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【關鍵詞】城市污泥;熱干化;薄膜;焚燒
城市污泥是污水處理的一種必然產物,污水處理是通過把水中雜質濃縮成固體形態再從流體中分離來實現,而這種濃縮濃縮出來的雜質便稱為污泥。隨著城市化的發展,城市污水的產量不斷增長,2006年全國年產干污泥近130×106噸,而且以每年10%以上的速度遞增。
城市污泥的成分很復雜,主要包括混入生活污水或工業廢水中的泥砂、纖維、動植物殘體等固體顆粒及其凝結的絮狀物、由多種微生物形成的菌膠團及其吸附的有機物、重金屬元素和鹽類、少量的病原微生物、寄生蟲卵等綜合固體物質。未經恰當處理處置的污泥進入環境后,直接給水體和大氣帶來二次污染,對生態環境和人類的活動構成嚴重的威脅。為了不造成環境的二次污染,需要在污水處理的二級處理之后添加一道污泥處理工藝。污泥處理設備大約占污水處理廠的40%60%基建投資,污泥處理則占50%左右的處理費用,同時也造成了和其經濟費用不成比例的處理難度。
污泥處理與處置的目的主要有以下四個方面:
(1)減少污泥最終處置前的體積,以降低污泥處理及最終處置的費用;
(2)通過處理使污泥穩定化,最終處置后不再產生進一步降解,從而避免產生二次污染;
(3)達到污泥的無害化與衛生化;
(4)在處理污泥的同時達到變害為利、綜合利用、保護環境的目的。
城市污泥的主要特性是含水率高(可高達99%以上),有機物含量高,容易腐化發臭,并且顆粒較細,比重較小,呈膠體液狀。
根據污泥成分及處理目的的不同主要有調理、濃縮、脫水、干燥、消化、堆肥、焚燒等處理方法。我國的污水處理廠脫水污泥處置方法中,污泥農用占44.8%、陸地填埋占31%、其他處理約10.5%、沒有處理約13.7%,而在發達國家比如日本其產生的污泥55%進行焚燒處理,35%的污泥進行填埋,約9%的污泥進行農田利用。其中,由于污泥含有一定的有機成分,通過焚燒使污泥無害化,不但污泥減容減量化程度很高,而且可回收利用產生的熱能,日本、德國、奧地利等發達國家大多采用該種處理方法。
目前,我國城市污水處理廠普遍采用污泥脫水機進行脫水,形成含水率60~80%的脫水污泥,過高的含水率會極大的降低污泥熱值,不利于能量回收和維持燃燒,故在焚燒前需對脫水污泥進行進一步的干化處理,將其含水率降低至20%甚至更低,以用于替代燃料。
現有一種間接加熱的轉鼓式薄膜干燥機可實現原污泥的一次深度脫水處理。其主要原理是:通過機械擠壓和間接熱傳導聯合作用將污泥中的水分脫出。轉鼓式薄膜干燥機通過壓輥裝置的機械擠壓作用,將污泥于轉鼓表面擠壓攤鋪成薄膜狀,污泥中所含易于脫出的間隙水被部分擠壓濾出,該過程為純機械擠壓,與常規對流干燥相比,僅為其能量消耗的1/50。轉鼓式薄膜干燥機的轉鼓內部通有高溫循環導熱油,轉鼓表面經導熱油傳熱升溫成為加熱面,污泥不直接與導熱油接觸,導熱油可循環回收利用,節約運行成本。薄膜狀的污泥在轉鼓表面經高效傳熱使剩余水分變成蒸汽,體積瞬時膨脹近千倍,劇烈膨脹的蒸汽可作為水分遷移驅動力,加快液態水向表面遷移析出,同時由于干燥過程為薄層干燥,減小了水分遷移路徑,與堆積狀態相比實現了能量消耗的大幅降低。轉鼓式薄膜干燥機在污泥干燥過程中的能量消耗主要集中于污泥輸運過程中消所耗電能及干燥機運轉過程中的少量電能消耗,而大部分干燥消耗的熱能由后續氣化、焚燒系統回收利用,大大減少了外來能量輸入,因此,可實現循環可持續干燥作業。該轉鼓式薄膜干燥機采用泵送式上料方式,通過污泥泵將原污泥經輸送管道由污泥儲存處輸送至各干化設備,輸送過程全封閉,無異味氣體及滲水泄漏,不會在處理過程中發生對環境的二次污染。該轉鼓式薄膜干燥機采用全自動化控制,通過內置的各種溫度、壓力傳感器,實時反饋信號控制后端導熱油鍋爐供熱量以及前端污泥輸送泵的輸送量,從而實現閉環控制。并可通過調整轉鼓轉速來調節污泥形成薄膜厚度及泥膜在轉鼓表面加熱停留時間,甚至可通過在設備控制系統中預存若干組運行參數,以適應不同成分污泥、不同含水率的處理要求。
經轉鼓式薄膜干燥機干化后的污泥為鱗片狀,含水率15%~25%左右,干化后的污泥其熱值約為1300至1500大卡,三噸干化后的污泥相當于一噸4500大卡的燃煤,可混摻在燃煤中在鍋爐內燃燒,干化污泥與煤的摻和比例為每噸煤添加100至200公斤污泥,每一噸干化污泥可生產一噸蒸氣,且經過干化處理的污泥不會像原泥一樣在燃燒時產生大量的水蒸氣而對鍋爐造成腐蝕,嚴重縮短鍋爐的設備壽命,進行干化污泥的摻混焚燒無需對現有鍋爐進行改造。干化后的污泥保留了其中大量有機物質,可用作肥料、土壤改良劑、替代燃料等多重用途。污泥脫水50%后可轉化為富含生物質能源的泥炭,用來發電其熱值可達1500~2000千卡/公斤,每噸處理后的污泥相當于1/2~1/3噸原煤,徹底實現了污泥的無害化處置和資源利用。干化污泥經焚燒處理后,其中水分和有機質被完全去除,燃燒形成的煙氣經處理后可安全排放,剩余灰分主要為原泥中的硅酸鹽粘土礦物,并因在焚燒過程中將原泥中所含重金屬固化,故不存在重金屬離子污染問題。焚燒灰渣體積僅為原泥體積的二十分之一甚至更低,體積減量處理效果明顯,且焚燒灰渣可在1020℃~1060℃下進行高溫燒結,用其制磚,用這種干污泥燒制的磚質量達到一級品質量要求,而重量比普通燒結磚輕20%。
綜上可見,經干化焚燒處理后的城市污泥基本實現了零污染零排放。雖然污泥熱干化技術有技術要求和處理成本較高,設備運行管理復雜等缺點,但由于其處理后體積減量明顯,處理徹底無二次污染,污泥有效能源化、資源化等特點使其仍為城市污泥最終處理的理想方向之一。
關鍵詞:水污染防治;污水處理;常用方法
1 概述
生活污水和工業污水構成了城市的污水系統,通常是通過城市集中的排水管網匯集之后在統一運送至污水處理廠進行處理。
通常情況下,城市的污水處理工序主要是根據城市污水的利用以及排放的去向并考慮到水頭的自然凈化功能,來具體確定污水的處理程度以及相關的處理工序。不論是在工業領域、農業領域以及回灌補充地下水的使用中,對于處理后的污水再利用,都必須達到國家頒布的有關水質標準。
現存的處理技術按照處理成都來劃分的話可以分為一級處理、二級處理和三級處理。一級處理是一種應用物理方式,通過篩濾以及沉淀的方式將污水中不能溶解的懸浮顆粒以及漂浮物質去除。污水的二級處理是應用生物處理方式,利用微生物的代謝作用實現物質的轉化,有效的將污水中復雜的有機氧化物向簡單的物質降解。不僅如此,在整個生物處理方式中,對污水的水質、水溫和水中的溶氧量以及PH值等不都有很大程度上的要求。污水的三級處理是建立在一級以及二級的處理之上的處理方式,通過運用混凝、過濾、反滲透以及離子交換等方式將污水中存在的非常難以溶解的有機物、磷以及氮等多種營養性的物質技進行分解去除。一般情況下,污水中的污染物具有十分復雜的特點,只有有效的將上述幾種方式結合起來共同處理,才能滿足相應的需求,達到處理的標準[1]。
在污水處理中,一級處理是是一種預處理的過程,二級處理是整個處理中最為關鍵的環節,處理后的污水通常情況下可以達到國家規定的污水排放標準。三級處理是更深一層的深度處理,使得處理后的污水水質較好,甚至可以達到飲用水的標準要求,但是這種深層處理的過程費用投入較多,在我國一些極度缺水的地區,并沒有實現廣泛的應用。在當前我國的很多城市都開始籌備和建設二級污水處理廠,解決因為工業以及生活帶來的水污染問題。
2 城市污水治理的常用方法分析
2.1 活性污泥法
長時間以來,很多城市對污水的處理方式主要采用活性污泥法,這種處理方法是現在世界各國應用最為廣泛的一種生物處理,處理能力較強以及出水的水質較優是這種處理方式最為突出的優勢[2]。曝氣池、沉淀池、污水回流以及剩余污泥排放系統組成了這種方式的處理過程,如圖1所示。
混合液的形成過程是通過在污水和回流中活性污泥同時流入曝氣池中而產生的,當曝氣設備內部與一定的空氣進行了接觸,在這時,空氣中的氧氣就會如混合液發生充分的融合,隨之便產生了好氧代謝反應,并且在這一過程中混合液能夠得到充分的攪拌而產生一種懸浮的狀態。所以說,這種方式能夠迅速有效的將污水中有機物和氧氣,與微生物接觸從而發生相應的反應效果。接著,混合液逐漸的流入沉淀池中,能將自身的懸浮顆粒在池中進行一個沉降,從而與水發生充分的分離,這時,沉淀池中分離出來的水就是已經達到標準的凈化水。沉淀池中存在的污泥會出現回流的現象,一般情況下,就把這個過程中出現的污泥稱作是回流污泥,回流污泥只要是為了使得曝氣池中保持相應的懸浮固體濃度[3]。在曝氣池中出現的生化反應能夠在很大程度上使得微生物發生增殖現象,增殖的微生物通常在沉淀池中實現排除,從而達到保持活性污泥系統能夠繼續良好運行的目的,在這過程中產生的污泥就被稱作是剩余污泥。活性污泥能夠有效的氧化并分解有機物,除此之外,還具有較好的凝聚及沉降功能,能夠使活性污泥與混合液發生完全的分離,實現水質的清澈。但是這種方式相對來說基礎建設的投入資金多,并且還具有很大的局限性。
現階段大多數的城市在廢水上面臨的問題主要有以下幾點:
(1)污水排放有著越來越嚴格的標準規定,所以對污水中氮、磷等一些營養物質的排放就有了很高的要求,使得必須實現很多的厭氧和好用反應池發生一系列的聯合,不僅使得建設的成本在很大程度的上得到增加,還使得運行過程變得復雜。
(2)當今社會的城市污水處理過程通常通過統一集中的方式進行處理,所以在這種情況下,污水的收集在資金投入上有較多的成本支出,甚至比投建污水處理廠所產生的成本還要多很多,在污水的可再生利用方面,建立大型的污水處理廠以用來集中處理生活污水是一種不可取的方案。
所以在很大程度上,有效的減小城市污水處理工序實現耗能低、效率高、污泥量少以及簡單便捷的具體操作,全面的達到磷的回收以及污水可再生利用的目耍是當前相關部門研究及應用上大家共同關注的話題。這不僅要求無視的處理要實現水質的改善,而且還必須考慮到污水以及污水的污染物發生資源化和能源化的問題,要確保處理技術的使用耗能低并且有效減少資源的損耗。
2.2 生物膜法
生物膜法是一種比較固定的并且是和活性污泥法并列的一種污水好氧生物處理技術。它的應用范圍主要是有效的清除污水中的溶解性以及膠狀的有機污染物。在整個污水的生物技術處理過程中,活性污泥法以及生物膜法都占據著主導性的地位,圖2是生物膜法的工作原理展示圖。
生物膜法的處理過程是,將附著生長在一些固質表面上的生物膜,來達到對有機物水的處理。分布廣泛而又密集的好氧菌、厭氧菌以及其他的真菌和藻類構成完備的生物膜系統,在這中間的附著的固質被稱為濾料或者載體。生物膜的從濾料開始往外延伸分別是厭氣層、好氣層、附著水層以及運動水層。并且,它的處理原理主要是吸附附著水層的有機物,再經過好氣層中的好氣菌有效分解有機物,然后再進入厭氣層分解厭氣,使得老化的生物膜被流動水層中的水沖掉,在此基礎上長出一層新的生物膜,通過這種反復進行最終實行污水的凈化。
在小規模的城市中處理污水可以使用這種生物膜法,并且使用的構筑物具有較高的生物濾池以及生物轉盤,在我國南方地區更適合使生物濾池的方式。材料得到不斷的開發以及相應的技術也得到了一定程度的發展,最近幾年,生物膜法在處理工序上得到了高速的發展,因為生物膜法中的微生物是別固定在填料上的,所以在系統中能夠得到有效平穩的運行[4]。它的生活能量以及消耗能量與回信污泥法相比較并沒有那么大,所以通過生物膜法的方式得到的處理比活性污泥法處理的剩余污泥要少很多。生物膜法處理的效率比較高,耐沖擊負荷的能力也比較強,產泥量相對來水比較少,并且在實施中它的占地面積相對較小,整個運行的過程很方便管理,所以在處理技術上是一種很有競爭力的方式。但是與此同時,這種方法的使用在投資顯示出來較高的成本,并且單位的處理效率十分低下。想要使得城市污水得到一個很高效而又節約投入開支是目前人們亟需解決的一個重要問題。
2.3 氧化法
在現階段的城市污水處理過程中,氧化法是使用最廣泛并且極具潛力的預處理方式之一。氧化劑以及反應器的不同種類,可以將氧化法分為化學氧化法、催化氧化法、濕氣氧化法、光催化氧化法以及超臨界氧化法等多種不同的方式。在具體的化學氧化法中,它的處理操作比較簡單,但是因為處理效果并不能達到很好的狀態,并且處理過程中投入的成本較高,所以在具體的處理城市生活污水上并不經常使用。人們為了有效的減少運行過程中的成本投入以及使得污水處理達到合格的標準,又挖掘了一些其他的氧化技術予以使用,所以,光催化法就得到開發并使用。光催化法具有處理設備簡單、運行得到條件要求不嚴格,有很強的氧化能力并且有效的實現殺菌以及處理結果十分徹底的特點,這種方式使得污水處理達到人們心中理想的效果。在光的條件下發生了一定的化學反應就是光催化反應。它的處理原理是在光化學反應之后吸收一定特定波長的電磁輻射,然后產生分子激發態的反應,在此事上就能夠通過化學反應生成新物質,亦或是向發熱反應的中間化產物轉變。光化學反應中的活化能主要是來自光子產生的能量,在太陽的作用下實現光電轉化以及化學轉化,使其在整個研究中處于十分活躍的地位。
光催化氧化技術是通過光激發氧化使得類似氧氣的一些氧化劑和光輻射得到有效的結合。在這個過程中使用的光主要是紫外光,可以有效的處理污水這能夠一些很難降解的物質。不僅如此,在整個體系中,紫外光和鐵離子之間存在著一種協同反應,能夠快速的將H2O2中的物質分解成羥基自由基,有效的清除污水中的有機物。
這種污水處理方法以其低成本,高效率的處理方式使之漸漸走人了大家的眼球。所以說,這種方法將水進行深度處理以及有機物中難以降解的物質進行處理應用中有很好的發展潛力,是現階段我國研究領域中十分活躍的話題,有很多的專家紛紛提出預測,在當今世界的污水處理中,氧化法會成為最至關重要的方法之一。
3 結束語
總結上文,城市的工業以及生活污水的處理問題亟待解決,現階段,這個問題已經受到廣大人民和相P專家的重視。但是在技術的運用上還有很多問題需要進一步得到改善,其中最重要的問題便是無視是處理技術得到提高以及如何將污水的處理落到實處。相關部門一定要將城市污水的處理工作放在城市發展眾多工作中的前頭,不斷加強新的處理技術的研究,實現水資源的再利用。
參考文獻
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關鍵詞:含油污泥 設備 綜合利用
一、引言
國家《危險廢物名錄》已經明確將油泥列為危險廢物,本文所涉及的油污泥主要指原油開采和煉化過程中產生的油泥。據統計原油開采油行業油泥產生量約占原油產量的1%,石化行業油泥產生量約占原油處理量的0.5%。[1]
本文探討的是含油泥多元法處理工藝、設備及經濟運營。根據油污泥特性采用多元處理法,解決其他單一處理方式的不足。設計一套前期投資少,后期運行費用低的工藝設備,將油泥中各類成分脫水、分離、歸類后進行綜合利用。
二、國內油污泥處理研究及現狀
近年來,國內外行業專家、大專院校對油污泥處理進行了大量的課題研究,在技術上取得了較大進展。比較常見的處理方式有:焚燒法、熱解法、熱化學洗滌法[2]等,這些方法不是硬件條件苛刻,就是處置費用偏高,或是處理深度不夠易造成二次污染。目前,大部分油泥仍然采用自然沉降,將含油的可燃部分取出,剩余填埋處置。由于填埋場地大都不符合危險廢物填埋場標準,極易造成二次污染,后患無窮[3]。國家各有關部門已經認識到油泥污染的嚴重性和技術上的不確定性,多次組織研討會,成果交流推廣會,亟待解決油泥處理問題。
三、油泥多元處理工藝原理
油泥混合物提升到油泥分離機頂部,分離機內是水浴[4],內膽爐用型煤加熱,油泥混合物在95℃熱水浴中噴淋和浸泡,經過攪拌分散、篩分分選、刮板搓洗等過程,油漂浮水面隨循環水帶入油水分離器中,分層后油進入燃料儲罐,沉降底部的水進入分離器重復使用。水中溶解的細泥達到一定濃度,定期從底部排入沉降池,分層后細泥排到型煤生產車間,成為制作型煤的混配料。砂石從篩底下來后經過出渣機刮板搓洗后被刮出,可以做筑路材料或制板磚等。塑料雜物由人工分揀,塑料進入塑料熱熔機制成塊狀物,可作為注塑原料;橡膠等可燃物送到裂解釜中高溫裂解燃料油,釜中殘留物繼續粉碎制作型煤。這套工藝做到了油泥混合物全部分離,每種物質都有不同的處理方式,油泥全部變廢為寶,生產中所有環節的循環利用率達到100%。
四、主要工藝設備及資金投入
建廠硬件設施包括土地、車輛、辦公廠房、儲泥池等,主要設備是分離機、污泥沉降機、壓榨脫水機、型煤機,這里僅提出生產設備投資,多元處理設備處理量和投資比為年處理1.5萬噸/150萬元,每噸100元,投資建設周期短,一般只需5~6個月時間就可建成投產。
五、經濟運行及效益分析
運行成本費用高低是油污泥處理單位十分關注的問題,只有低成本,高收益才能贏得市場,占有資源權,處理費用構成成本,綜合利用收入構成收入,本套處理工藝收益情況如下表:
上表可以看出每噸處理費115元,綜合利用收入165元,在沒有收取產污單位處理費的情況下,處理每噸油泥利潤50元。若考慮產污單位支付的處理費利潤可達每噸150元以上。
六、環境保護與安全生產
環境保護方面廢水、廢氣、廢渣均能達到排放標準要求,加熱采用型煤燃燒,這種燃燒方式是國家燃煤環保技術對策要求和提倡的,煙氣完全達到環保排放標準,煙氣黑廢小于林格曼一級,排煙塵含量少于80毫克/標立米,S02小于600毫克/標立米。產生的廢水全部進入分離器循環利用、無污水外排,加熱時少量的水蒸氣排入大氣,貯存設施采用防水防滲措施。安全防火,達到規范要求不存在隱患。
七、技術推廣實例
綠源油泥處理廠2010建設當年投產,現有固定資產200萬元,工人18人,技工3人.年處理污油泥10000噸,年生產型煤及燃料3000噸,回收塑料及燃料200噸,可利用筑路砂石3500m3,年獲利80余萬元。該廠基本實現了處理費用最低、綜合利用最高、環保達標率最高。
八、結論
技術推廣的成功結果表明,多元法油污泥處理工藝設計是科學合理的,設備制造以及生產運營是完全可行的。該套工藝技術具有投資少、效益高、上馬快的特點,不僅實現了污油泥的完全無害化處理,而且實現了廢物資源的再利用,在節能減排和循環經濟方面走出了一條創新之路,具有廣闊的推廣應用價值和巨大社會、經濟及環境效益。
參考文獻:
[1]淑君.石油化學工業固體廢物治理[M].中國環境科學出版社.1992.12
[2]李君,羅亞田,丁,颯.國內外含油污泥的處理現狀分析[J].能源環境保護.2007
關鍵詞:污染底泥疏浚干化 資源化
中圖分類號: K928 文獻標識碼: A 文章編號:
1引言
近年來,隨著城市化進程的不斷加速、工農業的迅速發展和人口的不斷增長,以及人們環保意識的淡薄,大量未經處理的工業廢水和生活污水,源源不斷地排入湖泊、河流等水體,導致我國許多湖泊、河流都受到嚴重的污染,排放的污染物大量積聚在湖泊底泥中,對水體而言,底泥成為了入湖物質如有機物、污染物、營養鹽等的蓄積庫,經過多年的不斷積累,湖泊底泥中的營養鹽、重金屬、有毒化合物等通常是上覆水體的數倍,且污染程度仍有繼續加劇的趨勢[1]。根據近期國家環保總局發表的環境公報,目前我國主要湖泊富營養化問題依然突出,湖泊污染底泥已經在世界范圍內對人類的健康和環境構成了威脅。
2 疏浚底泥的脫水處理
2.1自然干化脫水
通常在疏浚底泥堆場內堆存實現,底泥干化過程中,底泥一般簡單地放置在一片較為開闊的地方,在干化的第一天,底泥中的水分大部分得到分離,浮泥下的水層通過滲流排入砂層,底泥依靠蒸發繼續進行干化,直至其含水率達到處理要求。為防止散發臭氣,孳生蚊蠅,底泥在干化前需進行穩定化處理,自然干化脫水是最簡單但是耗時長,需要大量土地的一種底泥處理方法。
2.2機械脫水
借鑒城市污水處理廠污泥的機械脫水技術,目前已有部分實例應用于疏浚底泥的工程實踐中。在借鑒污水廠污泥脫水技術應用于疏浚底泥脫水時,應考慮疏浚底泥和污水廠污泥之間存在的一些差異,其中:①疏浚底泥相對于污水廠污泥,其可壓縮性、比阻和有機質含量都很低,因此比污水廠污泥易于脫水;②污水廠污泥脫水前含固率一般為3%~6%,而疏浚底泥含固率一般為5%~10%;③疏浚底泥中含有石塊、漁網等大件垃圾,必須在脫水前進行篩選予以去除,否則妨礙和破壞脫水機械的正常運轉;④污水廠污泥的產生相對是連續的、均勻的和長期的,而疏浚底泥的產生一般是間歇的、不均勻的和短期的;⑤污水廠污泥的排放尾水可以較為方便的回流至污水處理設施進行處理,而疏浚底泥脫水尾水一般不能直接排入下水道,而必須進行單獨處理,達標后可回注水體。
2.3干燥脫水
可借鑒自城市污水廠污泥的干燥技術,污泥干燥是使用人工熱源以工業化設備對污泥進行深度脫水的處理方法,盡管污泥干燥的直接結果是污泥含水率的下降,但與機械脫水相比,其應用目的與效果均有很大不同。污泥機械脫水包括污泥濃縮,其目的以減少污泥體積為主,但脫水泥餅除了含水率和相關的物理性質,如流動性與原狀污泥有差異外,其化學、生物等方面性質并不因脫水而產生變化,目前還缺乏疏浚底泥干燥脫水的工程實踐[3]。
2.4土工管袋技術
土工管袋是一種由高強土工織物制成的大型管袋及包裹體,其直徑可根據需要變化,最大已超過長可達數十米。土工管袋最初用于圍堤工程中,目前已被應用到環境保護、農業等領域,土工管袋可應用在環境保護方面,美國、澳大利亞、日本等國都有將土工管袋應用在環境保護方面的實例,如美國處理皮革廠廢水、澳大利亞處理城市污水、日本圍護受到二氧芭污染的土壤系統等 [2]。我國也正逐步應用該項技術如昆明滇池底泥疏挖工程,并取得一定的成效。
3疏浚底泥資源化利用
3.1 污染底泥焚燒發電
有機質含量高的污染底泥具備一定的揮發份、發熱量,經泥沙分選后,用于焚燒發電,實現底泥的減量化、無害化、穩定化處置和資源化利用,底泥焚燒發電有以下幾個優點:
①明顯的減量化。在所有的底泥處置方法中,焚燒方法產生的剩余物最少,可以實現最大程度的減量化。
②無害化效果明顯。主要表現在以下方面:
1)底泥中所有的有機污染物,如病菌、病毒、二英等,在高溫焚燒過程中被燒盡,消滅。
2)底泥焚燒發電對控制二英效果很好。國內外二英的研究結果已證明了將垃圾與煤混燒可以抑制二英的生成。燃煤釋放的SO2在S/Cl摩爾比大于1時可以明顯地抑制二英的生成,而底泥中的S/Cl摩爾比是垃圾的7~10倍,所以抑制二英生成的效果更好。因此,底泥焚燒發電,不僅能燒掉原始底泥中的二英,同時也極少會再產生二英。
3)重金屬的污染控制好。底泥中的重金屬多是以有機化合物或無機化合物的狀態存在于底泥之中,當水體中的重金屬離子濃度低時,底泥中的重金屬又會釋放出來污染水體。與此類似,疏挖出來的底泥,其重金屬也是不穩定的。
然而,底泥在焚燒過程中,所含的重金屬在高溫燃燒到低溫冷卻的作用下,會牢固地吸附在多孔的灰渣上。底泥焚燒后的灰渣采用干式堆存,灰渣屬于堿性物質,即使在雨天,灰渣中的重金屬也會比淤泥中的重金屬更牢固地吸附在灰渣上[3]。
3.2 底泥的材料利用
底泥作為建筑材料制造原料利用,基本的途徑可按對污泥預處理方式不同分為兩類:其一是底泥脫水干化后,直接用于制造建材;其二是底泥進行以化學組成轉化為特征的處理后,再用于制造建材,其中典型的處理方式是焚燒和熔融。一般而言,前一途徑適合于主要由無機物組成的底泥;后一途徑適合于有機組分多的底泥。
總之,底泥作為建材原料利用,雖然其前處理過程較為復雜,經濟效益稍低,但是顯著節約處置用地,并具有顯著的生態環境價值。
3.3底泥固化制作土工材料
據調查,采用先進的固化技術可以使污染底泥固化并達到規定強度,固化淤泥可以用于堤防工程、道路工程和各種市政工程的填土施工。日本采用固化劑淤泥固化技術,固化淤泥的無側限抗壓強度可達200kPa以上,其固化劑采用單一材料制造,處理費用約40元/m3以上。目前國內也正在進行的疏浚底泥固化處理研究,采用單一型和復合型兩種固化材料,預計單一型固化污泥土工材料無側限抗壓強度可達200kPa,而處理費用小于30元/m3,復合型固化污泥土工材料無側限抗壓強度可達150kPa,而處理費用小于25元/m3,如果該污泥固化技術能夠成功,將有廣泛的應用前景[6]。
3.4 污染底泥制造水泥
污染底泥中含有較高的鈣、硅、鋁,可用來代替傳統的石灰石、粉煤灰制水泥,而且底泥中有機質含量較高,在熟料的燒制過程中釋放熱能,從而降低能耗,減少燃料的使用,進而降低成本。根據昆明水泥股份有限公司的調查研究結果,用污染底泥制水泥的生產工藝和設備與現有工藝和設備基本相同,可以利用現有設施實現產業化,為拓展新型建筑材料的生產,找到增長點。
4結語
湖泊疏浚是今后城市污染湖泊治理的主要措施之一,對疏浚底泥的快速脫水,并將脫水后的底泥加以資源化利用,充分利用有限的土地及底泥的資源價值,在運用上述底泥脫水干化技術的同時,根據實際情況將干化后的疏浚底泥資源化利用,是底泥干化利用的一個重要研究方向。
參考文獻:
[1]李進軍.污染底泥環保疏浚技術[J].中國港灣建設,2005
關鍵詞:凈水廠;排泥水;直接處理;間接處理
Abstract:Directly emission of sludge water, without any treatment process, could be seriously harmful for water environment. According to the Interception Project of Changsha main city zone, the interception upgrading of water sludge for waterworks in Changsha is strictly required. Taking the 5th waterworks in Changsha for example, this paper proposed two upgrading scheme--direct processing and indirect processing of sludge water. After aking four aspects into consideration, such as environmental influence, construction investment, operating cost, and effects on urban drainage system, the indirection process was finally adopted for upgrading of sludge water system in the 5th waterworks of Changsha.
Keywords:waterworks;Sludge water; direct processing; indirect processing
中圖分類號:S276 文獻標識碼: A文章編號:2095-2104(2012)
供水廠在生產出自來水的同時, 也產生了大量含泥砂、有機物、混凝劑、微生物等的排泥水[1]。排泥水主要來自沉淀池和濾池反沖洗廢水,約占水廠總產水量的4%~7%[2]。這些廢水若不經處理直接排放,會造成水體污染、河道淤塞等一系列問題。因而,如何因地制宜的合理選擇排泥水處理方式,是水處理工作者面臨的重要問題。
長沙市第五水廠位于長沙市開福區,以株樹橋水庫為水源,工程設計總規模為30.0×104m3/d,分兩期建設,一期建設規模15×104m3/d,1990年10月正式投產,采用回流隔板絮凝池平流式沉淀池虹吸濾池液氯消毒工藝;二期建設規模15.0×104m3/d,1993年7月正式投產,采用回流隔板絮凝池平流式沉淀池普快濾池液氯消毒工藝。目前長沙市第五水廠排泥水未經處理直接排入湘江。
1排泥水水質分析
1.1排泥水水質簡介
排泥水主要成份為無機物、有機物和重金屬,陸在宏等人的研究成果[3],排泥水污泥(干基)無機物分析結果見表1。排泥水的BOD5、CODcr含量如表2所示。排泥水中有機物(燒失量)含量為10%左右,無機物約為90%,排泥水中有機物、重金屬亦遠遠低于國家排放標準[3]。在凈水廠排泥水處理工藝選擇時主要考慮SS的處理。
表1 排泥水污泥(干基)無機物含量[3]
表2 排泥水BOD5、CODcr值[3]
1.2長沙市五水廠干泥量
給水廠排泥水來源于絮凝池、沉淀池排泥水及濾池反沖洗排水,排泥水中的污泥由水中懸浮物形成的污泥和藥劑產生的固體物組成,污泥量按照濁度和混凝劑投加量計算。排泥水干泥量計算采用如下公式計算:
TDS = Q(T×E1+A×E2) ×10-6
式中:
TDS—總干泥量(t/d);
Q----設計水量(m3/d),按1.05倍設計總規模計算;
T----設計采用的原水濁度(NTU),株樹橋水庫水質符合CJ3020—93《生活飲用水水源標準》一級標準。常年濁度小于≤3NTU。本文按3NTU計算。
E1----濁度與SS的換算系數,本文取1.1;
A-----鋁鹽混凝劑加注率(以Al2O3計)(mg/L),見下述計算;
E2---- Al2O3與Al(OH)3換算系數,為1.53;
鋁鹽混凝劑加注率為10mg/L。
計算得:五水廠干泥量為5.58t/d
1.3 排泥水總固體濃度
凈水廠生產廢水一般約占水廠凈水能力的4~7%[2],即五水廠排泥水量為12000m3/d~21000m3/d,根據1.2節干泥量計算結果,計算得五水廠排泥水SS為265~465mg/L。基本滿足《污水排入城市下水道水質標準》中城市設有污水處理廠的情況。
2方案論證
2.1方案構思
在城市凈水廠排泥水中, SS濃度通常在1000mg/L~3000mg/L之間[3],不能滿足《污水排入城市下水道水質標準》中排放標準。然而五水廠采用株樹橋水庫水,原水濁度低,加藥量少,因而其排泥水中SS含量相對較低,基本滿足排入城市下水道的水質標準。因此長沙市五水廠排泥水處理系統可采用以下兩種方案:(1)排泥水直接處理方案;(2)排泥水間接處理方案。
2.2排泥水直接處理方案
2.2.1 工藝流程
排泥水直接處理方案對排泥水的處理在廠區范圍內進行,主要包括調節、濃縮、脫水、處置四道基本工序。
圖1 直接處理方式工藝流程圖
2.2.2 工藝設計
(1)調節
調節構筑物采用分建形式,即單獨設置回收水池接納和調節反沖洗廢水;設排泥池接納沉淀池排泥水和少量絮凝池排水。濾池反沖洗廢水經回收水池調節后提升至配水井重復利用。
設排泥池1座,尺寸L×B =40m×18m,有效水深H=4.0m,有效容積2880m3。池底設液壓往復式刮泥機。
設回收水池1座,尺寸L×B =28×18,有效水深H=4.0m,有效容積2016 m3。池底設液壓往復式刮泥機,同時在回收水池上部安裝斜管。
(2)濃縮
濃縮是污泥脫水前的一個重要環節,濃縮的目的是降低含水率,減小污泥體積,污泥的含水率越低,即污泥的濃度越高,脫水的速度越快。五水廠設重力輻流式濃縮池2座,平面尺寸D=14m,污泥固體通量均按10.7 kg/(m2•d)設計。
(3)貯泥池
貯泥池為平衡濃縮池連續運行和脫水機間斷運行而設置,池內濃縮污泥經泵提升至脫水機房。
設置貯泥池1座,貯泥池排泥水含固率約2%~4%,貯泥池平面尺寸D=14m,有效水深H=5.0 m,容積V=615.4m3;
(4)污泥脫水間
污泥脫水系統采用機械板框脫水工藝,新建污泥脫水間,平面尺寸L×B =36×15m,共三層。
關鍵詞 污泥 處理 處置 深度脫水
中圖分類號:TU992 文獻標識碼: A
一、污泥處理現狀與發展趨勢
1 國外污泥處理處置的現狀及發展趨勢
發達國家經幾十年的發展,污泥處理處置技術路線已相對成熟,相關的法律法規及標準規范已比較完善。
歐洲污泥處置最初的主要方式是填埋和土地利用。二十世紀90年代至今,由于填埋場地選擇越來越難,繼而轉向建設了大量污泥干化焚燒設施。由于污泥干化焚燒投資和運行費用較高,同時污泥中有害成分又逐步減少,使污泥土地利用重新受到重視,成為污泥處置方案的重要選擇。近幾年總的趨勢是土地利用的比例越來越高,歐盟及絕大部分歐洲國家越來越支持污泥的土地利用。目前,德國、英國和法國每年產生的污泥(干重)分別為220萬t、120萬t和85萬t,作為農用方向土地利用的比例分別已達到40%、60%和60%[1]。
北美的土地資源比較充足,但是衛生填埋比例不高,污泥處理處置一直是農用為主目前,美國16000座污水處理廠年產710萬t污泥(干重)中約60%是厭氧消化或好氧發酵處理成生物固體,作為農田肥料。另外,有17%填埋,20%焚燒,3%用于礦山恢復的覆蓋。
日本由于土地限制,污泥處理處置的主要技術路線是焚燒后建材利用為主,農用與填埋為輔。近年來,日本開始調整原有的技術路線,更加注重污泥的生物質利用,逐步減少焚燒的比例[2]。
由此可見,歐美主要將土地利用作為污泥處置的主要方式和鼓勵方向。主要包括三種利用方式:(1)作為農作物、牧場草地肥料的農用;(2)二是作為林地、園林綠化肥料的林用;(3)三是作為沙荒地、鹽堿地、廢棄礦區改良基質的土壤改良。由于運輸距離、操作難度等客觀因素,污泥農用量又遠高于林用和土壤改良。另外,歐美普遍采用厭氧消化和好氧發酵技術對污泥進行穩定化和無害化處理。其中50%以上的污泥都經過了厭氧消化處理[3]。
2 中國污泥處理處置現狀
隨著我國城鎮污水處理率的不斷提高,城鎮污水處理廠污泥產量也急劇增加。2009年,全國投入運行的城鎮污水處理廠1992座,處理污水量280億m3,產生含水率80%的污泥約2005萬t。隨著城鎮化水平和污水處理量的增加,污泥量將很快突破3000 萬t。據不完全統計,目前全國城鎮污水處理廠污泥只有小部分進行衛生填埋、土地利用、焚燒和建材利用等,而大部分未進行規范化的處理處置。污泥含有病原體、重金屬和持久性有機物等有毒有害物質,未經有效處理處置,極易對地下水、土壤等造成二次污染,直接威脅環境安全和公眾健康,使污水處理設施的環境效益大大降低[4]。
二、污泥處理處置相關技術規范與原則要求
1 污泥處理處置相關政策及技術規范
表1 污泥處理處置技術政策與規范
表2 污泥泥質標準
2 污泥處理處置的原則
污泥處理處置應包括處理與處置兩個階段。處理主要是指對污泥進行穩定化、減量化和無害化處理的過程。處置是指對處理后污泥進行消納的過程。污泥處理設施的方案選擇及規劃建設應滿足處置方式的要求。
按照《城鎮污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策》(試行)的要求,參考國內外的經驗與教訓,我國污泥處理處置應符合“安全環保、循環利用、節能降耗、因地制宜、穩妥可靠”五大原則。
三、污泥處理處置工藝介紹
1 污泥處置
(1)土地利用
①原理
污泥無害化、穩定化處理后,以肥料、營養土等形式用于農業、林業、園林綠化及土壤改良等
②.應用原則
必須經過厭氧消化、好氧發酵等穩定及無害化處理后才能進行土地利用
③特點
a、不同土地利用方式泥質要求不同
b、根據當地土地資源及肥料供求情況選擇適宜的土地利用方式
c、涉及的成本及經濟效益因不同的用途而異,同時受肥料消納渠道局限
d、中長期而言是一種推薦的處置方式
(2)焚燒與協同處置
①原理
利用污泥自身熱量和外加輔助燃料,燃燒實現污泥無害化處置
②應用原則
a、充分利用余熱或污泥自身熱值
b、環保至關重要
③分類
a、單獨焚燒:與熱干化設施聯建
b、協同處置:與水泥窯、熱電廠、垃圾焚燒廠協同處置
④特點
a、投資運行成本高(干化加焚燒投資50-70萬元/t,運行200-300元/t),處理規模大才會有規模效益,在經濟發達、有余熱熱源區可考慮此種方式
b、減量化明顯,但衍生污染物處理需加強技術研發和監管機制
(3)建材利用
①原理
以污泥為原料制造建筑材料,例如制水泥熟料、輕骨料、陶粒
②應用原則
a、不宜用于人居及公共建筑
b、重金屬浸出毒性等環保應達標
③特點
a、產品質量要求高,達到使用要求至關重要
b、重金屬易造成污染,控制應嚴格
c、投資成本類似于污泥協同處置,經濟效果受市場影響,取決于當地市場接受度
d、可審慎使用此種方式
(4)填埋
①原理
經過前處理后作為固體廢棄物進行填埋處置
②應用原則
a、必須改性、穩定、衛生化處理
b、環保至關重要
③分類
a、單獨填埋:應用極少
b、混合填埋:與垃圾合并填埋或作為垃圾填埋場覆蓋土
④特點
a、含水率≤60%,若作為覆蓋土則≤45%,污泥與生活垃圾重量比≤8%
b、投資按填埋場算,約合15-20萬元/t,運行成本100-125元/t
c、可作為近期應急措施
2 污泥處理
(1)濃縮脫水
①原理
通過重力或機械方式去除水分,減小含水率和體積(80%以下)
②應用原則
根據污水處理工藝、污泥特性、場地面積、投資運行費用等綜合確定,后續一般填埋處置
③分類
a、重力濃縮、機械濃縮、氣浮濃縮,目前深度脫水核心是機械濃縮
b、機械濃縮包括離心濃縮、帶式濃縮、板框濃縮,深度脫水板框濃縮較多
④特點
a、深度脫水成功關鍵在于調理劑效果和壓濾性能
b、投資15-20萬元/t,運行成本70-120元/t
c、此工藝用地小,建設快,可作為應急處理,長遠來看大量占用填埋資源
(2)厭氧消化
①原理
利用兼性、厭氧菌分解污泥有機質,實現污泥穩定化、減量化,沼氣利用
②應用原則
處理規模大綜合效益明顯
運行調試控制較復雜
一般作為脫水的前處理工段
③分類
a、中溫厭氧消化,35 ℃ ±2℃ ,停留時間大于20d
b、高溫厭氧消化, 55 ℃ ±2℃ ,停留時間10~15d
④特點
a、控制要點:系統啟動、進出料控制、溫度、pH、毒性、堿度和揮發酸
b、安全管理:沼氣防爆和H2S中毒
c、投資20-40萬元/t,運行60-120元/t (不含濃縮、脫水),需與其他工藝配合進行污泥處理
(3)好氧發酵
①原理
通過好氧微生物生物代謝,使有機物轉化成穩定腐殖質,實現污泥資源化、穩定化、無害化
②應用原則
作為土地利用前處理手段,也可作為將低含水率、提高熱值的預處理手段
③特點
a、輔料來源應經濟易行、穩定可靠
b、產品質量能夠滿足土地利用要求,且有穩定消納渠道
c、控制:溫度、含水率、碳氮比、通風供氧
d、惡臭氣體處理需重點考慮
e、投資25-45萬元/t,運行成本120-160元/t
f、此工藝符合資源化趨勢,值得污泥處理長遠規劃時推廣
(4)熱干化
①原理
通過污泥與熱媒之間的傳熱,脫除水分,降低含水率
②應用原則
根據處置需要選擇,與余熱利用相結合,充分利用沼氣熱能、熱電、垃圾焚燒余熱
③分類
流化床、帶式、槳葉式、臥式轉盤式、立式圓盤式、噴霧式
④特點
a、選擇不同干化類型原則:投資運行成本較低、污泥形態對污泥輸送、給料及后續設備的適應性
b、投資30-50萬元/t(不含后續焚燒等費用),運行成本工藝不同差異大
c、技術類型眾多,爭議最多,前景看好
(5)石灰穩定
①原理
投加生石灰,反應生成氫氧化鈣和碳酸鈣
②應用原則
可作為填埋等方式的前處理
③特點
a、需考慮石灰來源的穩定性、經濟性
b、考慮粉塵、有毒有害氣體的控制
c、投資5-10萬元/t,運行成本80-150元,主要為石灰消耗
d、增大污泥體積,給后續處置(例如填埋)增加負擔,建議此種處理方式只作為應急處理方式考慮
(6)其他工藝
①熱解處理
有機質缺氧條件下加熱裂解
產物:油、氣、碳
②水熱處理
熱水解、濕式氧化等
作為脫水或厭氧消化等的前處理
③其他技術
3 主流污泥處理處置工藝比較
表3 污泥處理處置工藝比較
四、污泥處理處置案例分析
1 工程簡介
(1)隨州污水廠處理規模10萬m3/d,污泥干泥10.6tds/d,折算成含水率80%的污泥為53tws/d。
(2)污泥處理工程要求脫水前含水率 80%,要求脫水后含水率 ≤60%
2 處置工藝選擇
1、隨州建有垃圾填埋場,日處理垃圾420噸,庫容量為160萬m3,2001年啟用,可使用超過20年,污泥具備采用填埋處置的硬件基礎
2、污泥處理規模較小且當地經濟實力限制,暫不具備污泥焚燒的能力
3、建材利用當地尚在調研找項目階段,尚未建立起較完善的技術體系
4、土地利用存在肥料銷售出路和或土壤改良劑消納難題
最終選擇污泥處置工藝為填埋。
3 處理工藝選擇
根據“處置工藝定處理工藝的原則”,選擇深度脫水為污泥處置前的污泥處理工藝。
4 主要設備
本工程最終選用“深度脫水+填埋”的污泥處理處置工藝,工程只針對污泥處理展開設計,污泥處置工程不在設計范圍內。污泥處理主要設備如下:
表4污泥處理主要設備表
5 投資及運行成本
本工程總投資約1100萬元(不含征地費用),運行成本110元/t(不含處置費用,污泥按照含水率80%計算)。
五、結語
(1)目前歐美發達國家污泥處置出路在土地充裕的情況下,一般以農用和土地利用為主,日本等土地資源緊張的國家則以焚燒和建材利用為主;
(2)國內污水處理廠的污泥極小部分進行了少量簡易填埋、或土地利用,大部分未做到規范化的處置,污泥處理處置尚有極大提升空間;
(3)對于國內污泥處理處置的技術路線選擇,應秉承《城鎮污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策》(試行)中確立的五大原則,按照““處置工藝定處理工藝”的原則,因地制宜地進行選擇。
參考文獻:
[1]李華鋒.污泥與石油焦的成漿性及流變特性實驗研究[D],東南大學,2012年
[2]曹仲宏.城市污水處理廠污泥處理處置方案選擇[J] 2013年全國給水排水技術信息網年會暨第41屆技術交流會,2013年
讓人頭疼的污泥
籠統來說,印染污泥按含有的主要成分來進行分類,主要分為有機污泥和無機污泥兩大類。典型的有機污泥是剩余生物污泥,此外還有油泥及廢水中固體有機物沉淀形成的污泥等。其機物含量高,容易腐化發臭,污泥顆粒細小,往往呈絮凝體狀態,相對密度小,含水率高,持水性強,不易下沉、 壓密、脫水,流動性好,便于管道輸送。
無機污泥是以無機物為主要成分,也稱泥渣,為化學處理方法產生的污泥,相對密度大,團體顆粒大,易于沉淀、壓密、脫水,顆粒持水性差,含水率低,污泥穩定性好,不腐化,流動性差,不易用管道輸送。一般生活污水處理后,產生0.3%~0.5%的污泥(含水率97%),即處理1000噸廢水產生3~5立方米污泥, 經脫水成約0.6立方米干泥(含水率80%左右)。
“雖然國家并沒有把印染污泥列入《國家危險物廢品名錄》,但是在很多地方印染污泥都被看做了危險固體廢物,不但大幅增加了企業的污泥處置的費用,而且對企業環評等建設程序也造成了很大影響。現在污泥的處理,真叫人頭疼。不是我們不想處理污泥,而是實在是找不到一個既技術可行又經濟實用的處理技術來。眼下政策這么苛刻,真不知道接下來要面臨多少罰款。”紹興一位印染企業的老總抱怨道。何止是頭疼,現在浙江紹興、諸暨一帶,胡亂傾倒的印染污泥更是惹的民眾怨聲載道,“環保就像一座大山壓在我們頭頂。”
目前,每萬噸印染廢水中含污泥6~7噸,依靠填埋方法處理,既浪費土地資源,又容易造成“二次污染”,因此如何有效處置印染污泥,成了行業、企業最為頭疼的事情。
細菌“吃”污泥,靠譜不?
目前,生化方式處理污水被視為減少污泥產生的最有效方式。實例和數據顯示,這種方式比物化處理方式帶來的污泥量要少得多。“所謂生化處理,就是用生物化學的方式進行處理,讓細菌‘吃’污泥。”紹興鏡湖環保分局副局長楊瀅如此解釋。
嵊州雅戈爾色織科技有限公司早在2008年就從臺灣引進了枯草桿菌來治污。其污水的處理流程是:污水全部進入中和池,系統自動按枯草桿菌適宜活動的酸堿度對污水實施中和,之后的氧化池、分解池即為菌類工作環境。在為其提供“吹氧”等配套條件下,枯草桿菌反復分解污水。“公司每天產生的污水約為3500噸,采用枯草桿菌處理污水后,污泥的產量幾乎為零。”嵊州雅戈爾色織科技有限公司設備部負責人劉雪峰介紹,最初購置約500公斤枯草桿菌及pu膜(納豆菌生長用)的20余萬元初始成本后,一年半幾乎沒有投入。同樣,紹興縣的金祥惠紡織印染有限公司在污水池里投放大量的菌類來吃掉污水中的化學物質,使污水的COD(化學需氧量)濃度大大降低,降到10mg/l。該公司負責人透露,企業一天的污水產生量為1萬噸,按傳統處理方式,他們一天的污泥產生量有五六十噸,現在只有兩三噸,前后差了二十幾倍。這兩都是典型的生物化學處理技術,但目前仍有很多印染企業未使用生化技術處理污水。
“制約企業廣泛使用生化方式處理污水的首要因素其實就是成本問題。”業內人士一語中的。“如果一家印染企業污水日產污水上萬噸,那么光生物化學方式處置污水的設備的成本就要上千萬元。當前很多印染企業,都達到了這個污水排放量。”原來,動輒上千萬元的設備及菌種購置等費用,讓企業不堪重負。以“金祥惠”和“雅戈爾色織”為例,“金祥惠”購買這套處理設備花了2000多萬元,而“雅戈爾色織”從臺灣引進的菌種每噸也要40萬元左右,而且菌種用完還得再買。這顯然不是大多中小型印染企業能接受的。
一般印染企業的都有自己的污水處理池,這個處理池一般剛好儲存每天排放的污水,但生物化學技術處理污水,細菌的作用往往需要至少48小時甚至72小時。“也就是說,細菌吃污泥往往兩三天才能出效果,而印染企業污水每天都在排放,對一般企業而言,污水池也不可能大規模擴容。”一直關注印染污泥的陳國和強調:“生化技術中不少引進的菌種,還要做適應性實驗,也就是說,環境適不適合用這種細菌,要實驗后才知道。對時間就是效率的企業來說,等不起這個時間。”
事實上,生化方式處理也并非完美。據悉,細菌和微生物都有自己的壽命,一般是三天左右,這些細菌和微生物死亡之后,也會產生有機污泥。“細菌和微生物只能吃掉有機污泥,而不能吃掉污泥中的重金屬。”紹興環保局固廢管理中心主任戚楊健表示:“生化方式處理過程中,還會有廢氣產生,這也會影響處理效果。”正是因為這些因素,不少企業采用的仍是物化和生化相結合的方式處理印染污水。
污泥能當煤燒?
正在申請專利的 “染料廢水混凝污泥制備免燒磚的方法及免燒磚”項目,有望讓有機污泥走上循環經濟的道路。閏土生態工業園管理委員會副主任章志宏向介紹,這種處理方法主要是將染料廢水污泥在250℃到320℃的溫度下煅燒,通過污泥固化、成分調整、高效脫水等技術處理,有效預防了污泥免燒地磚、污泥生態混凝土在制造和使用過程中的二次污染,消除殘存有機物對膠凝物質形成和凝結的不利影響。
在紹興濱海工業區紹興水處理公司污泥干化操作間,600噸含水率80%的印染污泥漿水,經過預處理,再輸送到滾動式設備,變成了不到200噸的粉末狀干泥,經過再處理將變成煤炭。“印染污泥無害化、資源化成套技術及裝備研發項目的實施,徹底解決了污泥無害化處理。”來自復旦大學環境科學研究所所長侯惠奇教授在該項目驗收評審會上說。而投資該工藝僅需50余萬元。
“該技術不但解決了企業堆積成山的污泥,而且干泥能當煤炭用,每噸處理成本控制在100元以下。”項目研發方杭州國泰環保科技有限公司負責人介紹,1噸印染污泥產生的熱值1200卡左右,相當于五分之一噸標煤所產生的熱值。而油鍋爐設備導熱油熱量的缺失,剛好可以用烘干污泥產生的熱量來補充,從而形成一個熱供應循環。由此帶來的另一個好處是印染廢水COD濃度大大降低,大大節省了排污成本。
利用科研成果,浙江閏土股份有限公司已投資8000萬元,建立起年產3.6萬噸的綜合染料廢水混凝脫硫污泥(石膏)產業化示范生產線。項目建成后每年可綜合利用廢棄資源生產混凝土磚、石膏砌塊4840萬塊,減少廢渣3.6萬噸。項目投產后,年銷售收入能達到3630萬元,利潤總額為1741萬元。
除此之外,紹興南方水泥有限公司還將印染污泥與石灰石一起被送入了“回轉窯”進行 1700℃高溫鍛燒,窯中的堿性氣體與有毒有害的重金屬元素等中和后制成了無害水泥。這些變廢為寶的處理措施,讓有機污泥實現了有效的重復再利用。
末端治理不如源頭預防
據統計,目前印染企業平均每加工1萬米布,就要產生250噸廢水。如果能從源頭上有效控制,積極采取清潔生產、采用環保染料助劑,就能大大減輕印染污泥后續處置的壓力。例如,紗線上漿是整個織造過程中的一道重要工序,通過對紗線上漿來增強紗線強力、減少紗線毛羽、提高紗線耐磨性,賦予其可織性,減少織造過程中的斷經現象,確保坯布的織造質量。然而,經緯紗經過織機形成坯布后,附著在紗線上的漿料卻對后道的染整加工設置了障礙。因為在染整加工之前必須要對坯布進行退漿,退漿效果的好壞直接影響到產品的染整質量。據悉,印染行業前處理廢水的COD值約占印染行業COD排放總量的40%~60%,其中漿料是最主要的誘因。因此解決上漿的環保性、降低退漿廢液的COD值,成為綠色印染,減少印染污泥的關鍵。
隨著高質量、多功能、少組分、系列化、少用或不用PVA漿料趨勢的興起,越來越多的助劑廠也開始大力著手開發綠色漿料,用綠色環保新型漿料逐漸替代PVA等現有污染較重的漿料。如利達公司開發的綠色環保新型漿料“Amigel”,就是一種精選的天然膠質粘著劑,它采用天然材料加工而成,并經過提純等處理,不僅完全無毒、無害,還可完全生物降解。
因此,印染必須要從源頭把關,控制減少生產過程中的污染負荷,特別是印染行業要加強與原料、染料等供應商之間的交流合作,以獲得綠色原料支持,才能有效減少和避免污泥物的產生。
不是一個企業就能解決的
其實,印染污泥也并非“一無是處”,如可用作黏土磚的配料,以及多種建材的附著材料。如果加以生物技術、鍋爐焚燒、干化減量等特殊工藝,印染污泥也可循環綜合利用處理,關鍵在引進技術進行污泥資源化利用。
之前,在業界早有一套“帶式污泥干燥機”的設備,可以通過“以泥燒泥、循環使用”的辦法,將污泥的含水率降到25%以下后,不添加任何助燃物即放入焚燒廂內燃燒,并以產生的熱量再烘干新污泥,100噸污泥燃燒后只剩6噸灰渣。且絕大部分病菌、病原體被滅殺,有毒有害的有機殘余物也被氧化分解。
“這套設施每噸污泥的處理成本不足100元,是國外成本的1/20。”但令該設備研發的工程師張錦華苦惱的是,雖然各地來參觀的領導絡繹不絕,對技術都贊不絕口,但至今沒有一家愿意引入生產。張錦華透露:“當初主要是政府對污泥處理還不夠重視,環保理念還不是很高。”
關鍵詞:污泥;處理;減量化;資源化;
中圖分類號:U664文獻標識碼: A
1、前言
城市化、工業化進程的加速,對環境的影響日益嚴重,城市水環境的保護比以往顯得更加重要,大量城市污水處理廠的出現,有效緩解了水環境的壓力,但同時也帶來了污水處理廠污泥如何處理的問題。污泥由多種微生物形成的菌膠團及有機物、重金屬和鹽類及寄生蟲卵等組成,處理不好,易造成二次污染。不妥善解決污泥的出路問題,會影響到污水處理廠的正常運行。因此應根據各地的實際情況,綜合利用污泥處理技術,找出適合的處理方式,就此,談一點自己的看法。
2、污水處理廠污泥處理的現狀和面臨的問題
2.1處理現狀
以南京為例,城區目前已投入運行的大型污水處理廠共有4座,污水處理能力約100萬噸,每天產生的含水率80%的脫水后污泥達數百噸,目前的方式為脫水后外運摻燒發電、填埋、堆肥等。
其中焚燒發電約占50%,污泥脫水后運送至電廠與煤按一定比例進行混合,后進入焚燒爐燃燒產生熱量用于發電;其它的用于填埋和堆肥,污泥脫水后利用廢礦坑進行填埋,或經過堆肥工藝制成肥料。
2.2面臨問題
根據《城鎮污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策》的相關要求,污泥處理技術總的目標是實現“四化”,既“穩定化、減量化、無害化、資源化”,目前南京在污泥處理方面還存在著問題,主要表現在以下幾方面:
2.2.1處理方式比較單一,缺乏深度處理工藝
現各廠污泥處理工藝基本為機械脫水工藝,既將剩余污泥加高分子絮凝劑(聚丙烯酰胺)后直接脫水后,脫水后污泥含水率達80%左右,運輸的大部分是水,造成運力浪費;且運輸途中,撒漏在所難免,對沿途環境影響很大,不符合減量化的要求。其次是污泥中有機物含量高,易分解有惡臭,黏性大,不符合穩定化的要求。
2.2.2污泥處理處理運營單位缺乏有效的監管
根據水染污防治法,污水處理過程中產生的污泥也應當被有效處理,參與脫水后污泥的焚燒、堆肥、運輸等相關處理的單位,均被定義為污水處理設施運營單位,應有相關資質和執行標準,與目前的實際情況相比,各相關處理單位大多處于起步階段,有的還不是主營業務,與要求比有一定差距的。另外對這些污泥處理運營單位的監管方面,相關制度和政策還不是很明了。
2.2.3污泥處理處理經費和政策的支持
污泥的性質決定了污泥的處理是一個比較復雜的問題,要真正實現污泥處理的無害化和資源化,單獨依靠污水處理廠自身是完成不了的,必須實現污泥深度處理的產業化工作。
要實現產業化首先要保證有充足的污泥處理資金,污泥處理費用應當在污水處理費中占一定的比例。其次是要有相應的推行污泥資源化的政策,才能有效促進產業健康發展。
3 污泥的資源化利用
3.1 污泥堆肥
污泥中含有大量的植物所需的養分,其含量高于農家肥,但是污泥中也含有有害成分,重金屬離子易在土壤和植物體內積累,因此在土地利用之前,必須對污泥進行穩定化。堆肥化處理是采用較多的一種方法。
堆肥化是利用微生物的作用,將不穩定的有機質降解和轉化成穩定的有機質,并使揮發性有機質含量降低,減少臭氣;通過堆肥化,污泥的物理性狀明顯改善(如含水率降低,呈疏松、分散、粒狀),便于貯存、運輸和使用;高溫堆肥還可以殺滅病原菌、蟲卵和草籽,使產物更適合作為土壤改良劑和植物營養源。
3.2 污泥燃料化
污泥燃料化方法目前有兩種,一種是污泥能量回收系統(HERS法,Hyperion Energy Recovery System),另一種是污泥燃料化法(SF法,Sludge Fue1)。HERS法即利用污泥消化制沼氣,將污泥進行厭氧消化,其中的有機物經厭氧細菌分解產生以甲烷為主的可燃性氣體,經脫硫后即可用作發電燃料。SF法即污泥低溫熱解制燃料油,是將未消化的混合污泥經機械脫水后,加入重油,調制成流動性漿液進行多效蒸發,污泥有機質在加熱條件下部分熱裂解,產生衍生燃料。污泥燃料燃燒產生蒸汽還可作污泥干燥的熱源和發電,回收能量。
污泥燃料化技術是一種適合處理所有污泥,又能利用污泥中有效成分,實現污泥減量化、無害化、穩定化和資源化的污泥處理技術,是當前污泥處理技術研究開發的方向。
3.3 剩余污泥制可降解塑料
1974年有人從活性污泥中提取到一類可完成生物降解、具有良好加工性能和廣闊應用前景的新型熱塑材料PHA,為利用活性污泥生產PHA奠定了基礎。研究表明:活性污泥經過相關的培養后,可大幅度增加其中含有的可降解塑料。因此,利用剩余污泥制備可降解塑料可有效地解決化學合成塑料所造成的“白色污染”, 既讓廢物得到了利用又避免了對環境的二次污染,對環境保護及可持續發展作出了一定的貢獻,創造了良好的環境效益和經濟效益。
3.4 污泥的建材利用
污泥中的無機物主要由硅、鐵、鋁和鈣等構成,含量約為20%-30%。因此即使采用傳統的污泥焚燒工藝大幅度地實現污泥減量,但仍有較多以焚燒灰形式存在的無機物需做填埋處置。而污泥的建材利用可充分利用污泥中的有機物和無機物,實現污泥資源化。
污泥的建材利用主要有:制輕質陶粒、生產水泥、制熔融材料及熔融微晶玻璃等。污泥制輕質陶粒,是直接以脫水污泥為原料,將粉末狀物料加熱到熔點以上,使一部分物料變成液相,冷卻后成為有相當強度的固體,燒結后物料相互之間往往產生化學結合,但大多是形成新的玻璃體或晶體。污泥中含有較多的灰分,其中的鋁、鐵成份是混凝法處理廢水時形成的,可作為建筑材料添加劑。將污泥烘干研磨后,按照一定的質量比添加石灰并混合均勻,控制好溫度條件和焚燒時間可制得水泥[9]。
污泥制輕質陶粒可用作混凝土的骨料、路基材料或花卉覆蓋材料,也可作為污水廠生物濾池的濾料,微生物掛膜在陶粒上可有效降低污水中的BOD、COD及氨氮含量,效果良好;污泥制熔融材料也可用于路基路面、混凝土的骨料或地下管道的襯墊材料;污泥制微晶玻璃的外觀、強度、耐熱性優良,可應用于建筑內外的裝飾材料;污泥生產水泥可用于素混凝土,地基的增強固化材料,以及用作道路鋪裝混凝土,大壩混凝土,重力式擋土墻,水泥竹纖維板等。
4、污泥處理方法的選用
一種有效的污泥處理方法,應當兼顧到環境生態效益、社會效益和經濟效益,污泥的處理方法多種多樣,各有優缺點,選用什么樣的方法不但與當地的自然條件及經濟社會發展水平有關外,還與污水處理工藝、污水來源等有很大關系。應根據污水處理廠的具體情況進行區別對待,統籌安排。
例如對于污水收集范圍內無工業污染源以生活污水為主,污泥量較少的廠,完全可以考慮采取土地利用的方式,制成復合肥料后作為再生資源有效利用。
進廠污水既有工業污水又有生活污水的,如果污泥中有機物含量較高的,仍可以考慮采取土地利用的方式,作為再生林地和市政綠化的肥料利用,不易造成食物鏈的污染,也可成為污泥土地利用的有效方式。
如果污泥中重金屬等污染較重,不符合農用污泥標準的污泥,需考慮采取焚燒的方法處理,以徹底消除二次污染。
對于城市有垃圾發電項目的,可考慮將污泥加入穩定劑后采用新技術脫水機將今水率降低至60%以下,作為覆蓋土填埋入垃圾場,可有效利用其中含有的有機成份,產生沼氣后用于發電,可低成本實現資源化目標。
5、結語
“十二五”期間,節能減排工作的標準進一步提高,城市污水處理廠污泥的處理工作得到重視,做好污泥的深度處理工作十分重要,需要創新思路,充分參考國內外情況,結合自身實際情況,找出一條適合的技術路線,實現污泥處理的 “減量化、無害化、資源化“的目標。
參考文獻:
【關鍵詞】污水廠;污泥處理;技術目前,我國污水處理能力還處于發展階段。全國仍然有一半的城市沒有建立污水處理廠,截止到2009年初中國城市污水日處理的能力達到了8310萬立方米,比2008年增長了17.2%;城市污水處理效率達到了66.8%,增長了近3個百分點。隨著國家對污水處理行業的高度重視,污水處理市場的潛力也在發生著不斷的變化,據“十一五”規劃的污水處理目標,到2011年我國的污水處理率要達到75%。由此可見,污水處理市場十分巨大,污水處理行業的發展已經步入了快車道。
污泥的處理是污水廠處理過程中的必要產物,其中,污泥的處理技術包括兩個方面:前處理工藝以及后處理工藝。另外,前處理工藝還包括:消化、濃縮和脫水等等;后處理工藝則包括:熱干化、堆肥和焚燒以及堿性穩定等。
1.污水廠污泥處理的目的以及現狀
進行污泥處理的目的:(1)無害化:通過去除重金屬和消滅細菌等方式達到污泥的衛生,并且保障污泥的無害化;(2)減量化:減少污泥處理前的重量和體積,降低污泥處理的費用;(3)資源化:處理污泥的的目的是要達到綜合利用和變害為利以及保護環境和產生沼氣等等;(4)穩定化:通過對污泥的處理,使其保持穩定化,對處置后的污泥不會產生降解的情況,從而來避免產生二次污染。
污泥處理的現狀:在城鎮中,污泥的主要來源是工業生產中排放的廢水和生活污水的排放以及雨水、地下水和地表水的排放等等。而污泥指的是在進行污水處理的過程中而產生的一種物質垃圾廢棄物,它是由多種多樣的微生物在一起而形成的大量的富含鉀、氮和磷的有機物,同時它還含有多氯聯苯和重金屬以及病原菌和寄生蟲等有害的物質,它是介于水和固體之間的膠狀物體[1]。目前,我國城鎮的污水的特點是含水量高。所以它富含的有機物質就比較高,因此容易發生腐化和變質而且城鎮污水里的污泥的自身形狀比較小,所以需要通過妥善的處理。但是,目前我國城鎮的污泥處理只通過簡單的脫水處理而沒有通過正式的處理方式就被作為肥料利用到了農業生產當中。沒有經過正式有效的處理方式處理過的污泥里含有大量的有色金屬和微生物等等有害的物質,一旦作為肥料使用很容易導致燒苗和死秧以及發生蟲害等威脅。所以,現在農民把污泥作為肥料的使用就降低了很多,這就導致污泥的使用量降低。但是經過處理后的污泥用于在農業的生產上其中的有害物質得到了控制,而可以有效的提高污泥在農業生產中的應用,使其得到它應發揮的經濟效益。
2.污水廠污泥處理技術
(1)污泥焚燒技術:在污水處理廠污泥處理的各種方法中污泥焚燒的技術是對污泥進行最大程度的減少容積和最徹底的一種方法,焚燒技術分為兩種,一種是先進行脫水然后再焚燒,另外一種是脫水直接進行焚燒。因為污泥內富含較多的微生物殘渣和有機物、纖維木質素等,它們都有一定的熱量,再在里面摻上合適的引燃料就可以作為生活鍋爐和工作爐窯的輔助燃料[2]。進行污泥燃燒的優點是:焚燒可以使污泥快速的減輕重量,而且焚燒的過程中沒有異味剩余的殘渣也少,不需要做滅菌的處理,最后剩下的干污顆粒還可以用作發電廠的燃料。通過污泥的干餾技術還可以從中提取燃料油和焦油等,還可以用作制造有機玻璃和甲醛等其他的化工產品。缺點:污泥焚燒的成本大、開銷高,而且對焚燒的管理水平和焚燒的設備要求相對也比較高。雖然污泥燃燒沒有異味,但是污泥中含有的重金屬物質等一些污染物,在焚燒的同時會隨著空氣飄散給社會人群造成一定的危害。
(2)污泥填埋技術:對污水廠的污泥進行一些簡單的無菌處理后,將其直接倒在低谷的地方,可以制造人工土地。
污泥填埋技術的優點:這種技術的成本較低,根本不要求對其進行脫水或自然干化,這種方法既增加了城市土地用量又對污泥進行了處理。
缺點:由于這種技術對污泥的土地學性質要求的比較高,因此進行填埋地區的選擇有規定,要在地下水位不高的地方而且底基滲透系數不高的地方進行。進行填埋的時候在坑內要鋪設好方滲透的物質,還應配置好高滲透過濾液的集裝裝置以及相應的凈化設施,以此來防止雨水的滲漏使有害物質侵蝕地下水。
(3)污泥投海:這種方法是最簡單的,不需要投入大量資金。但是,這種方法受國際海洋的相關約束和地理位置的制約,還有這種方法對人類的食物以及海洋生態系統造成嚴重的威脅[3]。因此,早在1993年中國政府就承諾在1994年2月20日起就不再對實行污泥投海這種方法。此法已受到限制。
(4)農用堆肥技術:污泥在進行農用之前首先要進行堆肥處理,這種方法是符合中國國情的技術。且這種方法的目的是通過生物的降解,使其植物養分的形態更加利于植物的吸收,此外,它還可以殺死病原菌和除臭味等。
農用堆肥的優點:在實施這項技術的時候不要求有人工管理和其他任何能源,實施的造價低,不管是操作還是管理都很方便,適合在小污泥處理廠中使用。
缺點:占地面積比較大,達不到減少容量的效果。農民在農業制造的過程中如果使用了它,其中重金屬的污染將會使植物富集,并且層層相互,通過食物鏈和生物鏈的方式進行傳遞,對人類會產生劇毒的危害。
3.污水處理廠污泥處理技術的新思路
(1)污泥堆肥技術方面:在進行污泥堆肥處理之前首先要對污泥堆肥前做相應的預處理,并且研究堆肥的微生物學以及動力學和反應器、腐蝕度等,對生物的構成和變化以及堆肥過程中降解有機物能力強的優勢菌種等有一定程度的了解等等。
(2)污泥脫水方面:①在污泥脫水之前進行預處理,通過熱處理和化學調理以及冷凍法等來改善污泥脫水的性能;②積極研制和探索新型的對改善污泥脫水性能的藥劑;③用生物方法通過溶菌酶破壞菌膠團方法來徹底改善污泥的性質;④研究新型的污泥脫水設備來增強污泥脫水的工作效率。
(3)污泥處理技術土地利用方面:污泥土地利用的意義指的是利用園林綠化介質和垃圾場覆蓋土和農用堆肥等等[4]。污泥堆肥技術指的是對污泥中的微生物菌進行再利用,將其發酵的同時對混合物進行借助,然后對有機物進行氧化和分解,把它們轉化成比較容易吸收和利用的無機復合肥,這樣的技術能擁有廣闊的市場前景。
4.總結
污水處理廠在對污泥進行處理的過程中要始終堅持利用土地為主要目的,并且可以結合多種污泥處理技術來研究適合我國污泥處理的既節能經濟又多元化的技術體系。污水處理廠要高度重視在污泥處理的過程中對環境等等各個方面產生的負面影響,比如重金屬等問題,要做到不斷的提高污水處理廠無害化的處理技術和水平,尋找一條能有效的利用污泥處理的技術具有重大的現實意義[5]。現如今,國家大力落實科學發展觀和建設“節約型社會”,污水處理廠要做到城市污水處理和資源化相結合,堅持“泥水并用”的原則,這將成為污水處理廠污泥處理的最好出路。
【參考文獻】
[1]劉蓮香.污水處理廠污泥于陶粒生產中的綜合利用[J].陶瓷研究與職業教育.2003(01):145-147.
[2]李元寧,王敏,王琦.污泥處置技術分析與探討一以哈爾濱市為例[J].環境衛生工程.2009,17(2):33-34.
[3]王凱軍.為污泥處置提供技術政策導向——城鎮污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策(試行)解讀[J]建設科技.2009 (07).