1 引言

随着我国污水处理设施建设的快速发展，污泥产生量日益增加。截至2014年底，我国城市污水处理能力达到13807万t/日，污泥的年产生量已经超过3000万t[1]。市政污泥作为污水处理的产物，一般来源于初沉池和二沉池，不仅含水率高，且含有大量的病原微生物及铜、锌、铬等重金属。假如污泥得不到合适的处理处置，将带来土壤及地下水污染、疾病传染等环境卫生问题，具有巨大的潜在危害性。同时，污泥中又含有大量的N、P及有机物等营养元素，经过合适的技术处理也可以作为一种可用资源。

西方发达国家由于工业化进程早，对污泥的处理处置技术先进，处理程度较高，其污泥的最终处置方法为土地利用、填埋、污泥农用、焚烧及综合利用等。我国污泥处理起步较晚，处理设施少，绝大多数污水厂污泥处理部分只是简单地进行浓缩脱水后外运，污泥处理设施和污水厂同时建造的案例很少。但随着我国经济实力的发展，市政基础设施的投资增加，加之污泥污染问题严峻，污泥的处理处置引起社会各方的关注，国家出台多项污泥处理处置的法律法规和政策，目前我国的污泥处理处置技术也层出不穷，本文就湿式空气氧化法(Wet air oxidation，简称WAO)处理城市污水处理厂污泥这项技术进行可行性分析。

2 湿式空气氧化法技术简介

将待处理的污泥、废水、有机固废等置于密闭的容器中，在高温(125 ℃～320 ℃)和高压(0.5～10 MPa)条件下用空气或纯度较高的氧作为氧化剂，采用化学方法将其中有机物降解的处理方法，叫做湿式氧化法(Wet oxidation，简称WO)，其中以空气作为氧化剂又叫做湿式空气氧化法(Wet air oxidation，简称WAO)。较高的温度促使反应速度剧增，使有机物可以在数秒内被氧化分解，而较高的压力则保证反应在液相中进行。

从1958年F.J.Zimmermann[2]首次采用湿式氧化法处理造纸黑液，到目前世界上采用这种工艺建成的WO工厂已有200多家，广泛的应用于石化废碱液、农药生产废水、丙烯晴生产废水、焦化废水以及城市污泥的处理。

For the first time, they studied undernutrition, risk of malnutrition (using three different nutritional screening tools) and obesity according to the severity of gastroenterological disease (chronic, acute and cancer) in both admitted patients and outpatients.

温度、压力条件使存活于原污泥中的病毒、病菌、寄生虫等有害生物被有效灭活。

第一座以空气为氧化剂的污泥热处理装置于1967年在宾州的莱维城建成的[3]。在湿式空气氧化法处理活性污泥过程，通过研究学者发现了一些规律：淀粉较容易地被分解，而木质素却在相同条件下不易降解，反而能够在200 ℃以上与淀粉一样较易地降解。在200 ℃以下，蛋白质和比较粗的纤维素同样不易被氧化分解，却在温度升高至200 ℃以上时，二者同样也同淀粉一样较易被氧化了。经过研究表明，在低压的条件下的 WAO 中，有机氮转化为硝酸盐类和氨盐类，并且这些盐类大部分都溶解存在于液相之中。在经过低温低压的WAO系统的处理之后，含高浓度多氯化合物等有毒物质的城市污泥成功地去除了99%左右的有毒有害物质。

湿式空气氧化法由于处理的有机物范围广、效果好，反应时间短，反应器容积小，几乎没有二次污染，可以回收有用的物质和能量等优点而受到广泛的应用和重视。但是，由于反应所需的温度和压强较高，一次性投资比较大，对设备和技术的要求也很高，限制了它的进一步推广。

3 湿式空气氧化技术处理城市污泥工艺流程

在闪蒸器中，物料中的纤维素，经膨化后，能够最大程度的裸露出来，增加纤维素的比表面积，使最终产品的吸水性、持水性得到明显的改观，提高固体产物的品质。同时，闪蒸能够使得污泥中的微生物细胞破裂，增加污泥的脱水性能。

3.1 污泥进料存储单元

经城市污水处理厂脱水后的污泥(80%含水率)转运至处理厂门卫室称重计量后，进入污泥储库。其作用是对污泥的计量和储存。

  

图1 湿式空气氧化技术处理城市污泥的工艺流程

3.2 预处理单元

污泥储库的市政污泥进入预处理单元，首先与回流液一并进入均质罐内充分混合均质，均质后污泥进入湿式氧化反应器进行氧化反应。回流液具备一定温度，因此预处理单元一方面使污泥混合均匀，另一方面吸收回流液的热量及提高污泥的含水率，保证污泥在后续管道中的流动性。

3.3 氧化反应单元

污泥在一定温度和压力条件下，与进入氧化反应器的氧化剂发生系列化学反应，易降解的有机质被氧化分解。反应后的物料依靠自身的压力通过出料口排至强制过滤机将其水分脱出。

抗战建国与教育建国：抗战时期福建的小学教育（1937—1939）………………………………………………张运君，肖楠楠（4，99）

3.4 活化、闪蒸单元

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我国的政策文件《城市污水处理厂污泥处理处置最佳可行性技术导则》中，提出污泥应以“稳定化、减量化、无害化”为目的，但应尽可能利用污泥中的物质和能量，以减少投入和节约能源，实现其“资源化”。现就湿式空气氧化法处理城市污泥这一技术可行性分析。

无害化的评价可以从酸碱腐蚀性、生物稳定性、有害物溶出性等方面进行评价。反应前污泥的pH值为7.5，反应后pH值为6.7，在6～9范围内。同时，温度、压力条件使存活于原污泥中的病毒、病菌、寄生虫等有害生物被有效灭活，反应后泥中细菌病菌等杀灭率为100%，不含微生物体和病原菌。

湿式空气氧化技术处理城市污泥的工艺流程如图1所示。

3.5 脱水单元

经过氧化和闪蒸处理的市政污泥，其中的微生物细胞开始破碎，胶体物质开始解体，粘度降低，胞内水、毛细吸附水和表面吸附水大量析出，大量的有机物从非溶解的固态转化为溶解态而转移到液相中，因此市政污泥经水热处理后的残余固体的脱水性能得到显著改善(通过机械脱水就可以将含水率降低到45%左右)。

3.6 污泥分离液处理单元

因为污泥上清液呈酸性，有机物溶解，易氧化有机物被氧化稳定，胞外聚合物分解，重金属大量进入液相，通过纳滤等方式将金属离子与有机物分离，富集有机物，富集后的有机物可资源化利用，含有重金属离子的液体则通过离子交换或化学沉淀的方法去除后循环利用或排放。此方法工艺流程简单，操作方便。

通过上述工艺流程中各单元的介绍，WAO法处理城市污水处理厂污泥，氧化反应单元氧化污泥中的有机质和灭菌，解决污泥的不稳定性和传染性；活化、闪蒸单元增加污泥的脱水性；上清液处理回用单元能够去除污泥重金属及提到污泥氮磷回收。

4 技术可行性论证

相比之下，南美锯材销售速度较为滞缓，如铁线子、重蚁木，以及孪叶苏木等，这些硬阔叶锯材在11月份的市场上需求减缓，价格甚至较比前期出现了回落迹象。

4.1 稳定化分析

稳定性主要体现在污泥的物理稳定性、化学稳定、生物稳定性等3个方面。经过高温氧化，容易氧化的有机物和有机气体等均反应完，剩余的有机物主要是水源性腐殖质、纤维类和热稳定性高的有机物，处理后的产物可以长期堆放而不会发臭。

4.2 污泥减量化分析

由于高温氧化及闪蒸膨化的处理，污泥最难脱除的细胞胞内水得到释放。污泥经离心脱水后，污泥的含水率为40%，在含水率80%的基础上体积和质量减量60%以上，即如果80%含水率的原泥处理量为100 t，则处理后固体产品的产量不到30 t。

4.3 无害化分析

结合以上分析可得，多相位分段调制干扰可以在真实目标周围形成一定范围的局部遮盖效果，且通过对干扰信号分段数、调制相位数以及调制相位值三个参数的控制可以实现灵活多样的干扰效果。

来自氧化反应过程的被软化的纤维素、木质素在特定条件下打破，使其内部的纤维素、半纤维素充分暴露还原，原存于物料中的有机成分如腐殖酸、N、P、K被吸附至纤维素微孔中。

4.4 资源化分析

资源化根据绿化园林用泥的标准，主要考查两个方面，一是污泥中的营养物质(N、P)和有机物含量；二是重金属含量。

推动支付产业发展实现新跨越，要正确处理“四个关系”。一是正确处理银行和支付机构之间的共同发展关系。二是要正确处理清算设施之间的协作发展关系。三是要正确处理严监管常态化与可持续发展之间的辩证关系。四是要正确处理城乡支付服务之间的协调发展关系。

通过控制反应温度及反应时间，总COD去除率有20%，实现了易反应有机物的湿式氧化；易降解有机物被氧化分解，有机物降解率为21.7%；由于只氧化了有机物中不稳定的部分，产物的有机物含量仍然较高，达33.7%。产物具有较高的利用价值。同时，经过高温水热处理后的磷元素，大多以磷酸盐的形式吸附和残留在固体表面，含氮的化合物则主要进入分离液。分离液在经过重金属脱除后，可以回流到污水处理厂作为碳源的补充。从而实现了污泥的固体和液体的资源化。

5 经济可行性分析

目前，我国湿式氧化法处理污泥工业化项目有北京南口污水处理中心污泥资源化项目和浙江海宁城市污水处理厂污泥处理工程。其中，北京南口污水处理中心污泥资源化项目主要指标是处理量：50 t/d，含水率80%；日产资源化产品：15 t/d；设备占地面积：600 m2；处理周期：约1 h，可以做到日产日清；污泥处理电耗：80～90 kWh/t。

海宁城市污水处理厂污泥处理项目[4]处理量100 t/d，总投资2800万元，污泥处理费用170元/t。另外李维成[5]对湿式氧化进行初步经济分析，包含系统折旧的污泥 (含水率80%) 综合处理成本约为130元/t。通过对污泥焚烧和污泥湿式空气氧化(WAO)进行深度对比，如表1所示。

 

表1 焚烧处理与WAO处理污泥对比

  

项目焚烧处理湿式空气氧化法工程内容主要包括前处理、污泥干燥系统、焚烧锅炉系统、烟气处理系统、除臭及通风处理系统等等主要包括预处理单元、水热氧化单元、冷却脱水单元、蒸汽发生单元等等工程投资60～70万元/t.d(20%DS污泥)30～40万元/t.d(40-20%DS污泥)优点工艺流程较简单;设备相对简单,运行管理方便;自动化程度高;干燥使用焚烧热能,热能循环利用。投资相对较低;运行费用很低。自动化程度高。占地面积小。维护运行管理方便;电能、热能消耗低;无污染物排放。缺点投资较大,综合成本较高。占地面积较大。污染物排放量较大,处理费高。污泥处置能耗较高。对运行人员要求较高。脱出水需返回污水处理厂处理。

通过表1的经济分析，WAO处理城市污水厂污泥具备投资低运行费用低，占地少。但是由于WAO处理工艺对管道和压力容器的使用多，在运行和操作上要求更高。综合来讲，WAO法与传统的焚烧、干化等污泥处理工艺比较，具有较好的经济性。

这种模式较适于土地紧张的中小肉牛场。购置粪肥一体化发酵设备，固体粪污置于反应器内进行好氧发酵，发酵周期一般为7～12天，发酵后的粪肥可作为有机肥出售，液体粪污通过污水池处理后还田。该模式优点是发酵周期短，占地面积小，自动化程度高，密闭系统臭气易控制；缺点是处理量小，投资较高。

6 结语

(1)湿式空气氧化法作为污泥处理的一种新方法，在我国的实际工程较少。该方法以空气作为氧化剂，在高温高压反应器中对污泥的有机物进行氧化，通过闪蒸、脱水等后续环节，达到污泥的稳定化、减量化、无害化及资源化，技术成熟可行。

(2)湿式空气氧化法的主要设备有污泥存储容器、氧化反应器、闪蒸罐、脱水设备、换热设备及空气压缩设备，固定投资约40万元/t；运行费用主要在加热的电耗，换热设备能耗及分离液重金属去除药剂费等，处理成本约170元/t。与其他污泥处理方法比较，具有较好的经济性。同时，该处理方法占地面积小，污染物排放低，随着我国污泥处理的需求增加，会有更多的实际工程出现。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.2014年中国城市建设统计年鉴[M].北京：中国社会年鉴出版社，2015.

[2]F J Zimmerman，[J].ChemEng 1958(8):117.

[3]杨 琦,陆雍森，赵建夫.污泥湿式空气氧化处理研究的进展 [J].水处理技术，1997，1(23).

[4]L.PengL.L.HuComparison of thermal hydrolysis and wet air oxidation in sludge treatment in China[J].International Conference on Humanities and Social Science Research，2016：91～95.

[5]李维成.污泥湿式氧化试验研究及经济性分析[J].动力工程学报，2018，18(38).