw o r d s ：s e w a g es l u d g e ：t h i nl a y e rd r y i n g ：d r y i n g k i n e t i c s ： c o n d e n s e ds t e a mw a t e r ：w a t e rq u a l i t ya n a l y s i s 大連理工大學(xué)學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明 作者鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進行研究 工作所取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用內(nèi)容和致謝的地方外， 本論文不包含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表的研究成果，也不包含其他已申請 學(xué)位或其他用途使用過的成果。與我一同工作的同志對本研究所做的貢獻 均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。 若有不實之處，本人愿意承擔(dān)相關(guān)法律責(zé)任。 學(xué)位論文 作者簽名 大連理工人學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 大連理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解學(xué)校有關(guān)學(xué)位論文知識產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，在校攻讀學(xué)位期間 論文工作的知識產(chǎn)權(quán)屬于大連理工大學(xué)，允許論文被查閱和借閱。學(xué)校有 權(quán)保留論文并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，可以將 本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、 縮印、或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 學(xué)位論文題目。盜笙亟壘望屋三避童墨望! 塑塹蘭笪! ! 蘭噓 作者簽名： 耋聾區(qū)日期：當(dāng)望年_ 上蘭月j 三日 導(dǎo)師簽名：壘璽型 日期：壘翌仁年衛(wèi)月2 壘日 大連理= 人學(xué)碩士學(xué)位論文 1緒論 1 1課題選題背景和研究意義 隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市化和小城鎮(zhèn)建設(shè)步伐的不斷加快，公眾對環(huán)境 質(zhì)量的要求日益提高，環(huán)保意識不斷增強，環(huán)境保護與治理成了國家可持續(xù)發(fā)展的必然 要求。目前，我國年廢水排放總量超過4 0 0 x 1 0 8t ，每年排放干污泥約為5 5 0 x 1 0 4 6 0 0 x 1 0 4 t ，且不斷增加【l 】。一方面是因為污水管網(wǎng)的服務(wù)人口不斷增加，另一方面是因為水質(zhì)排 放標準越來越嚴格【2 】。大量的污水處理廠不斷建成并投入使用，隨之而來的污泥量( 包括 排水管道、泵站及污水處理廠的污泥) 越來越大。污水處理廠污泥作為污水處理的副產(chǎn) 品，如果不及時處理將造成嚴重的二次污染。因此，我國污水處理廠污泥的處理及處置 已成為亟待解決的嚴重的環(huán)境問題。 由于城市化進程的加快和污水處理率的提高，城市污水污泥( 以下簡稱污泥) 的產(chǎn)量 與日俱增。由于污泥具有產(chǎn)生量大、不穩(wěn)定、易腐敗、有惡臭、含寄生蟲卵、病原微生 物及重金屬等有毒有害物質(zhì)的特點，如不進行妥善、科學(xué)地處理處置，將對環(huán)境造成嚴 重的二次污染。而我國現(xiàn)有污水處理設(shè)施中有污泥穩(wěn)定處理設(shè)施的還不到1 4 ，現(xiàn)有污泥 消化池能夠f 常運行的為數(shù)也不多，有些根本就沒有運行。有些地方的污泥沒有得到合 理的處理和處置便直接排放，造成了嚴重的污染。因此，如何合理處置污水污泥，解決 城市污泥成為非常緊迫的任務(wù)【3 】。 污泥是污水處理的終端產(chǎn)物，是一種由有機殘片、細菌菌體、無機顆粒、膠體等組 成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體。污泥量通常占污水量的0 3 0 5 ( 體積，以含水率9 7 計) 或者約為污水處理量的1 2 ( 質(zhì)量) ；如果屬于深度處理，污泥量會增加o 5 1 倍【4 ，5 1 。 對城市污水處理率達到10 0 的城市，城市污水廠污泥的產(chǎn)生量( 含水率9 8 ) 就會大大高 于城市居民產(chǎn)生的生活垃圾量，即使全部經(jīng)脫水處理成含水率為8 0 的泥餅，其量仍可 能為生活垃圾量的4 0 , - 一6 0 。因此，城市污泥是現(xiàn)代城市產(chǎn)生的主要廢棄物之一。 城市污泥因其液一固相混合物的漿態(tài)特征而成為一類與液態(tài)和固態(tài)廢棄物均有區(qū)別 的廢棄物。因此，其管理與處理技術(shù)體系均有不同于其他廢棄物的特征【3 】。我國城市廢 棄物環(huán)境管理的總體水平仍處于不斷發(fā)展中，污泥處理與利用技術(shù)和管理的發(fā)展均相對 滯后。以城市污泥中環(huán)境影響最大的污水廠污泥而言，至今也沒有一系列全面的技術(shù)標 準( 如填埋、焚燒、農(nóng)田利用等) 問世，此領(lǐng)域相關(guān)的管理與技術(shù)發(fā)展不僅遠落后于城市 污水處理，即使與城市生活垃圾管理相比也有很大的差距。隨著城鎮(zhèn)化的日益加快和污 染控制標準的日趨嚴格，與污泥產(chǎn)生有關(guān)的市政基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模正在不斷發(fā)展，隨之引起 污泥低溫薄層干燥及污染物析出特性研究 污泥產(chǎn)生量的劇增使得污泥管理面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，在這樣的背景下，應(yīng)避免城市污泥管 理成為城市環(huán)境管理中的新盲點，同時加強污泥處理處置的基礎(chǔ)性研究，推動適合我國 國情的污泥處理處置技術(shù)與工藝也將會具有更大的經(jīng)濟、環(huán)境內(nèi)涵。 污泥是一種高水分的多孔介質(zhì)物質(zhì)，未經(jīng)處理的污泥含水率高達9 5 以上【6 】。因其 含水量高，體積大，污泥的處理目的不同而采用不同的處理方法。傳統(tǒng)的污泥處理與處 置技術(shù)系統(tǒng)為：污泥_ 濃縮_ 穩(wěn)定一脫水，脫水之后的污泥通常采用農(nóng)用、填埋或焚燒 的處置方法【1 7 1 。在這幾種技術(shù)系統(tǒng)中，農(nóng)用或因濃縮污泥含水率太高( 一般為9 2 9 6 ) ， 造成運輸困難、運輸量大，或因脫水泥餅分散困難需借助機械設(shè)備支持田間操作，使該 技術(shù)在實際應(yīng)用中存在較多的困難；填埋則因脫水泥餅含水率較高( 一般為7 0 8 5 ) ， 土力學(xué)性質(zhì)差，需混入大量泥土，從而導(dǎo)致土地的容積利用系數(shù)明顯降低；脫水泥餅直 接焚燒，也因其含固率低不能達到維持過程自行運作所需的能值，需加入輔助燃料，使 處理成本明顯增加，難以承受。 綜合分析上述污泥處理與處置技術(shù)系統(tǒng)在實際應(yīng)用中所遇到的困難，不難看出污泥 的含水率是影響污泥處理的關(guān)鍵因素。因此，降低污泥含水率是解決目前在污泥處理中 所遇到的眾多問題的關(guān)鍵。 污泥的干燥處理是將污泥資源化( 農(nóng)用、焚燒等) 的前提。目前，污泥的干燥技術(shù)已 經(jīng)得到較為深入的研究，很多技術(shù)已經(jīng)得到推廣及應(yīng)用。 1 2 污泥的分類及對環(huán)境的危害 1 2 1 污泥的分類 污泥是污水處理廠在污水凈化過程中產(chǎn)生的一種含水率很高的絮狀泥粒，是一種介 于液體和固體之間、呈現(xiàn)漿態(tài)特征的濃稠物，可以用泵輸送，但它很難通過沉降進行固 液分離。污泥是由多種微生物形成的菌膠團及其吸附的有機物和無機物組成的集合體【8 】， 除含有大量的水分外( 可高達9 9 以上) ，還含有難降解的有機物、重金屬和鹽類，以及 少量的病原微生物和寄生蟲卵等。還含有豐富的n 、p 、k 、c a 、有機質(zhì)以及植物所必 需的微量元素【9 】。1 9 9 5 年，世界水環(huán)境組織為了準確反映絕大多數(shù)污水污泥具有重新利 用的價值，將污泥更名為“生物固體，其確切含義是“一種能夠有效利用的富含有機 質(zhì)的城市污染產(chǎn)生物”，我國一直沿用污泥這個名稱【1 0 1 。 污泥是污水處理廠在污水處理過程中產(chǎn)生的沉淀物，其基本成分和含量主要取決于 污水來源及處理工藝。研究污水污泥的分類、特性和危害對研究污泥性質(zhì)及污泥處理具 有重要意義。 大連理工人學(xué)碩+ 學(xué)位論文 污水污泥按其性質(zhì)可分為： ( 1 ) 有機污泥：以有機物為主要成分； ( 2 ) 沉渣：以無機物為主要成分 污水污泥按其來源可分為： ( 1 ) 污泥來自于城市污水處理，城市污水處理包括生活污水與部分工業(yè)廢水及雨水； ( 2 ) 污泥來自于工業(yè)廢水處理； ( 3 ) 污泥來自于自來水處理。來自于自來水處理的污泥比來自于城市污水處理的污 泥少得多j 。 按照污水的處理工藝流程，可將污泥分為初沉污泥、剩余活性污泥、腐殖污泥、消 化污泥、化學(xué)污泥。 按污泥成分和性質(zhì)可分為： ( 1 ) 有機污泥：生活污水處理產(chǎn)生的混合污泥和工業(yè)廢水產(chǎn)生的生物處理污泥是典 型的有機污泥，其特性是有機物含量高、顆粒細、密度小，呈膠體結(jié)構(gòu)，是一種親水性 污泥，容易管道輸送，但脫水性能差。 ( 2 ) 無機污泥：混凝沉淀污泥、化學(xué)沉淀污泥以及沉砂池產(chǎn)生的泥渣大都屬于無機 污泥，以無機物為主要成分的污泥往往被稱為沉渣。它的特性是有機物含量少、顆粒粗、 密度大、含水率低，呈疏水性，容易脫水，但流動性差，不宜用管道輸送。 本文研究的城市污水處理廠產(chǎn)生的污泥屬于有機污泥，其特點是有機物含量高 ( s o - - - 8 0 ) ，穩(wěn)定性差、容易腐敗和產(chǎn)生惡臭；顆粒細小( o 0 2 0 2 m m ) ，往往呈絮凝體 狀態(tài)；密度小( 1 0 0 2 1 0 0 6 9 c m 3 ) ，持水能力強，含水率高，不易下沉，壓密脫水困難； 成膠體結(jié)構(gòu)，是一種親水性的污泥，容易管道運輸，流動性好但脫水性差。 1 2 2 污泥對環(huán)境的危害 污泥含有大量病原菌、寄生蟲( 卵) ，銅、鋅、鉻、汞等重金屬，鹽類以及多氯聯(lián)苯、 二嗯英、放射性核素等難降解的有毒有害物。這些物質(zhì)對環(huán)境和人類以及動物健康有可 能造成較大的危害【4 1 。 污泥通常是由有機殘片、細菌菌體、無機顆粒、膠體等組成的非均質(zhì)體。其基本成 分和含量主要取決于污水來源及處理工藝。從外觀上看，城市污泥呈黑色或黑褐色的流 體狀或半固態(tài)泥餅狀物質(zhì)，含水量高、易腐敗、有惡臭。城市污水廠剩余污泥中的有機 質(zhì)含量為城市污水的1 0 倍，污水廠脫水污泥中的致病微生物含量也比城市垃圾高幾個 數(shù)量級。由于它具有容量大、不穩(wěn)定、易腐敗、有惡臭、有毒有害的特點，如果不進行 處理，任意地排放，將會引起嚴重的二次污染。 污泥低溫薄層干燥及污染物析出特性研究 ( 1 ) 污泥鹽分污染。污泥含鹽量較高，會明顯提高土壤電導(dǎo)率、破壞植物養(yǎng)分平衡、 抑制植物對養(yǎng)分的吸收，甚至對植物根系造成直接的傷害，而且離子間的拮抗作用會加 速有效養(yǎng)分的淋失。 ( 2 ) 病原微生物。污水中的病原體( 病原微生物和寄生蟲) 經(jīng)過處理還會進入污泥。 新鮮污泥中檢測得到的病原體多達千種，其中危害較大的是寄生蟲。 ( 3 ) 氮磷等養(yǎng)分的污染。在降雨量較大地區(qū)的土質(zhì)疏松土地上大量施用富含n 、p 等的污泥之后，當(dāng)有機物分解速度大于植物對n 、p 的吸收速度時，n 、p 等養(yǎng)分就有 可能隨水流失而進入地表水體造成水體的富營養(yǎng)化，進入地下引起地下水的污染。 ( 4 ) 有機物高聚物污染。城市污泥中主要的有苯、氯酚，除此之外還有多氯聯(lián)苯( p c b s ) 和多氯二苯并呋喃( p c d f s ) 和多氯二苯并二嗯英( p c d d s ) 等持久性有機污染物。污水處理 廠污泥中這些有機有害物質(zhì)主要來源于化學(xué)工業(yè)，特別是與碳和氯有關(guān)的化學(xué)工業(yè)。雖 然目前它們對植物的危害及植物的吸收情況尚不十分清楚，但這些有機有害物質(zhì)進入動 物和人體后，由于其會在皮下脂肪中積累和持久性，除了對某些器官或者對免疫系統(tǒng)等 造成損害并有可能致癌和致畸外，這些有機有害物質(zhì)對環(huán)境也具有高危害性，世界衛(wèi)生 組織在1 9 8 4 年已將它們列入污水處理廠污泥需監(jiān)測的物質(zhì)。 ( 5 ) 重金屬污染。在污水處理過程中，7 0 9 0 的重金屬元素通過吸附或沉淀而 轉(zhuǎn)移到污泥中。據(jù)統(tǒng)計，我國城市污泥重金屬污染主要以z n 和c u 為主，其他重金屬含 量較低。重金屬污染物質(zhì)所具有的生物累積和不可降解特性決定了其將長期存在并對環(huán) 境構(gòu)成極大的潛在威脅，并以各種各樣的方式危害人體和其他生物體。 1 3 污水污泥的處理與處置 當(dāng)今國內(nèi)外污泥處理處置所依循的原則均是“穩(wěn)定化、減量化、無害化和資源化 ， 處理要求是最終處置時對環(huán)境無害，主要目的是： ( 1 ) 穩(wěn)定化：使處置后的污泥消除惡臭、停止降解，避免了二次污染。 ( 2 ) 減量化：減少污泥最終處置前的體積，降低污泥處理和最終處置費用。 ( 3 ) 無害化( 衛(wèi)生化) ：殺死污泥中的病菌和寄生蟲卵。 ( 4 ) 資源化：在處理污泥的同時達到變害為利、循環(huán)利用、保護環(huán)境的目的。 城市污水污泥的處理處置應(yīng)將各種因素結(jié)合起來，綜合考慮，還應(yīng)具有安全性和可 持續(xù)性【l2 1 。 人連理上人學(xué)碩十學(xué)位論文 1 3 1 污水污泥處理處置方法 隨著污水處理廠的規(guī)模增加，污泥作為副產(chǎn)品的產(chǎn)量也劇烈增加，在處理污泥方面， 傳統(tǒng)的填埋、焚燒、農(nóng)用等方法措施，隨著其有害面的凸現(xiàn)( 如焚燒產(chǎn)生強烈致癌作用 的二噫英污染，農(nóng)用由于有害病菌的控制問題，填埋的滲濾液問題等) ，在應(yīng)用上受到 了限制，所以對污泥的減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化的研究和實踐都變得尤為重要 和迫切。在這種情況下，廣大工程技術(shù)人員及建設(shè)單位及時了解、掌握當(dāng)前國內(nèi)外污泥 處理處置技術(shù)是十分必要的。如果不對污水廠排放污泥進行處理，那么污染將由分散污 染轉(zhuǎn)向集中污染，仍然沒有解決污泥的污染問題。因此，對污泥的處理問題也就變得十 分緊迫。 目前的經(jīng)濟增長模式已經(jīng)由傳統(tǒng)的單向線型模式( 即資源一產(chǎn)品一廢棄物一直接排 放) 轉(zhuǎn)變成循環(huán)型經(jīng)濟模式( 資源一產(chǎn)品一廢棄物一再生資源利用) 。循環(huán)經(jīng)濟是一種新 的、符合可持續(xù)發(fā)展理念的模式，在一些發(fā)達國家取得了明顯成效。當(dāng)前我國正處在一 個全面建設(shè)小康社會關(guān)鍵歷史時期，因此在城市污水廠污泥的處理處置過程中，必須堅 持污泥的穩(wěn)定化、減量化、無害化和資源化處置原則【4 j 。 ( 1 ) 污水污泥的穩(wěn)定處理 污泥經(jīng)過脫水后仍含有7 5 8 5 的水分，大量的有機物和病原菌等，很不穩(wěn)定。在 放置過程中會產(chǎn)生物理和化學(xué)變化，出現(xiàn)細菌和藻類的繁殖。污泥經(jīng)過穩(wěn)定處理后就會 改變這種情況。穩(wěn)定處理的目的就是充分利用污泥中的微生物降解污泥中的有機物質(zhì)， 進一步降低污泥含水量，殺滅污泥中的細菌、病原體等，消除臭味使污泥中的各種成分 處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，這是污泥能否資源化有效利用的關(guān)鍵步驟。穩(wěn)定化的方法主要有衛(wèi) 生填埋、農(nóng)用、焚燒、干化和熱處理、厭氧消化、污泥堆肥、輻射、熱噴處理等。 ( a ) 衛(wèi)生填埋 衛(wèi)生填埋操作相對簡單，投資費用較小，處理費用較低，適應(yīng)性強，但是其侵占土 地嚴重，如果防滲技術(shù)不到位將導(dǎo)致潛在的土壤污染和地下水污染。污泥衛(wèi)生填埋始于 2 0 世紀6 0 年代，到目前為止已經(jīng)發(fā)展成為一項比較成熟的污泥處置技術(shù)。污泥填埋是 污泥應(yīng)用最廣的處置工藝，該項工藝在希臘、德國、法國前幾年應(yīng)用較多。由于滲濾液 對地下水的潛在污染和城市用地的減少等，對處理技術(shù)要求越來越高( 例如德國從2 0 0 0 年起，要求填埋污泥的有機物小于5 ) ，許多國家和地區(qū)甚至堅決反對新建填埋場。1 9 9 2 年歐盟大約4 0 的污泥采用填埋處置，近年來污泥填埋處置所占比例越來越小。 ( b ) 污泥農(nóng)用 污泥農(nóng)用投資少、能耗低、運行費用低，其中有機部分可轉(zhuǎn)化成土壤改良劑成分， 因此污泥土地利用被認為是最有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N處置方式。 污泥低溫薄層干燥及污染物析出特性研究 這種處置方式是把污泥應(yīng)用于農(nóng)田、菜地、果園、林地、草地、市政綠化、育苗基 質(zhì)及嚴重擾動的土地修復(fù)與重建等。科學(xué)合理地土地利用，可減少污泥帶來的負面效應(yīng)。 林地和市政綠化的利用是一條很有發(fā)展前途的利用方式，因為它不易造成食物鏈的污 染。污泥還可以用于嚴重擾動的土地，如礦場土地、建筑排廢深坑、森林采伐場、垃圾 填埋場、地表嚴重破壞區(qū)等需要復(fù)墾的土地。這些污泥利用方式減少了污泥對人類生活 的潛在威脅，既處置了污泥又恢復(fù)了生態(tài)環(huán)境。 影響污泥農(nóng)用的主要因素是重金屬污染、病原體、難降解有機物及n 、p 的流失對 地表水和地下水的污染。目前對重會屬污染研究較多，主要集中在污泥農(nóng)用后土壤耕作 層重金屬的變紅、作物各部位富積量、存在形態(tài)及其影響等。大量的研究表明：近十幾 年來，城市污泥中重金屬含量呈下降趨勢，只要嚴格控制污泥堆肥質(zhì)量，合理施用，一 般不會造成重金屬污染。 ( c ) 污泥焚燒 焚燒是利用污泥中有機成分較高、具有一定熱值等特點來處置污泥。以焚燒為核心 的處理方法是最徹底的污泥處理方法，它能使有機物全部碳化，殺死病原體，可最大限 度的減少污泥體積，且其處理速度快，無需長期貯存，無惡臭問題；但是其缺點在于處 理設(shè)施投資大，處理費用高，焚燒煙氣需處理。 為防止污泥焚燒產(chǎn)生的二嗯英等有害氣體，要求焚燒溫度高于8 5 0 。焚燒后產(chǎn)生 的焚燒灰可以改良土壤、筑路、制磚瓦、陶瓷、混凝土填料等。在國內(nèi)由于其一次性投 資和處理成本大、焚燒煙氣需進一步處理等問題而一直未得到應(yīng)用。 ( d ) 污泥干化和熱處理 污泥干化能使污泥顯著減容，體積可以減少為原來的1 6 - 1 5 ，產(chǎn)品穩(wěn)定，無惡臭 且無病原生物；干化處理后的污泥產(chǎn)品用途多，可以用作肥料、土壤改良劑、替代能源 等。早在2 0 世紀4 0 年代，日本和歐美就已經(jīng)用直接加熱鼓式干燥器來干燥污泥，經(jīng)過 幾十年的發(fā)展，污泥干化技術(shù)的優(yōu)點正逐步顯現(xiàn)出來。 污泥低溫?zé)崽幚砑夹g(shù)無害化和減量化徹底，其地位已經(jīng)逐漸增強。研究表明：低溫 熱解是能量凈輸出過程，成本低于直接焚燒。 ( e ) 厭氧消化 厭氧消化是在密閉的消化槽內(nèi)，通過厭氧細菌的作用使有機物分解，最終生成以甲 烷為主的沼氣。但目前的厭氧處理產(chǎn)氣率不高，需通過各種處理提高污泥的產(chǎn)氣量。 污泥堆肥 堆肥是利用污泥中的好氧微生物作用進行發(fā)酵，將污泥轉(zhuǎn)化為類腐殖質(zhì)的過程。堆 6 一 人連理上大學(xué)碩士學(xué)位論文 肥化技術(shù)是國際上從2 0 世紀6 0 年代迅速發(fā)展起來的一項新興生物處理技術(shù)。2 0 世紀 8 0 年代后，日本、韓國以及歐美一些國家相繼開發(fā)出封閉式發(fā)酵系統(tǒng)，以機械方式進料、 通風(fēng)和排料，雖然設(shè)備投資較高，但是由于自動化程度高、周期短、日處理量大、污泥 處理后質(zhì)量穩(wěn)定、容易有效利用，而且可以有效控制臭氣和其他污染環(huán)境的因素，所以 綜合效應(yīng)好。 污泥堆肥的各種工藝各有其優(yōu)缺點，都在不斷地完善和發(fā)展。美國2 0 世紀8 0 年代 初開發(fā)了比較完善的b e l t s v i l l e 好氧堆肥法。污泥連續(xù)發(fā)酵工藝是目f j 國際上較為先進 也是較為普遍使用的處理方法，已被美國、日本、歐洲廣泛采用。雖然國外將污泥堆肥 處理后制成復(fù)合肥已經(jīng)相當(dāng)普遍，但是國內(nèi)污泥堆肥的商品化生產(chǎn)正在發(fā)展中。我國的 深圳、太原、石家莊、西安等地已經(jīng)出現(xiàn)了污泥堆肥產(chǎn)品。 ( 曲輻射處理 輻射是利用射線照射污泥。輻射法殺菌徹底可靠，能殺死污泥中的藻類，能提高污 泥的可靠性，且促進污泥中有機物質(zhì)的分解，不造成二次污染，是一種很有發(fā)展前途的 污泥處理技術(shù)。 ( 2 ) 污泥減量化 從污水廠出來的污泥體積非常大，給污泥的后續(xù)處理造成困難，要把它變得穩(wěn)定、 方便利用，首先要進行污泥的減量處理。污泥減量化分為質(zhì)量的減少和體積的減少，質(zhì) 量的減少主要通過穩(wěn)定和焚燒，由于焚燒所需費用很高且存在煙氣污染問題，因此主要 適用于難以資源化利用的部分污泥。而體積的減少則主要通過污泥濃縮、污泥脫水兩個 步驟來實現(xiàn)。污泥濃縮包括重力濃縮、氣浮濃縮、離心濃縮、帶式濃縮機濃縮、轉(zhuǎn)鼓機 械濃縮等技術(shù)。污泥濃縮后含水率可降至1 j 9 5 - - 9 7 ，近似糊狀，濃縮可以達到污泥的 減量化。 目前我國所使用的污泥脫水機械中主要有帶式污泥脫水機和離心式脫水機兩個種 類。傳統(tǒng)的污泥濃縮脫水工藝一般將濃縮、脫水兩道工序分開進行，污泥濃縮池占地大， 環(huán)境衛(wèi)生差，而且由于濃縮過程時間過長使污泥中的磷重新被釋放到水中，達不到除磷 的效果；而脫水段需單獨設(shè)置脫水機房，造成基建投資大，管理復(fù)雜。針對傳統(tǒng)污泥濃 縮脫水工藝存在的缺陷，以及隨著污泥處理技術(shù)的進步和工藝發(fā)展的需要，污泥濃縮脫 水一體化技術(shù)應(yīng)運而生，并且逐漸得到應(yīng)用。 ( 3 ) 污泥無害化 污泥中有機物含量6 0 - - 7 0 ，隨著堆積時間加長以及外部環(huán)境影響，污泥會發(fā) 生厭氧降解，極易腐敗并產(chǎn)生惡臭。因此需要采用生物好氧或厭氧消化工藝，使污泥中 的有機組分轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的最終產(chǎn)物，進一步消解污泥中的有機成分，避免在最終處置過 污泥低溫薄層干燥及污染物析出特性研究 程中造成二次污染。污泥穩(wěn)定化處理的目的是降解污泥中的有機物質(zhì)，進一步減少污泥 含水量，殺滅污泥中的細菌、病原體，消除臭味，使污泥中的各種成分處于相對穩(wěn)定的 狀態(tài)?？商砑踊瘜W(xué)藥劑，終止污泥中微生物的活性來穩(wěn)定污泥，如投加石灰，提高p h 值，即可實現(xiàn)對微生物活性的抑制，p h 值在1 1 0 1 2 2 時可使污泥穩(wěn)定，同時還能殺滅 污泥中的病菌及蟲卵，使之達到無害化，并同時減少污泥量，降低后續(xù)處理和處置費用。 但化學(xué)穩(wěn)定法不能使污泥長期穩(wěn)定，因為若將處理過的污泥長期存放，污泥的p h 值會逐 漸下降，微生物逐漸恢復(fù)活性，使污泥失去穩(wěn)定性。目前常用工藝有厭氧消化、好氧消 化、熱處理、加熱干化、加堿穩(wěn)定、濕式氧化法( w o ) 、生物除臭法等。 在污水處理廠污泥中，尤其是初沉污泥中，含有大量病原菌，寄生蟲卵及病毒，如 果不進行有效的處理，易造成傳染病大面積傳播。污泥無害化處理往往包括在穩(wěn)定處理 之中，污泥無害化處理的目的是去除、分解或者“固定 污泥中的有毒、有害物質(zhì)( 如 重金屬、有機有害物質(zhì)) 及消毒滅菌，使處理后的污泥在污泥最終處置中不會對環(huán)境造 成危害。主要滅菌的方法有加熱巴氏滅菌、加石灰、長期貯存( 2 0 1 2 ，6 0 天1 、堆f l e ( 5 5 c ， 大于3 0 天) 、加氯或者加其它藥品等。只有經(jīng)過穩(wěn)定化和無害化處理的污泥，才能進行 污泥資源利用。 ( 4 ) 污泥資源化 我國城市生活污水處理行業(yè)，一直面臨著污泥的出路問題，但污泥的根本出路是資 源化，因此需要加強對污泥利用的開發(fā)研究，化害為利，使污泥的產(chǎn)生、處置與環(huán)境保 護之間達到一個良好的平衡。目前污泥資源化利用主要有以下幾種方法： ( a ) 污泥農(nóng)林利用 城市污泥含有大量的有機質(zhì)和n ，p ，k 以及m n ，z n ，c u ，s ，f e 等植物生長元素， 是一種良好的肥料和土壤改良劑。田間實驗表明污泥用于農(nóng)田后能改良土壤的物理化學(xué) 性質(zhì)，增加土壤營養(yǎng)成分，提高土壤可耕作性將污泥施用于花卉、草坪等，既可遠離食 物鏈，又可就近消化污泥，還能減少化學(xué)肥料的用量。但污泥也含有大量有害物質(zhì)，污 泥中的重金屬是決定污泥能否農(nóng)林利用的主要因素。 m ) 環(huán)保材料 從污泥中提取出微生物絮凝劑，不僅可用于油水分離，還可用于去除污水中的懸浮 物、有機物等。礦化污泥可制備用于回收水表面溢油的吸附劑，且效果相當(dāng)顯著?；钚?污泥能作為粘結(jié)劑將無煙粉煤加工成型煤。在加工過程中，污泥可改善高溫下型煤內(nèi)部 孔結(jié)構(gòu)，降低灰渣中的殘?zhí)迹勰酂嶂狄驳玫匠浞掷?。未馴化污泥可制成降解五氯酚 大連理工人學(xué)碩士學(xué)位論文 的顆粒污泥，而經(jīng)氯苯馴化的污泥對氯苯、鄰二氯苯、間二氯苯等共存的體系具有良好 的降解作用。 ( c ) 建材利用 有些工業(yè)廢水和生活污水混排處理后的污泥含有機廢物、重金屬和一些有害微生 物，可用于制造磚塊、生態(tài)水泥、陶粒、填料等。比如有的城市污水廠與水泥制品廠或 制磚廠合作，把污泥作為建材產(chǎn)品的摻合料一起焚燒，最終生產(chǎn)出質(zhì)量完全符合標準的 建材產(chǎn)品，同時還降低了生產(chǎn)成本。這種處置過程，充分利用了污泥中的無機物( 粘土) ， 補充了當(dāng)前水泥生產(chǎn)與制磚生產(chǎn)緊缺的泥源；同時充分利用了污泥中有機物( 具有熱值) 作為輔助燃料，減低了建材產(chǎn)品生產(chǎn)的煤耗量；由于焚燒溫度高達l2 0 0 c 、污泥中病原 體被徹底毀滅；燃燒過程中產(chǎn)生的有害廢氣( 如二噫英) 被徹底分解，又無殘留灰渣，徹 底避免了對環(huán)境的污染；同時為建材生產(chǎn)廠提供了再生資源，降低建材產(chǎn)品的單位成本； 根據(jù)市場經(jīng)濟運作，污水廠還從中得到了應(yīng)有的實惠。但是污泥建材利用應(yīng)考慮重金屬 浸出率及放射性污染物、有機污染物的影響。 ( d ) 污泥的高溫堆肥 目前世界各國采用的方法有靜態(tài)和動態(tài)堆肥兩種，如自然堆肥法、圓柱形分格封閉 堆肥法、滾筒堆肥法、豎式多層反應(yīng)堆肥法以及條形靜態(tài)通風(fēng)等堆肥工藝，這些方法都 在不斷發(fā)展。美國2 0 世紀8 0 年代初開發(fā)了比較完善的貝爾茨維爾好氧堆肥法，主要采用 堆底穿孔管道通入空氣的方法，能夠防止臭氣擴散，比較安全衛(wèi)生。污泥連續(xù)發(fā)酵工藝 主要是利用快速發(fā)酵回轉(zhuǎn)倉完成中溫、高溫發(fā)酵工藝，是目前國際上較為先進、也較為 普遍使用的處理方法。它具有高效、防臭和成品質(zhì)量高的特點，已被美國、日本、歐洲 廣為采用【1 3 】。 ( e ) 其他綜合利用 有的城市污水廠污泥則與制熱單位合作，利用污泥替代部分燃煤制熱，取得了較好 的效果。污泥通過焚燒達到了無害化處置，制熱單位由于獲得了污泥這一再生資源，緩 解了當(dāng)前燃煤供應(yīng)緊張的局面，并降低了制熱生產(chǎn)成本。 污泥低溫薄層干燥及污染物析出特| 生研究 與垃圾 澹臺填埋 戢業(yè)利用 a 48 3 l 瓣鼉徽 蹙燒 尢h 泥址胃 蚓1i 兒種污泥處理址置方法在我國所- o - 的比例 f i g 11 t h e p r o p o r t i o no f v a r i o u ss l u d g e d i s p o s a l m e t h o d s i n o u rc o w l t r y 污泥的處理方法遵循單一模式與共同模式相結(jié)合，我囡污泥處理處置方法以農(nóng)h j 、 簡易填埋為土。各種處置方沾比例【1 4 】如圖1l 所示。 132 我國污水污泥處理處置現(xiàn)狀 污水污泥處理處置足污水處理事業(yè)的重要組成部分。其處理處置程度的好塒、足評價 污水處理狀況的重要標準。在我幽，污水污泥處理費用約占污水處理廠總運行費用的 2 0 5 0 ，投資，i 污水處理總投資的3 0 ，- - 4 0 。我吲污水污泥的處理處背技術(shù)還 剛剛起步，長期以束，找固存在著重廢水處理，輕污泥處理的傾向。在我國已建成的污 水處理jr l ，9 0 蛆卜沒訂污泥處理的配套設(shè)施。在全幽現(xiàn)有污水處理l 程l _ 有污泥穩(wěn) 定處理設(shè)施的主不到1 ，4 。在我蚓日前儀有的t 。幾庵消化池中，能夠礦常運行的為數(shù)不 多，自些池了根奉就沒有運行。菜砦地方的污水雖然得劍了有效治理，污水處理的伴生 產(chǎn)物污泥卻沒有得到處理和處置。大量未經(jīng)穩(wěn)定處理的污泥沒有正常出路。 我國城市污水污泌處理處置中存在的問題h 包括： 污泥處理率低、工藝小完善。我國存在著重腹水處理、輕污泥處理的傾向，很 多城市末把污泥的處理作為污水廠的必要組成部分，往往是污水處理j 。建成后，相當(dāng)長 的時間后卅建污泥處理系統(tǒng)，也有許多污水處理廠根本沒響建污泥處毋系統(tǒng)，造成我國 城巾污水污泥處理率根低。 污泥處理技術(shù)設(shè)備落后。當(dāng)前我田有些污水處理廠所采用的污泥處理技術(shù)已經(jīng) 是發(fā)達同家所摒棄的技術(shù)，其水平還停留在發(fā)達幽家2 0 世紀7 0 8 0 年代的水平有的 甚至足國外6 0 年代的水平。而且有些污泥處理技術(shù)根本不合乎我幽的污水污泥特性， 人連理：l 人學(xué)碩士學(xué)位論文 對所采用的技術(shù)缺乏必要的調(diào)查研究。污泥處理設(shè)備比較落后。國產(chǎn)的設(shè)備性能差、效 率低、能耗高。專用設(shè)備少，未能形成標準化和系列化，所以目前我國多采用從發(fā)達同 家直接進口設(shè)備的方式，這相應(yīng)地提高了污泥處理的費用，也限制了我國污泥處理技術(shù) 的提高和發(fā)展。 污泥處理管理水平低。很多已建成的污泥處理設(shè)施不能正常運行，除技術(shù)水平 外，管理水平低也是重要因素。大部分污水廠的管理人員和操作人員的素質(zhì)較低，缺乏 管理經(jīng)驗，不能有效地組織生產(chǎn)，加上技術(shù)人員少，各個專業(yè)不配套，所以一旦生產(chǎn)上 出現(xiàn)問題，不知如何處理，有的污水處理廠的污泥處理系統(tǒng)只好長期停止運行。提高污 水廠的管理水平，早日實現(xiàn)科學(xué)管理是保證污水廠污泥系統(tǒng)長期運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵所在。 污泥處理設(shè)計水平低。近年來，我國排水事業(yè)有很大發(fā)展，積累了較為豐富的 污水處理設(shè)計經(jīng)驗，培養(yǎng)了大批設(shè)計人才。但在污水污泥處理方面，我國還缺乏實踐經(jīng) 驗和設(shè)計經(jīng)驗，尤其是污泥處理系統(tǒng)的整體水平還比較低。從已建成的污水處理廠的污 泥處理裝置看，運行工況不佳，不能保證長期運行的較多，很多廠的裝置建成后，又進 行較大的技術(shù)改造，造成人力、物力和財力的極大浪費。很多設(shè)計人員不重視污泥的調(diào) 查分析研究，設(shè)計的污泥處理設(shè)施不符合實際，使不少已建成的設(shè)備閑置不用，造成浪 費。 污泥處理投資低。國內(nèi)污泥處理投資只占污水處理廠總投資的2 0 - 5 0 ，而 發(fā)達國家污泥處理投資要占總投資的5 0 - - - 7 0 。 污水污泥處置水平落后。我國傳統(tǒng)的污水污泥處置方式是將污泥用于農(nóng)業(yè)。但 近年來由于郊縣農(nóng)民更加習(xí)慣于施用化學(xué)肥料以及受現(xiàn)行施肥方法的限制，導(dǎo)致污水污 泥作為農(nóng)肥的出路非常不暢。另外，我國農(nóng)用污泥中有很大一部分是未經(jīng)任何處理與穩(wěn) 定而直接運至市郊或鄰近省份農(nóng)村做農(nóng)肥。我國的污水處理廠中污泥未經(jīng)任何處理直接 農(nóng)用的約占6 0 以上，即使在設(shè)有消化池的污水處理廠，消化后的污泥也只是稍加脫水 后就直接農(nóng)用，并未作任何無害化處理，仍不符合污泥農(nóng)用衛(wèi)生標準，與國外先進國家 相比尚有較大差距。國外在8 0 年代初，處置前穩(wěn)定污泥量為9 6 ，比利時、瑞士等也 在8 0 以上；處置前消毒污泥量占2 0 - - - 4 0 ，挪威為4 3 ，瑞典為3 8 t 8 1 。 1 4 污泥干燥可行性與必要性 污泥的干燥是污泥進行資源化( 農(nóng)用、焚燒等) 的前提。目前，污泥的干燥技術(shù)已經(jīng) 得到較為深入的研究，很多技術(shù)已經(jīng)得到推廣及應(yīng)用，本部分主要在分析污泥含水特性 的基礎(chǔ)上論述了污泥干燥的各種方法。 污泥低溫薄層干燥及污染物析出特性研究 1 4 1污泥干燥可行性 2 0 世紀8 0 年代，m i i l l e l l 5 】等人對污