城市污水廠(chǎng)污泥處理處置技術(shù)評估及工藝選擇

摘要:概述當前國內外污泥處理處置技術(shù)研究現狀,根據污泥處理處置技術(shù)的處理效果、適用性、經(jīng)濟性、環(huán)境影響等方面對污泥處理處置技術(shù)和工藝流程進(jìn)行了比較和評估;同時(shí)指出了我國污泥處理處置技術(shù)評估工作中存在的問(wèn)題,并提出相應建議。

關(guān)鍵詞:污泥,技術(shù)評估,工藝選擇

0引言

城市污水廠(chǎng)污泥(以下簡(jiǎn)稱(chēng)污泥)由于含有各種病原體、重金屬等有毒有害物質(zhì),必須要進(jìn)行處理處置。同時(shí),隨著(zhù)我國城市污水處理率的不斷增加,污泥的產(chǎn)量呈急劇上升趨勢,污泥的處理處置已成為制約許多城市發(fā)展的主要因素。目前污泥處理處置技術(shù)方法很多,但由于對各技術(shù)的特點(diǎn)和適用條件了解較少,導致許多工程未能正常運轉。因此,本文對常用污泥處理處置技術(shù)進(jìn)行評估和篩選,以便對今后污泥處理處置工程技術(shù)的選擇提供參考依據。

1污泥處理處置技術(shù)研究現狀

發(fā)達國家早在20世紀六七十年代就開(kāi)始對污泥處理處置技術(shù)進(jìn)行研究。美國農業(yè)部門(mén)在19世紀70年代就對污泥農用堆肥工藝展開(kāi)研究,并發(fā)展了Beltsville Aerated Pile法用于污泥堆肥。這種方法既可以處理生污泥,也可以處理消化后的污泥,得到的產(chǎn)品無(wú)臭、滅菌、便于保存和運輸并可以應用于農業(yè)生產(chǎn)[1]。德國在19世紀80年代致力于污泥焚燒體系的開(kāi)發(fā)和完善,并為該系統配備了能量的回收利用設備。據統計,德國固體廢棄物焚燒而回收利用的能量可為全國30%的人口服務(wù)[2]。隨著(zhù)污水處理技術(shù)的更新和發(fā)展,污泥處理處置技術(shù)也在不斷地改進(jìn)。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展,一些發(fā)達國家陸陸續提出了污泥處理處置新方法。西班牙科學(xué)家提出利用微波能量來(lái)水解消化污泥, 取得了很好的效果[ 3]。美國和智利的科學(xué)家提出使用火山爆發(fā)遺留的熔巖地來(lái)處理污泥及污泥焚燒灰。這種方法可以有效控制污泥及污泥焚燒灰中的礦物質(zhì)元素以及磷元素和鋅元素, 從而改善熔巖地的營(yíng)養結構并提高其生產(chǎn)力[ 4]。愛(ài)爾蘭利用過(guò)熱蒸汽流干化工藝與污泥消化工藝相結合, 不但實(shí)現污泥的穩定, 更實(shí)現了能量的回收利用[ 5 ]。日本的污泥處理處置技術(shù)主要集中在污泥的再生利用方面, 占到污泥處置比例的56%, 包括污泥制磚、制骨料、制燃料和熔渣4種[ 6]。

目前, 中國的污泥處理處置技術(shù)得到了很大的改善, 但還存在技術(shù)單一、設備落后和處理率低等問(wèn)題。中國污泥處理處置工作主要面臨著(zhù)兩大技術(shù)難題: 污泥含水率高和有機質(zhì)利用率低。污泥含水率是制約污泥處理處置的關(guān)鍵問(wèn)題。含水率過(guò)高限制堆肥、焚燒等高效處置技術(shù)的應用, 同時(shí)也不利于污泥的再生利用。而有機質(zhì)利用率低不僅浪費了可回收利用的資源, 也造成污泥易腐、有異味等不良特性。

濕污泥中包含4種水分: 毛細水、間隙水、吸附水和內部水。存在于微生物細胞內的內部水是導致上述2個(gè)難點(diǎn)的主要原因。不但水分難以除去, 有機質(zhì)物質(zhì)也被包裹在細胞中難以釋放。因此, 要除去內部水, 釋放胞內有機物必須采取高溫干燥或細胞破碎的處理方法。事實(shí)上, 中國針對上述難點(diǎn)開(kāi)展了一系列的研究工作) ) ) 發(fā)展了超聲波預處理法、濕式氧化法、水熱解法和水泥窯共處理等新技術(shù)。這些技術(shù)已應用于一些污水廠(chǎng)并取得了顯著(zhù)的處理效果。但要實(shí)現規�；�和產(chǎn)業(yè)化, 還需要對新技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。

2 污泥處理處置技術(shù)評估

正確評估污泥處理處置技術(shù)是污水廠(chǎng)選擇合理的污泥處理處置方法的前提。本文針對國內外污泥處理處置技術(shù)的現狀, 從經(jīng)濟性、適用性、處理效果以及環(huán)境影響等方面對污泥處理處置技術(shù)進(jìn)行比較和評估。

2. 1 污泥的濃縮和脫水技術(shù)

常見(jiàn)的污泥濃縮和脫水技術(shù)有以下幾種: 重力濃縮法、機械濃縮法、板框壓濾脫水、帶式壓濾脫水、離心脫水以及濃縮脫水一體機濃縮脫水。各濃縮脫水技術(shù)的比較見(jiàn)表1

若僅考慮減少投資, 可以選擇重力濃縮+ 帶式壓濾脫水/板框壓濾脫水。重力濃縮只需一次性構筑物的建造和基本維護費用, 投資和成本低。帶式壓濾和板框壓濾脫水機的設備投資較少, 但處理效率低、噪聲大。

為了提高處理效率和減少環(huán)境影響, 可以選擇機械濃縮+ 離心脫水或使用濃縮脫水一體機。機械濃縮和離心脫水會(huì )增加污水廠(chǎng)的電耗和購買(mǎi)調理藥劑的費用, 但是他們的處理效果好、處理效率高。機械濃縮和離心脫水機封閉性好、臭味不易擴散、噪聲小,因而對操作間和周邊環(huán)境的影響較小; 同時(shí)自動(dòng)化程度高, 無(wú)需人工操作[ 8]。對于污水廠(chǎng)新建工程或改造工程, 濃縮脫水一體機是很好的選擇。它集濃縮和脫水為一體, 無(wú)需建造濃縮池構筑物。不但處理效率高, 而且節省投資。

2. 2 污泥干化

污泥干化工藝按原理可分為自然干化、直接加熱干燥和間接加熱干燥。由于利用外加熱源進(jìn)行污泥干化的能耗高, 其運行費用也很高。若僅考慮干化技術(shù)的經(jīng)濟性, 自然干化是非常理想的方法。自然干化方法簡(jiǎn)單、易于管理; 但此法受氣候影響大, 衛生條件差; 并且僅適用于干燥少雨且土地資源較寬裕的地區。

若選擇處理效果好且環(huán)境影響小的技術(shù), 可以使用加熱干燥法。直接加熱干化具有流程簡(jiǎn)單、熱交換率損失少等優(yōu)點(diǎn); 但干燥煙氣具有惡臭, 因而對工作間和周邊環(huán)境有不良影響。間接加熱干燥是利用一定介質(zhì)在封閉回路中循環(huán), 因此不僅干化效果好, 而且無(wú)惡臭氣體。但介質(zhì)會(huì )帶走一部分熱量, 熱能利用率不如直接加熱干燥技術(shù)效率高。

上海石洞口污水廠(chǎng)采用流化床低溫干化系統對污泥進(jìn)行干化。該系統的干化溫度為85e , 系統內控制含氧量< 4% (防止爆炸)。干化系統每蒸發(fā)1 t水分, 消耗熱能為2 800kJ。經(jīng)干化后的污泥含水率能夠降至5% ~ 10%。

2. 3 污泥消化

污泥消化按原理可分為厭氧消化和好氧消化。厭氧消化又可分為中溫厭氧消化、高溫厭氧消化和兩相厭氧消化。污泥消化技術(shù)的初期投資和運行費用都很高。但由于消化工藝可進(jìn)一步穩定污泥, 因而污水廠(chǎng)應根據規模的大小、污泥的性質(zhì)及財政狀況選擇合適的消化工藝。

對于處理能力在10萬(wàn)t/d以上的大型二級污水處理設施產(chǎn)生的污泥, 應采用中溫厭氧消化或高溫厭氧消化; 對于中小型污水處理廠(chǎng), 應選擇工藝成熟、機械設備簡(jiǎn)單、運行管理方便的好氧消化工藝; 而對于高濃度有機廢水、懸浮物濃度很高的污水以及含有毒物質(zhì)、難降解物質(zhì)的污泥宜采用兩相厭氧消化方法處理。

2. 4 污泥最終處置技術(shù)

常見(jiàn)的污泥最終處置技術(shù)主要包括衛生填埋、堆肥、焚燒和土地利用等。4種常見(jiàn)污泥處置技術(shù)比較見(jiàn)表2。近年, 污泥制建材、污泥制肥和污泥發(fā)電等新興技術(shù)也有所發(fā)展和應用。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

 衛生填埋和污泥土地利用是經(jīng)濟性最好的污泥終處置技術(shù), 投資約3 萬(wàn)~ 515 萬(wàn)元/ t (含水率80% ), 運行成本約15 ~ 30元/t(含水率80% ) [ 10]。但污泥填埋工作仍存在很多問(wèn)題, 如滲濾液產(chǎn)生量大、滲濾液收集系統易堵塞、填埋操作困難等; 土地利用也存在惡臭污染的問(wèn)題。另外, 近年修訂的污泥處置標準CJ /T 249 - 20075城鎮污水處理廠(chǎng)污泥處置混合填埋泥質(zhì)6中規定: 混合填埋泥質(zhì)的含水率應不大于60% , 污水廠(chǎng)目前的脫水技術(shù)很難實(shí)現這一要求。因此, 衛生填埋和土地利用的發(fā)展前景不容樂(lè )觀(guān)。

焚燒技術(shù)的處理效率最高, 可以大幅減少污泥體積和含水率。但是焚燒法所需投資較高, 設備投資約35萬(wàn)~ 45萬(wàn)元/ t(以干污泥計), 運行成本約771 ~1 000元/t(以干污泥計)。同時(shí), 我國焚燒設備主要依賴(lài)于進(jìn)口, 設備投資費用和維護修理費用較高。焚燒法僅適合于大型污水處理廠(chǎng)污泥或有毒有害物質(zhì)含量高的污泥的處置。上海石洞口干化焚燒工程選用了德國進(jìn)口流化床焚燒系統。該廠(chǎng)投資8 000萬(wàn)元(含干化和焚燒設備、土建、自控及輔助設施), 運行費用約250 元/ t(含水率為82% , 包含電費、藥劑費、人工費、維修費等)。我國也自主設計了焚燒爐,運行效果良好。齊魯石化乙烯污水處理廠(chǎng)污泥采用二段串聯(lián)的臥式回轉焚燒爐焚燒, 處理量為2 100 kg /h含水率不大于80% 的濕污泥。

堆肥工藝對環(huán)境的影響最小。堆肥可利用污泥中的大部分營(yíng)養元素和有機質(zhì), 實(shí)現資源的循環(huán)利用。同時(shí)污泥堆肥基建費用低、容易管理、設備簡(jiǎn)單;產(chǎn)品無(wú)味無(wú)臭、質(zhì)地疏松、含水率低、密度小, 便于運輸施用和后續加工成商品肥。但堆肥過(guò)程中惡臭氣體的控制以及污泥中的重金屬含量仍制約著(zhù)堆肥技術(shù)的應用和發(fā)展。此外, 產(chǎn)品的銷(xiāo)路也是影響堆肥技術(shù)的關(guān)鍵因素。一般堆肥周期較長(cháng), 適用于小型污水廠(chǎng)使用。山東省晨鳴集團污泥堆肥工程采用北京中科博聯(lián)環(huán)保高新技術(shù)有限公司自行研發(fā)的CTB高溫好氧快速堆肥技術(shù)進(jìn)行污泥堆肥, 處理效果很好。該工程總投資2 600萬(wàn)元, 其中基建費1 300萬(wàn)元, 設備費900萬(wàn)元。另外, 太倉市巨龍農業(yè)養殖技術(shù)有限公司引進(jìn)日本大平二號蚯蚓原種, 開(kāi)發(fā)/蚯蚓生物轉化污泥、生產(chǎn)生物有機肥0項目。該公司現已成功利用蚯蚓處理造紙污泥, 蚯蚓處理污水廠(chǎng)污泥正在研發(fā)中。

污泥制建材、污泥制肥和污泥發(fā)電等新興技術(shù)也是今后污泥處理處置發(fā)展的方向, 但目前技術(shù)還不完善、規�；�和產(chǎn)業(yè)化程度較低, 短期內較難實(shí)現大規模工程化應用。

3 污泥處理處置工藝流程的選擇評估污泥處理處置技術(shù)是為了更合理地選擇污泥處理處置工藝流程, 以便污水廠(chǎng)污泥處理處置工作正常、高效運轉。中國城市污水廠(chǎng)污泥處理處置工藝流程及其應用比例見(jiàn)表3。 樣化的。污水廠(chǎng)應根據自身的規模、污水污泥性質(zhì)以及經(jīng)濟實(shí)力合理選擇。

大中型污水廠(chǎng)(處理量在5萬(wàn)t/d以上)產(chǎn)泥量大, 污泥產(chǎn)率高, 因此適于選擇處理量大、處理效率高的污泥處理處置工藝。在資金充裕的情況下, 污水廠(chǎng)宜選擇帶有污泥消化的工藝, 如濃縮池) 消化池) 機械脫水) 最終處置。該工藝是比較完備的污泥處理處置工藝流程。污泥消化可以明顯改善污泥的理化性質(zhì), 降低污泥的生物活性, 實(shí)現污泥的穩定化, 但這種工藝基建投資和運行成本都很高。濃縮池) 機械脫水) 最終處置是我國最常見(jiàn)的污泥處理處置工藝流程, 但該流程缺少了消化工藝, 污泥有機物含量高,脫水后仍有較大異味且疏水性差。污水廠(chǎng)應盡量根據實(shí)際情況配備適合的消化工藝。

中小型污水廠(chǎng)(處理量在5萬(wàn)t/d以下)產(chǎn)泥量和污泥產(chǎn)率帶來(lái)的壓力小, 可適當選擇一些經(jīng)濟性好的工藝。濃縮池) 最終處置工藝構成相對簡(jiǎn)單, 投資和運行成本較低, 因而經(jīng)濟性好。但污泥經(jīng)濃縮后含水率仍在93% ~ 96%, 最終處置方法的選用受到了極大的限制。濃縮池) 機械脫水) 最終處置更適合小型污水廠(chǎng)應用。對于有資源優(yōu)勢和工藝上有特殊需要的污水廠(chǎng), 可以根據實(shí)際情況選擇其他工藝。如廠(chǎng)區周邊有大量空地的污水廠(chǎng)可以選擇帶有干化場(chǎng)的工藝來(lái)處理處置污泥; 以生活污水為主的污水廠(chǎng)可以選擇帶有濕污泥池的工藝。

4 討論

1)我國污泥處理處置技術(shù)評估方法體系尚不完善。目前我國污泥處理處置技術(shù)評估工作中, 對研究對象的界定、評價(jià)指標、評價(jià)方法和步驟等評估細則尚沒(méi)有統一的規范和標準。

2)我國污泥處理處置技術(shù)及應用信息還不全面。目前關(guān)于我國污泥處理處置技術(shù)及應用情況的信息平臺或數據庫較少, 獲取相關(guān)資料和信息的渠道也不夠暢通, 數據搜集難度大, 影響了評估的效率和準確性。為此, 提出以下建議: a. 借鑒和引用國外成熟的污泥處理處置技術(shù)評估體系, 緊密結合我國污泥處理處置工作的現狀, 盡快建立起適合我國污泥處理處置技術(shù)評估的技術(shù)框架和實(shí)施方法。b. 完善我國污泥處理處置技術(shù)評估工作的規范和標準, 使評估工作時(shí)有據可依。同時(shí)規范評估結果。c. 建立污泥處理處置技術(shù)數據庫, 并促進(jìn)信息共享, 加強我國污泥處理處置技術(shù)現狀和應用情況的信息交流, 使評估工作的資料來(lái)源更翔實(shí)可靠。（中國環(huán)境科學(xué)研究院）