蔡磊 中交二航局廣州分公司

1.引言

城鎮(zhèn)管網(wǎng)改造、河涌水體整治等水治理工程的實(shí)施，提高了水系統(tǒng)運(yùn)行能力和促進(jìn)了水生態(tài)健康發(fā)展。隨之而產(chǎn)生的大量污泥的出路問(wèn)題成為項(xiàng)目實(shí)施的關(guān)鍵性難題。若經(jīng)技術(shù)處理將其資源化，不僅解決了污泥處置的難題，還能創(chuàng)造社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

如何科學(xué)合理地將污泥“減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化，資源化”，下面結(jié)合工程實(shí)例，探討相關(guān)技術(shù)的運(yùn)用情況。

2.工程概況

中山市（中心城區(qū)10條河涌）黑臭水體整治提升工程EPC+O（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“本項(xiàng)目”）項(xiàng)目。整治河涌累計(jì)全長(zhǎng)23.8km，包括截污工程、清淤工程、管道檢測(cè)與修復(fù)、綠化景觀(guān)等9大專(zhuān)業(yè)工程，其中河涌清淤20.9萬(wàn)m3，管道清淤量約2.2萬(wàn)m，清淤量共計(jì)23.1萬(wàn)m。運(yùn)營(yíng)期生活污水初沉污泥和剩余活性污泥干物重量按經(jīng)驗(yàn)值32g/人﹡日、項(xiàng)目工程所在區(qū)的常住人口300萬(wàn)人，預(yù)估每年平均需處理約為2.5萬(wàn)m污泥。

施工階段的污泥主要來(lái)自黑臭河涌和管道的通溝污水污泥，運(yùn)營(yíng)階段的污泥主要來(lái)自新建的一體化污水分散設(shè)施產(chǎn)生的初沉污泥、剩余活性污與泥腐殖污泥。污泥含水率高達(dá)92%～99.5%，具有病原體種類(lèi)多和寄生蟲(chóng)卵數(shù)量大、有機(jī)物含量高，并含有一定量的重金屬元素的特點(diǎn)。

為解決施工中污泥處置難的問(wèn)題，項(xiàng)目公司根據(jù)工程特點(diǎn)、周?chē)h(huán)境、處理規(guī)模，經(jīng)過(guò)詳細(xì)的市場(chǎng)調(diào)查，通過(guò)對(duì)經(jīng)濟(jì)財(cái)務(wù)指標(biāo)測(cè)算和技術(shù)方案優(yōu)化比選，并在建設(shè)單位和政府部門(mén)大力支持下，在項(xiàng)目初期投資新建了污泥處理廠(chǎng)和制磚廠(chǎng)。

在項(xiàng)目施工階段，采用好氧堆肥工藝處理的污泥自給用于綠化景觀(guān)工程，其余污泥經(jīng)石灰穩(wěn)定處理后焚燒用于制磚。在項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)階段，根據(jù)設(shè)備產(chǎn)能關(guān)系除了滿(mǎn)足本工程的污泥處理處置的需求外，還能對(duì)外經(jīng)營(yíng)創(chuàng)收以補(bǔ)貼運(yùn)營(yíng)成本。

3.污泥處理

污泥處理包括穩(wěn)定化和無(wú)害化兩方面內(nèi)容。污泥穩(wěn)定化處理，目的為降解污泥中的有機(jī)物能形成穩(wěn)定產(chǎn)物。污泥無(wú)害化處理，采用熱處理技術(shù)將污泥中重金屬元素及其他不利成分進(jìn)行處理，為污泥資源化利用提供先決條件。

污泥處理技術(shù)全過(guò)程的工藝流程，一般包括濃縮、脫水、消化或堿化及堆肥、干化或焚燒及熱解氣化等，其中消化或堿化及堆肥屬于穩(wěn)定化處理技術(shù)，干化或焚燒及熱解氣化屬于熱處理技術(shù)的無(wú)害化處理。

污泥處理技術(shù)應(yīng)根據(jù)污泥的性質(zhì)和處置利用方向選擇適宜的方法，并充分考慮技術(shù)的穩(wěn)定性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性。

3.1 穩(wěn)定化處理

污泥穩(wěn)定化處理要求滿(mǎn)足對(duì)所含的有機(jī)物和有害病原體具有一定的降解能力和殺除能力。常用的方法有消化穩(wěn)定，堿化穩(wěn)定和好氧堆肥。

污泥消化，適用于大中型污水處理廠(chǎng)對(duì)初沉污泥和剩余活性污泥進(jìn)行批量集中處理，按消化過(guò)程中的生產(chǎn)環(huán)境可分為厭氧狀態(tài)消化和好氧狀態(tài)消化。厭氧消化需建大中型消化池，具有降解效率高，分解產(chǎn)物可回用，凈能耗低的特點(diǎn)，但初期投資大和操作要求高，伴有臭氣產(chǎn)生，有爆炸隱患。有氧消化具有總污泥量少，操作簡(jiǎn)便，無(wú)臭氣產(chǎn)生，但需專(zhuān)業(yè)配套設(shè)施，處理能耗高。

堿化穩(wěn)定是添加生石灰（CaO）、鎂鹽（Mg2+）、粉煤灰等堿性物料，利用造堿功能和化學(xué)反應(yīng)熱，實(shí)現(xiàn)污泥的殺菌和固化。這種技術(shù)并未直接降解污泥中的有機(jī)物，而是依靠改變病菌載體環(huán)境和產(chǎn)生高溫的方式殺除有害成分，并具有板結(jié)固化的特點(diǎn)。堿化穩(wěn)定具有工藝簡(jiǎn)便，安全穩(wěn)定，投資省能耗低的特點(diǎn)，但占地面積大，可作為臨時(shí)或應(yīng)急處理措施。

好氧堆肥是將脫水污泥在氧氣充足，通氣良好的條件下，污泥中的好氧菌在自產(chǎn)酶作用下對(duì)有機(jī)物進(jìn)行吸收、氧化還原的分解。這種技術(shù)受自然環(huán)境和氣候影響小，在室內(nèi)室外均能進(jìn)行機(jī)械化操作，簡(jiǎn)便可靠。好氧堆肥具有易操作，低投入，適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

考慮工程條件和施工環(huán)境等因素，本項(xiàng)目工程采用了石灰穩(wěn)定和好氧堆肥技術(shù)：項(xiàng)目工期緊，污泥處理過(guò)程要求“短、平、快”；投資省、節(jié)能環(huán)保、操作簡(jiǎn)便；具備場(chǎng)地條件和施工機(jī)械，可進(jìn)行機(jī)械化施工；好氧堆肥處理的污泥可用于本工程的綠化景觀(guān)用土，堿化穩(wěn)定處理的污泥可備以制作建材。

3.1.1 石灰穩(wěn)定

石灰穩(wěn)定法是一種簡(jiǎn)單有效的污泥堿化穩(wěn)定處理技術(shù)，因未直接降解污泥中的有機(jī)物，為后續(xù)熱處理技術(shù)最大程度地保留了熱值。相比較同屬堿化穩(wěn)定技術(shù)的鎂鹽法和粉煤灰法，最大的優(yōu)勢(shì)是石灰消解反應(yīng)過(guò)程放熱量更大，殺菌除害能力更強(qiáng)。

石灰穩(wěn)定法首先要對(duì)污泥進(jìn)行濃縮和脫水，分別采用了加壓溶氣氣浮濃縮工藝和帶式壓濾機(jī)脫水工藝。濃縮工藝先去除污泥中的自由水和部分間隙水，脫水工藝是去除污泥的間隙水，經(jīng)濃縮和脫水后形成泥餅的體積約為原有體積的1/10，有利于石灰穩(wěn)定處理。

加壓溶氣氣浮濃縮機(jī)，通過(guò)加壓使更多空氣溶于水中，析出大量微米級(jí)小氣泡附著在污泥顆粒表面，在小氣泡上浮過(guò)程中，形成固液分離狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)濃縮，污泥含水率可降為94%～97%。

帶式壓濾機(jī)有回轉(zhuǎn)帶一邊運(yùn)泥一邊脫水，脫水工作原理是泥餅進(jìn)入擠壓脫水區(qū)“S”壓榨段，形成“淤泥+S+淤泥”型壓榨段，淤泥被夾在上、下兩層濾布中間，經(jīng)若干個(gè)壓榨輥反復(fù)壓榨，從而實(shí)現(xiàn)快速脫水。污泥含水率可降為60%～80%。

石灰穩(wěn)定，向脫水泥餅中投加費(fèi)用低且便于施工的生石灰，相對(duì)應(yīng)的配套裝置包括：犁式混合機(jī)、螺旋輸送機(jī)、帶式混合器、漿式攪拌機(jī)、葉片式混料機(jī)等設(shè)備，其工藝流程，如圖1所示。

圖1 石灰穩(wěn)定流程示意圖

3.1.2 好氧堆肥

根據(jù)混合料堆置的情況可分為動(dòng)態(tài)堆肥和靜態(tài)堆肥，動(dòng)態(tài)堆肥與靜態(tài)堆肥相比消化地更充分，同時(shí)也加快了穩(wěn)定化處理進(jìn)程。根據(jù)生物菌生長(zhǎng)環(huán)境差異可分為好氧和厭氧兩種方法，好氧堆肥相對(duì)于厭氧堆肥，具有投入設(shè)備少，臭氣產(chǎn)生少，操作簡(jiǎn)便安全的特點(diǎn)。

本項(xiàng)目工程利用場(chǎng)地優(yōu)勢(shì)和便利的施工條件，采用的是條垛式動(dòng)態(tài)好氧堆肥。

脫水泥餅同蓬松介質(zhì)混合以條垛式堆置在多孔床上，具有較大的比表面積和孔隙比的特點(diǎn)。通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流循環(huán)、自然擴(kuò)散的方式形成自上而下、由里及外的供氣系統(tǒng)。機(jī)械定期翻推條垛，以保證堆肥發(fā)酵充分。經(jīng)篩分的過(guò)細(xì)顆粒可回流利用，充當(dāng)膨脹劑使混合物形成多孔結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)場(chǎng)混合物堆體，暴露于空氣中以加快內(nèi)部水分消散，截面呈自然堆態(tài)的三角形，縱向布置成相互平行的長(zhǎng)條垛，在條垛間及兩端預(yù)留出翻推機(jī)械的作業(yè)空間?？諝夤苈芳芸沼诙讯獾撞繙锨?nèi)部，配合強(qiáng)制通風(fēng)機(jī)構(gòu)成了循壞有序的立體對(duì)流場(chǎng)。

好氧堆肥需進(jìn)行兩次堆肥發(fā)酵可分為三個(gè)階段，即一次堆肥發(fā)酵周期為10-12天，包括起始階段和高溫階段。對(duì)難分解物質(zhì)進(jìn)行二次堆肥發(fā)酵，周期為16-20天，該階段是腐化階段。

成品堆肥貯存在干燥通風(fēng)的污泥處理廠(chǎng)場(chǎng)區(qū)內(nèi)，搭設(shè)雨棚并做好防水防潮措施。按生產(chǎn)時(shí)間先后順序外運(yùn)用作綠化景觀(guān)工程的種植土。

3.2 無(wú)害化處理

由于污泥經(jīng)自然干化或機(jī)械脫水后，因含水率和體量達(dá)不到資源化的各項(xiàng)控制指標(biāo)。所以還需再進(jìn)行干化、焚燒或熱解氣化等熱處理技術(shù)進(jìn)行無(wú)害化處理。

污泥干化，是脫水的泥餅被從燃燒器內(nèi)釋放的熱量高溫加壓烘干，同時(shí)伴有物理化學(xué)反應(yīng)，充分利用高溫去除污泥中的毛細(xì)水、吸附水、內(nèi)部水，并降解或殺除污泥中殘留的有機(jī)物、病原體及寄生蟲(chóng)卵的一種無(wú)害化處理技術(shù)。

污泥焚燒，是利用污泥本身所含有機(jī)物的可燃性或補(bǔ)加燃料，通過(guò)高溫燃燒去除有機(jī)物，殺除病原體及寄生蟲(chóng)卵，并在一定程度上能將重金屬元素穩(wěn)定在爐渣中的一種無(wú)害化處理技術(shù)。

污泥熱解氣化，是將干化污泥與高溫?zé)煔庠谌毖趺荛]狀態(tài)下接觸發(fā)生干餾反應(yīng)，通過(guò)裂解作用將有機(jī)物和其他難解物質(zhì)轉(zhuǎn)化生成酚類(lèi)、醇類(lèi)、焦油及一氧化碳（CO）、甲烷（CH）等可燃?xì)猓亟饘僭卦诳s合碳化作用下被固封在無(wú)機(jī)熔渣中的一種無(wú)害化處理技術(shù)。

考慮操作簡(jiǎn)便和生產(chǎn)安全問(wèn)題，本項(xiàng)目工程選擇采用立式多段焚燒爐，其融合了干化和焚燒技術(shù)，處理效果充分較為先進(jìn)，其特點(diǎn)是多段爐膛可分為三段，頂部為干化段可對(duì)污泥進(jìn)行干化處理，中部為焚燒段對(duì)進(jìn)入爐膛內(nèi)的泥餅進(jìn)行焚燒，底部為冷卻段起冷卻灰渣和預(yù)熱空氣的作用。多段焚燒爐排放的煙氣可以通過(guò)文丘里洗滌器、吸收塔、濕式旋風(fēng)噴射洗滌器進(jìn)行凈化處理。

4.污泥處置

污泥處置是對(duì)污泥的最終安排，處理后的污泥可在土地堆肥、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品、建筑材料和填海造地等領(lǐng)域進(jìn)行利用。污泥建材利用的主流方向包括焚燒產(chǎn)物制成磚塊、陶粒，也可用作生產(chǎn)玻璃、水泥、生化纖維板的原材料等。

污泥制磚工藝可分為干化污泥制磚和污泥焚燒灰制磚，兩種方法工藝流程基本相同，其中污泥焚燒灰制磚多了焚燒環(huán)節(jié)，可使污泥中的有機(jī)物或揮發(fā)物在燃燒狀態(tài)下充分釋放，有效控制成型磚的干燥收縮率和吸水率，更利于磚質(zhì)量穩(wěn)定。

本項(xiàng)目工程的生活污泥焚燒灰的主要成分和制磚工業(yè)中的原材料黏土成分均為SiO和AlO，其他成分兩者較為接近。由于污泥焚燒灰中的SiO含量較低，因此在利用焚燒灰制磚時(shí)，需在制坯時(shí)添加適量的黏土和硅砂，以提高磚體的力學(xué)性能指標(biāo)。

另外，污泥焚燒灰中FeO和PO及重金屬含量要高于普通黏土，要保證制磚質(zhì)量必須對(duì)焚燒灰和黏土進(jìn)行成分分析和試配試拌。在進(jìn)行材料顆粒分析、調(diào)配和力學(xué)性能等多項(xiàng)試驗(yàn)后，根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)和曲線(xiàn)對(duì)比分析可知，合適摻配比范圍為焚燒灰:黏土:硅砂=1:1:（0.3～0.4）（質(zhì)量比），將焚燒灰按粒徑要求粉碎篩分后，摻入黏土與水，混合攪拌均勻，制坯成型焙燒。各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿(mǎn)足《GB/T 5101-2017 燒結(jié)普通磚》的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（1）原材料要求：灰渣粒徑宜小于30μm，有機(jī)質(zhì)和水分總含量應(yīng)控制在10%以?xún)?nèi)，控制灰渣粒徑有利于拌合均勻和燒制成型，若有機(jī)質(zhì)和水分含量較高則在燒制過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)裂收縮。

（2）制坯：采用細(xì)灰注模、沖壓成形工藝。質(zhì)量控制關(guān)鍵參數(shù)是坯體密度和模具內(nèi)真空度，宜控制坯體密度≥1.6g/cm，模具內(nèi)真空度26kpa。

（3）燒結(jié)：燒結(jié)采用輥道爐膛燒制，燒成溫度控制在1080℃～1100℃為宜，防止磚表面出現(xiàn)熔融現(xiàn)象。

污泥焚燒灰成品磚性能指標(biāo)分析：

（1）磚的吸水率及飽和系數(shù)：磚的吸水率和含水率越低，其耐久性和抗侵蝕能力越好。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)規(guī)范采用鼓風(fēng)干燥箱和蒸煮箱對(duì)成品磚的吸水率和飽和系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證了焚燒灰工藝制磚要優(yōu)于干化工藝制磚，在嚴(yán)控粒徑和配比情況下各項(xiàng)性能指標(biāo)與黏土制磚相當(dāng)。

（2）泛霜和石灰爆裂：通過(guò)鼓風(fēng)干燥箱進(jìn)行泛霜試驗(yàn)，試樣表面只出現(xiàn)細(xì)小明顯的霜模屬于輕微泛霜；通過(guò)蒸煮箱進(jìn)行石灰爆裂試驗(yàn)，未見(jiàn)大于3mm的爆裂區(qū)域，能達(dá)到一等品標(biāo)準(zhǔn)。

（3）磚的強(qiáng)度指標(biāo)：通過(guò)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，根據(jù)不同配比能制出各種等級(jí)強(qiáng)度的磚，其中最高可達(dá)35Mpa，可達(dá)到Mu30等級(jí)。

通過(guò)對(duì)污泥焚燒灰成品磚的過(guò)程數(shù)據(jù)分析，污泥灰中的有機(jī)質(zhì)和水總含量越高磚塊的干燥收縮率越大，PO含量越高磚塊的軟化性越強(qiáng)；污泥焚燒磚的的抗壓強(qiáng)度與灰中的鐵、鈣元素含量有關(guān)，在一定范圍內(nèi)鐵元素能提高磚的強(qiáng)度，鈣元素則會(huì)降低磚的強(qiáng)度。研究表明，當(dāng)焚燒灰含量≤10%，燒結(jié)溫度為1020℃時(shí)，磚的抗壓性能最好，滿(mǎn)足建材相關(guān)指標(biāo)要求。

5.結(jié)束語(yǔ)

本工程堅(jiān)持以國(guó)家政策為導(dǎo)向，結(jié)合實(shí)際情況，綜合考慮了污泥的特點(diǎn)性質(zhì)、處理規(guī)模、占地情況、環(huán)境影響等多方面因素，成功地應(yīng)用了石灰穩(wěn)定、好氧堆肥及污泥制磚技術(shù)解決了污泥出路問(wèn)題，并將其資源化利用，取得了降本創(chuàng)效的成果。

從社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略角度來(lái)看，對(duì)污泥進(jìn)行資源化綜合利用不僅是對(duì)社會(huì)創(chuàng)新發(fā)展的態(tài)度，更是應(yīng)盡的社會(huì)責(zé)任，能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，更能帶動(dòng)社會(huì)效益及環(huán)境效益的增長(zhǎng)。