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污水處理廠污泥處理與處置工藝研究

瀏覽次數(shù):1906 ?更新時間:2018-03-20

污水處理廠污泥處理與處置工藝研究

一、引言
  為了控制水污染和實現(xiàn)污水資源化 ,我國對城市污水處理率提出了明確的要求,到2005年,50萬以上人口城市污水處理率應(yīng)達到60%以上;到2010年,所有設(shè)市的城市,污水處理率不低于60%。直轄市、省會城市、計劃單列市和風(fēng)景旅游城市,污水處理率不低于70%。
  隨著污水處理設(shè)施的普及、處理率的提高和處理程度的深化,污水廠的污泥產(chǎn)生量將有較大的增長,由此引起的二次污染問題已不容忽視。因此如何合理地處理、處置污泥,已成為城市污水廠和相關(guān)部門必需引起重視的問題。例如上海正在建設(shè)的竹園和白龍港兩個大型污水處理廠,每天將產(chǎn)生約700噸干污泥或2000立方米脫水后含水率65%的污泥730000立方米。如何處置這么大量的污泥,這是許多大城市都將面臨的問題。
  國內(nèi)外污泥處理與處置的方法很多,一般采用濃縮、消化、脫水、干化、有效利用(多為農(nóng)用)、填埋及焚燒等,或用其中幾個方法組合處置。應(yīng)該說,對污水廠污泥的處理和處置,我們與先進國家相比,差距較大。
  城市污水廠的污泥是指處理污水所產(chǎn)生的固態(tài)、半固態(tài)及液態(tài)的廢棄物,含有大量的有機物、重金屬以及致病菌和病原菌等,不加處理任意排放,會對環(huán)境造成嚴重的污染。對污泥處理總的要求是穩(wěn)定化、無害化和減量化。
  以每人每天產(chǎn)生200L污水來說,經(jīng)濃縮后為1.5L/d.人,污泥干化后0.07kg/d.人,污泥焚燒后為0.02 kg/d.人。
  污泥的體積取決于污泥的含水率,等于污泥的干重除以污泥的含固率(1-污泥的含水率),即: 污泥干重(t)
—————————————— =污泥體積(m3)
(1-污泥含水率)(t/m3)
以2t干污泥為例,污泥含水率與體積的關(guān)系如下:
含水率(t/m3) 0.98  0.69  0.92  0.84  0.68
污泥體積(m3) 100   50  25   12.5  6.25
   國家對城市污水污染控制的技術(shù)政策及新頒布的城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002),對城市污水廠的污泥穩(wěn)定和農(nóng)田利用有明確的要求。但實際情況是,污水處理廠的建設(shè)往往只注意污水處理要達到排放標準。近幾年,由于有脫磷脫氮要求,演變出不少污水生物處理工藝,而對污泥處理和處置,設(shè)計中一般只提將脫水污泥外運和綜合利用,未計算其投資和經(jīng)營費用,這勢必會造成二次污染。處理廠建得越多,污泥的二次污染亦越廣泛。未經(jīng)穩(wěn)定處理的污泥,因有機物含量高,極易腐敗并產(chǎn)生惡臭,尤其是初沉淀池的污泥,含有大量病菌、寄生蟲卵及病毒,易造成傳染病的傳播。
二、污泥的處理和處置
  通常把污水廠污泥穩(wěn)定和脫水(一般脫水至含水率達70%~80%)稱作污泥的處理;將污泥的堆肥、填埋、干化和加熱處理及最終利用,稱為污泥的處置。如脫水污泥中有毒有害物質(zhì)超過農(nóng)用標準,就要考慮衛(wèi)生填埋和污泥干化焚燒技術(shù)。從國外污泥處理的發(fā)展來看,無論在歐洲、日本或美國對污泥用于農(nóng)田控制越來越嚴,而對污泥進行干化和加熱處理的比例正逐年增加。
1、污泥的處理
  污泥穩(wěn)定處理有好氧穩(wěn)定和厭氧穩(wěn)定,好氧穩(wěn)定有很多優(yōu)點,但能耗很高,只有當污泥量較少時才采用。污泥厭氧穩(wěn)定處理通常采用中溫(350C)厭氧消化方法。國內(nèi)已有十幾座大型污水處理廠采用此方法,污泥經(jīng)消化后,有機物含量減少,性能穩(wěn)定,總體積減少,污泥消化過程中還產(chǎn)生大量沼氣(消化降解1gkCOD可產(chǎn)生350L沼氣)可以回收利用。
但由于消化裝置工藝復(fù)雜,一次性投資大,運行有難度。污泥厭氧消化和沼氣利用裝置費用,約占污水處理廠投資和運行費的30%左右,而且大多需進口技術(shù)和設(shè)備。從調(diào)查已建消化池的實際運行看,只有少數(shù)達到預(yù)期的效果。有管理、設(shè)計問題,亦有沼氣利用的經(jīng)濟性和安全性問題。比較好的如天津市東郊污水處理廠,該廠設(shè)計規(guī)模為處理城市污水40萬m3/d,污泥日產(chǎn)2460 m3(含水率96%),產(chǎn)生沼氣13300 m3,供4臺248kW發(fā)電機發(fā)電,日可發(fā)電27000度,并與市電并網(wǎng)。
  污泥的穩(wěn)定問題,除了采取污泥厭氧消化外,還應(yīng)結(jié)合污水處理工藝中考慮少產(chǎn)生污泥和穩(wěn)定泥質(zhì)的方案。例如污水處理工藝設(shè)計中采用延長污水曝氣時間,減少污泥的產(chǎn)量;設(shè)計參數(shù)中增加污泥泥齡(如泥齡20天以上),盡量使污泥趨向穩(wěn)定的污水處理工藝。對中小型污水處理廠來說,采用帶有延時曝氣功能處理工藝(如氧化溝等處理工藝)是可取的。有的污水處理工藝投資低(如AB法的A段),而污泥量較多,增加了污泥的處理成本。故應(yīng)當把污水處理和污泥處理統(tǒng)一考慮,一并計算投資和運行費用。
  污泥的穩(wěn)定并不等于污泥無害,用于農(nóng)田還需要符合國家標準中關(guān)于污泥農(nóng)用時污染物控制標準限值。見下表。其中對鎘、汞、砷、苯并芘、多氯聯(lián)苯的要求是比較高的,應(yīng)該通過嚴格控制工業(yè)廢水源頭的排放,來控制污泥的性質(zhì)。
                             國家目前對污水廠污泥穩(wěn)定化處理的控制指標表
穩(wěn)定化方法 控制項目 控制指標
厭氧消化 有機物降解率(%) >40
好氧消化 有機物降解率(%) >40
好氧堆肥 含水率(%) <65
有機物降解率(%) >50
蠕蟲卵死亡率(%) >95
糞大腸菌群菌值 >0.01

  國外在污泥穩(wěn)定方面,除了用生物法(包括中溫消化、高溫消化及利用微生物和某些添加劑)外,還采用了化學(xué)法,有的將脫水后的污泥加鹽酸調(diào)pH值至2~3,反應(yīng)60分鐘再加硝酸鈉;有的對脫水污泥添加石灰。后者在歐洲應(yīng)用較多。
2、污泥的處置
(1)制復(fù)合肥
   按我國目前的經(jīng)濟條件,對多數(shù)污水廠(特別是大量小型污水廠)來說,污泥用于農(nóng)田是比較可行和現(xiàn)實的方案。污泥中的氮、磷、鉀和微量元素,對農(nóng)作物有增產(chǎn)作用,污泥中的有機質(zhì)、腐殖質(zhì)是良好的土壤改良劑。污泥經(jīng)適當濃縮、脫水后運至市郊或鄰近省份作為農(nóng)肥,是許多污水廠采用的方法。但農(nóng)田施肥有季節(jié)性,不需要泥肥時,污水廠會泥滿為患,影響正常運行。于是一些污水廠支付費用,讓農(nóng)民把污泥拉走,而不問其去向,這會造成二次污染。
  北京市環(huán)境科學(xué)研究院和北京市農(nóng)業(yè)科學(xué)院合作,對北京市密云縣污水處理廠的污泥,通過堆肥加工成復(fù)合肥,進行了用于農(nóng)田的試驗。該廠每天處理15000立方米城鎮(zhèn)污水,污泥產(chǎn)量5~6t/d(含水率80%),由于采用 酸化—好氧污水處理工藝,污泥質(zhì)量不錯。添加一定數(shù)量的N、P、K做成復(fù)合肥(N、P、K的比為1:0.9:0.4),并直接造粒為污泥顆粒肥。通過在北京市大興縣龐各莊冬小麥田試驗以及在溫室內(nèi)進行的有油菜和玉米苗期盆栽施肥試驗,均取得可喜的結(jié)果。由于是制成顆粒狀污泥肥料,便于運輸和貯存。
(2)衛(wèi)生填埋
  上海市對污水廠的污泥處置提出“處理一點,填埋一點,利用一點”的原則,上海市水務(wù)局正組織對污泥處理、處置和利用的專題研究,提出污泥用作農(nóng)田、衛(wèi)生填埋和污泥焚燒點的布局和具體的分期實施方案,防止產(chǎn)生二次污染。這無疑是正確的舉措。
  上海白龍港大型污水廠,正在按衛(wèi)生填埋要求建設(shè)污泥填埋場,根據(jù)污泥性質(zhì)、含水率及力學(xué)特性等因素進行設(shè)計。填埋廠使用期為七年,填埋場底部設(shè)有盲管將滲濾液再回到污水廠處理。此法占地大,運行工作量大,遇雨季污泥更難以壓實,到使用期限后仍需另選場址。對大型污水廠采用污泥衛(wèi)生填埋,是不得已的權(quán)宜之計。衛(wèi)生填埋場的造價不低,國外對衛(wèi)生填埋場還要有沼氣安全收集系統(tǒng),對分層復(fù)蓋的泥土和排水、綠化有專門的有要求。鑒于地價上升和填埋場有臭味,近幾年來,無論歐盟國家或美國、日本,污泥衛(wèi)生填埋的比例越來越小,美國已有的填埋場還將逐步關(guān)閉。
  有些城市(如成都市)擬將污水廠污泥運至城市垃圾填埋場一并處置,這存在兩個實際問題:一是管理體制上的問題。垃圾的中轉(zhuǎn)站和填埋場的布點、設(shè)計和投資,屬環(huán)衛(wèi)局管理,而污水廠的污泥屬市政系統(tǒng)管理,設(shè)計垃圾填埋場使用年限和布點距離未考慮接納污水廠污泥;二是脫水污泥含水率過高。運往垃圾填埋場的污泥,要求含水率不大于30%,而目前污水廠的脫水污泥含水率在70%~80%,這類污泥不易碾壓填埋,除非將污泥作適當干化或加石灰、絮凝劑處理。無論作何種填埋,污泥宜采取高干度脫水方案。
(3)干化、焚燒
  國內(nèi)近幾年在一些大城市已建和正建一批城市垃圾焚燒場。但污水廠的污泥作焚燒處置,只有上海市石洞口污水處理廠(設(shè)計規(guī)模為40萬m3/d)設(shè)有污泥焚燒爐裝置,設(shè)計今年年底投產(chǎn)。焚燒爐采用國外技術(shù)在國內(nèi)制造,污泥的干化和焚燒設(shè)備總投資為人民幣8000萬元,費用并不算高。
由于污泥干化和污泥焚燒相結(jié)合比單污泥焚燒一次性投資少,處理成本低,故污泥干化往往是焚燒的前處理。北京市清河污水廠二期工程和天津市咸陽路污水廠,擬先建污泥干化裝置?! ∥勰喔苫墒刮勰嗪士刂圃?0%~40%,減少了污泥的體積和重量,降低了運輸費和填埋費,而且污泥的臭味大為減少。
  干化裝置分直接干化和間接干化,其能量消耗與污泥成份和水分有關(guān)。間接干化(利用沼氣通過熱交換器)一般推薦用立式干化裝置,并選用流化床工藝。干化與焚燒串聯(lián)工藝中,干化的程度取決于污泥的熱值和回收焚燒爐的熱能,使干化的能量盡量平衡,不另外添加燃料。上海石洞口設(shè)計污泥的干化和焚燒,污泥熱值高,能源平衡有余。污泥流化床焚燒爐,溫度在800度以上,爐內(nèi)有沙粒循環(huán)使用,外排氣體要適當處理。污泥焚燒爐遠比垃圾焚燒爐的工藝簡單得多,且污泥焚燒不會產(chǎn)生二惡英。
  如脫水污泥與垃圾一并焚燒,國外的經(jīng)驗是每噸垃圾添加15%~20%含水率為30%的污泥。污泥的干化和焚燒,可能將是一些大城市大型污水處理廠的發(fā)展方向。當然,由于國外對焚燒爐排塵有嚴格的要求,除了采用電除塵,還要降溫加溫,加酸加堿,達到無煙塵的排放。
(4)填埋與焚燒的比較
  上海和浙江一些單位作過污泥衛(wèi)生填埋及焚燒處置的方案比較。其主要工藝流程為:
原污泥→濃縮→消化→脫水→衛(wèi)生填埋
  原污泥→濃縮→(消化)→脫水→焚燒→焚燒灰填埋
  對于焚燒處理工藝,為了避免消化后污泥熱值減少,也可以不作污泥消化處置。上述兩個工藝的經(jīng)濟性比較結(jié)果,無論采用國產(chǎn)設(shè)備或進口設(shè)備,二者的處置工程費用基本相同。按國產(chǎn)設(shè)備對污泥進行處置,運行費用折成污泥干固體,處理總成本約為800元/t。以10000m3/d污水廠產(chǎn)生2噸DS計,每噸污泥處理成本約為0.16元,與國內(nèi)大型污水處理污水處理成本(不計折舊和還貸利息)0.3~0.45元/ m3相比,需增加成本35%~50%,這與國外的實例相當。
  既然污泥的衛(wèi)生填埋與污泥的焚燒其工程費和運行成本大致相當,那么,從污泥無害化和減量化看,焚燒方案有明顯的優(yōu)點。這亦是國外(特別是西歐和日本)污泥焚燒發(fā)展較快的原因。荷蘭的污泥是100%采用焚燒處置的。焚燒后少量的泥灰可用于混凝土、磚瓦制品、路基路面的骨科和工程建設(shè)的回填土。
三、污泥處理和處置應(yīng)注意的問題
  1、設(shè)計城市污水處理設(shè)施時,要把工業(yè)污染源控制、污水處理工藝和污泥的處理和處置,作為一個系統(tǒng)來考慮。上海市對全市大小污水廠的污泥成分、數(shù)量進行分析,在此基礎(chǔ)上,對污泥的處置作全面規(guī)劃,協(xié)調(diào)多方關(guān)系,落實分期實施方案,這是正確的。不認真處置污水廠的污泥,污水處理是不完整的。
  2、對污泥的最終處置,我們?nèi)狈?jīng)驗,如污泥的干化和焚燒裝置的設(shè)計,比污水處理工藝復(fù)雜得多,我們應(yīng)認真學(xué)習(xí)、引進、消化、吸收國外的技術(shù)和經(jīng)驗,同時要制訂和完善污泥處置有關(guān)的法規(guī)和標準。我國一些污水處理廠的污泥消化、沼氣利用裝置,基本上都是引進國外的技術(shù)和設(shè)備。
  3、采用多途徑來解決污泥問題。大廠與小廠不一樣,南方與北方亦不一樣。有的地方污泥可與垃圾處置相結(jié)合,有的地方污泥可與發(fā)電廠燃煤相結(jié)合。對量大面廣的小型污水廠的污泥,要總結(jié)農(nóng)用的經(jīng)驗。在污泥干化和加熱技術(shù)上,還可考慮利用太陽能、微波和濕式氧化等多種方案。有的污泥可與工業(yè)廢水治理中的污泥一并處理。要善于總結(jié)各地的經(jīng)驗和教訓(xùn),大力發(fā)展國產(chǎn)化設(shè)備,這是一項朝陽產(chǎn)業(yè)。要積極探索適合國情的低成本、無害化、多用途的污泥處理和處置途徑。
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