目前印染污水治理的方法已有許多，效果也比較明顯，但污泥的治理要比污水治理復(fù)雜得多，治理難度也較大，這是行業(yè)共識(shí)。那么印染污泥處理之難，難在何處?印染污泥處理處置工作進(jìn)展緩慢的根本原因是什么?國內(nèi)有哪些適用的污泥處理技術(shù)?國外哪些經(jīng)驗(yàn)可供借鑒?針對(duì)這些行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，本期《印染專刊》圍繞印染污泥的處理，從技術(shù)、設(shè)備等多個(gè)角度來剖析印染污泥的處理和處置問題。
1 印染污泥處理之難，難在何處?
印染廢水經(jīng)過污水處理廠的處理，在達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)所產(chǎn)生的污泥，通過機(jī)械脫水后，含水率一般為80%左右。據(jù)廣州唯佳安達(dá)公司總經(jīng)理張志軍介紹，由于印染行業(yè)本身因使用原料、產(chǎn)品品種、產(chǎn)品加工方式等不同產(chǎn)生的污泥成分也不盡相同，如使用硫化染料的企業(yè)，硫化物的含量勢(shì)必較高。“通常來講，印染廢水的水質(zhì)變化大、有機(jī)污染物濃度高、色度和酸堿度變化大等特點(diǎn)，印染污泥由于含有染料、漿料、助劑等，成分非常復(fù)雜，其中染料的結(jié)構(gòu)具有硝基和氨基化合物及銅、鉻、鋅、砷等重金屬元素，具有較大的生物毒性，對(duì)環(huán)境的污染很強(qiáng)，屬危險(xiǎn)廢物。”
另外，印染污泥一般惰性物質(zhì)較高，例如牛仔服裝洗漂廢水產(chǎn)生的污泥含砂量很高，而有機(jī)物、病原菌等含量少，熱值較低，一般重金屬含量高。
印染廢水污泥按含有的主要成分來進(jìn)行分類，分為有機(jī)污泥和無機(jī)污泥兩大類。生物法污泥為有機(jī)污泥，是以有機(jī)物為主要成分，典型的有機(jī)污泥是剩余生物污泥，此外還有油泥及廢水中固體有機(jī)物沉淀形成的污泥等。有機(jī)污泥的特性是有機(jī)物含量高，容易腐化發(fā)臭，污泥顆粒細(xì)小，往往呈絮凝體狀態(tài)，相對(duì)密度小，含水率高，持水性強(qiáng)，不易下沉。無機(jī)污泥則是以無機(jī)物為主要成分，亦稱泥渣，為化學(xué)處理方法產(chǎn)生的污泥，如混凝沉淀和化學(xué)沉淀物，而無機(jī)污泥的特性是相對(duì)密度大，團(tuán)體顆粒大，易于沉淀、壓密、脫水，顆粒持水性差，含水率低，污泥穩(wěn)定性好，不腐化，流動(dòng)性差。
2 印染污泥產(chǎn)生的比例到底是多少?
一般生活污水處理后，產(chǎn)生0.3%～0.5%的污泥(含水率97%)，即處理1000噸廢水產(chǎn)生3～5立方米污泥，經(jīng)脫水成約0.6立方米干泥(含水率80%左右)。
由于印染廢水有機(jī)物含量大、濃度高，僅物化處理其污泥量就可高達(dá)1%～3%。以生化加物化處理工藝產(chǎn)生1%的污泥計(jì)算，每處理1000噸染整廢水將產(chǎn)生10噸濕污泥，脫水后為1.5立方米干污泥。以一個(gè)日處理10000噸染整廢水廠為例，每天就有15立方米干污泥產(chǎn)生。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，我國日排放1.5萬t左右印染污泥，業(yè)內(nèi)專家表示，印染污泥的處理處置已經(jīng)成為我國許多城市可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。
3 印染污泥處理處置工作
進(jìn)展緩慢的根本原因是什么?
如果下決心解決污泥問題，資金應(yīng)該不是最大的問題。目前主要是在污泥處置方向、技術(shù)路線方面，大家的分歧比較大，還沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。
“污泥的處理和處置是兩個(gè)階段，要明確區(qū)別、分開考慮。”中國人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院王洪臣教授首先強(qiáng)調(diào)，要解決污泥問題，得首先明確處置方向，據(jù)此倒推相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，然后才是選擇處理技術(shù)，以及形成商業(yè)模式、付費(fèi)等。“污泥處置事關(guān)其最終去向，不是技術(shù)問題，應(yīng)該由國家確定;具體技術(shù)則是企業(yè)的事。”
他認(rèn)為，在污泥處置方向上至今無法達(dá)成統(tǒng)一是造成相關(guān)工作進(jìn)展緩慢的重要原因。“很多地方政府、企業(yè)比較茫然。尤其是地方政府為謹(jǐn)慎起見，還在持觀望態(tài)度。”土地利用派、焚燒派、填埋派……在污泥最終去向的問題上，目前從上至下，從部門到專家，分歧明顯;甚至在污泥是污染物還是資源的問題上，都還有截然不同的意見：認(rèn)為污泥是污染物者，處理處置就是環(huán)境安全為重;認(rèn)為是資源者，就強(qiáng)調(diào)綜合利用。
其中，圍繞污泥能否土地利用這一焦點(diǎn)議題，爭論最為集中。記者了解到，在部委層面，國家發(fā)改委和建設(shè)部態(tài)度較為一致，主張相關(guān)重金屬等控制指標(biāo)達(dá)標(biāo)后可以進(jìn)入土地;環(huán)境保護(hù)部則主張不能進(jìn)入農(nóng)業(yè)，可以用于沙化地改造等;農(nóng)業(yè)部則是堅(jiān)定的反對(duì)者，認(rèn)為即使達(dá)標(biāo)也不行。對(duì)焚燒路線，各部門之間也有爭議。
4 國內(nèi)有哪些適用的污泥處理技術(shù)?
從印染廢水的處理技術(shù)上說，污泥由于產(chǎn)生的工序不同，性質(zhì)也就完全不同，處置方法的難易不同，相應(yīng)處置成本也不同。記者從相關(guān)專家了解到，目前適合應(yīng)用于印染廢水污泥處理的方法主要有：
厭氧消化
污泥厭氧消化在印染污泥處理上應(yīng)用的主要目的就是通過降解使高分子物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿友趸铩Ｔ趯?shí)現(xiàn)這一主要目的的同時(shí)，還可以改善污泥脫水性質(zhì)、減少病原菌和產(chǎn)生異味物質(zhì)的含量。厭氧消化常用的有中溫和高溫兩種方法，常用的中溫厭氧消化在消化時(shí)間為20d，有機(jī)物理論降解率為83%，30d的有機(jī)物理論降解率為88%。但受短流、投加方式、有毒物質(zhì)等的影響，實(shí)際降解率遠(yuǎn)低于理論降解率，一般僅為理論降解率的60%左右。因此在實(shí)際處理過程中認(rèn)為當(dāng)有機(jī)物的降解率達(dá)到40%~50%時(shí)，或者消化后污泥中有機(jī)酸含量小于300mg/L時(shí)，則可認(rèn)為消化后的污泥達(dá)到穩(wěn)定。理論上說，厭氧消化最主要的產(chǎn)物是CO2與CH4等的混合氣體俗稱沼氣或者污泥氣，一般甲烷含量為60%左右，在理論上降解每千克的COD產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下甲烷0.35m3，印染廢水污泥中COD，甚至高達(dá)上萬ppm。經(jīng)過處理印染污泥獲得的CH4可以用于解決污水處理廠部分能源需求，國外利用污泥氣可以解決30%污水處理站30%左右的能源需求。
好氧消化
污泥好氧消化分為兩大類：一是濕法，二是固態(tài)法。相比較來說濕式好氧消化耗能較高，而固態(tài)好氧消化，操作工藝較為復(fù)雜。
濕式好氧消化，直接將空氣通入污泥。微生物在氧氣充足的條件下對(duì)污染物進(jìn)行降解。固態(tài)好氧發(fā)酵俗稱“好氧堆肥”是利用污泥微生物進(jìn)行發(fā)酵的過程。在脫水污泥中加入一定比例的膨松劑和調(diào)理劑如秸桿、稻草、木屑等，微生物群落在潮濕環(huán)境下對(duì)多種有機(jī)物進(jìn)行氧化分解并轉(zhuǎn)化為類腐殖質(zhì)。由于印染污泥中的漿料、染料、助劑等都屬于難降解的有機(jī)物質(zhì)，因此好氧消化應(yīng)用于印染污泥需要消耗大量的能量，好氧消化一般不適用于印染污泥的處理。
超聲波處理
超聲波處理是一種新興的、有效的用以加強(qiáng)污泥的可生化性的機(jī)械預(yù)處理方法，并且對(duì)于所有污水處理設(shè)施中污泥的處理和處置都十分有效果。超聲波處理是通過擾亂污泥原有的物理、化學(xué)和生理性質(zhì)來提高其可消化能力。崩解的程度取決于聲處理的參數(shù)以及污泥的特性，因此，最佳參數(shù)的評(píng)價(jià)因聲處理設(shè)備和受處理污泥的不同而有所區(qū)別。超聲波處理的試驗(yàn)設(shè)施表明，生物氣體的產(chǎn)量提高了50%，此外能量衡算顯示獲得的凈能量與超聲波裝置的電耗的平均比率是2.5。
在我國，將超聲波用于污泥減量的研究雖然在上個(gè)世紀(jì)末就已經(jīng)開始，但大量的研究還是在近幾年才出現(xiàn)。雖然起步晚，但發(fā)展速度非常快，尤其是近3年來，中國對(duì)超聲波污泥減量技術(shù)的研究已經(jīng)占到總體研究的一半以上。然而，我國的超聲波污泥減量技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域的現(xiàn)狀并不樂觀，將超聲波用于污泥處理的案例目前在我國還比較少見。
生物捕食
微型動(dòng)物在污水處理工程中通常指原生動(dòng)物(Protozoa)和微型后生動(dòng)物(Metazoa)。污水處理系統(tǒng)常見的有纖毛蟲、鞭毛蟲和肉足蟲等原生動(dòng)物，以及寡毛蟲、輪蟲和線蟲等后生動(dòng)物。生態(tài)系統(tǒng)中食物鏈越長，能量損失越多，合成生物體消耗的能量就越少，生物總量也就越小。因此，污水處理系統(tǒng)中由細(xì)菌、微型動(dòng)物等微生物構(gòu)成的食物鏈越長或食物中鏈微型動(dòng)物捕食能力越強(qiáng)，污泥產(chǎn)量就越小。污水處理系統(tǒng)中，附著型緣毛類纖毛蟲、附著型寡毛蟲和一些軟體動(dòng)物等微型動(dòng)物能直接攝食細(xì)菌、懸浮性固體和絮狀活性污泥或生物膜，導(dǎo)致污泥減量。目前，微型動(dòng)物捕食污泥減量工藝主要有淹沒式生物膜法、兩段式生物反應(yīng)器和微型動(dòng)物直接接種法和蚯蚓生態(tài)濾池。
高速生物反應(yīng)器
高速生物反應(yīng)器技術(shù)是在利用土壤處理污泥的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。利用土壤中的微生物處理污泥，由于系統(tǒng)是開放的，因而會(huì)受到氣溫和土壤濕度的影響，使土壤利用的時(shí)間和區(qū)域受到一定的限制。
5 國外哪些經(jīng)驗(yàn)可以借鑒?
世界各國對(duì)污泥的處置由來已久，其傳統(tǒng)處置方法主要有衛(wèi)生填埋、污泥焚燒、土地利用、海洋傾倒等。
衛(wèi)生填埋法始于20世紀(jì)60年代，是發(fā)達(dá)國家早期處理污泥的一種方式。它具有操作簡單、處理費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。但是該方法在需要大面積場(chǎng)地的同時(shí)，對(duì)處理技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)高，滲透液對(duì)環(huán)境危害大。隨著人口增加，土地資源匱乏，污泥的衛(wèi)生填埋需占用大量土地、耗費(fèi)可觀，使其應(yīng)用受到制約。1999年，歐盟的固體廢棄物土地填埋法令(于2006年起實(shí)施)要求所有歐洲國家用于土地填埋的固體廢棄物中有機(jī)物含量必須逐年遞減，其中污水廠污泥也是該法令規(guī)定的固體廢棄物種類之一。根據(jù)歐盟的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，由于法規(guī)政策的導(dǎo)向作用使污泥處置方式有了很大的變化，污泥填埋所占比例大幅度下降。歐盟成員國中，法國、德國、比利時(shí)、荷蘭、盧森堡、愛爾蘭等國家污泥填埋有逐年下降的趨勢(shì)。
污泥焚燒是利用污泥含有的有機(jī)成分較高，具有一定熱值等特點(diǎn)來處置污泥。污泥焚燒方式的優(yōu)勢(shì)在于其處理的徹底性，減量率可達(dá)到95%左右，處理速度快，污泥中有機(jī)物被全部碳化，重金屬(除汞外)幾乎全被截留在灰渣中。在日本，該方法已占污泥處理總量的55%以上，歐盟地區(qū)也在10%以上。但是該方法會(huì)產(chǎn)生大量劇毒物質(zhì)和有害氣體，因此需要專門的設(shè)備對(duì)尾氣進(jìn)行處理。另外，該方式價(jià)格昂貴，從國外的情況看，焚燒投資以及運(yùn)轉(zhuǎn)與維護(hù)費(fèi)，是其他工藝的2~4倍。
在歐美國家，污泥的土地利用歷史悠久，是污泥分散消納的一種方式，是指通過覆蓋、噴灑、注射等方式，將污泥作為一種有機(jī)肥料或土壤改良劑，施入土壤以達(dá)到改善土壤性質(zhì)、提高土壤綜合肥力的目的。污泥中含有豐富的有機(jī)物質(zhì)及多種微量元素，因此可以用于農(nóng)田、森林、園藝、退化土壤修復(fù)和廢棄場(chǎng)地改造等。土地利用具有能夠變廢為寶、充分回收利用污泥中的各種養(yǎng)分以及能耗低的優(yōu)點(diǎn)，因此近幾年在國外受到越來越多的重視和應(yīng)用。英國在歐盟禁止污泥海洋處置時(shí)，選擇了污泥土地利用來消納不能海洋處理的大量污泥。
海洋傾倒具有操作簡單、不需要特殊處理裝置的優(yōu)點(diǎn)，但是污泥排入海洋會(huì)嚴(yán)重影響海洋生態(tài)環(huán)境，歐盟早在1998年12月31日后就禁止污泥排海。其后各國也陸續(xù)開始禁止向海洋傾倒污泥。由此可見，國外對(duì)污泥的處置側(cè)重于污泥焚燒和土地利用，衛(wèi)生填埋和海洋傾倒已經(jīng)開始逐漸退出歷史舞臺(tái)。除了上述的污泥處置辦法外，污泥制磚、污泥制水泥和污泥制油等也是國外開發(fā)出的相應(yīng)污泥處置方法。
現(xiàn)在世界各國污泥處理涌現(xiàn)了許多新技術(shù)，最集中的有以下幾個(gè)方面：
污泥熔化
為了減少污泥體積和利用其中的重金屬黏結(jié)作用，日本曾開展污泥熔化技術(shù)研究，但還不十分深入。污泥熔化處理也是污泥熱化學(xué)處理方法的一種。污泥熔化技術(shù)是把污泥加熱至1300~1500℃，使污泥中有機(jī)物燃燒，其殘留物質(zhì)可用來制作玻璃、鋼鐵、建筑材料等。
兩相消化
目前，新型的污水污泥處理工藝如高溫酸化-中溫甲烷化兩相厭氧消化等不斷出現(xiàn)，并逐步被應(yīng)用。邊興玉等采用污水污泥兩相厭氧消化工藝，將產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相分別置于各自的反應(yīng)器中，形成各自的相對(duì)優(yōu)勢(shì)微生物種群，提高了整個(gè)消化過程的處理效果和穩(wěn)定性。VSS(揮發(fā)性懸浮顆粒物)去除率比中溫傳統(tǒng)工藝提高50%以上，比高溫傳統(tǒng)工藝提高35%左右。高溫酸化0.5d后，中溫甲烷化8.5d，可達(dá)到中溫傳統(tǒng)法20d的處理效果，節(jié)省了時(shí)間。另外，滅菌效果優(yōu)于中溫傳統(tǒng)法，產(chǎn)甲烷反應(yīng)器保持較高的緩沖能力，對(duì)揮發(fā)性酸積累的抵御和耐沖擊負(fù)荷的能力強(qiáng)。
污泥制油
污泥制油是把含水率為65%的干泥在隔絕空氣下，加熱升溫450℃，在催化劑作用下把污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為碳?xì)浠衔铮畲筠D(zhuǎn)化率取決于污泥組成和催化劑的種類，正常每噸干泥轉(zhuǎn)化約為200~300L油的產(chǎn)率，其性質(zhì)與柴油相似。加拿大正在進(jìn)行中試試驗(yàn)，澳大利亞Perth也正在建造利用熱化學(xué)方法將污泥制油的工廠。
污泥濕式氧化(WAO)
濕式氧化法是在高溫(125℃~320℃)和高壓(0.5~20MPa)條件下，以空氣中的氧作為氧化劑，在液相中將有機(jī)物分解為二氧化碳、水等無機(jī)物或小分子有機(jī)物的化學(xué)過程。由于剩余污泥在物質(zhì)結(jié)構(gòu)上與高濃度有機(jī)廢水十分相似，因此這種方法也可用于處理剩余污泥。剩余污泥的濕式氧化法處理是濕式氧化法最成功的應(yīng)用領(lǐng)域，目前有50%以上的濕式氧化裝置應(yīng)用于剩余污泥的處理。
臭氧剩余污泥減量化
這一工藝是由日本的H·Yasui等學(xué)者提出的。此工藝中，剩余污泥的消化與污水處理在同一個(gè)曝氣池中同時(shí)進(jìn)行。工藝分成兩個(gè)過程，一個(gè)是臭氧氧化過程，另一個(gè)是生物降解過程。
從二沉池中沉下來的污泥，一部分直接回流到曝氣池中，另一部分則是先進(jìn)行臭氧處理然后再回流到曝氣池。污泥經(jīng)過臭氧處理后，能夠提高其生物降解性，在曝氣池中與污水同時(shí)進(jìn)行生物處理。而且在經(jīng)臭氧處理后，將有一部分污泥(1/3)被無機(jī)化。因此，只要操作適當(dāng)，可以使污水處理過程中凈增污泥量與無機(jī)化污泥量相等，從而可以達(dá)到無剩余污泥的目的。
超聲波處理剩余污泥
在超聲波污泥減量技術(shù)的應(yīng)用上，國外尤其是英美德等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)比較成熟。早在上世紀(jì)90年代，德國和英國的很多大型的污水處理廠都已安裝并使用該技術(shù)。這種應(yīng)用也為國外開展污泥減量技術(shù)的應(yīng)用研究提供了條件。近年來在歐美國家，大量的研究都是基于污水處理廠的真實(shí)條件下的研究。Barber等人以德國的賓得污水廠的超聲處理設(shè)施為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，探索了在全應(yīng)用條件下超聲處理對(duì)污泥的生物化學(xué)特性的影響，結(jié)果表明：經(jīng)過超聲處理污泥消化的沼氣的生成量有了顯著的提供，污泥粘度的降低增加了20%~50%，污泥的水解性能提高了3%~7%。這些立足于應(yīng)用的研究探索了超聲污泥減量技術(shù)在應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，并能直接用于污水廠對(duì)這一技術(shù)的改進(jìn)上。
高速生物反應(yīng)器
高速生物反應(yīng)器技術(shù)是在利用土壤處理污泥的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。利用土壤中的微生物處理污泥，由于系統(tǒng)是開放的，因而會(huì)受到氣溫和土壤濕度的影響，使土壤利用的時(shí)間和區(qū)域受到一定的限制。
美國SWEC公司在上世紀(jì)80年代開始研制開發(fā)高速生物反應(yīng)器，該技術(shù)將污泥的脫水、消化和干化相結(jié)合，將土壤處理的整個(gè)過程放置在室內(nèi)一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行。Texaco經(jīng)過近20年的研究開發(fā)，使高速生物反應(yīng)器技術(shù)成熟并得以推廣。整個(gè)操作系統(tǒng)的核心部分是生物反應(yīng)器，它由二個(gè)區(qū)域組成:上半部分是污泥與土壤相混合的區(qū)域，使污泥負(fù)荷達(dá)到均一化，污泥的有機(jī)部分在這一區(qū)域中被生物降解;下半部分是氣、液分離區(qū)，使液體不滯留于土壤中，以增加氧的傳遞率。高負(fù)荷率的污泥通過該系統(tǒng)的處理，污泥中的有機(jī)組分將降解70%~80%，懸浮固體濃度去除率達(dá)到45%~60%。從沉淀池排出濃度為5000~30000mg/L的污泥都可以直接進(jìn)入該系統(tǒng)中，而不需要任何的預(yù)處理。相比于其他生物處理技術(shù)，該系統(tǒng)所需能量較少，可以連續(xù)運(yùn)行，并能保持最佳溫度以利于微生物的降解，特別適合于受自然條件限制或土壤濕度大的污泥處理。
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