河道底泥的處理處置途徑分析

1、河道底泥的處理處置途徑分析 景長勇 霍保全 （中國環(huán)境管理干部學(xué)院，河北秦皇島 066004）摘要：主要介紹了河道底泥的主要成分和特征，闡明了河道底對水體水質(zhì)的危害，并對河道底泥的處理處置途徑進(jìn)行了闡述和研究，指出了河道底泥資源化處置的方向和存在的問題。關(guān)鍵詞：河道底泥，處理處置，資源化河道底泥是城市市政排水系統(tǒng)的副產(chǎn)品，主要來源于城市排水系統(tǒng)，包括排水管道、泵站和污水處理廠。一般地，以無機(jī)物為主要成分的稱為“沉渣”，呈大顆粒，易脫水，不腐化且流動(dòng)性差。以有機(jī)物為主要成分的稱為“污泥”， 如污水處理廠的剩余污泥等。根據(jù)不同的處理方法和穩(wěn)定化程度，污泥還可分為生物泥、熟污泥、化學(xué)污泥等。不同種類

2、的污泥，其性狀特點(diǎn)有著較大的差異，采取的最終處理處置措施也應(yīng)具有針對性。1河道底泥的組成和性狀特點(diǎn)污泥成分對處理方案的選擇具有重要意義，一般以下指標(biāo)是確定污泥性質(zhì)的主要依據(jù)：含水率、有機(jī)物和無機(jī)物在干物質(zhì)中的含量、無機(jī)物與惰性成分、揮發(fā)性成分（如氯等）的百分比、金屬等重污染物的濃度。1.1含水率污泥顆粒中水有不同的相性，包括可經(jīng)重力沉淀和機(jī)械作用去除的自由水、必須通過較復(fù)雜或需要較高的能量（如加熱、焚燒等）才能去除的物理性結(jié)合水、間隙水、膠態(tài)表面吸附水、化學(xué)性結(jié)合水、生物細(xì)胞內(nèi)的水和分子水等。水分在污泥中的存在形式與含量，直接影響具有重要減量化處理效果的污泥工藝的選擇。市政污泥的親水性較污水處

3、理廠污泥低，相當(dāng)部分的水分以自由間隙水的形式存在于污泥中，易于在機(jī)械脫水過程中去除，但由于無機(jī)砂含量較高，對脫水機(jī)械的磨損也較為嚴(yán)重。1.2有機(jī)物和無機(jī)物在干物質(zhì)中的含量污水經(jīng)生物處理產(chǎn)生的污水污泥中很大一部分是微生物團(tuán)，因污泥成分不同，未消化的市政污水污泥的有機(jī)物含量約占干物質(zhì)的60%75%，高效厭氧消化處理后可降至38%左右，其中有機(jī)硝酸鹽構(gòu)成污泥中的有機(jī)物有效成分，當(dāng)施用到土壤，硝酸鹽經(jīng)生物降解可改善土壤。在污水處理過程中，細(xì)菌及大部分寄生生物在初級和二級沉淀中沉積下來，并與污泥混合，病毒則吸附在污水中的顆粒上，再隨顆粒的沉淀沉積在污泥中。大腸菌、大腸糞菌、糞鏈球菌由哺乳動(dòng)物直腸正常排出

4、，它們的數(shù)量在污水和污泥中均保持恒定。相對應(yīng)的，各種病原菌如沙門氏菌、痢疾菌、腸道病毒（例如脊髓灰質(zhì)炎病毒、柯薩奇病毒、肝炎病毒、輪狀病毒等）和寄生生物（例如蛔蟲、鞭蟲、阿米巴蟲等）在污水污泥中的比率同當(dāng)?shù)貍魅静〉牧餍杏嘘P(guān)。市政污泥雖然有機(jī)物含量僅接近消化污泥的水平，但仍具有污染環(huán)境的能力，必須進(jìn)一步處理并安全利用或消納。1.3無機(jī)物與惰性成分污泥中的無機(jī)物或礦物質(zhì)主要由下列物質(zhì)組成：礦物鹽（硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨鹽等）、石灰（干CaO或含水的Ca(OH)2等）、砂(SiO2)和灰分。在污水處理廠中，生物處理的細(xì)菌種類并不影響污水和污泥中的礦物質(zhì)成分。惰性成分來源于污水中的沙粒、灰分和鹽分等。1

5、.4揮發(fā)性成分污泥中的揮發(fā)性成分如高濃度氯可導(dǎo)致污泥處理設(shè)備的腐蝕，而且腐蝕也會(huì)妨礙污泥作為燃料的應(yīng)用。1.5金屬等重污染物的濃度重金屬的存在妨礙污水污泥在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用，1984年5月18日國家建設(shè)部發(fā)布并于1985年3月1日實(shí)施了農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)主要為貫徹中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法（試行）、防治農(nóng)用污泥對土壤、農(nóng)作物、地面水、地下水的污染而制訂，對污泥中金屬的含量提出了嚴(yán)格的要求。一般城市污水由生活污水和工業(yè)污水兩部分組成，且工業(yè)污水所占比例較高（大于40），歷年監(jiān)測結(jié)果表明，個(gè)別重金屬含量指標(biāo)超標(biāo)的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。2.河道底泥的處理處置技術(shù)分析2.1河道底泥處理處置的目的針對

6、河道底泥的處理與管理而言，其主要目的在于：（1）減量化所謂減量化是指減少最終處理（處置）污泥的容積。污泥一般由比較松散的小塊組成，含水率較高，故污水污泥的容積可達(dá)其所含固體容積的許多倍，減量化處理可為污泥最終處理（處置）減少技術(shù)上的困難和經(jīng)濟(jì)上的壓力。（2）無害化如前所述，由于污水污泥含有的大量污染物，必須通過無害化處理避免其造成二次污染并使最終產(chǎn)品的衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)達(dá)到要求。（3）資源化污水污泥富含營養(yǎng)物質(zhì)，有的還具有較高的熱值，具備一定的資源化利用的條件，但在制定污水污泥管理策略時(shí)，必須充分注意到污泥的資源化和再利用價(jià)值只能作為確定處理工藝時(shí)附加考慮的因素，即必須首先滿足無害化、減量化的目的，才

7、能在安全規(guī)范的前提下制定再利用的方案。2.2河道底泥處理處置常見技術(shù)介紹傳統(tǒng)處理技術(shù)由于城市污水處理廠的普及率快速提高，針對污水處理廠污水污泥的傳統(tǒng)處理技術(shù)發(fā)展較為完整、成熟，主要工藝包括：濃縮、消化、自然干化、機(jī)械脫水、消毒等，主要依據(jù)污水處理工藝技術(shù)特點(diǎn)和預(yù)測的污水污泥泥質(zhì)特性加以選擇確定。污泥濃縮的主要方式有重力濃縮、氣浮濃縮、離心濃縮。通過濃縮一般可使污泥體積減少50%70%，使后續(xù)處理的規(guī)模、能耗大幅度降低并為之創(chuàng)造條件。污水污泥的消化處理是污泥穩(wěn)定化的過程，可分為好氧消化和厭氧消化，工程上一般采用厭氧中溫消化，厭氧消化過程中產(chǎn)生的沼氣可通過集中收集后加以利用，通過消化過程，污泥中的

8、有機(jī)物含量可降低至40%左右，達(dá)到初步穩(wěn)定化效果。值得指出的是，經(jīng)污水處理廠消化（穩(wěn)定化）處理后的污泥，仍未失去其較強(qiáng)的污染環(huán)境的能力，而脫水污泥的排放問題一直困擾著污水處理廠的管理者們，因此污泥的后處置技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用不僅是必要的也是必須的。污泥自然干化的目的在于進(jìn)一步降低污水污泥的含水率，從而減小其體積。污泥自然干化過程的完成一般在污泥干化場內(nèi)，根據(jù)泥質(zhì)的不同，干化機(jī)理可分為滲濾作用、蒸發(fā)或撇除。污泥干化場占地面積較大，受環(huán)境氣候條件影響嚴(yán)重，而且操作衛(wèi)生條件惡劣，目前已基本被淘汰。污泥機(jī)械脫水前一般需要進(jìn)行預(yù)處理，主要目的在于提高其脫水性能，降低運(yùn)行成本。預(yù)處理主要方法有化學(xué)調(diào)理法、熱處

9、理法、冷凍法及淘洗法等。一般采用投加絮凝劑的化學(xué)調(diào)理法。脫水機(jī)械設(shè)備依據(jù)不同的脫水原理一般有帶式壓濾機(jī)、真空過濾機(jī)、離心脫水機(jī)、螺壓脫水機(jī)等。目前工程上應(yīng)用較多的為帶式脫水機(jī)和離心脫水機(jī)。衛(wèi)生填埋處置技術(shù)污泥衛(wèi)生填埋處置場中污泥的處置工藝采用衛(wèi)生填埋技術(shù)，即在利用自然界代謝功能的同時(shí)，通過工程手段和環(huán)保措施，使污泥得到安全的消納并逐步達(dá)到充分穩(wěn)定無害的污泥處置效果，主要借鑒城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場的工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行建設(shè)。污泥衛(wèi)生填埋方式基本屬于厭氧性填埋，僅在初期填埋污泥表層及填埋區(qū)內(nèi)排水排氣管路附近由于空氣的接觸擴(kuò)散形成局部的準(zhǔn)好氧填埋方式。雖然污泥在污水處理廠中經(jīng)過了厭氧中溫消化處理，但由于這一

10、過程沒有達(dá)到完全的降解（進(jìn)入填埋區(qū)的污泥有機(jī)物含量仍在40%左右），因此，污泥在填埋過程中依然存在著一個(gè)穩(wěn)定化降解過程。填埋污泥降解的主要方式為厭氧分解，一般要經(jīng)歷由專性厭氧菌和兼性厭氧菌共同發(fā)揮作用的水解酸化階段和由產(chǎn)甲烷菌起主導(dǎo)作用的產(chǎn)甲烷階段，最終污泥中的可降解的有機(jī)質(zhì)被分解為穩(wěn)定的礦化物或簡單的無機(jī)物，并釋放出包括CO2和CH4在內(nèi)的填埋氣體，從而完成污泥的穩(wěn)定化過程。填埋污泥徹底的穩(wěn)定化是一個(gè)漫長的過程，一般需十幾年，甚至幾十年，但厭氧降解的主體過程一般發(fā)生在填埋最初的幾年中。填埋體中有機(jī)物的厭氧降解受多方面因素的影響。對于污水處理廠消化污泥在填埋過程中的情況而言，具有如下特點(diǎn)：污泥

11、富含大量微生物和各種微生物菌種，有機(jī)物的降解比較完全；污泥中含有的N、P等物質(zhì)為有機(jī)物的降解提供營養(yǎng)；污泥較高的含水率為微生物的生命活動(dòng)創(chuàng)造了有利的條件；由于污泥堆體穩(wěn)定性的需要覆蓋土層較厚，特別是由于污泥自身高粘度性狀的影響，對厭氧降解過程起到了一定的抑制作用；由于經(jīng)歷過污水處理廠的中溫厭氧消化過程，填埋污泥中易降解物質(zhì)量較少，一般不會(huì)出現(xiàn)明顯的快速降解過程，可不考慮由于甲烷氣體的過量集聚造成的危害，因此可對填埋氣體采取自然排逸的方式；污泥中重金屬離子的存在對降解過程也會(huì)產(chǎn)生一定的抑制影響。海洋投棄投海，由于深海投棄管道設(shè)備需一定投資，且世界各國對海洋環(huán)境日益關(guān)注而紛紛立法禁止，因而近年來基

12、本不再采用。堆肥處理技術(shù)堆肥化，即土地利用法，是利用自然界廣泛存在的微生物，有控制地促進(jìn)固體廢物中可降解有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的生物化學(xué)過程。污泥中含有豐富的有機(jī)物和N、P、K等營養(yǎng)元素以及植物生長必需的各種微量元素Ca、Mg、Zn、Cu、Fe等，施用于農(nóng)田能夠改良土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤肥力、促進(jìn)作物的生長。1933年在丹麥出現(xiàn)的丹諾（DANO）發(fā)酵器標(biāo)志著污泥連續(xù)性機(jī)械化發(fā)酵工藝的開端，利用迴轉(zhuǎn)倉完成中溫、高溫發(fā)酵過程，高效、防臭，成品質(zhì)量高，在美國、日本、歐洲廣為采用。目前世界各國采用的方法有：自然堆肥法，圓柱形分格封閉堆肥法，滾筒堆肥法，豎立式多層反應(yīng)堆肥法以及條形靜態(tài)通風(fēng)等堆肥工藝，這些

13、方法都在不斷發(fā)展和完善。污泥的土地利用能耗低，是一種符合我國國情的安全積極的污泥處置方式，土地利用將是一個(gè)主要的發(fā)展方向。但是，污泥中也含大量病原菌、寄生蟲（卵），以及銅、鋁、鋅、鉻、汞等重金屬和多氯聯(lián)苯、二惡英、放射性元素等難降解的有毒有害物。一般來說，污泥要作土地處置必須經(jīng)無毒無害化處理后（一般采用高溫堆肥），才能作土地利用，否則，污泥中的有毒有害物會(huì)導(dǎo)致土壤或水體污染。熱干化與焚燒處理技術(shù)污泥的干式熱處理，包括污泥干化、焚燒、熔融三種方式。污泥的干化處理，是指通過直接或間接加熱方式，進(jìn)行低溫?zé)崽幚恚刮勰嗝撍?、減容，同時(shí)泥性趨于穩(wěn)定化。早在20世紀(jì)40年代，日本和歐美就已經(jīng)用直接加熱鼓式

14、干燥器來干燥污泥。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，污染干化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)正逐漸顯現(xiàn)出來：污泥顯著減容，體積可減少45倍；形成顆?；蚍蹱罘€(wěn)定產(chǎn)品，污泥性狀大大改善；產(chǎn)品無臭且無病原體，減輕了污泥有關(guān)的負(fù)面效應(yīng)，使處理后的污泥更易被接受；產(chǎn)品具有多種用途，如作肥料、土壤改良劑、替代能源等。無論填埋、焚燒、農(nóng)業(yè)利用還是熱能利用，污泥干化都往往是重要的第一步，這使污泥干化在整個(gè)污泥管理體系中扮演越來越重要的角色。20世紀(jì)90年代以來，運(yùn)用污泥干化技術(shù)處理城市污泥得到迅速發(fā)展。 焚燒是將污泥作為固體燃料投入焚化爐中，使其與氧發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，釋放出能量并轉(zhuǎn)化為高溫的燃燒氣和少量性質(zhì)穩(wěn)定的固定殘?jiān)?。最早的固體廢物焚燒裝置

15、是1974年建于英國的間歇式固定床垃圾焚燒爐。目前應(yīng)用最廣的焚燒設(shè)備是流化床焚燒爐，已成為集各種高新技術(shù)于一身的現(xiàn)代工業(yè)化裝置。通過焚燒可使污泥達(dá)到最大程度的減容，從而減輕后續(xù)處置過程對環(huán)境的影響。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(jī)殘余物被氧化分解。焚燒處理效率高，占地面積小，適于土地資源緊張的大中城市采用。燃燒氣可作為熱能回收利用，焚燒灰可用作生產(chǎn)水泥、磚、陶粒等的原料，使重金屬被固定在建筑材料中而避免其重新進(jìn)入環(huán)境。不足之處在于一次性投資大，資金占用時(shí)間長，能耗和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高，且其焚燒過程中會(huì)產(chǎn)生二惡英等空氣污染物，因而在一定程度上制約其在國內(nèi)的發(fā)展。熔融，亦稱玻璃

16、化處理，與焚燒最大的不同點(diǎn)是所燃燒溫度與產(chǎn)生底灰不一樣。熔融的燃燒溫度高達(dá)攝氏1800至2400度，焚化爐的溫度即便在二次燃燒室也僅有攝氏16001800度；而熔融燃燒后的灰渣可回收制造路基，焚化爐底灰利用則相對較為困難。因此在日本的都市污泥許多采用熔融方式處置，已經(jīng)有取代焚化爐趨勢。 其他處理技術(shù)近年來，污泥的工業(yè)化利用，尤其是建筑材料的資源化利用，具有顯著的優(yōu)勢：河道底泥經(jīng)過采用低溫煅燒就可成為使用價(jià)值非常高的建筑材料；其中含有一定可燃物質(zhì)，用于燒結(jié)建筑材料有顯著的節(jié)能效果；固體廢料的建材資源化往往不需進(jìn)行大的固定資產(chǎn)投資，而經(jīng)濟(jì)效益非常顯著；選取適當(dāng)?shù)睦猛緩剑赡軐?shí)現(xiàn)清淤底泥

17、不脫水直接利用，解決脫水、運(yùn)輸中的難題，并成功地把污泥處理處置費(fèi)用轉(zhuǎn)移到有用的產(chǎn)品生產(chǎn)上來，消除了因無資金保障而使污泥處置停頓的風(fēng)險(xiǎn)。3.底泥資源化途徑目前污泥回用在世界各國均處于試驗(yàn)性發(fā)展階段。國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行的污泥資源性回用研究大多局限于凈水廠、污水廠污泥，且大多局限于農(nóng)用和堆肥，建材回用方面研究較多的是污泥焚燒灰的利用。河道底泥即使在科技相當(dāng)發(fā)達(dá)的美國，也沒有得到充分利用。其連年對五大湖區(qū)進(jìn)行疏浚，產(chǎn)生了大量的底泥，最終處置也僅僅是土地回用（未污染部分），或衛(wèi)生填埋（受污染部分）。以下是一些國內(nèi)外研究的相關(guān)成果。3.1國外研究概況及水平b.日本橫濱利用下水道污泥焚燒灰制生態(tài)水泥c.Sewa

18、ge sludge ash characteristics and its potential applications下水污泥焚燒灰特性及其潛在應(yīng)用途徑d.Reuse of water treatment plant sludge and dam sediment in brick-making 凈水廠污泥及大壩沉積物制磚e.Reuse of industrial sludge as construction aggregate 工業(yè)污泥回用于建材集料f.日本采用熔融方法處理污泥，污泥經(jīng)脫水成污泥餅，與百分之五十五焚化爐灰渣磨碎混合后，再以水泥加水固化，即可造成高附加值之骨料，作為填海造地的

19、資源。 3.2國內(nèi)研究概況及水平a.含重金屬電鍍污泥的利用與處置-清華大學(xué)b.污泥制磚-臺(tái)灣c.制革污泥制砌塊探索-南京d.滇池污水處理廠污泥生產(chǎn)輕型建材-中國建材商務(wù)網(wǎng)e.利用水泥窯處置污水處理廠污泥-上海新型建材研究發(fā)展中心。上海新型建材研究開發(fā)中心于1999.12完成“利用水泥窯處置污水處理廠污泥的技術(shù)研究”課題，該課題利用濕法水泥廠或濕磨干燒水泥廠的生產(chǎn)線處理污水處理廠污泥，首先在污泥廠污泥中摻入生石灰，去除有毒氣味，然后，從污泥駁入淘泥機(jī)開始，采用用水或焦化廠黑液拌和稀釋、用泵輸送，使污泥基本處于封閉狀態(tài)，直至送入水泥窯。既不污染廠內(nèi)環(huán)境，也不直接對人體產(chǎn)生不良影響。項(xiàng)目通過小試、研究