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。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)驗可供借鑒?針對這些行業(yè)關(guān)注的焦點，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，在達標排放的同時所產(chǎn)生的污泥，通過機械脫水后，含水率一般為80%左右。據(jù)廣州唯佳安達公司總經(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)，硫化物的含量勢必較高。“通常來講，印染廢水的水質(zhì)變化大、有機污染物濃度高、色度和酸堿度變化大等特點，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，對環(huán)境的污染很強，屬危險廢物。”
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行分類，分為有機污泥和無機污泥兩大類。生物法污泥為有機污泥，是以有機物為主要成分，典型的有機污泥是剩余生物污泥，此外還有油泥及廢水中固體有機物沉淀形成的污泥等。有機污泥的特性是有機物含量高，容易腐化發(fā)臭，污泥顆粒細小，往往呈絮凝體狀態(tài)，相對密度小，含水率高，持水性強，不易下沉。無機污泥則是以無機物為主要成分，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，而無機污泥的特性是相對密度大，團體顆粒大，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)。
由于印染廢水有機物含量大、濃度高，僅物化處理其污泥量就可高達1%～3%。以生化加物化處理工藝產(chǎn)生1%的污泥計算，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，隨著經(jīng)濟高速發(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)一的認識。
“污泥的處理和處置是兩個階段，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)標準，然后才是選擇處理技術(shù)，以及形成商業(yè)模式、付費等。“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。”
他認為，在污泥處置方向上至今無法達成統(tǒng)一是造成相關(guān)工作進展緩慢的重要原因。“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：認為污泥是污染物者，處理處置就是環(huán)境安全為重;認為是資源者，就強調(diào)綜合利用。
其中，圍繞污泥能否土地利用這一焦點議題，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)重金屬等控制指標達標后可以進入土地;環(huán)境保護部則主張不能進入農(nóng)業(yè)，可以用于沙化地改造等;農(nóng)業(yè)部則是堅定的反對者，認為即使達標也不行。對焚燒路線，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?。在實現(xiàn)這一主要目的的同時，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間為20d，有機物理論降解率為83%，30d的有機物理論降解率為88%。但受短流、投加方式、有毒物質(zhì)等的影響，實際降解率遠低于理論降解率，一般僅為理論降解率的60%左右。因此在實際處理過程中認為當有機物的降解率達到40%~50%時，或者消化后污泥中有機酸含量小于300mg/L時，則可認為消化后的污泥達到穩(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)生標準狀況下甲烷0.35m3，印染廢水污泥中COD，甚至高達上萬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污染物進行降解。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)境下對多種有機物進行氧化分解并轉(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、有效的用以加強污泥的可生化性的機械預(yù)處理方法，并且對于所有污水處理設(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)的評價因聲處理設(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世紀末就已經(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
微型動物在污水處理工程中通常指原生動物(Protozoa)和微型后生動物(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物，以及寡毛蟲、輪蟲和線蟲等后生動物。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)中由細菌、微型動物等微生物構(gòu)成的食物鏈越長或食物中鏈微型動物捕食能力越強，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物等微型動物能直接攝食細菌、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，因而會受到氣溫和土壤濕度的影響，使土壤利用的時間和區(qū)域受到一定的限制。
5 國外哪些經(jīng)驗可以借鑒?
世界各國對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60年代，是發(fā)達國家早期處理污泥的一種方式。它具有操作簡單、處理費用低的優(yōu)點。但是該方法在需要大面積場地的同時，對處理技術(shù)要求標準高，滲透液對環(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年起實施)要求所有歐洲國家用于土地填埋的固體廢棄物中有機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、荷蘭、盧森堡、愛爾蘭等國家污泥填埋有逐年下降的趨勢。
污泥焚燒是利用污泥含有的有機成分較高，具有一定熱值等特點來處置污泥。污泥焚燒方式的優(yōu)勢在于其處理的徹底性，減量率可達到95%左右，處理速度快，污泥中有機物被全部碳化，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)備對尾氣進行處理。另外，該方式價格昂貴，從國外的情況看，焚燒投資以及運轉(zhuǎn)與維護費，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肥料或土壤改良劑，施入土壤以達到改善土壤性質(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，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，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，但是污泥排入海洋會嚴重影響海洋生態(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。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，形成各自的相對優(yōu)勢微生物種群，提高了整個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，可達到中溫傳統(tǒng)法20d的處理效果，節(jié)省了時間。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，對揮發(fā)性酸積累的抵御和耐沖擊負荷的能力強。
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物轉(zhuǎn)化為碳氫化合物，最大轉(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。加拿大正在進行中試試驗，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，在液相中將有機物分解為二氧化碳、水等無機物或小分子有機物的化學(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曝氣池中同時進行。工藝分成兩個過程，一個是臭氧氧化過程，另一個是生物降解過程。
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進行生物處理。而且在經(jīng)臭氧處理后，將有一部分污泥(1/3)被無機化。因此，只要操作適當，可以使污水處理過程中凈增污泥量與無機化污泥量相等，從而可以達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)達國家已經(jīng)比較成熟。早在上世紀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)施為實驗環(huán)境，探索了在全應(yīng)用條件下超聲處理對污泥的生物化學(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這一技術(shù)的改進上。
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，因而會受到氣溫和土壤濕度的影響，使土壤利用的時間和區(qū)域受到一定的限制。
美國SWEC公司在上世紀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，將土壤處理的整個過程放置在室內(nèi)一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)中進行。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。整個操作系統(tǒng)的核心部分是生物反應(yīng)器，它由二個區(qū)域組成:上半部分是污泥與土壤相混合的區(qū)域，使污泥負荷達到均一化，污泥的有機部分在這一區(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。高負荷率的污泥通過該系統(tǒng)的處理，污泥中的有機組分將降解70%~80%，懸浮固體濃度去除率達到45%~60%。從沉淀池排出濃度為5000~30000mg/L的污泥都可以直接進入該系統(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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