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污泥处理和处理欧洲部分高效工艺回顾摘要： 因为城市污水和工业污水截留率提升和污水处理效率改善（如化学法除磷可使污泥量增加30%），使得在世界范围内污泥总量戏剧性地增加。1污泥挑战因为城市污水和工业污水截留率提升和污水处理效率改善(如化学法除磷可使污泥量增加30%)，使得在世界范围内污泥总量戏剧性地增加。 土地应用仍是污泥处理中可连续发展一条出路，关键理由以下： 碳和营养物回用；农业用地有没有和远近；低投入和运行花费；严格法律要求和控制程序以确保安全和有肥效。然而，依据部分情况或当地要求，污泥生产者在土地应用前不得不进行高级，更昂贵处理以满足深入要求，如堆肥、高温消化处理或高温消毒。 不过，很大一部分污泥因为显而易见原所以不能用于农业，如微污染物、病菌超标或缺乏肥效、距离太远等等。有时可能因为公众不信任。这么，污泥或被填埋或经过高温氧化销毁。2 污泥处理和处理可连续性战略在进行任何技术研究之前，应先对公众是否接收进行估量。即使是从技术，成本和环境影响方面来讲全部是最好处理方法，也能够因为没有向邻居进行很好解释而遭到否定。不管最终处理方法是什么，应该记住是未来处理应是安全，环境保护(保护人，动物植物)而且应该增值(物质和或能源回收)。为了这些目标，污泥处理应减小污泥体积，改善污泥质量，降低公害排放。在这篇文章中，我们将介绍部分关键工艺，以满足运行者需要，而且包含到其它技术或法规约束问题。2.1土地应用可连续发展战略作为一个起始条件，污泥应该最少是稳定，在实际运行上既是要求没有臭味。当地要求或未来法律可能会更高：污泥可能被要求消毒巴式除菌。消毒要求一个强制结果：即依据法国要求，病源体如肠道病毒，伤寒菌，线虫，寄生虫卵等在处理后样品中应该检测不到。巴式除菌成为一个趋势：如丹麦实施在70度条件下一小时。依据处理方法(生物、化学或物理方法)和污泥情况(液体或粘状物)，不一样工艺描述以下：表1 稳定(消毒)污泥工艺处理方法处理目标威望迪处理工艺液态(浓缩后)粘着态(脱水后)生物处理依据控制生物工艺处理挥发性污泥厌氧消化(AD)自热好氧消化ATAD BioPasteur TMAD Biotherm(AD thermophilic) 堆肥或共同堆肥IPS化学处理抑制腐败挥发性有机物降解酸性亚硝酸盐SAPHYR 石灰物理处理抑制腐败挥发性有机物降解 干化经过热氧化去除挥发性污泥湿式空气氧化法ATHOS 污泥焚烧PYROFLUID这些工艺大部分全部有稳定和消毒，不过消毒程度取决于部分参数如HRT(水力停留时间)或化学投加量。 显然热氧化工艺远远超出了污泥稳定，消毒和巴式消毒要求。因为有机物被完全或几乎完全消解(这些工艺将在下一节介绍)。下面对部分工艺做专门介绍：2.1.1 生物污泥稳定(1)液态(浓缩后) 我们最熟悉和传统污泥处理方法是消化，它能够降低产泥量。不管好氧或厌氧，它全部包含到很多能量。考虑到多数较大处理厂或地域污泥中心，此种工艺还是在数量上领先。然而，其它部分操作或在消化前或在消化后，提供了增强处理能力，以满足法律要求。 厌氧消化厌氧消化是一个有效降低污泥量方法，因为它把挥发性固体转换成沼气。它能够在中温范围(通常HRT1520天，35度)或高温范围(通常HRT1012天，55度)。注释：因为它能够降低污泥量，所以也能够作为热氧化预处理工艺，以减小这一昂贵步骤(见2.2和2.3)。中温范围：威望迪水务在世界范围内有几百个业绩。通常见沼气搅拌，不过也有机械搅拌。因为在中温范围“只”有污泥稳定，众所周知，我们不在此过多描述。高温范围：在80年代，在丹麦，水处理工艺进步增加了污泥体积。她们经过增加污泥龄和池子体积来稳定二沉污泥。而且，考虑到二沉污泥低能量和它不易在重力浓缩池中浓缩，它被排除在厌氧消化池之外。很多消化池被停用，或她们只被用来消化初沉勰啵 中温范围运行系统(停留时间为2030天，在3335摄氏度)能够转成高温消化工艺(1015天，在5355摄氏度)。这意味着用于处理初沉污泥消化池，只要有足够容积也能够处理剩下污泥，假如从中温转换成高温。当消化池有足够容积，改装成高温消化池费用能够依据污泥处理费用，在几年内收回。 另一个关键优点是和传统中温消化相比，较小占地面积。消化产生沼气通常见来发电和加热。工艺消耗热量应尽可能减小，用热交换器能够确保部分热量回收。图1介绍经典高温厌氧消耗步骤和热回收系统。50到70热量在泥泥热交换器中从消化污泥中回收。排放污泥量降低35%。在Holbk 污水厂，对污泥中病原体含量在换成高温消化前后进行测量。结果见表2：表2 Holbk(Denmark)污水处理厂污泥中病原体含量项目消化前污泥中温消化后高温消化后丹麦对“控制”污泥要求伤寒菌数量每100 ml1001002502(检测极限)不能有粪链球菌数量每 ml30003000025040010100依据其它厂经验，如布拉格中心污水处理厂试验表明，因为把消化池从中温消化改高温消化后泡沫问题得到显著改善。 2) 粘着态污泥(脱水后)：堆肥堆肥是现有唯一能够把污泥从废物变成产品工艺，并被很多严格要求或标准认可。因为污泥变成一个轻产品，轻易操作(可堆积)而无味，消毒良好和较干燥。这种工艺越来越流行。其次，因为它不降低最终体积，需要很大占地面积，而且需要较多人员。而且，为了满足新要求中(临时EU标准或EPA A级)相关消毒和气味要求，需要更优异工艺如“搅拌式反应廊道”它影响最终花费，和传统“粗糙”工艺如曝气静态堆相比。在这个工艺中，一个移动轮子搅拌并推进混合物，同时鼓风机在曝气。加速生物降解产生一个均匀堆。总停留时间能够减小到2周，消毒效果很好。2.1.2 污泥化学稳定污泥化学稳定包含一个投加化学药剂装置，以预防发酵和气味。大计量投加可使病原体衰减。如此这么工艺通常投资廉价而且轻易操作。另外，固体降低是不可能，而且运行费用也是可观。 两个可能工艺，但她们不是竞争者，因为填埋土地质量决定了工艺：显然假如土壤是酸性，则能够选择加石灰，不然SAPHYR工艺可能更适合，因为它实施简单，廉价。(1)液态：亚硝酸盐稳定Nitrite stabilisation SAPHYR 工艺由威望迪企业开发，它基于NOx在酸性条件下作用(通常pH 23)使污泥稳定和消毒，另外污泥脱水性能也得到改善。而且，无需投加其它固体。最终，处理后污泥在不能用于农业用途时能够焚烧，相反，投加石灰污泥不能焚烧。(2)粘性态污泥：石灰这还是最常见稳定污泥方法，尤其是在法国，不过农民要求(提供无偿石灰)和消毒要求使投加量可高达50%或在有些情况下更多。2.1.3 污泥物理稳定加热干燥thermal drying照片2 Toulouse 污水处理厂直接干燥器(处理能量4吨蒸发小时)加热干燥包含经过热驱动力除去剩下自由水和键连接水。加热媒介或是气态(直接加热)在高温和湍流状态下流过干燥器，或用加热液体(通常是蒸汽或加压水)传输热量给污泥，经过干燥器加热壁(间接干燥)。加热干燥目标是达成下游污泥焚烧热连续性(通常3035%)或得到团状物(60%)或干燥轻易处理和储存污泥。假如要达成长时间稳定(多个月)，干固体含量应达成90%或更多(最终干燥)，而且，一个颗粒状态是轻易操作(包含农田应用)。另一个终级干燥优点是它能够方便等候多种最好处理方法，如农田应用、焚烧后用于水泥生产、或城市垃圾焚烧。它缺点：第一是花费，尤其是能源消耗，通常在热干燥中，每蒸发一吨水需要3400MJ热量。但在脱水步骤中，除去一吨水只要6MJ(电力)；第二需要很多工作人员来清除死角中粉末以预防火灾。2.2 可连续性热氧化战略2.2.1 焚烧照片圣彼得堡 PYROFLUID三维图象流化床焚烧炉(FBF)就工艺性能来讲，被证实是焚烧污泥最好方法(湍流方法，燃烧后高达850度温度)。而且它运行可靠(在炉内没有转动部分)。所以威望迪已经在世界范围内40年时间里建了几十座流化床焚烧炉(欧盟、俄罗斯、土耳其)。通常，在稳定状态不需要添加额外燃料。热平衡连续性是能够达成。假如污泥热值LCV太低(低挥发性固体和/或固体含量)，尾气气热交换器应该足够大以增加风室温度。假如达不到(如延时曝气污泥含20%DS)则需要在前面加热干燥。注：在图4中粘性污泥直接进入FBF焚烧炉，图5中在沙泥混合器中进行污泥予干燥以适合中等处理能力。因为水在100度条件下已经除去，热量需求降低，所以在低DS含量时可取得热平衡。如以前提到，需要有效尾气处理，包含： ()经过热交换器回收热量用于予热空气或其它目标(预干燥加热、建筑取暖、下游处理)；()经过除尘器除去灰尘(污泥矿物部分在这一步除去)；()经过湿式设备捕捉酸性化合物(喷淋洗涤器)；()后续处理包含 如催化去除NOx和反烟羽加热器。很多污水厂分析表明，结果很好符合欧洲标准和要求。相关干灰处理，对于没有工业污染纯市政污泥，重金属不是问题。因为灰是以氧化物形式存在，她们渗透性不强，所以能够回用作水泥，用于工业和道路建设。 最终副产物是酸步骤清除。因为重金属污染，她们只能填埋在特殊地方，但数量很小。2.2.2 和城市固体废物共同焚烧为了降低投资，城市垃圾和市政污泥通常见一个焚烧炉。通常，一个人口当量天天产生150250克脱水后粘性污泥和13千克垃圾。依据焚烧炉设计，能够经过1025%(泥垃圾)粘性污泥来控制炉子温度。为了达成最优化燃烧，而且不会因为未燃烧有机污泥污染熟料, 能够用处理能力为1 m3h Pyromix 设备，经过压缩空气把污泥转成滴状污泥。实际上，这种运行方法只有在污水厂离城市垃圾焚烧炉较近时有利，不然处理运输费用将很高。此时污泥只在系统需要时作为控制流使用。2.2.3 湿式空气氧化法威望迪水务系统研发ATHOS 在“中性”温度(240度)和压力(45巴)条件下被证实是高效。80%总COD被氧化，剩下20%是可溶和高度可生物降解。不需要后续脱水步骤，废气没有毒性，固体矿物副产品包含重金属是以一个不可渗透形式存在。她们能够用于道路建设。而且液态部分，含有可生物降解COD，能够很方便用作污水厂反硝化碳源。污泥中有机氮先降解成可溶性氨。这些氨，部分被吹脱后经过催化反应转换成氮气进入大气。这种工艺能够应用于中等大小污水厂，因为没有污染物排放，所以轻易被公众接收。2.3 优异处理工艺这些工艺融合了传统和革新工艺，以正在建设布鲁塞尔北污水处理厂污泥步骤为例(规模1.1M PE)。此步骤包含了一座浓缩后污泥(脱水后达16%)脱水装置，然后经热水解(通常180度半小时)反应以降低粘度，增强潜在可消化性。消化后污泥含固率为8%(不是传统消化5%)COD含量为50 gl。COD能够满足湿式氧化单元热平衡要求而不用添加其它燃料。这么整个处理系统足以自己提供能量，而且即没有烟气，也没有飞灰。它满足用户特殊要求，即不愿意焚烧，也不用填埋。 最终，和传统布局相比，大大减小了占地面积。3 结论猛烈竞争，严格规范和环境要求迫使像威望迪这么企业开发新工艺或用更为有效工艺(包含来自美国工艺)。对每个项目，经过对工艺合适合理安排能够满足用户要求。需要考虑是保护大众和环境，优化物质和能源回收利用，以达成可连续性发展。参考文件1 Matthews, P. , A global atlas of Wastewater sludge and biosolids use and disposal IAWQ scientific and technical report No.4 (1996)2 Evans Tim, Assessing the risks of recycling to land, Water & Environment, september/98 pp. 27-303 Guibelin E. “Sludge treatment and disposal: how to comply with new regulations and concerns?” in Poll. 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