污泥处理单元与处理处置途径介绍

　　利用氧化钙和添加其他材料或工业废物，如水泥、粘土、石粉、飞灰和烟气净化的粉尘等对脱水污泥进行杀菌和固化处理西方国家在上世纪六、七十年代作了较多的应用研究，包括处理后的填埋性能与工艺。虽然近20多年来这一处理手段在专家学者的视野中几乎消失，但不能忘记的是即使在西欧的发达国家尚有较大比例的污泥以填埋作为最终处置手段，而填埋前通常经过杀菌和固化处理。

　　除了卫生学上的意义外，氧化钙与含水污泥混合，在与水分子反应的同时放热并使一部分水分蒸发。加入氧化钙后污泥含水率降低、硬度增加。少量的铝盐和（或）磷酸盐的添加可以进一步增加污泥的硬度。

　　该操作单元的另一个重要作用在于污泥的改性：无形状的和块状的污泥在适宜的混合器中进行固化处理后形成流动性良好的颗粒，由于去除了生物活性从而易于堆积、储存和运输。

　　这一单元操作的关键在于混合。原始的处理装置是在蜗杆输送机中加入钙粉，因为物料只经过推送过程所以混合不均匀（耗钙粉多、混合不均匀，效果差）同时难以实现污泥性状的改善。现代的混合设备采用混合器中特制的绞刀使污泥破碎并流态化，处理后的物料（污泥）变成流动性良好的颗粒。这种形式的处理在德国得到普遍应用。

　　图5是一个简化的污泥固化的框算。

　　该处理单元的作用主要为以下几点：

　　(1)   单组分或与垃圾混合填埋的预处理；

　　(2)   酸性土壤的改良；

　　(3)   污泥热干燥的替代方案；

　　(4)   污泥焚烧炉或工业窑炉焚烧的预处理（加入的氧化钙起一定的脱硫剂作用）；

　　(5)   改善储存和运输。

　　3.5农业利用和土壤改良

　　污泥农业利用或用作土壤改良有几种不同的形式，如在极小型污水处理厂经生物稳定化处理后的浓缩污泥直接农用，经机械或加热脱水后的污泥农用、堆肥等。从物质流角度看，污泥富含营养盐，回归农田可以使农业、食品、废物构成良性循环。遗憾的是，现代城市混合排污系统使得污泥成分复杂，因此农用在安全性方面有一定的局限，而用于绿化和土壤改良虽然更为适宜，但由于政策和组织管理方面的原因难以实施。

　　3.6污泥焚烧与烟气净化

　　焚烧分为污泥单组分焚烧和混合焚烧。前者最主要的工艺形式是静态流化床。混合焚烧包括：

　　(1)   垃圾焚烧厂在垃圾中混入少量污泥；

　　(2)   电厂混入少量污泥；

　　(3)   工业窑炉（如水泥厂）等。

　　由于垃圾焚烧厂烟气的排放要求与污泥焚烧一样，所要考虑的因素更多是对策、工艺和费用的优化，比如垃圾焚烧炉排炉在加入过量污泥后，过量的污泥会通过炉排泄漏，导致焚烧不完全，以及污泥会增加烟气中的飞灰从而超过垃圾焚烧炉及锅炉设计的允许值等。争议最大的是电厂和工业窑炉的混合焚烧，因为电厂和工业窑炉排放标准较低，污泥中的污染物混入后被稀释，而重金属、二恶英的监测又很复杂并难以监控。这个议题较大，限于篇幅本文不再展开。

　　所谓焚烧过程能够自燃，并不是单纯指焚烧过程不需辅助燃料，而同时包括：必须要达到对污染物，主要是有机污染物的充分消除。这里不仅指气相（烟气），而且指固相（飞灰及炉渣），同时达到系统残余固体物的高度稳定化。在设计和实施污泥焚烧处理时需优化空气预热系统、能量回收系统和辅助燃料系统。焚烧过程能否够自燃除了与污泥本身（含水率，干物质的热值）有关外，还与设计的燃烧空气过剩系数、空气预热温度有关。

　　焚烧后污泥中的化学能转换成烟气中的热能，其中一部分随热回收后的烟气排放而损失掉。热能回收后的主要利用途径为

　　(1)   燃烧空气的预热；

　　(2)   污泥预干化（提高热值）；

　　(3)   发电或输出热水、蒸汽。

　　前两项完全是焚烧系统的“内耗”。由于烟气组分比常规电厂要复杂，所以一般锅炉蒸汽压力不超过50bar，以发电为最大目的设计，蒸汽热能变成电能的效率约为25%，远低于电厂。

　　焚烧和烟气净化消耗的电能主要是燃烧风机和烟气引风机。

　　4以焚烧为最终处理的工艺组合与比较

　　4.1工艺组合

　　表1列出几个以焚烧为最终处理的工艺组合。以下为以实际工程为基础的几个方案比较，重点是物质流与能量流的量化，由此可进一步确认设施的复杂程度、大小与费用。

　　计算中采用统一的基数：

　　(1)   原始人均污泥产生量为每人每天80g；

　　(2)   污泥的干物质中灼烧挥发物含量为65%；

　　(3)   灼烧挥发物中有50%可通过厌氧消化得到降解；

　　(4)   灼烧挥发物的低位热值为22,000kJ/Kg。

　　表1： 几个以焚烧为最终处理的工艺组合

　　方案Fl30Tr37和Fl30Tr48污泥消化后机械脱水至固体物TS含量30%（如通过离心脱水机实现），如果通过半干化（或加CaO）将固体物含量进一步增加，在固形物TS含量为37%时（半干化），通过将燃烧空气预热到500℃便可自燃。如果TS含量进一步提高，达到48%时焚烧炉不需对燃烧空气预热便可自燃。

　　如果机械脱水仅将TS提升到25%（Fl25Vw），即使对燃烧空气预热，也仍需辅助燃料。

　　未经消化的污泥脱水至TS30%（25Tr30Vw和30Vw），系统通过预热燃烧空气可自燃。

　　方案Fl30Tr95和25Tr95将污泥全干化至TS95%，所需热源可来自烟气的热回收或污泥消化的沼气。