地埋式农村改厕生活污水处理设备

地埋式农村改厕生活污水处理设备

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1.污泥性质解析

1.1 污泥的贫资源特征

污泥常被认为拥有的资源化潜力。然而，无论从产量还是品质上，污泥资源化潜力远不如生活垃圾、农林废弃物等大宗废物。据国家统计局数据，2016年，我国生活垃圾清运量达2.0亿吨，而市政污泥产生量约4000万吨(以80%含水率的脱水污泥计)，扣除水分后，干固体仅800万吨。我国污泥质含量普遍偏低，一般为30~60%，这意味着前述干固体中还有大量缺乏资源化的无机质。虽然这些无机质可以用于制建材，但这种方式适宜称为废弃物消纳而非资源化利用。质中，难以生物降解的木质纤维素含量约14~30%，腐殖酸含量约10~15%，它们的存在进一步降低了污泥生物转化能源的效率。以污泥质含量60%为例，脱水污泥成分可以用图1(a)概括。从污泥干固体元素组成看，其碳含量相远生物质废物。根据对几十座南方污水厂污泥性质的调查，其平均元素组成如图1(b)所示，其中碳元素作为多种资源化处理技术的利用对象，其比例仅45%。从污泥物组成看，蛋白质是主要成分，但其含量不过50%，其次是多糖、腐殖酸、脂类等。

因此，污泥是一种高含水率、多组分构成的复杂废物，无论是以质、无机质为资源化对象，还是单纯以某一类组分或元素为资源化对象，其在污泥中的比例都很低。因此，污泥具有贫资源的特点，如果仅围绕某一类组分设计处理流程，其效率不高，而对某一类组分(如生物炭、蛋白质、磷)的过度追求可能会导致处理费用和环境负荷的大幅增加，因此应从废弃物消纳的角度综合考虑污泥的处理处置系统。

1.2 污泥的低热值特性

污泥能源化是污泥资源化的主要方向之一，其主要利用污泥中的质。然而，污泥中的大量水分不应忽略，应该纳入到整个处理流程中考虑。污泥干基热值与质含量的关系统计如图2所示。污泥质含量60%时，其干基热值约12000 kJ/kg，这意味着，1kg脱水污泥质热值约1440 kJ，水分蒸发所需的约2000 kJ热量。从这个角度看，污泥实际上是一种负热值或低热值废物，普通机械脱水+热干化+热化学处理(焚烧/混烧/热解/碳化等)均不能实现能量的净产出。上述技术路线实际上需要额外输入能量，并非严格意义上的“能源化”。

要降低污泥水分脱除的费用，可以采用太阳能、废热等廉价热能，但这需要合适的外部条件;而要减少水分蒸发能耗，可以通过强化机械脱水使污泥含水率从80%降至60%或低，再进行热干化。尽管其电耗增加，但总的能耗要小于热干化。此外，还可以采用分离水分的质转化能源技术，如厌氧消化等。

1.3 污泥的絮体结构特征

和一般的生物质废物不同，剩余污泥颗粒由微生物细胞、胞外聚合物(EPS)为骨架的絮体构成，EPS之间由钙、镁等二价金属离子联结，而水分、细沙等被裹挟在絮体内。这些水分除少量自由水外，大量水分以附着水、毛细水、结合水的形式存在于絮体内部，难以脱除。污泥的高含砂量特性也会影响污泥处理设备的长期稳定运行，虽然可以通过离心机或水力旋流除砂器去除污泥中的砂砾，但这些方法对粒径小于200 μm的细砂分离效果一般，而且需要较大能耗。剩余污泥的这一絮体机构特征会对其脱水、干化和生物处理造成不利影响。

要进行科学的污泥处理处置，就充分认识污泥的贫资源、低热值和絮体结构特性，防止片面夸大污泥的资源属性，过度追求单一的资源化产品，而应在保证污泥无害化的前提下采用综合的污泥处理处置系统。