河道底泥的处理处置途径分析

1河道底泥的处理处置途径分析景长勇霍保全（中国环境管理干部学院，河北秦皇岛066004）摘要：主要介绍了河道底泥的主要成分和特征，阐明了河道底对水体水质的危害，并对河道底泥的处理处置途径进行了阐述和研究，指出了河道底泥资源化处置的方向和存在的问题。关键词：河道底泥，处理处置，资源化河道底泥是城市市政排水系统的副产品，主要来源于城市排水系统，包括排水管道、泵站和污水处理厂。一般地，以无机物为主要成分的称为“沉渣”，呈大颗粒，易脱水，不腐化且流动性差。以有机物为主要成分的称为“污泥”，如污水处理厂的剩余污泥等。根据不同的处理方法和稳定化程度，污泥还可分为生物泥、熟污泥、化学污泥等。不同种类的污泥，其性状特点有着较大的差异，采取的最终处理处置措施也应具有针对性。1．河道底泥的组成和性状特点污泥成分对处理方案的选择具有重要意义，一般以下指标是确定污泥性质的主要依据：含水率、有机物和无机物在干物质中的含量、无机物与惰性成分、挥发性成分（如氯等）的百分比、金属等重污染物的浓度。1.1含水率污泥颗粒中水有不同的相性，包括可经重力沉淀和机械作用去除的自由水、必须通过较复杂或需要较高的能量（如加热、焚烧等）才能去除的物理性结合水、间隙水、胶态表面吸附水、化学性结合水、生物细胞内的水和分子水等。水分在污泥中的存在形式与含量，直接影响具有重要减量化处理效果的污泥工艺的选择。市政污泥的亲水性较污水处理厂污泥低，相当部分的水分以自由间隙水的形式存在于污泥中，易于在机械脱水过程中去除，但由于无机砂含量较高，对脱水机械的磨损也较为严重。1.2有机物和无机物在干物质中的含量污水经生物处理产生的污水污泥中很大一部分是微生物团，因污泥成分不同，未消化的市政污水污泥的有机物含量约占干物质的60%~75%，高效厌氧消化处理后可降至38%左右，其中有机硝酸盐构成污泥中的有机物有效成分，当施用到土壤，硝酸盐经生物降解可改善土壤。在污水处理过程中，细菌及大部分寄生生物在初级和二级沉淀中沉积下来，并与污泥混合，病毒则吸附在污水中的颗粒上，再随颗粒的沉淀沉积在污泥中。大肠菌、大肠粪菌、粪链球菌由哺乳动物直肠正常排出，它们的数量在污水和污泥中均保持恒定。相对应的，各种病原菌如沙门氏菌、痢疾菌、肠道病毒（例如脊髓灰质炎病毒、柯萨奇病毒、肝炎病毒、轮状病毒等）和寄生生物（例如蛔虫、鞭虫、阿米巴虫等）在污水污泥中的比率同当地传染病的流行有关。市政污泥虽然有机物含量仅接近消化污泥的水平，但仍具有污染环境的能力，必须进一步处理并安全利用或消纳。1.3无机物与惰性成分污泥中的无机物或矿物质主要由下列物质组成：矿物盐（硝酸盐、亚硝酸盐、氨盐等）、石灰（干CaO或含水的Ca(OH)2等）、砂(SiO2)和灰分。在污水处理厂中，生物处理的细菌种类并不影响污水和污泥中的矿物质成分。惰性成分来源于污水中的沙粒、灰分和盐分等。1.4挥发性成分2污泥中的挥发性成分如高浓度氯可导致污泥处理设备的腐蚀，而且腐蚀也会妨碍污泥作为燃料的应用。1.5金属等重污染物的浓度重金属的存在妨碍污水污泥在农业方面的应用，1984年5月18日国家建设部发布并于1985年3月1日实施了《农用污泥中污染物控制标准》，该标准主要为贯彻《中华人民共和国环境保护法（试行）》、防治农用污泥对土壤、农作物、地面水、地下水的污染而制订，对污泥中金属的含量提出了严格的要求。一般城市污水由生活污水和工业污水两部分组成，且工业污水所占比例较高（大于40％），历年监测结果表明，个别重金属含量指标超标的现象经常发生。2.河道底泥的处理处置技术分析2.1河道底泥处理处置的目的针对河道底泥的处理与管理而言，其主要目的在于：（1）减量化所谓减量化是指减少最终处理（处置）污泥的容积。污泥一般由比较松散的小块组成，含水率较高，故污水污泥的容积可达其所含固体容积的许多倍，减量化处理可为污泥最终处理（处置）减少技术上的困难和经济上的压力。（2）无害化如前所述，由于污水污泥含有的大量污染物，必须通过无害化处理避免其造成二次污染并使最终产品的卫生学指标达到要求。（3）资源化污水污泥富含营养物质，有的还具有较高的热值，具备一定的资源化利用的条件，但在制定污水污泥管理策略时，必须充分注意到污泥的资源化和再利用价值只能作为确定处理工艺时附加考虑的因素，即必须首先满足无害化、减量化的目的，才能在安全规范的前提下制定再利用的方案。2.2河道底泥处理处置常见技术介绍2.2.1传统处理技术由于城市污水处理厂的普及率快速提高，针对污水处理厂污水污泥的传统处理技术发展较为完整、成熟，主要工艺包括：浓缩、消化、自然干化、机械脱水、消毒等，主要依据污水处理工艺技术特点和预测的污水污泥泥质特性加以选择确定。污泥浓缩的主要方式有重力浓缩、气浮浓缩、离心浓缩。通过浓缩一般可使污泥体积减少50%～70%，使后续处理的规模、能耗大幅度降低并为之创造条件。污水污泥的消化处理是污泥稳定化的过程，可分为好氧消化和厌氧消化，工程上一般采用厌氧中温消化，厌氧消化过程中产生的沼气可通过集中收集后加以利用，通过消化过程，污泥中的有机物含量可降低至40%左右，达到初步稳定化效果。值得指出的是，经污水处理厂消化（稳定化）处理后的污泥，仍未失去其较强的污染环境的能力，而脱水污泥的排放问题一直困扰着污水处理厂的管理者们，因此污泥的后处置技术的发展和应用不仅是必要的也是必须的。污泥自然干化的目的在于进一步降低污水污泥的含水率，从而减小其体积。污泥自然干化过程的完成一般在污泥干化场内，根据泥质的不同，干化机理可分为渗滤作用、蒸发或撇除。污泥干化场占地面积较大，受环境气候条件3影响严重，而且操作卫生条件恶劣，目前已基本被淘汰。污泥机械脱水前一般需要进行预处理，主要目的在于提高其脱水性能，降低运行成本。预处理主要方法有化学调理法、热处理法、冷冻法及淘洗法等。一般采用投加絮凝剂的化学调理法。脱水机械设备依据不同的脱水原理一般有带式压滤机、真空过滤机、离心脱水机、螺压脱水机等。目前工程上应用较多的为带式脱水机和离心脱水机。2.2.2卫生填埋处置技术污泥卫生填埋处置场中污泥的处置工艺采用卫生填埋技术，即在利用自然界代谢功能的同时，通过工程手段和环保措施，使污泥得到安全的消纳并逐步达到充分稳定无害的污泥处置效果，主要借鉴城市生活垃圾卫生填埋场的工程经验进行建设。污泥卫生填埋方式基本属于厌氧性填埋，仅在初期填埋污泥表层及填埋区内排水排气管路附近由于空气的接触扩散形成局部的准好氧填埋方式。虽然污泥在污水处理厂中经过了厌氧中温消化处理，但由于这一过程没有达到完全的降解（进入填埋区的污泥有机物含量仍在40%左右），因此，污泥在填埋过程中依然存在着一个稳定化降解过程。填埋污泥降解的主要方式为厌氧分解，一般要经历由专性厌氧菌和兼性厌氧菌共同发挥作用的水解酸化阶段和由产甲烷菌起主导作用的产甲烷阶段，最终污泥中的可降解的有机质被分解为稳定的矿化物或简单的无机物，并释放出包括CO2和CH4在内的填埋气体，从而完成污泥的稳定化过程。填埋污泥彻底的稳定化是一个漫长的过程，一般需十几年，甚至几十年，但厌氧降解的主体过程一般发生在填埋最初的几年中。填埋体中有机物的厌氧降解受多方面因素的影响。对于污水处理厂消化污泥在填埋过程中的情况而言，具有如下特点：①污泥富含大量微生物和各种微生物菌种，有机物的降解比较完全；②污泥中含有的N、P等物质为有机物的降解提供营养；③污泥较高的含水率为微生物的生命活动创造了有利的条件；④由于污泥堆体稳定性的需要覆盖土层较厚，特别是由于污泥自身高粘度性状的影响，对厌氧降解过程起到了一定的抑制作用；⑤由于经历过污水处理厂的中温厌氧消化过程，填埋污泥中易降解物质量较少，一般不会出现明显的快速降解过程，可不考虑由于甲烷气体的过量集聚造成的危害，因此可对填埋气体采取自然排逸的方式；⑥污泥中重金属离子的存在对降解过程也会产生一定的抑制影响。2.2.3海洋投弃投海，由于深海投弃管道设备需一定投资，且世界各国对海洋环境日益关注而纷纷立法禁止，因而近年来基本不再采用。2.2.4堆肥处理技术堆肥化，即土地利用法，是利用自然界广泛存在的微生物，有控制地促进固体废物中可降解有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。污泥中含有丰富的有机物和N、P、K等营养元素以及植物生长必需的各种微量元素Ca、Mg、Zn、Cu、Fe等，施用于农田能够改良土壤结构、增加土壤肥力、促进作物的生长。1933年在丹麦出现的丹诺（DANO）发酵器标志着污泥连续性机械化发酵工艺的开端，利用迴转仓完成中温、高温发酵过程，高效、防臭，成品质量高，在美国、日本、欧洲广为采用。目前世界各国采用的方法有：自然堆肥法，圆柱形分格封闭堆肥法，滚筒堆肥法，竖立式多层反应堆肥法以及条形静态通风等堆肥工艺，这些方法都在不断发展和完4善。污泥的土地利用能耗低，是一种符合我国国情的安全积极的污泥处置方式，土地利用将是一个主要的发展方向。但是，污泥中也含大量病原菌、寄生虫（卵），以及铜、铝、锌、铬、汞等重金属和多氯联苯、二恶英、放射性元素等难降解的有毒有害物。一般来说，污泥要作土地处置必须经无毒无害化处理后（一般采用高温堆肥），才能作土地利用，否则，污泥中的有毒有害物会导致土壤或水体污染。2.2.5热干化与焚烧处理技术污泥的干式热处理，包括污泥干化、焚烧、熔融三种方式。污泥的干化处理，是指通过直接或间接加热方式，进行低温热处理，使污泥脱水、减容，同时泥性趋于稳定化。早在20世纪40年代，日本和欧美就已经用直接加热鼓式干燥器来干燥污泥。经过几十年的发展，污染干化技术的优点正逐渐显现出来：污泥显著减容，体积可减少4～5倍；形成颗粒或粉状稳定产品，污泥性状大大改善；产品无臭且无病原体，减轻了污泥有关的负面效应，使处理后的污泥更易被接受；产品具有多种用途，如作肥料、土壤改良剂、替代能源等。无论填埋、焚烧、农业利用还是热能利用，污泥干化都往往是重要的第一步，这使污泥干化在整个污泥管理体系中扮演越来越重要的角色。20世纪90年代以来，运用污泥干化技术处理城市污泥得到迅速发展。焚烧是将污泥作为固体燃料投入焚化炉中，使其与氧发生剧烈的化学反应，释放出能量并转化为高温的燃烧气和少量性质稳定的固定残渣。最早的固体废物焚烧装置是1974年建于英国的间歇式固定床垃圾焚烧炉。目前应用最广的焚烧设备是流化床焚烧炉，已成为集各种高新技术于一身的现代工业化装置。通过焚烧可使污泥达到最大程度的减容，从而减轻后续处置过程对环境的影响。焚烧过程中所有的病菌、病原体均被彻底杀灭、有毒有害的有机残余物被氧化分解。焚烧处理效率高，占地面积小，适于土地资源紧张的大中城市采用。燃烧气可作为热能回收利用，焚烧灰可用作生产水泥、砖、陶粒等的原料，使重金属被固定在建筑材料中而避免其重新进入环境。不足之处在于一次性投资大，资金占用时间长，能耗和运行维护费用高，且其焚烧过程中会产生二恶英等空气污染物，因而在一定程度上制约其在国内的发展。熔融，亦称玻璃化处理，与焚烧最大的不同点是所燃烧温度与产生底灰不一样。熔融的燃烧温度高达摄氏1800至2400度，焚化炉的温度即便在二次燃烧室也仅有摄氏1600～1800度；而熔融燃烧后的灰渣可回收制造路基，焚化炉底灰利用则相对较为困难。因此在日本的都市污泥许多采用熔融方式处置，已经有取代焚化炉趋势。2.2.6其他处理技术近年来，污泥的工业化利用，尤其是建筑材料的资源化利用，具有显著的优势：河道底泥经过采用低温煅烧就可成为使用价值非常高的建筑材料；其中含有一定可燃物质，用于烧结建筑材料有显著的节能效果；固体废料的建材资源化往往不需进行大的固定资产投资，而经济效益非常显著；选取适当的利用途径，可能实现清淤底泥不脱水直接利用，解决脱水、运输中的难题，并成功地把污泥处理处置费用转移到有用的产品生产上来，消除了因无资金保障而使污泥处置停顿的风险。3.底泥资源化途径目前污泥回用在世界各国均处于试验性发展阶段。国内外学者进行的污泥资源性回用研究大多局限于净水厂、污水厂污泥，且大多局限于农用和堆肥，建材回用方面研究较多的是污泥焚烧灰的利用