污水处理厂污泥能源化的技术分析

污水处理厂污泥能源化的技术分析

作者：齐刚

来源：《环境与发展》2014年第04期

摘要

污泥富含有机质，污泥能源资源化应符合循环经济理念，强调以污泥的利用为主导，除以避免“废弃物”产生为目标以外，更力求使之成为“产品”再循环 不仅满足产品质量还要符合绿色环保产品标准，而且其生产、使用和处置过程也要符合环境标准，这样才能体现生态效益和社会效益，建设资源节约型和环境友好型社会。

关键词 污泥 生物固体 资源化 能源 污泥厌氧消化 污泥焚烧 污泥热解制油 中图分类号X703.1 文献标识码A

文章编号2095-672X（2014）04-0097-03

截止到2012年底，全国城镇污水处理量达到400亿立方米，湿污泥（含水率80%）产生量突破3000万吨。根据调研结果显示，我国污水处理厂所产生的污泥，由于经费和技术上的问题，有近80%，没得到妥善处理，污泥随意堆放及滥用污泥，使致重金属、有机物以及病虫害等直接危及人体健康，造成的污染与再污染问题已经凸显出来，并且引起了社会的关注。 1污水污泥中有机质的特性

污泥的资源性不可否认，也正是由于污泥的资源性特点，世界水环境组织（ WEF）于1995年将污泥（sludge）更名为生物固体（biosolid），从而更加明确了污泥应该作为资源利用的观念[1]。生物污泥主要是由微生物细胞组成的，生物体的细胞壁结构非常复杂，很难进一步生物转化。复杂的细胞壁具有很强的保护作用以防止被其他细胞所吞噬，而恰恰是难以生物降解的细胞壁保护了细胞壁内细胞体的正常功能，进而确保了生物处理过程能够顺利实现。在湿润的条件下，生物污泥在数年之后可以保持性质不变，既不会自行降解，甚至颜色、外形也不会有太大的变化这样的好氧生物污泥往往可以在曝气数小时后基本恢复原有的各种性能，厌氧生物污泥可以在厌氧条件下保存数年而性能没有大的变化所以。所以污泥生物降解消化处理，不论在好氧条件下还是在厌氧条件下，通常只用25%～40%的生物量可以得到进一步生物降解，其余的大部分生物量是无法生物降解的，即只有采用加热干化、焚烧或化学水解等方法才能真正处理。所以在污泥稳定方面，采用生物法，还采用了化学法，采用生物法后污泥比阻和粘稠度下降不须再加调理剂，便于进一步的干化和化学处理。

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污水污泥中含有大量的有机质，其含量及成分因污水的来源、处理工艺、城市居民的生活水平和饮食结构的不同而不同。我国干污泥中有机质含量平均值为38.4%，而美国城市污泥中的有机质含量平均值为53.4%[2]，Bo等用阳离子交换树脂提取污泥中有机质，测得其中蛋白质占46-52%，腐殖酸占18%-23%，碳水化合物占17%，其余为尿酸和核酸[3]。

污泥的资源价值主要体现在两方面：一是其中的有机质和各种营养元素；二是其中的能量。2009年，住建部、环保部及科技部发布了《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术（试行）》，鼓励符合标准的污泥进行土地利用，鼓励采用干化焚烧的联用方式，提高污泥的热能利用效率；鼓励污泥焚烧厂与垃圾焚烧厂合建的污泥外置技术。 2污泥能源化的技术

脱水后活性污泥的热值大于10MJ/kg[4]，可采用焚烧将脱水后活性污泥的热值转化或干燥作固体燃料使用。 2.1污泥消化制沼气

厌氧消化是利用无氧环境下生长于污水和污泥中的厌氧菌菌群的作用，使有机物经过液化、气化而分解成为稳定物质，病菌寄生虫卵被杀死，同体达到减量和无害化的方法。有机污泥经消化后不仅使有机污染物得到进一步的降解、稳定和利用，而且污泥的体积减少，污泥的生物稳定性和脱水性大大改善。污泥消化在废水生物处理厂是必不可少的，是污泥干化、焚烧的前处理阶段。

沼气是厌氧消化池中污泥稳定化后的最终产品，沼气的主要成分是甲烷，其中常混有H2、CO2、和H2S。按我国目前的技术水平，利用沼气可解决污水处理厂30%的能源需求。另外将污泥厌氧消化气净化，除去CO2，即可得到CH4，以CH4为原料可以制成多种化学品、一按照我国城市污水处理及防治技术：对处理能力在10万m3/d以上的污水二级处理设施产生的污泥，宜采取厌氧消化工艺进行处理，产生的沼气应综合利用。不仅可以解决污泥出路问题，而且对节能和降低运行费用都有很大意义。 2.2污泥干燥后制备固体合成燃料

城市污泥中含有大量的有机物，约占70%-80%左右，脱水污泥的发热量也很高，因此可以将污泥制成合成燃料。污泥中含有有机物和纤维素木质素，脱水后掺入适量的引燃剂、催化剂、疏松剂和固硫剂等添加物配制成合成燃料[6]，可作为工作炉窑或生活锅炉的辅助燃料，燃烧稳定，热工测试和环保测试良好。苏铭华的污泥质废弃物衍生燃料技术，是将污泥废弃物衍生燃料以25%～30%的比例掺入矿石燃料.已经在多家印染厂导热油锅炉试用，燃烧情况稳定。Otero采热接种量分析法评估了污泥的掺入对煤燃烧的影响。结果表在污泥掺入量≤10%时，煤的重量损失和热量损失都是可忽略不计的。 2.3污泥制油技术

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在无氧或低于理论需氧量的条件下，加热到一定的温度（高温500℃- lOOO℃。低温 2.4污泥焚烧发电、供热

污泥焚烧是将污泥置入焚烧炉内，在过量空气加入情况下，进行完全焚烧。其中不存在多环芳烃类污染物，其它有机污染物含量也几乎为零，重金属离子不能被有效去除，沉积在飞灰和炉渣中.其体积大为缩小使污泥最终处置极为便利。焚烧法具有减容、减重率高，处理速度快，无害化较彻底，余热可用于发电或供热等优点。近年来，焚烧法采用了合适的预处理工艺和先进的焚烧方法，满足了越来越严格的环境要求。

污泥焚烧在发达国家应用较为广泛。美国污泥的25%、口本污泥的75%、欧共体污泥的25%，进行焚烧处理[9]。焚烧后视处理规模大小，可选择性进行供热水、蒸汽或发电。美国Hyder环保公司提出了一种将脱水污泥首先进行热干燥，再在沸腾炉中燃烧产生高压蒸汽，推动蒸汽机发电的综合工艺系统。

目前，用得最多的焚烧炉是流化床焚烧炉。与同类技术相比，流化床锅炉对燃料的适应性好，能焚烧高水分、低热值的燃料，流化床锅炉的这些优点使它特别适宜焚烧污泥；燃烧温度低，NOx排放量小；床料中加入石灰石，还可降低SO2排放量，灰渣易于综合处理。污泥的可燃成分较少，含水率一般为80%，左右。为保证燃烧温度，采用燃煤等作为辅助燃料 污泥和垃圾混合焚烧是一种合理的处置途径，垃圾蕴藏的多余热量可用于蒸发污泥中水分，从而节约原能的消耗。在垃圾焚烧厂待焚烧的污泥应预先脱水或干燥。由于污泥含有不同性质的物质，必须使污泥在垃圾中尽可能均匀分配。因此，需在焚烧前将污泥和垃圾均相混匀。脱水的污泥也可在振荡干燥器中用垃圾燃烧的高温烟气干燥，然后直接鼓进燃烧室焚烧。 还有利用现有工业用炉如水泥制造厂的焚烧炉干化并焚烧污泥；火电厂利用循环流化床锅炉混合焚烧污泥发电工艺。由于采用了合适的预处理工艺和焚烧手段，污泥焚烧不仅达到了热能的自持，还可利用其剩余的热能，并能满足越来越严格的环保要求，且不受天气条件的影响，使污泥焚烧很受欢迎，随着能源危机的加剧，人们不得不寻找新能源，使污泥焚烧工艺具有日趋重要的意义。 3污泥能源化的原则

以污泥的无害化为主导、以资源化为方向是我国今后污泥处理处置的总体趋势。首先污泥能源化应兼顾总体考虑和长远考虑，不能重局部而弃整体，顾此失彼。长远考虑就是要在污泥能源化的同时，不能只顾眼前的利益，要注意防止有毒有害物质的积累，避免造成新的环境污染。

其次污泥能源化技术应该因地制宜。各地区、各行业的污泥成分有所不同，所以在污泥回收利用时不能一味地生搬硬套。首先应对污泥成分进行详细的分析，选择合适的工程处置技术。再根据实际情况对所选技术加以改进，当污泥热值较低时不宜能源化处理。再者由于污泥

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中含水量过高，直接焚烧回收热量的方法不能达到热平衡，还需要大量的能量输入，污泥焚烧核心设备焚烧炉受到财力、技术方面的制约。较好的能量回收方法是通过厌氧消化、热解等技术将污泥转化为沼气、燃料油等可燃物质回收。 4小结

污泥能源化利用方法可使有机物全部碳化。杀死病原体，解决污泥的恶臭问题，并最大限度地减容对于大城市因远离填埋场造成运输费用高的问题，焚烧法处理是最经济的方法。然而污泥焚烧不完全时会产生二噁英等空气污染问题，焚烧主要在以下两种情况下进行：由于污泥的性质或量大不能农用；现有填埋体积不足。

污泥能源化应符合循环经济理念，强调以污泥无害化利用为主导，除以避免”废弃物”产生为目标以外，更力求使之成为”产品”再循环。其最终产品不仅质量要符合绿色环保标准，而且其生产、使用和处置过程也要符合环境标准，这样才能体现生态效益和社会效益，有利于可持续发展和环境保护，共同建设资源节约型和环境友好型社会。 参考文献

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[2]李艳霞，陈同斌，罗维，等，中国城市污泥有机质及养分含量与土地利用[J].生态学报，2003，23（11）：24-2474.

[3] Bo F，Rikke P，Kristian K，et al Extraction of extra cel-lular polymers from activated sludge using a ration exchange resin.Water Research， 1996，30（8）：1749-1758.

[4]毛玉如，马晓峰，要建军，等.流化床垃圾焚烧发电技术[J].锅炉制造.2000，（2）：3-6. [5]熊帆，黄君涛，钟理，城市污泥的处理处置与资源化利用[J].广东化工，2005，（1）：87-.

[6]胡光埙，洪云希.城市污泥合成姗料的应用研究[J].中国给水排水，1996，12（2）：13-15.

[7]熊帆，黄君涛，钟理.城市污泥的处理处置与资源化利用[J].广东化工，2005，（1）：87-.

[8]张立峰，吕荣湖.剩余活性污泥的热化学处理技术[J].化工环保，2003，23（3）：146-149.

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[9]马士禹，唐建国，陈邦林.欧盟的污泥处置和利用[J].中国给水排水2006，22（4）：102-105.