污泥有機無機分離工藝及產品的資源化利用 天津壹新環保工程有限公司 摘 要：本文分析了國內現有污泥的主要成分，并據此提出了污泥有機無機分離后再進行后續精準資源化利用的新思路。污泥有機無機分離工藝可

污泥有機無機分離工藝及產品的資源化利用

天津壹新環保工程有限公司

摘  要：本文分析了國內現有污泥的主要成分，并據此提出了污泥有機無機分離后再進行后續精準資源化利用的新思路。污泥有機無機分離工藝可將原泥中的有機質分離出來制成生物質燃料；鐵鋁鹽分離出來作為污水廠除磷藥劑參與泥水協同處理；磷鹽分離出來制成磷肥原料；泥砂等無機物分離出來后制成建材原料或園林綠化土使用。

關鍵詞：污泥成分分離；有機無機分離；污泥資源化利用 

1. 污泥成分分析

污泥固體是產生于污水處理過程中的大量固體懸浮物質，污泥是污泥固體與水的混合物,是污水處理過程中的主要副產物，從污水里轉入污泥中的COD（化學需氧量）比例約為30%～50%，轉入污泥中的氮約為20%～30%，磷約為90%，如能夠合理化利用，則是非常寶貴的資源。據住建部公布的報告顯示，2020年全國污泥產量約6000萬噸（以含水率80%計）[1]，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》中明確提出城市污泥無害化處置率需要達到90%。對污泥進行妥善的處理處置對生態環境和人體健康具有至關重要的作用。

1.1.污泥的干基成分組成

污泥來源繁多，成分復雜。以我國污水處理廠產生的市政污泥為例，其成分包括細菌菌體、有機殘片及胞外聚合物等有機物，以及無機金屬鹽類、磷、泥砂等無機物。按照各成分占比分析，無機物成分占比超過50%，有機物成分一般較理論值偏低，僅在40%-50%之間。造成這種現象的原因，一是我國在城市管網建設時雨污分流不徹底，污水廠除砂設備效率低且進水COD偏低；二是污水廠在除磷階段投入的聚鐵或聚鋁等混凝劑引入了無機鹽類物質。污泥中無機組分的增多嚴重制約了污泥的資源化利用出路。

圖1 污泥成分示意圖

1.2.污泥的含水組成

污泥所含的水分通常分為間隙水（又稱自由水）、毛細結合水、表面吸附水和內部水。其中，間隙水約占污泥水分的70%；毛細結合水占污泥水分的20%；表面吸附水約占污泥水分的7%；內部水約占污泥水分的3%[2]。

在污泥的水分中，95%的是由于污泥中胞外聚合物（簡稱EPS）的粘性作用導致難以脫出，故考慮將污泥中的胞外聚合物進行破壞，從根本上提高污泥的脫水性能。

2. 污泥有機無機分離工藝

2.1.工藝原理

分離技術的原理是首先對原泥進行稀釋調質，使污泥恢復成流態（含水率提升至95%左右），再加入不含鐵鹽、鋁鹽及氯根的氧化藥劑，對污泥胞外聚合物進行破壞，同時使污泥中鐵、鋁及磷的氧化物還原成溶解態溶入液相中，再依靠重力沉淀，使固相污泥沉淀并排出含有無機鹽的上清液，對排出的固相污泥進行反復淋洗，將溶解于液相的無機鹽類最大程度的浸提出來，將上清液與淋洗液進行收集并加入還原性藥劑，使其中溶解性鹽類還原成氧化物或氫氧化物并沉淀，沉淀物即為分離出的無機鹽類成分。圖2中（a）（b）分別為經過上述處理后分離出的鐵鋁鹽及磷鹽。

   （a）                 （b）

圖2 污泥中磷鹽及鐵鋁鹽的分離效果

（a）分離后磷鹽 （b）分離后鐵鋁鹽

淋洗后的固態污泥繼續進入泥砂分離裝置（該裝置借鑒部分礦選行業分砂設備原理），利用固態污泥中，有機污泥顆粒與泥砂顆粒的比重差導致的離心力差異（比重差在2～3倍左右），對其進行旋流分離。  

在分離器的流道截面上，污泥中的無機泥砂顆粒因自身比重大，受到的離心力大，會逐漸被甩到流道的外側，而有機質顆粒自身比重輕，受到的離心力小的多，會逐漸匯集到流道的內側，最終在流道的末端內側即為分離后的輕質部分，就是有機污泥，如圖3（a），外側即為分離后的重質部分，即為泥砂，如圖3（b）。

     （a）                 （b）

圖3污泥中泥砂與有機物的分離效果

（a）旋流后底物（b）旋流后上物

2.2.工藝流程

市政污泥（含水率80%）在進廠后首先進行稀釋調質，在本環節中投加污泥滅菌劑，滅菌后污泥在后續所有處置環節中不再產生硫化氫等惡臭氣體，滅菌后污泥進入菌膠團破碎裝置進行改性，在該裝置中加入污泥改性劑，使污泥中胞外聚合物徹底失去作用，降低污泥粘性，為后續污泥有機無機分離和污泥脫水創造最優條件；處理后的污泥進入有機無機分離裝置進行成分分離；分離后的有機污泥加入脫水助劑，充分混合后進入高壓脫水機，經高壓脫水至含水率65%以下，泥餅經過破碎后可直接進入后續處理工藝段。分離出無機泥砂及磷進行高壓脫水后進行資源化使用，分離出的鐵鋁鹽作為絮凝劑回至水廠二次利用。脫水環節產生的濾液部分回至工藝前段，用于下一輪原泥的稀釋調質，少量剩余的廢水進入污水處理系統，污泥在調質滅菌及分離環節全部采用密閉罐體或池體，內部空間采用負壓抽氣，氣體處理后達標排放。

圖4 污泥分離工藝流程

2.3.工藝效果

（1）胞外聚合物的破壞效果

      （a）                  （b）

圖5 污泥中菌膠團破碎效果

（a）處理前污泥中的EPS （b）處理后污泥中的EPS

采用有機無機分離工藝并通過實驗驗證，污泥在經過滅菌和菌膠團破碎處理后，對胞外聚合物（EPS）進行電鏡掃描觀察，其結構被徹底破壞（如圖5）。處理后的污泥脫水性能有實質性提升，經過板框高壓壓濾后，含水率可降低至65%。且菌膠團破碎后的污泥，結構失穩，為后續污泥的成分分離創造條件。

（2）有機成分與無機成分的分離效果

（a）

（b）                        （c）

圖6 污泥有機無機分離效果

（a）原泥（b）無機泥餅（c）有機泥餅

通過驗證，采用污泥有機無機工藝，在徹底破壞了污泥中的胞外聚合物、降低污泥粘性后，可實現污泥中有機物及無機物的有效分離，分離比例為有機污泥70%～80%，無機污泥20%～30%。經過檢測，有機污泥中有機物含量高于60%，無機污泥中的有機物含量低于5%。

（3）分離工藝對于有機污泥熱值提升的效果

通過監測原泥分離后的有機污泥熱值提升情況判斷有機無機分離工藝在提升原泥有機質含量方面的效果直接且有效。

綜合對比熱值數據如下表所示。

表1 污泥分離前后熱值變化數據表（數值為多次檢測后平均值）

通過多次取樣實驗。從表中數據來看，有機無機分離系統可以保證有機污泥的熱值穩定在2900kcal/kg以上，已接近生物質燃料的熱值。對比分離后的有機污泥與原泥，其性質更加穩定，對于后續銜接工藝的穩定性更有保證。

3. 分離產物的資源化利用

根據對污泥成分的深入研究，有機無機分離工藝可以實現污泥各成分最大程度的分離。分離出的有機物經過脫水干化后制成生物質燃料；分離出的鐵鋁鹽作為污水廠除磷劑循環利用；分離出的磷鹽制成磷肥原料；分離出的泥砂經脫水并自氧化干化后可作為建材原料或路園林綠化土使用。本技術可以充分利用污泥自身物質特點，以低成本的方式實現了污泥穩定化、無害化、減量化、資源化的處置。

圖7 污泥處理處置產物出路

3.1.分離出的有機物做生物質燃料

采用有機無機分離工藝分離出的有機污泥，因前置環節改性作用，脫水泥餅含水率降至65%，且因干基熱值提升至2800-4300kcal/kg，污泥干化可完全依靠自身焚燒熱能即可平衡，最終的焚燒爐渣灼減率小于5%。污泥熱值提升后焚燒溫度升高，焚燒工況改善，可確保煙氣溫度在850℃以上停留兩秒，以保證二噁英充分分解，最終排放符合國家相關技術要求。圖8為應用有機無機分離技術產出的有機污泥燃料檢測報告。

圖8 有機污泥燃料檢測報告

3.2.分離出的鐵鋁鹽做除磷劑

采用有機無機分離工藝分離出的鋁鐵鹽可以作為除磷藥劑循環利用，實現污水污泥的協同處理。圖9為污泥分離出的鐵鋁鹽制成的除磷藥劑。

圖9 鐵鋁鹽除磷藥劑

將得到的除磷藥劑按照不同的比例和污水進行混合后，污水中磷的去除效果顯著。對比表2中實驗數據可知，污水與除磷劑的混合比例越高，磷的去除效果越理想，當污水與除磷劑的混合比例達到5%時，污水中總磷含量由4.23、4.55降至0.38，去除率大于92%。

表2 除磷藥劑除磷效果實驗結果

3.3.分離出的磷鹽做磷肥原料

磷是動植物生長的必要元素，工業、農業方面對磷資源有很大的需求量。污水污泥處理系統是鏈接磷的社會應用和自然循環的重要環節，污水廠污泥處置對磷的循環具有重要影響[3]。

圖10 回收的磷資源產品

采用有機無機分離工藝分離出的無機磷可以繼續進行回收利用作為磷資源產品的原料。利用本工藝，磷回收率可達70%，回收磷資源產品的有效磷（以P2O5計）含量接近30%。打破了國內污泥處理磷難以回收的現狀。圖11為應用有機無機分離技術回收的磷資源產品檢測報告。

（a）

（b）

（c）

圖11 磷資源產品檢測報告

4. 總結

污泥是一種具有極大潛在利用價值的固體資源，利用有機無機分離工藝在解決污泥污染問題的同時可以實現各部分處置產品的資源回用。另外經過工程分析與實驗，污泥有機無機分離技術不僅適用于市政污泥的處理處置，也可用于通溝污泥、河道底泥、化糞池泥、餐廚沼渣等污泥類固體廢物的處理處置工程，同樣可以兼顧減量化、穩定化、無害化、資源化的處置要求。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.中國城市建設統計年鑒[Z].2020.

[2]周少奇. 城市污泥處理處置與資源化[M]. 華南理工大學出版社, 2002.

[3]孫凡蛟. 污水廠污泥處置對磷循環的影響及污水處理系統技術建議[D].河北建筑工程學院,2021.DOI:10.27870/d.cnki.ghbjz.2021.000069.