汙泥處理與處置的目的主要有四個:一是穩定化,透過處理使汙泥停止降解;二是無害化,殺滅寄生蟲卵和病原微生物;三是減量化,減少汙泥最終處置的體積,降低汙泥處理及最終處置費用;四是資源化和最終處置,在處理汙泥的同時實現化害為利、迴圈利用、保護環境的目的。
1 汙泥穩定化處理的方法
來自汙水處理廠初次沉澱池和二次沉澱池(剩餘活性汙泥或者生物濾池汙泥)的混合汙泥通常含有60%～80%的有機物,如碳水化合物、脂肪、蛋白質,而且還含有大量的多種微生物,這種汙泥在堆放時極易自發地進行厭氧生物反應,產生異味並導致汙泥脫水性質惡化。穩定化處理的目的就是充分利用汙泥中的微生物降解汙泥中的有機物質,進一步減少汙泥含水量,殺滅汙泥中的細菌、病原體等,消除臭味,使汙泥中的各種成分處於相對穩定的狀態。穩定化的方法主要有堆肥化、乾燥、厭氧消化等。
1.1 堆肥化
堆肥是利用汙泥微生物進行發酵的過程。在汙泥中加入一定比例的膨鬆劑和調理劑(如秸杆、稻草、木屑或生活垃圾等),使微生物群落在潮溼環境下對多種有機物進行氧化分解並轉化為類腐殖質。研究表明,經過堆肥的汙泥質地疏鬆、陽離子(CEC)交換量顯著增加、容重減少、可被植物利用的營養成分增加、病原菌和寄生蟲卵幾乎全部被殺滅。目前世界各國採用的堆肥方法有靜態和動態兩種,如自然堆肥法、圓柱形分格封閉堆肥法、滾筒堆肥法、豎式多層反應堆肥法等。汙泥經堆肥化處理後,物理性狀改善,質地疏鬆,易分散,含水率小於40%,根據使用目的不同可以進一步經制粒、乾燥後裝袋貯存。
1.2 乾燥
乾燥就是將已經脫水的汙泥餅(含水率在75%左右)進一步降低其含水率,以利於貯存和運輸,避免因微生物的作用而發黴發臭,使汙泥處於穩定狀態。乾燥工藝除了最簡單的日曬外,常用的是熱乾燥技術,乾燥熱源以蒸汽或導熱油作介質,間接給熱。熱乾燥過程相當於對汙泥作了1～2h的滅菌處理(乾燥溫度≥95℃),完全可以達到殺滅病原菌的衛生要求。乾燥後的汙泥含水率在10%左右,可以使汙泥處於穩定化狀態。乾燥使汙泥效能完全改善,乾燥後的汙泥量僅是最初汙泥量的4.5%,乾燥汙泥量熱值提高,相當於劣質煤,可提高汙泥的有效利用價值。
1.3 厭氧消化
厭氧消化主要是透過兼性厭氧細菌和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,沼氣可作為燃料和動力資源,還可作為重要的化工原料。厭氧消化一般是在密閉的消化槽內,在30℃下貯存30天左右。目前的汙泥厭氧消化處理中,大約只有一半的有機物轉化為甲烷氣體,如何提高汙泥消化整體水平、提高產氣率與能源回收率,並儘量減少汙泥體積,成為該領域的研究重點。目前的研究主要有利用各種前處理(鹼處理、超聲波處理等)來改善汙泥的厭氧消化效能、探索高效可靠的新型汙泥厭氧消化處理工藝。此外,利用生物技術(如酶催化技術)來進一步提高汙泥的產氣量也引起了研究者的重視。
2 汙泥無害化處理的方法
汙泥無害化處理往往包括在穩定處理之中,無害化處理的目的是去除、分解或者“固定”汙泥中的有毒、有害物質(重金屬、有機有害物質)及消毒滅菌,使處理後的汙泥在汙泥最終處置中不會對環境造成危害。主要滅菌的方法有加熱巴氏滅菌、加石灰、長期貯存(20℃,60天)、堆肥(55℃,大於30天)、加氯或者加其它藥品等。
3 汙泥減量化的方法
汙泥減量化分為質量的減少和體積的減少,前者包括穩定和焚燒,後者主要是指透過濃縮、脫水、幹化使汙泥的含水率降低。
汙泥焚燒的優點是可以迅速和最大限度地實現減量化,它既解決了汙泥的出路又充分利用了汙泥中能源,且不必考慮病原菌的滅活處理。汙泥焚燒的熱能可回收利用,有毒汙染物被氧化,灰燼中的重金屬活性大大降低,焚燒灰可以作為建築材料。缺點是高成本和可能產生汙染(廢氣、噪聲、震動、熱和輻射)。
4 汙泥資源化利用及處置方式
4.1 汙泥資源化利用
城市汙泥既是汙染物又是一種資源,汙泥經過減容、穩定和無害化處理後,可以作為資源綜合利用,如土地利用和熱能利用,汙泥資源利用方案的選擇應根據環境衛生、資源回收、資源投入產出比和收益影響比四個方面進行。4.2 汙泥最終處置
汙泥處置就是解決處理後汙泥的最終出路,現在中國對汙泥的處置已採用了填埋、農用和園林、花卉綠化等方式。
4.2.1 填埋
中國目前採取的汙泥填埋一般是運至垃圾填埋場,與城市垃圾一起進行處置。這種填埋方式的問題是,汙泥中的N、P和重金屬在無防滲情況下汙染地下水,同時汙泥填埋需要投入運輸和管理費用,並且填埋將佔用大量土地,在目前中國城鄉耕地越來越少的情況下,顯然不符合社會持續發展的要求。
4.2.2 農用和園林、花卉綠化
汙泥中含有豐富的各種微量元素,如Ca、Mg、Cu、Fe等,施用在土地上可以改善土壤的土質,促進農作物和苗木花卉的增長。另外,施用汙泥可以減少化肥和農藥的使用量,減少環境汙染。
汙泥處理與處置的目的主要有四個:一是穩定化,透過處理使汙泥停止降解;二是無害化,殺滅寄生蟲卵和病原微生物;三是減量化,減少汙泥最終處置的體積,降低汙泥處理及最終處置費用;四是資源化和最終處置,在處理汙泥的同時實現化害為利、迴圈利用、保護環境的目的。
1 汙泥穩定化處理的方法
來自汙水處理廠初次沉澱池和二次沉澱池(剩餘活性汙泥或者生物濾池汙泥)的混合汙泥通常含有60%～80%的有機物,如碳水化合物、脂肪、蛋白質,而且還含有大量的多種微生物,這種汙泥在堆放時極易自發地進行厭氧生物反應,產生異味並導致汙泥脫水性質惡化。穩定化處理的目的就是充分利用汙泥中的微生物降解汙泥中的有機物質,進一步減少汙泥含水量,殺滅汙泥中的細菌、病原體等,消除臭味,使汙泥中的各種成分處於相對穩定的狀態。穩定化的方法主要有堆肥化、乾燥、厭氧消化等。
1.1 堆肥化
堆肥是利用汙泥微生物進行發酵的過程。在汙泥中加入一定比例的膨鬆劑和調理劑(如秸杆、稻草、木屑或生活垃圾等),使微生物群落在潮溼環境下對多種有機物進行氧化分解並轉化為類腐殖質。研究表明,經過堆肥的汙泥質地疏鬆、陽離子(CEC)交換量顯著增加、容重減少、可被植物利用的營養成分增加、病原菌和寄生蟲卵幾乎全部被殺滅。目前世界各國採用的堆肥方法有靜態和動態兩種,如自然堆肥法、圓柱形分格封閉堆肥法、滾筒堆肥法、豎式多層反應堆肥法等。汙泥經堆肥化處理後,物理性狀改善,質地疏鬆,易分散,含水率小於40%,根據使用目的不同可以進一步經制粒、乾燥後裝袋貯存。
1.2 乾燥
乾燥就是將已經脫水的汙泥餅(含水率在75%左右)進一步降低其含水率,以利於貯存和運輸,避免因微生物的作用而發黴發臭,使汙泥處於穩定狀態。乾燥工藝除了最簡單的日曬外,常用的是熱乾燥技術,乾燥熱源以蒸汽或導熱油作介質,間接給熱。熱乾燥過程相當於對汙泥作了1～2h的滅菌處理(乾燥溫度≥95℃),完全可以達到殺滅病原菌的衛生要求。乾燥後的汙泥含水率在10%左右,可以使汙泥處於穩定化狀態。乾燥使汙泥效能完全改善,乾燥後的汙泥量僅是最初汙泥量的4.5%,乾燥汙泥量熱值提高,相當於劣質煤,可提高汙泥的有效利用價值。
1.3 厭氧消化
厭氧消化主要是透過兼性厭氧細菌和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,沼氣可作為燃料和動力資源,還可作為重要的化工原料。厭氧消化一般是在密閉的消化槽內,在30℃下貯存30天左右。目前的汙泥厭氧消化處理中,大約只有一半的有機物轉化為甲烷氣體,如何提高汙泥消化整體水平、提高產氣率與能源回收率,並儘量減少汙泥體積,成為該領域的研究重點。目前的研究主要有利用各種前處理(鹼處理、超聲波處理等)來改善汙泥的厭氧消化效能、探索高效可靠的新型汙泥厭氧消化處理工藝。此外,利用生物技術(如酶催化技術)來進一步提高汙泥的產氣量也引起了研究者的重視。
2 汙泥無害化處理的方法
汙泥無害化處理往往包括在穩定處理之中,無害化處理的目的是去除、分解或者“固定”汙泥中的有毒、有害物質(重金屬、有機有害物質)及消毒滅菌,使處理後的汙泥在汙泥最終處置中不會對環境造成危害。主要滅菌的方法有加熱巴氏滅菌、加石灰、長期貯存(20℃,60天)、堆肥(55℃,大於30天)、加氯或者加其它藥品等。
3 汙泥減量化的方法
汙泥減量化分為質量的減少和體積的減少,前者包括穩定和焚燒,後者主要是指透過濃縮、脫水、幹化使汙泥的含水率降低。
汙泥焚燒的優點是可以迅速和最大限度地實現減量化,它既解決了汙泥的出路又充分利用了汙泥中能源,且不必考慮病原菌的滅活處理。汙泥焚燒的熱能可回收利用,有毒汙染物被氧化,灰燼中的重金屬活性大大降低,焚燒灰可以作為建築材料。缺點是高成本和可能產生汙染(廢氣、噪聲、震動、熱和輻射)。
4 汙泥資源化利用及處置方式
4.1 汙泥資源化利用
城市汙泥既是汙染物又是一種資源,汙泥經過減容、穩定和無害化處理後,可以作為資源綜合利用,如土地利用和熱能利用,汙泥資源利用方案的選擇應根據環境衛生、資源回收、資源投入產出比和收益影響比四個方面進行。4.2 汙泥最終處置
汙泥處置就是解決處理後汙泥的最終出路,現在中國對汙泥的處置已採用了填埋、農用和園林、花卉綠化等方式。
4.2.1 填埋
中國目前採取的汙泥填埋一般是運至垃圾填埋場,與城市垃圾一起進行處置。這種填埋方式的問題是,汙泥中的N、P和重金屬在無防滲情況下汙染地下水,同時汙泥填埋需要投入運輸和管理費用,並且填埋將佔用大量土地,在目前中國城鄉耕地越來越少的情況下,顯然不符合社會持續發展的要求。
4.2.2 農用和園林、花卉綠化
汙泥中含有豐富的各種微量元素,如Ca、Mg、Cu、Fe等,施用在土地上可以改善土壤的土質,促進農作物和苗木花卉的增長。另外,施用汙泥可以減少化肥和農藥的使用量,減少環境汙染。