五问印染污泥

　　目前印染污水治理的方法已有许多，效果也比较明显，但污泥的治理要比污水治理复杂得多，治理难度也较大，这是行业共识。那么印染污泥处理之难，难在何处？印染污泥处理处置工作进展缓慢的根本原因是什么？国内有哪些适用的污泥处理技术？国外哪些经验可供借鉴？针对这些行业关注的焦点，本期《印染专刊》围绕印染污泥的处理，从技术、设备等多个角度来剖析印染污泥的处理和处置问题。

　　1　印染污泥处理之难，难在何处？

　　印染废水经过污水处理厂的处理，在达标排放的同时所产生的污泥，通过机械脱水后，含水率一般为80%左右。据广州唯佳安达公司总经理张志军介绍，由于印染行业本身因使用原料、产品品种、产品加工方式等不同产生的污泥成分也不尽相同，如使用硫化染料的企业，硫化物的含量势必较高。“通常来讲，印染废水的水质变化大、有机污染物浓度高、色度和酸碱度变化大等特点，印染污泥由于含有染料、浆料、助剂等，成分非常复杂，其中染料的结构具有硝基和氨基化合物及铜、铬、锌、砷等重金属元素，具有较大的生物毒性，对环境的污染很强，属危险废物。”

　　另外，印染污泥一般惰性物质较高，例如牛仔服装洗漂废水产生的污泥含砂量很高，而有机物、病原菌等含量少，热值较低，一般重金属含量高。

　　印染废水污泥按含有的主要成分来进行分类，分为有机污泥和无机污泥两大类。生物法污泥为有机污泥，是以有机物为主要成分，典型的有机污泥是剩余生物污泥，此外还有油泥及废水中固体有机物沉淀形成的污泥等。有机污泥的特性是有机物含量高，容易腐化发臭，污泥颗粒细小，往往呈絮凝体状态，相对密度小，含水率高，持水性强，不易下沉。无机污泥则是以无机物为主要成分，亦称泥渣，为化学处理方法产生的污泥，如混凝沉淀和化学沉淀物，而无机污泥的特性是相对密度大，团体颗粒大，易于沉淀、压密、脱水，颗粒持水性差，含水率低，污泥稳定性好，不腐化，流动性差。

　　2　印染污泥产生的比例到底是多少？

　　一般生活污水处理后，产生0.3%～0.5%的污泥（含水率97%），即处理1000吨废水产生3～5立方米污泥，经脱水成约0.6立方米干泥（含水率80%左右）。

　　由于印染废水有机物含量大、浓度高，仅物化处理其污泥量就可高达1%～3%。以生化加物化处理工艺产生1%的污泥计算，每处理1000吨染整废水将产生10吨湿污泥，脱水后为1.5立方米干污泥。以一个日处理10000吨染整废水厂为例，每天就有15立方米干污泥产生。

　　据不完全统计，随着经济高速发展，我国日排放1.5万t左右印染污泥，业内专家表示，印染污泥的处理处置已经成为我国许多城市可持续发展的重要制约因素。

　　3　印染污泥处理处置工作

　　进展缓慢的根本原因是什么？

　　如果下决心解决污泥问题，资金应该不是最大的问题。目前主要是在污泥处置方向、技术路线方面，大家的分歧比较大，还没有形成统一的认识。

　　“污泥的处理和处置是两个阶段，要明确区别、分开考虑。”中国人民大学环境学院王洪臣教授首先强调，要解决污泥问题，得首先明确处置方向，据此倒推相关标准，然后才是选择处理技术，以及形成商业模式、付费等。“污泥处置事关其最终去向，不是技术问题，应该由国家确定；具体技术则是企业的事。”

　　他认为，在污泥处置方向上至今无法达成统一是造成相关工作进展缓慢的重要原因。“很多地方政府、企业比较茫然。尤其是地方政府为谨慎起见，还在持观望态度。”土地利用派、焚烧派、填埋派……在污泥最终去向的问题上，目前从上至下，从部门到专家，分歧明显；甚至在污泥是污染物还是资源的问题上，都还有截然不同的意见：认为污泥是污染物者，处理处置就是环境安全为重；认为是资源者，就强调综合利用。

　　其中，围绕污泥能否土地利用这一焦点议题，争论最为集中。记者了解到，在部委层面，国家发改委和建设部态度较为一致，主张相关重金属等控制指标达标后可以进入土地；环境保护部则主张不能进入农业，可以用于沙化地改造等；农业部则是坚定的反对者，认为即使达标也不行。对焚烧路线，各部门之间也有争议。

　　4　国内有哪些适用的污泥处理技术？

　　从印染废水的处理技术上说，污泥由于产生的工序不同，性质也就完全不同，处置方法的难易不同，相应处置成本也不同。记者从相关专家了解到，目前适合应用于印染废水污泥处理的方法主要有：

　　厌氧消化

　　污泥厌氧消化在印染污泥处理上应用的主要目的就是通过降解使高分子物质转变为低分子氧化物。在实现这一主要目的的同时，还可以改善污泥脱水性质、减少病原菌和产生异味物质的含量。厌氧消化常用的有中温和高温两种方法，常用的中温厌氧消化在消化时间为20d，有机物理论降解率为83%，30d的有机物理论降解率为88%。但受短流、投加方式、有毒物质等的影响，实际降解率远低于理论降解率，一般仅为理论降解率的60%左右。因此在实际处理过程中认为当有机物的降解率达到40%~50%时，或者消化后污泥中有机酸含量小于300mg/L时，则可认为消化后的污泥达到稳定。理论上说，厌氧消化最主要的产物是CO2与CH4等的混合气体俗称沼气或者污泥气，一般甲烷含量为60%左右，在理论上降解每千克的COD产生标准状况下甲烷0.35m3，印染废水污泥中COD，甚至高达上万ppm。经过处理印染污泥获得的CH4可以用于解决污水处理厂部分能源需求，国外利用污泥气可以解决30%污水处理站30%左右的能源需求。

　　好氧消化

　　污泥好氧消化分为两大类：一是湿法，二是固态法。相比较来说湿式好氧消化耗能较高，而固态好氧消化，操作工艺较为复杂。

　　湿式好氧消化，直接将空气通入污泥。微生物在氧气充足的条件下对污染物进行降解。固态好氧发酵俗称“好氧堆肥”是利用污泥微生物进行发酵的过程。在脱水污泥中加入一定比例的膨松剂和调理剂如秸杆、稻草、木屑等，微生物群落在潮湿环境下对多种有机物进行氧化分解并转化为类腐殖质。由于印染污泥中的浆料、染料、助剂等都属于难降解的有机物质，因此好氧消化应用于印染污泥需要消耗大量的能量，好氧消化一般不适用于印染污泥的处理。

　　超声波处理

　　超声波处理是一种新兴的、有效的用以加强污泥的可生化性的机械预处理方法，并且对于所有污水处理设施中污泥的处理和处置都十分有效果。超声波处理是通过扰乱污泥原有的物理、化学和生理性质来提高其可消化能力。崩解的程度取决于声处理的参数以及污泥的特性，因此，最佳参数的评价因声处理设备和受处理污泥的不同而有所区别。超声波处理的试验设施表明，生物气体的产量提高了50%，此外能量衡算显示获得的净能量与超声波装置的电耗的平均比率是2.5。

　　在我国，将超声波用于污泥减量的研究虽然在上个世纪末就已经开始，但大量的研究还是在近几年才出现。虽然起步晚，但发展速度非常快，尤其是近3年来，中国对超声波污泥减量技术的研究已经占到总体研究的一半以上。然而，我国的超声波污泥减量技术在实际应用领域的现状并不乐观，将超声波用于污泥处理的案例目前在我国还比较少见。

　　生物捕食

　　微型动物在污水处理工程中通常指原生动物（Protozoa）和微型后生动物(Metazoa)。污水处理系统常见的有纤毛虫、鞭毛虫和肉足虫等原生动物，以及寡毛虫、轮虫和线虫等后生动物。生态系统中食物链越长，能量损失越多，合成生物体消耗的能量就越少，生物总量也就越小。因此，污水处理系统中由细菌、微型动物等微生物构成的食物链越长或食物中链微型动物捕食能力越强，污泥产量就越小。污水处理系统中，附着型缘毛类纤毛虫、附着型寡毛虫和一些软体动物等微型动物能直接摄食细菌、悬浮性固体和絮状活性污泥或生物膜，导致污泥减量。目前，微型动物捕食污泥减量工艺主要有淹没式生物膜法、两段式生物反应器和微型动物直接接种法和蚯蚓生态滤池。

　　高速生物反应器

　　高速生物反应器技术是在利用土壤处理污泥的基础上发展起来的。利用土壤中的微生物处理污泥，由于系统是开放的，因而会受到气温和土壤湿度的影响，使土壤利用的时间和区域受到一定的限制。

　　5　国外哪些经验可以借鉴？

　　世界各国对污泥的处置由来已久，其传统处置方法主要有卫生填埋、污泥焚烧、土地利用、海洋倾倒等。

　　卫生填埋法始于20世纪60年代，是发达国家早期处理污泥的一种方式。它具有操作简单、处理费用低的优点。但是该方法在需要大面积场地的同时，对处理技术要求标准高，渗透液对环境危害大。随着人口增加，土地资源匮乏，污泥的卫生填埋需占用大量土地、耗费可观，使其应用受到制约。1999年，欧盟的固体废弃物土地填埋法令（于2006年起实施）要求所有欧洲国家用于土地填埋的固体废弃物中有机物含量必须逐年递减，其中污水厂污泥也是该法令规定的固体废弃物种类之一。根据欧盟的统计数据表明，由于法规政策的导向作用使污泥处置方式有了很大的变化，污泥填埋所占比例大幅度下降。欧盟成员国中，法国、德国、比利时、荷兰、卢森堡、爱尔兰等国家污泥填埋有逐年下降的趋势。

　　污泥焚烧是利用污泥含有的有机成分较高，具有一定热值等特点来处置污泥。污泥焚烧方式的优势在于其处理的彻底性，减量率可达到95%左右，处理速度快，污泥中有机物被全部碳化，重金属（除汞外）几乎全被截留在灰渣中。在日本，该方法已占污泥处理总量的55%以上，欧盟地区也在10%以上。但是该方法会产生大量剧毒物质和有害气体，因此需要专门的设备对尾气进行处理。另外，该方式价格昂贵，从国外的情况看，焚烧投资以及运转与维护费，是其他工艺的2~4倍。

　　在欧美国家，污泥的土地利用历史悠久，是污泥分散消纳的一种方式，是指通过覆盖、喷洒、注射等方式，将污泥作为一种有机肥料或土壤改良剂，施入土壤以达到改善土壤性质、提高土壤综合肥力的目的。污泥中含有丰富的有机物质及多种微量元素，因此可以用于农田、森林、园艺、退化土壤修复和废弃场地改造等。土地利用具有能够变废为宝、充分回收利用污泥中的各种养分以及能耗低的优点，因此近几年在国外受到越来越多的重视和应用。英国在欧盟禁止污泥海洋处置时，选择了污泥土地利用来消纳不能海洋处理的大量污泥。

　　海洋倾倒具有操作简单、不需要特殊处理装置的优点，但是污泥排入海洋会严重影响海洋生态环境，欧盟早在1998年12月31日后就禁止污泥排海。其后各国也陆续开始禁止向海洋倾倒污泥。由此可见，国外对污泥的处置侧重于污泥焚烧和土地利用，卫生填埋和海洋倾倒已经开始逐渐退出历史舞台。除了上述的污泥处置办法外，污泥制砖、污泥制水泥和污泥制油等也是国外开发出的相应污泥处置方法。

　　现在世界各国污泥处理涌现了许多新技术，最集中的有以下几个方面：

　　污泥熔化

　　为了减少污泥体积和利用其中的重金属黏结作用，日本曾开展污泥熔化技术研究，但还不十分深入。污泥熔化处理也是污泥热化学处理方法的一种。污泥熔化技术是把污泥加热至1300~1500℃，使污泥中有机物燃烧，其残留物质可用来制作玻璃、钢铁、建筑材料等。

　　两相消化

　　目前，新型的污水污泥处理工艺如高温酸化-中温甲烷化两相厌氧消化等不断出现，并逐步被应用。边兴玉等采用污水污泥两相厌氧消化工艺，将产酸相和产甲烷相分别置于各自的反应器中，形成各自的相对优势微生物种群，提高了整个消化过程的处理效果和稳定性。VSS(挥发性悬浮颗粒物)去除率比中温传统工艺提高50%以上，比高温传统工艺提高35%左右。高温酸化0.5d后，中温甲烷化8.5d，可达到中温传统法20d的处理效果，节省了时间。另外，灭菌效果优于中温传统法，产甲烷反应器保持较高的缓冲能力，对挥发性酸积累的抵御和耐冲击负荷的能力强。

　　污泥制油

　　污泥制油是把含水率为65%的干泥在隔绝空气下，加热升温450℃，在催化剂作用下把污泥中有机物转化为碳氢化合物，最大转化率取决于污泥组成和催化剂的种类，正常每吨干泥转化约为200~300L油的产率，其性质与柴油相似。加拿大正在进行中试试验，澳大利亚Perth也正在建造利用热化学方法将污泥制油的工厂。

　　污泥湿式氧化(WAO)

　　湿式氧化法是在高温(125℃~320℃)和高压(0.5~20MPa)条件下，以空气中的氧作为氧化剂，在液相中将有机物分解为二氧化碳、水等无机物或小分子有机物的化学过程。由于剩余污泥在物质结构上与高浓度有机废水十分相似，因此这种方法也可用于处理剩余污泥。剩余污泥的湿式氧化法处理是湿式氧化法最成功的应用领域，目前有50%以上的湿式氧化装置应用于剩余污泥的处理。

　　臭氧剩余污泥减量化

　　这一工艺是由日本的H·Yasui等学者提出的。此工艺中，剩余污泥的消化与污水处理在同一个曝气池中同时进行。工艺分成两个过程，一个是臭氧氧化过程，另一个是生物降解过程。

　　从二沉池中沉下来的污泥，一部分直接回流到曝气池中，另一部分则是先进行臭氧处理然后再回流到曝气池。污泥经过臭氧处理后，能够提高其生物降解性，在曝气池中与污水同时进行生物处理。而且在经臭氧处理后，将有一部分污泥(1/3)被无机化。因此，只要操作适当，可以使污水处理过程中净增污泥量与无机化污泥量相等，从而可以达到无剩余污泥的目的。

　　超声波处理剩余污泥

　　在超声波污泥减量技术的应用上，国外尤其是英美德等发达国家已经比较成熟。早在上世纪90年代，德国和英国的很多大型的污水处理厂都已安装并使用该技术。这种应用也为国外开展污泥减量技术的应用研究提供了条件。近年来在欧美国家，大量的研究都是基于污水处理厂的真实条件下的研究。Barber等人以德国的宾得污水厂的超声处理设施为实验环境，探索了在全应用条件下超声处理对污泥的生物化学特性的影响，结果表明：经过超声处理污泥消化的沼气的生成量有了显著的提供，污泥粘度的降低增加了20%~50%，污泥的水解性能提高了3%~7%。这些立足于应用的研究探索了超声污泥减量技术在应用中出现的问题，并能直接用于污水厂对这一技术的改进上。

　　高速生物反应器

　　高速生物反应器技术是在利用土壤处理污泥的基础上发展起来的。利用土壤中的微生物处理污泥，由于系统是开放的，因而会受到气温和土壤湿度的影响，使土壤利用的时间和区域受到一定的限制。

　　美国SWEC公司在上世纪80年代开始研制开发高速生物反应器，该技术将污泥的脱水、消化和干化相结合，将土壤处理的整个过程放置在室内一个封闭的循环系统中进行。Texaco经过近20年的研究开发，使高速生物反应器技术成熟并得以推广。整个操作系统的核心部分是生物反应器，它由二个区域组成:上半部分是污泥与土壤相混合的区域，使污泥负荷达到均一化，污泥的有机部分在这一区域中被生物降解；下半部分是气、液分离区，使液体不滞留于土壤中，以增加氧的传递率。高负荷率的污泥通过该系统的处理，污泥中的有机组分将降解70%~80%，悬浮固体浓度去除率达到45%~60%。从沉淀池排出浓度为5000~30000mg/L的污泥都可以直接进入该系统中，而不需要任何的预处理。相比于其他生物处理技术，该系统所需能量较少，可以连续运行，并能保持最佳温度以利于微生物的降解，特别适合于受自然条件限制或土壤湿度大的污泥处理。