市政污泥干化

常见市政污泥处理手段及设备

概论：

市政污泥的处理一直是城市正常运转的保障之一，不论是城市工业运转还是

家庭生活都会产生相当数量的污泥，最终进入城市下水系统。市政污泥中往往富集了各种有害物质，因而对其无害化处理往往是将其深埋之前必须做的一道工序。

本文通过阅读整理当前学术界的一些文献，分析了污泥的基本组成，展示了目前我国市政污泥的常见预处理手段，脱水手段以及干燥手段，对比了两种污泥处置手段，并讨论了其利弊。最后对比与国内外相关行业的差距提出了自己个人一点建议。

关键词： 市政污泥 无害化 资源化 微波 预处理

一、引言

随着我国经济高速发展，城镇污水排放量急剧增长。为应对日益增长的污水

排放量，势必要增加城镇污水处理企业以及改善城镇污水处理厂处理效率。截止“十一五”末期，全国城镇累计建成污水处理厂1993座，总处理能力已经超过每日1亿立方米。随着我国对环境保护的日益重视，近年来污水处理技术的到了快速的发展。但是污泥产量也大幅度增加，我国经济在地域上的发展不平衡，也造成了各地城镇污泥产量的明显差异。就当前而言污泥的产量主要集中在我国东部地区。据统计，东部十一个省市的污泥产生量占全国污泥总量的63.87%，中部八个省的污泥产量占到20.9%。但是随着中部崛起和西部大开发，中西部一些省市污泥产量不断增加，全国城市污泥年平均增长率为16.82%，而中西部平均增长率分别高达23.29%和21.83%。相关资料表明，截止到2009年底，全国城镇污水处理量达到280亿立方米，湿污泥产量突破2000万吨。我国污水处理场所产生的80%的污泥并没有得到妥善处理。

污泥是按废物相态特征分类的一类废弃物。污泥的相态特征首先是固液混合，即污泥是固体和液体的混合物，且所含的固体和液体依然保持各自的相态特征，这一点可以区别于含结晶水的无机盐和细胞组织含水的生物质(如新鲜的动、植物体等)。其次，污泥的固液组成比有一定的稳定性，在无外加作用力的条件下，其固液比例能保持相对的稳定，这构成了污泥应按其特殊的混合相态进行处理的依据。如果一种废弃物尽管产生时有固液相混合的特征，但排出后能自发地进行较彻底的固液分离，如矿物浮选排出液，在重力作用下，可自发地分离成尾矿砂和选矿液，则两者可分别按固体废物或液体废物进行处理。最后，污泥中所含的液体通常是水，这既是由于地球上水是丰度最大的液体所导致的，也由于水是人类生产与生活活动中应用最广泛的液体。

二、市政污泥概况

1.污泥的基本特性

污泥(sludge)通常是指污水处理过程所产生的含水固体沉淀物质。其物质组

成包括：(1)水分：含水量达95％左右或更高；(2)挥发性物质和灰分：前者是有机杂质，后者是无机杂质；(3)病原体：如细菌、病毒和寄生虫卵等，这些病原体大量存在于生活污水、医院污水、食品工业废水和制革工业废水等的污泥中；(4)有毒物质：如氰、汞、铬或某些难分解的有毒有机物。

在污水处理过程中，将污染物与污水分离，在完成污水的净化的同时，产生了大量污泥。这些污泥中含有各种污染物质，如果不加以有效的处理处置，仍然会污染环境，同时。污泥又是一种特殊的废物，若经适当处理，可以成为资源加以利用。因此，污泥的处理与资源化是目前环境工程和给排水专业研究的重点领域之一，是水处理和固废处理领域共同的课题，是给水厂及污水处理厂投资建设的重点方向，也是业内日益关注的热点问题和发展重点。

2.污泥的基本分类

2.1城市污水厂污泥

城市物流系统中有难以胜数的用水环节，使用后的水大多转化为含不同种类与浓度污染物的污水。城市所产生的污水基本可以按来源分为两类：①工业污水，来自城市的工业部门，污染特征由相应的产业技术、过程决定；②城市污水，来自城市的居民区，商业服务业等非工业部门，其污染特征与具体的来源(如商业、居住区)关系较小，也就是说，不同来源的城市污水共性是它的主要方面。 城市污水的净化处理也是按来源分别安排的，城市污水处理厂的主要处理对象是城市污水。在实行城市排水合流制的城市或区域，一部分城市降雨产生的径流排水也在城市污水处理厂中处理；同时，部分城市的工业污水也汇人城市污水处理厂—处理，但接人前均有对工业污水预处理的要求，使进入城市污水处理厂的工业圬水的污染特征接近于城市污水(如对含重金属工业污水，应预处理去除其中大部分重金属污染后，方能汇入城市污水处理厂 城市污水处理厂在对污水的处理过程中，污水中的部分污染物转化为可沉降物质排出，这股排出的物流是以固液混合为特征的所谓城市污水厂污泥。 2.2城市给水污泥

现代城市使用的大部分水是以管网分配形式供应的所谓自来水给水，目前绝大部分城市的给水水源(原水)，均仅能在进行必要的净化处理后，才能达到给水的水质要求。原水的净化在专门的给水处理厂(自来水厂)完成，主要的处理工艺是混凝沉淀(将原水中的颗粒物、胶体和部分可溶态杂质转化为可沉降或可滤除的颗粒或胶体物质)和过滤(与沉淀一同完成对上述颗粒和胶体的最终去除)，被去除的颗粒和胶体构成了城市给水污泥的固相部分，用于从沉淀池和滤池中排除这些固相物的水则构成了该污泥中的液相部分。 2.3城市水体疏浚淤泥

城市水体指的是主要汇水区域为城市建成区的自然或人工水体(河道、湖、塘等)。城市水体除了具有景观、航运等功能外，主要的功能是城市排水的通道与调蓄容量的组成部分。由于汇水区的特征，城市水体可能受纳的水流包括城市地表径流、城市污水和工业污水等。这些水流中所夹带的颗粒物、胶体，在一定的水力、水文条件下成为城市水体的沉积物，同时上述水流中的可溶性物质在一定的生物、化学作用过程中也会生成可沉降物质，转化为水体沉积物。 水体沉积物的积累将威胁到城市水体正常功能的维持，因此，城市水体有持续性的养护(疏浚)的需要，疏浚后的水体沉积物即为固水混合的城市水体疏浚淤(底)泥。

即使不考虑城市污水和工业污水进入城市水体对其沉积物的生成的加速影响，因城市汇水区的下垫面状况与农业或自然生态体系的不同，以不透水性与粗糙度低的表面为主，地面沉积物易被径流夹带，下垫面的不透水性又放大了径流的强度；加之径流主要以管道流方式汇入水体，缺乏非城市河道岸区植被带对径流中颗粒物的滤除缓冲，所以，城市水体的沉积物生成率高于农业或自然生态体系中的水体，城市水体的疏浚养护需求带有明显的城市特征，其疏浚淤泥成为城市污泥的构成之一。 2.4城市排水沟道污泥

现代城市排水方式是以管道化为特征的。按排水对象和排水体系设置原则(排水体制)的不同，城市排水沟管道可分为污水沟道、雨水沟道和合流排水沟道三种。按水流在沟道内流动动力的不同选择，排水沟道也可分为重力式和压力式两种类型。无论何种城市排水对象，均不同程度地含有可沉降的颗粒物和胶体，同时排水中的某些可溶性物质也有在排水沟道内的环境条件及生物作用下产生可沉降物质的可能，这些可沉降物质在一定的沟道水力条件下，会沉积于沟道内，成为影响沟道正常排水功能的因素。为了维持城市排水沟道的正常功能，需定期对沟道系统进行养护，此过程所产生的沟道污泥也成为城市污泥中的一种。 2.5城市建筑工地泥浆

城市建筑工地泥浆是城市建筑废弃物的一种，主要产生于城市建筑工程的基础施工(如混凝土灌注桩基施工)和建筑地质勘查(勘探井钻挖)过程中。尽管就严格的意义上讲，建筑活动是一种产业生产活动，但城市建筑活动的区域分布(随机地出现于整个城市区域)和排出废物特征(不同建筑工地产生的废弃物特征基本是相同的)，均更多地带有城市的共性，因此，城市建筑废弃物一般作为城市垃圾(固体废物)的一种，当然城市建筑工地泥浆也应是构成城市污泥的一个部分。

3.污泥的组成分析

城市污泥处理与利用技术措施选择的依据是城市污泥的性质(物理、化学和生物)，污泥的组成则是其性质表现的基础。

城市污泥与环境管理相关的基本组成描述体系见图1.3.1

其主要组成特点如下： 3.1污泥的有机组成

污泥有机物的组成首先是它的元素组成，一般按碳（C）、氢（H）、氧(O)、氮(N)、硫(S)、氯(C1)六种元素的构成关系(如质量分数)来考察污泥的有机元素组成。

污泥有机物另一种组成描述方式是化学组成(或化合物组成、分子结构组成)，由于污泥有机物分子结构组成状况十分复杂，因此应按其与污染控制与利用有关的各个方面来描述其化学组成。其中包含：①毒害性有机物组成；②有机生物质组成；③有机宫能化合物组成；④微生物组成。 毒害性有机物组成，描述的是污泥中的毒害性有机物含量，所谓的毒害性有机物是按其对环境生态体系中的生物毒性达到一定的程度来定义的，各国均已公布的所谓环境优先控制物质目录中可找到相应的特定物质。污泥中主要的毒害性有机物有PCIj6、PAHs等。 有机生物质组成，是按有机物的生物活性及生物质结构类别对污泥有机物组成进行的描述。前者可将污泥有机物划分为生物可降解性和生物难降解性两大类；后者则以可溶性糖类、纤维素、木质素、脂肪、蛋白质等生物质分子结构特征为组分分类依据，对污泥有机质进行组成描述。这两种生物质组成描述方式，能有效地提供污泥有机质的生物可转化性依据。

有机官能化合物组成，是按官能团分类对污泥有机物组成进行描述的方法，一般包含的物质种类有：醇、酸、酯、醚、芳香化合物、各种烃类等。此组成状况与污泥有机物的化学稳定性相关。

微生物组成，描述污泥的微生物组成主要是为了揭示污泥的卫生学安全性，用于描述的组成指标则应是相关致病、有害的生物含量(如各种致病菌、病毒、寄生虫卵和有害昆虫卵等)。由于污泥所可能含有的各种微生物种类繁多，为使组成描述更为高效，一般采用所谓生物指示物种的含量来描述污泥的微生物组成。我国一般采用大肠菌值、粪大肠杆菌菌落数和蛔虫卵等生物指标；国外为能间接地检查病毒的无害化处理效果，多将生物生命特征与病毒相似的沙门氏菌列入组成分析范围。 3.2污泥无机物的组成

污泥的无机物组成也是按其与污染控制与利用有关的各个方面来进行描述的，其中包含：①毒害性无机物组成；②植物养分组成；③无机矿物组成等三个主要的方面。

污泥的毒害性无机物组成，是按其毒害性元素的含量对污泥进行组成描述的，无机毒害性元素主要包含：砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、汞(吨)、铅(Pb)、铜(Cu)、锌(Zn)和镍(Ni)8种元素。考虑到无机元素的生物可利用性，除了按固相总含量进行组成分析外，还可按各毒害元素的生物水溶态、酸性水溶态和络合可交换态的比例进行相关元素含量的描述。

污泥植物养分组成，是按氮(N)、磷(P)、钾(K)3种植物生长需求的宏量元素含量对污泥组成进行的描述，既是污泥肥料利用价值的分析，也是对污泥进入水体的富营养化影响的分析。对污泥植物养分组成的分析，除了总量外也必须考虑其化合状态，因此氮可分为氨氮(NH3·N)、亚硝酸盐氮(Nq—)、硝酸盐氮(NOi)和有机氮(O吧—N)四类；磷一般分为颗粒磷和溶解性磷两类；钾则按速效和非速效分为两类。

污泥的无机矿物组成，主要是铁(Fe)，铝(A1)、钙(Ca)、硅(S)兀素的氧化物和氢氧化物。这些污泥中的无机矿物通常对环境而言是惰性的，但它们对污泥中重金属的存在形态(影响可溶性比例)以及污泥制建材的适用性有较大影响。 3.3污泥的流动相组成

污泥流动相主要由水及溶于水中的各种有机和无机物质组成，污泥中的水溶性污染物组成与城市污水中的相似，但一般浓度稍高，如污泥机械脱水上清液的溶解性COD在数百至数干的范围，比城市污水高数倍。

值得注意的是，污泥中水的存在状态组成。V~ilind等认为污泥中的水有自由水分、间隙水分、表面水分和结合水分4种存在状态。自由水分是污泥中流动不受限制的水分；间隙水分以毛细管力受污泥固体限制；表面水分以吸附力与固体结合；结合水则是固体的一部分。污泥中水的存在状态是污泥可脱水性的依据，利用机械应力脱除污泥水分的极限部分是全部自由水分和一部分间隙水分，其他存在状态的水分只能以热力干燥等方式才能脱除。

4.污泥的基本性质

正确把握污泥的性质是科学合理地进行污泥处理与资源化应用的前提条件，只有根据污泥的性质，才能正确选择有效的处理工艺和资源化设施。 4.1 物理特性

污泥是由水中悬浮固体经不同方式胶结凝聚而成的，结构松散，形状不规则，比表面积与孔隙率极高(孔隙率常大于99％)，含水量高，脱水性差。外观上具有类似绒毛的分支与网状结构。 4.2化学特性

生物污泥以微生物为主体，同时包括混入生活污水的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒以及可能吸附的有机物、金属、病菌、虫卵等物质。污泥中也含有植物生长发育所需的氮、磷、钾及维持植物正常生长发育的多种微量元素和能改良土壤结构的有机质。

4.3污泥中水分的存在形式及其性质

污泥中的水分有四种形态：表面吸附水、间隙水、毛细结合水和内部结合水。毛细结合水又分为裂隙水、空隙水和楔形水。表面张力作用吸附的水分为表面吸附水。 间隙水一般要占污泥中总含水量的65％～85％，这部分水是污泥浓缩的主要对象。

毛细结合水：浓缩作用不能将毛细结合水分离，分离毛细结合水需要有较高的机械作用力和能量，如真空过滤、压力过滤、离心分离和挤压等方法可去除这部分水分。各类毛细结合水约占污泥中总含水量的15％～25％。 内部结合水：指包含在污泥微生物细胞体内的水分，含量多少与污泥中微生物细胞体所占的比例有关。去除这部分水分必须破坏细胞膜，使细胞液渗出，由内部结合水变为外部液体。内部结合水一般只占污泥总含水量的10％左右。 4.4生物利用特性

一般污水处理厂产生的污泥为含水量在75％～99％不等的固体或流体状物质。其中的固体成分主要由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体及絮凝所用药剂等组成，是一种以有机成分为主，组分复杂的混合物。污泥中包含有潜在利用价值的有机质、氮(N)、磷(P)、钾(K)和各种微量元素，见表4-1。