程海華

（臺州市環(huán)科環(huán)保設(shè)備運(yùn)營維護(hù)有限公司，浙江 臺州 318000）

隨著社會的不斷發(fā)展，城市污染物質(zhì)也在大量增加，城市管網(wǎng)改造和河涌水體整治工程也提上日程，水治理工程的實施能夠提高水系統(tǒng)的運(yùn)行能力，推動水生態(tài)健康發(fā)展。但是，污泥的出路成為項目實施的關(guān)鍵。若采用科學(xué)合理的技術(shù)將污泥等物質(zhì)進(jìn)行資源化處理，不僅能夠解決污泥處理的問題，而且還能為社會創(chuàng)造更高的效益。然而，如何科學(xué)合理地將污泥資源化是一個關(guān)鍵性問題，因此，本文以具體工程為例，對相關(guān)技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行分析探討。

1 工程概況

某市黑臭水體整治提升工程（以下簡稱“本項目”）項目。河涌整長度為23.8km，分為河涌清淤和管道清淤，清淤量為23.1 萬m3。在運(yùn)營期間，項目工程所在區(qū)域人口數(shù)量為400 萬人，按經(jīng)驗值每日32g/人所產(chǎn)生的生活污水初沉污泥和剩余活性污泥干物重量，預(yù)估每年平均需處理約為3.5 萬m3污泥。

在施工階段，污泥主要來源于黑臭河涌和管道的通溝污水污泥。在運(yùn)營階段，污泥主要來源于新建設(shè)的一體化污水分散設(shè)施所產(chǎn)生的污泥。污泥的含水量超過92%，且含有眾多的病原體、寄生蟲、有機(jī)物和重金屬物質(zhì)。

為了有效地解決污泥難處理問題，項目公司需要以工程的特點(diǎn)、施工周圍環(huán)境、污泥處理規(guī)模為基礎(chǔ)，對市場進(jìn)行充分的調(diào)研，再對經(jīng)濟(jì)財務(wù)指標(biāo)和相關(guān)的技術(shù)方案進(jìn)行對比、優(yōu)化，借助建設(shè)單位和政府支持，投資建設(shè)新型污泥處理廠和磚場。

項目在施工階段，借助好氧堆肥工藝技術(shù)來對污泥進(jìn)行處理后將其應(yīng)用于綠化景觀工程，剩余的污泥經(jīng)過石灰處理之后用之制磚。在項目運(yùn)行階段，除了能夠?qū)ξ勰噙M(jìn)行處理之外，還能夠為企業(yè)增加額外收入。

2 污泥處理技術(shù)

污泥處理主要分為兩部分內(nèi)容：穩(wěn)定化處理和無害化處理。污泥穩(wěn)定化處理技術(shù)的目的是為了將污泥中的有機(jī)物進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定性產(chǎn)物。污泥無害化處理是指借助熱處理技術(shù)將污泥中含有的重金屬物質(zhì)等進(jìn)行處理，將污泥進(jìn)行資源化處理。

污泥處理流程包含濃縮處理、脫水處理、消化或堿化處理、堆肥處理、干化處理、焚燒和熱解氣化處理。其中，消化或堿化、堆肥處理屬于污泥穩(wěn)定化處理，其他流程屬于污泥無害化處理。根據(jù)污泥的特性和處理利用方技術(shù)來選擇合適的污泥處理技術(shù)，還需要考慮技術(shù)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性[1]。

2.1 穩(wěn)定化處理

污泥穩(wěn)定化處理是指對污泥中的有機(jī)物質(zhì)、有害病原體等進(jìn)行降解、殺除處理。一般采用方技術(shù)為消化穩(wěn)定技術(shù)、堿化穩(wěn)定技術(shù)和好氧堆肥技術(shù)。污泥消化技術(shù)主要適用于大中型污水處理廠對初沉污泥和剩余活性污泥處理，按照消化過程中的生產(chǎn)環(huán)境可以將其分為厭氧狀態(tài)和好氧狀態(tài)。厭氧消化需要建立大中型消化池，將污泥進(jìn)行分解處理，具有降解效率高、能耗低等特點(diǎn)。但是，初期投資金額大且操作要求高，產(chǎn)生臭氣，存在一定的爆炸隱患。有氧消化處理過程總污泥量少，便于操作，不會產(chǎn)生臭氣，但是需要配備專業(yè)的設(shè)施，能耗較高。

堿性穩(wěn)定是指在污泥中添加生石灰（CaO）、鎂鹽（Mg2+）、粉煤灰等堿性物質(zhì)，借助堿性物質(zhì)的功能和化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱能，對污泥進(jìn)行殺菌和固化處理。采用這種技術(shù)改變了病菌載體環(huán)境，借助高溫方式來對有害成分進(jìn)行殺除。堿性穩(wěn)定技術(shù)操作簡單，安全性高，低投入，低能耗，但是其占地面積大，可以將其作為臨時或者應(yīng)急處理[2]。

好氧堆肥技術(shù)是指在氧氣充足、通風(fēng)良好的條件下，污泥中的好氧菌在酶的作用下對有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行氧化還原、吸收。采用這種技術(shù)受到外界影響較小，可在室內(nèi)室外進(jìn)行操作，簡單可靠，且其便于操作、適應(yīng)性強(qiáng)。

由于考慮到工程條件和施工環(huán)境，本工程選擇石灰穩(wěn)定技術(shù)和好氧堆肥技術(shù)來對污泥進(jìn)行處理。項目工期短，污泥處理需要在短時內(nèi)進(jìn)行，機(jī)械設(shè)備需要邊緣操作。采用好氧堆肥技術(shù)處理的污泥可以用于綠化景觀，采用堿性穩(wěn)定技術(shù)處理的污泥可以用于建材制作。

2.1.1 石灰穩(wěn)定

石灰穩(wěn)定技術(shù)是對污泥進(jìn)行堿化穩(wěn)定處理的一種方式，由于其未直接對污泥中的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行降解處理，這為后期熱處理保留了熱值。與堿化穩(wěn)定技術(shù)進(jìn)行比較，其優(yōu)勢是在石灰消解過程中釋放的熱量更大，且殺菌除害能力增強(qiáng)。

在使用石灰穩(wěn)定技術(shù)處理污泥時，采用加壓溶氣氣浮濃縮工藝對污泥進(jìn)行濃縮處理、帶式壓濾機(jī)脫水工藝對污泥進(jìn)行脫水處理。濃縮處理中，首先對污泥中自有水、間隙水進(jìn)行除去；脫水處理是對污泥中間隙水進(jìn)行處理。污泥經(jīng)過濃縮和脫水處理之后，泥餅體積縮小為原來的1/10，便于對污泥進(jìn)行石灰穩(wěn)定處理。

加壓溶氣氣浮濃縮機(jī)借助加壓設(shè)備將空氣溶于水中，從而析出大量微米級小氣泡，讓其附著在污泥顆粒表面。小氣泡在上浮過程中，由于固液分離，使得污泥進(jìn)行濃縮。

帶式壓濾機(jī)脫水過程中，帶式壓濾機(jī)一邊運(yùn)輸污泥一邊進(jìn)行脫水處理。脫水原理是將泥餅運(yùn)送至擠壓脫水區(qū)域進(jìn)行壓榨，淤泥被夾在濾布中，經(jīng)過多個壓榨輥多次進(jìn)行壓榨，降低污泥中的水分。石灰穩(wěn)定技術(shù)是指在脫水泥餅中加入生石灰，實現(xiàn)脫水的目的。

2.1.2 好氧堆肥

根據(jù)混合物料的堆置可以將其分為靜態(tài)堆肥和動態(tài)堆肥。動態(tài)堆肥能夠更好地對污泥進(jìn)行消化處理，其穩(wěn)定化處理進(jìn)程也得到提高。根據(jù)生物菌的生長環(huán)境可以將其分為好氧堆肥和厭氧堆肥。好氧堆肥其設(shè)備投入少、產(chǎn)生臭氣量少，且操作簡單。本項目借助場地優(yōu)勢和施工方便等條件，采用條垛式動態(tài)好氧堆肥方技術(shù)。脫水泥餅和蓬松介質(zhì)混合之后才有條垛式進(jìn)行堆放在多孔床上，增加物料的表面積和孔隙。采用強(qiáng)制對流循環(huán)和自然擴(kuò)散方式形成由內(nèi)到外、從上到下的供氣系統(tǒng)。借助機(jī)械設(shè)備來對條跺進(jìn)行定期翻推，以確保堆肥充分發(fā)酵。通過對細(xì)顆粒進(jìn)行回流處理，以此充當(dāng)膨脹劑來使得混合物形成多孔結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)場混合物長期保留在空氣中，能夠加快堆體內(nèi)部的水分蒸發(fā)，截面形成三角形，縱向布置成長條跺，條跺間和條跺兩端預(yù)留出機(jī)械作業(yè)空間。將空氣管路放置于堆垛底部，配合通風(fēng)機(jī)形成立體循環(huán)的對流場。

好氧堆肥需要將污泥進(jìn)行兩次堆肥處理，主要分為三階段：第一階段為起始階段；第二階段為高溫階段，堆肥發(fā)酵時間為10-12 天；第三階段為腐化階段，對難以分解物質(zhì)進(jìn)行二次堆肥發(fā)酵處理，時間為16-20天。成品堆肥需要貯存在干燥、通風(fēng)良好的污泥處理廠區(qū)內(nèi)，并且搭設(shè)雨棚，做好相應(yīng)的防水、防潮處理。同時，按照時間順序，將處理后的土壤運(yùn)送至綠化景觀區(qū)域[3]。

2.2 無害化處理

污泥經(jīng)過自然干化或者借助機(jī)械處理脫水之后，由于污泥的含水率和體量未符合資源化處理的控制指標(biāo)，還需要對污泥進(jìn)行干化、焚燒和熱解氣化處理。

污泥干化是指將經(jīng)過脫水處理的泥餅經(jīng)過高溫加壓進(jìn)行烘干處理，并且經(jīng)過一系列的物理、化學(xué)反應(yīng)，借助高溫來對污泥中的毛細(xì)水、吸附水、內(nèi)部水進(jìn)行除去，將污泥中的有機(jī)物、病原體和寄生蟲卵等進(jìn)行無害化處理技術(shù)。

污泥焚燒是指借助污泥中所含有的有機(jī)物具有的可燃性，采用高溫燃燒技術(shù)來對有機(jī)物進(jìn)行去除，對污泥中的病原體、寄生蟲卵進(jìn)行殺除，且在某種程度上對污泥中的重金屬元素進(jìn)行穩(wěn)定處理的一種無害化處理技術(shù)。

污泥熱解氣化是在缺氧密閉環(huán)境中，干化污泥和高溫?zé)煔獬浞纸佑|后產(chǎn)生干流反應(yīng)，借助裂解反應(yīng)作用將污泥中的有機(jī)物和其他難以降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃性氣體；在縮合碳化作用下，重金屬元素被固封在無機(jī)熔渣中的一種無害化處理技術(shù)。

由于考慮到設(shè)備操作的簡單性和安全性，本工程選擇立式多段焚燒爐，此方技術(shù)融合了干化技術(shù)和焚燒技術(shù)，處理效果好。立式多段焚燒爐起處理可分為三階段：頂部作為干化段，對污泥進(jìn)行干化處理；中部為焚燒段，對爐膛內(nèi)的泥餅進(jìn)行焚燒；底部為冷卻段，對灰渣和預(yù)熱空氣進(jìn)行冷卻處理。多段焚燒爐所產(chǎn)生的煙氣可以借助洗滌器、吸收塔等設(shè)備來進(jìn)行凈化處理。

3 污泥處置技術(shù)

經(jīng)過處理后的污泥可以用于土地堆肥、制造建筑材料、填海造地等領(lǐng)域。污泥建材利用主要是將焚燒后的產(chǎn)物借助相應(yīng)的技術(shù)制作成磚塊、陶粒，也可以將其制作為玻璃、水泥等。

污泥制磚工藝主要分為兩大類：干化污泥制磚和焚燒灰制磚。兩種工藝流程相似，焚燒灰制磚增加了污泥焚燒環(huán)節(jié)，在燃燒過程中將污泥中的有機(jī)物質(zhì)或者具有揮發(fā)性的物質(zhì)釋放處理，從而對磚的干燥收縮率和吸水率進(jìn)行有效控制，提高成本磚的穩(wěn)定性和質(zhì)量。

本項目中所產(chǎn)生的生活污泥焚燒灰主要成分為SiO2和Al2O3，與制磚工業(yè)中所需要的原材料粘土成分相似。由于污泥焚燒灰中所含有的SiO2含量較低，在使用焚燒灰制磚時，需要在其中增加粘土和硅砂，從而提高成品磚的質(zhì)量和力學(xué)性能。此外，由于污泥焚燒灰中所含有的Fe2O3、P2O3和重金屬含量比普通粘土含量高，為了保證成品磚的力學(xué)性能和質(zhì)量，需要對焚燒灰和粘土進(jìn)行成分分析。在對其進(jìn)行分析、調(diào)配、性能測試后，將所得到數(shù)據(jù)信息做好記錄，并且根據(jù)數(shù)據(jù)資料做好曲線圖來對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對比，選擇最佳的配比，即：焚燒灰:黏土:硅砂=1:1:（0.3-0.4）（質(zhì)量比）。按照顆粒直徑要求來對焚燒灰進(jìn)行篩分、粉碎，再加入粘土和水，對混合物進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁僦瞥膳鬟M(jìn)行燒制。所燒制的土坯性能需要符合《GB/T5101-2017 燒結(jié)普通磚》的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對于不符合要求的土坯，需要進(jìn)行篩選剔除[4]。

1.原材料要求：灰渣粒徑不得超過30μm；有機(jī)物質(zhì)和水分含量不得超過10%?；以降目刂朴兄诨旌衔锏陌韬虾统善反u的燒制成型。若有機(jī)物質(zhì)和水分含量過高，則在燒制過程中容易發(fā)生裂縫。

2.制坯：在制坯過程中采用細(xì)灰注模、沖壓成形的工藝方式，需要對坯體的密度、模具內(nèi)真空度進(jìn)行控制，坯體密度不得低于1.6g/cm3，模具內(nèi)真空度為26kpa。

3.燒結(jié)：采用輥道爐膛來對坯體進(jìn)行燒制，為了避免成品磚出現(xiàn)熔融現(xiàn)象，需要將燒制溫度控制在1080℃～1100℃內(nèi)。

污泥焚燒灰成品磚性能指標(biāo)分析：

1.磚的吸水率和飽和系數(shù)：磚的吸水率和含水率越低，磚的耐久性和抗腐蝕性越好。根據(jù)試驗，選擇鼓風(fēng)機(jī)干燥箱和蒸煮箱來測試成品磚的吸水率和飽和系數(shù)，得出焚燒灰工藝制磚方技術(shù)要比干化工藝制磚效果好，且在粒徑控制、科學(xué)配比的基礎(chǔ)下，各項性能指標(biāo)和粘土制磚方技術(shù)相似。

2.泛霜和石灰爆裂：借助鼓風(fēng)機(jī)干燥箱來對磚進(jìn)行泛霜試驗。試驗結(jié)果顯示，磚表面出現(xiàn)細(xì)微霜模，屬于輕微型泛霜；借助蒸煮箱來對磚對石灰爆裂試驗，試驗結(jié)果顯示，未出現(xiàn)超過3mm 的爆裂區(qū)域，其符合一等品標(biāo)準(zhǔn)。

3.磚的強(qiáng)度指標(biāo)：采用抗壓強(qiáng)度試驗，對不同配合比制成的強(qiáng)度等級不同的磚進(jìn)行試驗，強(qiáng)度最高為35Mpa，等級為Mu30 等級[5]。

對污泥焚燒灰成品磚的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，污泥灰中含有的有機(jī)物質(zhì)、水分總含量越高，其磚塊的干燥收縮率數(shù)值越大；P2O3含量越高，其磚塊的軟化性能越強(qiáng)。污泥焚燒磚的抗壓強(qiáng)度和灰質(zhì)中鐵元素、鈣元素的含量密切相關(guān)，在一定范圍內(nèi)，鐵元素含量越高，磚的強(qiáng)度越高；而鈣元素含量越高，磚的強(qiáng)度越低。試驗表明，當(dāng)焚燒灰含量低于10%且燒結(jié)溫度為1020℃時，磚的各項性能最佳，且符合建材相關(guān)指標(biāo)[6]。

4 結(jié)語

本工程以實際情況為基礎(chǔ)，將污泥的特點(diǎn)、處理規(guī)模、環(huán)境影響等因素進(jìn)行考慮，采用石灰穩(wěn)定技術(shù)、好氧堆肥技術(shù)和污泥制磚技術(shù)來對污泥進(jìn)行處理，提高其資源化程度，取得了顯著的效果。從社會發(fā)展的角度來分析，對污泥進(jìn)行資源化處理，不僅能夠為企業(yè)創(chuàng)造補(bǔ)貼，為社會創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益，而且還能夠確保環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。