目前全国污泥处理处置规模巨大,但安全处置率低。对我国的环境存在巨大的威胁。那么如何对污泥进行处理和处置呢?
在说污泥处理处置技术之前,先来了解一下污泥处理和处置的含义:
污泥处理(sludge handling or sludge treatment):污泥经单元工艺组合处理, 达到“减量化、稳定化、无害化”目的的全过程。
污泥基础知识
原污泥(rawsludge):未经污泥处理的初沉淀污泥。二沉剩余污泥或两者的混合污泥。
初沉污泥(primarysludge):从初沉淀池排出的沉淀物。
二沉污泥(secondeysludge):从二次沉淀池(或沉淀区)排出的沉淀物。
活性污泥(activatedsludge):曝气池中繁殖的含有各种好氧微生物群体的絮状体。
消化污泥(digestedsludge):经过好氧消化或厌氧消化的污泥,所含有机物质浓度有一定程度的降低,并趋于稳定。
回流污泥(returnedsludge):由二次沉淀(或沉淀区)分离出来,回流到曝气池的活性污泥。
剩余污泥(excessactivatedsludge):活性污泥系统中从二次沉淀池(或沉淀区)排出系统外的活性污泥。
污泥气(sludgegas):在污泥厌氧消化时,有机物分解所产生的气体,主要成分为甲烷和二氧化碳,并有少量的氢、氮和硫化氢。俗称沼气。
二、污泥处理类型
污泥消化(sludge digestion):在氧或无氧的条件下,利用微生物的作用,使污泥中的有机物转化为较稳定物质的过程。
好氧消化(aerobic sigestion):污泥经过较长时间的曝气,其中一部分有机物由好氧微生物进行降解和稳定的过程。
厌氧消化(anaerobic digestion):在无氧条件下,污泥中的有机物由厌氧微生物进行降解和稳定的过程。
中温消化(mesophilic digestion):污泥在温度为33-53℃时进行的厌氧消化工艺。
高温消化(thermophilic digestion):污泥在温度为53-330℃进行的厌氧消化工艺。
污泥浓缩(sludge thickening):采用重力或气浮法降低污泥含水量,使污泥稠化的过程。
污泥淘洗(elutriation of sludge):改善污泥脱水性能的一种污泥预处理方法。用清水或废水淘洗污泥,降低消化污泥碱度,节省污泥处理投药量,提高污泥过滤脱水效率。
污泥脱水(sludge dewatering):对浓缩污泥进一步去除一部分含水量的过程,一般指机械脱水。
污泥真空过滤(sludge vacuum filtration):利用真空使过滤介质一侧减压,造成介质两侧压差,将污泥水强制滤过介质的污泥脱水方法。
污泥压滤(sludge pressure filtration):采用正压过滤,使污泥水强制滤过介质的污泥脱水方法。
污泥干化(sludge drying):通过渗滤或蒸发等作用,从污泥中去除大部分含水量的过程,一般指采用污泥干化场(床)等自蒸发设施或采用蒸汽、烟气、热油等热源的干化设施。
污泥分类
污泥处理新技术
优点:
该工艺的特点:
所谓污泥碳化,就是通过一定的手段,使污泥中的水分释放出来,同时又最大限度地保留污泥中的碳值,使最终产物中的碳含量大幅提高的过程(sludge carbonization)在世界范围内,污泥碳化主要分为3种。
(2)无害化水平提高,完全杀灭病原菌,泥饼达到a级;
(3)ph略高,可降低沼气中的h2s和co2浓度,使ch4含量提高;
(4)减少污泥体积,提高污泥稳定性。
厌氧消化具有以下优点:
(1)提高后续处理的效率并减少后续处理能耗。通常认为厌氧反应可以实现污泥减量化、稳定化。通过厌氧反应,污泥中有机物去除40%-60%,有害病菌减少。此外,厌氧消化提高污泥脱水稳定性,让焚烧等后续处理减少35%以上的能耗。
(2)厌氧消化成本较低。根据《中国环境报》统计,单纯厌氧消化投资成本约为20-40 万元/(吨/日),由于不用鼓风曝气等,节约了成本,单纯厌氧消化运行费用约为60-120 元/吨(含水率80%,不包括浓缩和脱水),而好氧发酵运行费用为120-160 元/吨。
欧美50%以上的污泥采用厌氧消化处理,产生的沼气转化为电能可满足污水厂所需电力的33%-100%。
但污泥厌氧消化在我国应用的并不顺畅。我国建设的约50 座污泥厌氧消化设施中,可以稳定运营的只有20 余座。
主要原因是由我国污泥泥质差、处理厂运行管理水平低。我国污泥含砂量较高、有机物含量较低、污泥可生化性差,消化设备运行的稳定性和产沼气率等指标普遍未达到国外标准。此外,我国缺乏沼气利用的激励机制,设备的投资费用高,系统运行较为复杂不易掌握。
不过采用碱解处理、热处理、超声波处理、微波处理等方法对污泥进行预处理,可以提高污泥水解速率,改善污泥厌氧消化性能。并通过项目经验的积累,企业也逐步掌握了较为全面的操作技能。污泥厌氧消化技术会是未来的一个主流方向。
二、土地利用为主的好氧发酵技术路线
好氧堆肥是在有氧情况下,通过微生物的发酵作用,将污泥转变为肥料的过程。其中有机物料代谢为二氧化碳、水和热。
好氧堆肥的优点包括:
(1)发酵效率高,稳定化时间相对短;
(2)臭味少,实现灭菌;
(3)含水率可降到40%;
(4)污泥成品主要用于修复盐碱地、城市绿化、垃圾场覆盖以及建筑等方面用土;
(5)并衍生出蚯蚓生物堆肥等来强化堆肥效果,比如兴蓉环境和绿山的合作。
堆肥的难点主要包括:
(1)能量净支出,通风能耗费用占比80%;
(2)需对好氧堆肥运行的不同阶段的合理通风量加强研究;
(3)缺少c/n 等控制因素的理论研究,致使存在调理添加剂使用过多的情况。
污泥经发酵后转化为腐殖质,可限制性农用、园林绿化或改良土壤,从而实现污泥中有机质及营养元素的高效利用,设备投资少、运行管理方便。
但占地面积大、发酵产品存在重金属污染等缺点使得好氧发酵技术在我国较难发展。
目前污泥好氧发酵工程可采用高效、快速、稳定、集约化的设计、运营模式,可实现占地面积的大幅缩小;此外,研究表明我国城市生活污泥的重金属超标比例约5%,污染风险较小,不应该成为限制污泥发酵产品土地利用的主要障碍。
因此,在《城镇污水处理厂污泥处理处理技术指南(试行)》中,“好氧发酵+土地利用”也被列为推荐技术路线。该技术在相对欠发达地区,应用前景较大。
三、污泥干化-焚烧技术路线
长期以来,国人对污泥干化焚烧工艺存在误读,普遍认为它是一种高能耗工艺和高碳排放工艺。实际上,国际上污泥焚烧能量可以达到自给,不同工艺能耗来看,焚烧工艺(-100kw/t)与堆肥工艺(>100kw/t)相当。
焚烧实现彻底处理和处置,而堆肥后续需要考虑储存、运输等能耗。而且,污泥中的有机质焚烧是碳中性的。此外,人们还误认为污泥焚烧特性与垃圾相同是二噁英排放源。
四、建材利用为主的污泥高干脱水处理技术路线
大家对污泥高干脱水技术的普遍认知还停留在投加大量化学药剂,导致减容不减量;且药剂对后续污泥焚烧、土地利用、建材利用等产物影响;是临时性、应急污泥处理处置技术路线等。
目前采用的高干脱水工艺,投加大量药剂未达到减量效果,且未与后续处置相结合,将阻碍污泥处理技术发展,导致劣币驱除良币的现象。