德國污泥處置技術的分析與研究
根據2004年我國污水處理能力的統計，我國現有近800座污水處理廠，平均每天處理污水近4600×104t，每天從各個污水廠產生約7000t的污泥餅，并以每年15%的速度增長。在我國污泥處理處置的方法中，現有70%以上是棄置，20%是填埋，不到10%的是通過堆肥等技術處理后回用于土地。由于污泥中一般都含有病菌和過量的重金屬，沒有經過無害化處理的污泥大量的棄置，最終作為資源用于土地，常常造成二次污染，嚴重影響了環境的綜合整治。而德國城市污水處理廠對污泥處理有85.4%以上首先采取污泥中溫厭氧消化，然后脫水，最后作農用堆肥和焚燒熱處理。通過污泥消化可以抑制病菌，改善污泥的衛生狀態；同時，還可用產生的甲烷氣發電，基本可供污水處理廠的生產運營；脫水后的消化污泥還可作為發電廠或水泥廠的輔助燃料。因此，很有必要對德國的污泥處置技術進行了解和研究，為我國污泥無害化和資源化處置開辟一條新的途徑，F以德國KA helmstedt（sewagentreatment plant helmstedt）為例（日處理污水能力10×104t）進行分析研究。
1 德國污泥處置技術應用的條件
據德國聯邦政府統計：2001年由10188個城市和社區污水處理廠中排出的243×104t干污泥（TS），其中大約57.6的污泥得到再利用，如農用堆肥、建筑材料；大約22.8的污泥焚燒，作為輔助燃料熱處理；9.6%在其他污水處理設施里；6.6%的污泥進行填埋；只有3.3%的污泥沒有得到處理。
1.1從制度上規范污泥的處置利用
德國政府高度重視對污泥的處置利用，有專門的法律、法規。例如，制定了專門的物資循環利用和垃圾處置法律（KrW-/AbfG）、污泥處理廠的污泥管理要求（AbfKlaerV）、污泥堆置要求（AbfAblV）等。另外，歐盟也制定了對污泥處理廠的污泥的處置法律。這些法律、法規對污泥處置提出了詳細、嚴格的要求；同時，還提出在2005年7月以后，禁止對有機物含量超過5%的污泥進行填埋，以進一步提高污泥的綜合利用。
1.2根據污泥來源的不同，采用不同的處置方法
對于城市污水處理廠的污泥，因其有機成分高，且基本不含重金屬，主要用于農業；而對于工業污泥，主要進行焚燒處理，最后的爐渣進行填埋，并且強調企業必須對存在于污泥中的物資進行循環利用。這樣既避免了工業污泥中的細菌和重金屬對生態環境的影響，又提高了污泥處理的使用效率。
在工業污水處理領域，2001年德國共產生約130×104t工業污泥，其中66×104t產生于生物技術污水處理，65.7×104t產生于物化技術污水處理。生物法產生的污泥主要來源于化學工業、造紙工業和食品工業；其中超過54%的污泥（35.8×104t）已經過焚燒得到處理。另外，在造紙和食品工業領域，政府要求大部分存在于污泥的物資必須得到循環利用，只有大約7.35×104t的生物技術產生的污泥通過填埋處理。
1.3資金投入量大、技術先進
資金投入，在我國對污泥處理的投資只占污水處理廠總投資的20%～50%；而在德國，已高達50%～70%。技術先進，主要是體現在設備控制上。德國在污泥、污水處理方面已基本實現了全自動控制，而且處理設備已形成了標準化、系列化。
2 德國污泥處置技術工藝
2.1污泥來源及去向具體如圖1所示
 |
圖1污泥的來源及去向
（1）原生污泥（primary sludge）：產生于前澄清池，主要成分為大顆粒不溶性有機物，直接提升進污泥消化池進行處理。原生污泥量平均650m3/d，TR為4.5%，TS為22.7t/d，其中OTR為75%。
（2）剩余污泥（secondary sludge）：產生于活性污泥處理池，指污泥生長量超過維持生物處理池所需要的這部分污泥量，也就是我們所說的再生污泥。主要成分為有機物，這部分污泥一部分進前澄清池處理；一部分進行污泥濃縮后提升進污泥消化池，進行中溫厭氧消化，反應時間為18d，溫度為35℃。剩余污泥量平均300m3/d，TR為5.0%，TS為13.4t/d，其中OTR為79%（預濃縮后的數據）。
（3）消化后的污泥：首先進行脫氣，然后濃縮，TR為6.1%，OTR為63%；濃縮后污泥通過板框壓濾機進行脫水，脫水后污泥中的TR為30.5%，外運焚燒熱處理或農用堆肥，濾液返回進初沉池。
2.2污泥消化處理設備
污泥消化處理流程及主要設備如圖2所示。
 |
圖2污泥消化的技術裝備及流程圖
（1）污泥消化罐：共有3個，兩用一備，每個容積為5000m3。平均每個消化罐進泥300m3/d，連續進泥，反應時間為18d，溫度為35℃。每個罐中間配一個污泥混合器，對罐內的污泥進行充分攪拌混合。
（2）熱交換器：共有3臺，兩用一備。利用甲烷氣燃燒在鍋爐里產生的熱水，同時在熱交換器里與污泥進行熱交換，保證污泥溫度保持在35℃左右。
（3）混合噴射器：共有2個。經過熱交換的污泥在混合噴射器里與原污泥進行充分混合后，再通過熱污泥提升泵打入污泥消化罐。
（4）污泥脫氣塔：共有2臺，同時運行；內設塔板，負壓操作。消化后的污泥首先進入污泥脫氣塔，通過該裝置脫除還混于污泥中的甲烷氣體。
（5）甲烷氣儲存罐：只有一個，容積為3000m3，用于產生的甲烷氣的儲存，作為產生與使用甲烷氣設施的中間儲罐。
 |
圖3 污泥中固體物質在消化前后的變化情況
2.3甲烷氣產生及其利用
GV為有機物部分；GR為無機物部分。
由圖3可知，在每個居民每天產生的80g原污泥中80%為有機物，20%為無機物；消化后剩下的固體物質50g，其中有機物占63%，無機物占37%。進污泥消化罐的原生污泥有機物的量為8.7t/d，再生污泥中有機物的量為6.59t/d，總共進行消化的污泥有機物的量為15.29t/d（GVo）。
3 甲烷氣的產生量及利用
3.1甲烷氣的產生量
首先，確定有機物的轉化效率，即
η＝1-GVe×GRo／GVo×GRe；
η＝1-63×20/80×37＝0.5743＝57.43%。
其中：o為原污泥狀態；e為消化后污泥狀態。
其次，確定甲烷氣的產生量。根據經驗公式，甲烷氣的產生量為
G＝1.868×TC×（0.014×T+0.28）×η。
式中：1.868=m3甲烷氣/kgTC（m3/kg）；TC為碳物質的量≈0.5×GVo=0.5×15290kg=7645kg；T＝反應溫度35℃；η＝有機物的轉化效率57.43%。
甲烷氣的產生量為G=1.868×7645×（0.014×35+0.28）×57.43%＝6267.65m3/d。
3.2甲烷氣的利用
1m3甲烷氣相當于0.8L熱油。通過污泥消化后平均每天產生的甲烷氣（表1）約6000m3，其熱值為23000kJ/m3，可用于發電和產熱。其中：30%熱量用于發電；50%的熱量在鍋爐里進行熱交換；20%為熱損失。如果3臺發電機同時運行，單機發電效率為65M，產熱效率約115kW；產生的熱量導入鍋爐產生蒸汽，可用于污泥熱交換和供暖，平均年發電量120×104kW•h。當CH4含量不足40%時，可通過火炬燃燒后外排；當發電機需要檢修和出現意外時，可啟用備用的低溫燃燒爐產熱（2臺），可燃油和燃氣。
據統計，德國KA公司2004全年發電量總計為120×104kW•h，相當于該污水處理廠全年運行耗電量的90%～95%，且能滿足處理工藝中的供暖及冬季全廠車間、辦公室的供暖。
但是，在甲烷氣進發電機前，首先必須對其進行凈化。因為在形成的甲烷氣體中有著較高的含有Si的有機化合物，約3～6mg/L，其在燃燒后形成SiO2，該物質將對發電機的正常運行造成危害。采用活性炭吸附技術對其凈化，可保證凈化后含Si有機物濃度＜0.6mg/L。
表1甲烷氣的成分%
 |
4 消化后污泥的處置
4.1工藝流程
工藝流程采用德國Haeder Gmbh公司的過程控制系統（圖4），該系統具有自動控制操作界面。
 |
1-消化后污泥儲罐 2-污泥脫氣塔 3-后污泥濃縮 4-污泥儲罐 5-板框壓濾機
圖4消化后污泥處理流程
（1）消化后的污泥儲罐：共有4個，每個容積為1500m3，根據液位高低，通過電磁閥控制進出開關。用于消化后污泥的儲存，污泥自動流入儲罐。
（2）污泥脫氣塔：共有2臺，同時運行；內設塔板，負壓操作。消化后的污泥首先進入污泥脫氣塔，通過該裝置脫除還混于污泥中的甲烷氣體；然后通過污泥泵提升進入脫氣塔，為提高脫氣效率，管線中加入混凝劑K2鐵鹽和鋁鹽的一種混合物），加入量為3L/m3污泥，并可一定程度上去除甲烷氣中H2S雜質。
（3）后污泥濃縮池：2個，每個容積為1500m3。用于脫完甲烷氣的污泥，通過污泥泵提升至后濃縮池。提升過程中，在管線中加入高分子有機絮凝劑（POLYMER，質量分子為0.6%）。經過濃縮后的污泥含水率為93.5%。
（4）污泥儲罐：儲存濃縮后的污泥，通過污泥泵提升至污泥脫水前儲罐（一座，容積1000m3）。提升過程中，在管線中加入混凝劑K2，劑量為20L/m3污泥，以提高污泥的可脫水性能。
（5）板框壓濾機：共有2臺，1臺壓濾容積為2.8m3，1臺為2.06m3。每天平均外運污泥20t，含水率約70%，送往焚燒場或電廠和水泥廠作為輔助燃料。
4.2流化床干燥后焚燒
污泥外運至垃圾焚燒廠如圖5所示。其中：冷卻介質為空氣，且空氣壓力為101kPa；流量為900m3/h；污泥輸送壓力為1800kPa；濕度為25%TR。污泥處理能力為2500kg/h。通過該方式處置污泥，既利用了垃圾焚燒煙氣廢熱，又提高了垃圾的熱值。
 |
圖5流化床干燥后焚燒
5 結論
（1）德國作為世界上在環境保護領域處于領先地位的國家，借鑒其處理污泥的經驗和技術對我國的污泥處理具有深遠的現實意義。寧夏有幾十家發電廠和水泥廠，按該方法完全可以消納本地區城市污水處理廠的污泥，變廢為寶。
（2）在德國和其他歐盟國家，有85%以上的城市污水處理廠在處理污泥時，采用中溫厭氧消化技術，不僅能很好地改善污泥地環境衛生狀況，而且還可利用產生的甲烷發電，并且可基本保證污水處理廠的供電要求。我國作為能源日趨緊張的國家，該污泥處置技術對我國有著極高的環境和經濟效益。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
