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污泥处置概况
浏览: 发布日期:2019-11-06

 

随着污水处理设施的普及、处理率的提高和处理程度的深化,污水厂的污泥产生量将有较大的增长,由此引起的二次污染问题已不容忽视。因此如何合理地处理、处置污泥,已成为城市污水厂和相关部门必须引起重视的问题。
国内外污泥处理与处置的方法很多,一般采用浓缩、消化、脱水、干化、有效利用(多为农用)、填埋及焚烧等,或用其中几个方法组合处置。应该说,对污水厂污泥的处理和处置,我们与先进国家相比,差距较大。
城市污水厂的污泥是指处理污水所产生的固态、半固态及液态的废弃物,含有大量的有机物、重金属以及致病菌和病原菌等,不加处理任意排放,会对环境造成严重的污染。对污泥处理总的要求是稳定化、无害化和减量化。
国家对城市污水污染控制的技术政策及新颁布的城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002),对城市污水厂的污泥稳定和农田利用有明确的要求。但实际情况是,污水处理厂的建设往往只注意污水处理要达到排放标准。
近几年,由于有脱磷脱氮要求,演变出不少污水生物处理工艺,而对污泥处理和处置,设计中一般只将脱水污泥外运和综合利用,未计算其投资和经常费用,这势必会造成二次污染。处理厂建得越多,污泥的二次污染亦越广泛。未经稳定处理的污泥,因有机物含量高,极易腐败并产生恶臭,尤其是初沉淀池的污泥,含有大量病菌、寄生虫卵及病毒,易造成传染病的传播。
一 污水污泥的处理和处置
通常把污水厂污泥的稳定和脱水(一般脱水至含水率达70%~80%)称作污泥的处理;将污泥的堆肥、填埋、干化和加热处理及最终利用,称为污泥的处置。如脱水污泥中有毒有害物质超过农用标准,就要考虑卫生填埋和污泥干化焚烧技术。从国外污泥处理的发展来看,无论在欧洲、日本或美国对污泥用于农田控制越来越严,而对污泥进行干化和加热处理的比例正逐年增加。
1、污水污泥的处理
污泥稳定处理有好氧稳定和厌氧稳定,好氧稳定有很多优点,但能耗很高,只有当污泥量较少时才采用。污泥厌氧稳定处理通常采用中温(35℃)厌氧消化方法。国内已有十几座大型污水处理厂采用此方法,污泥经消化后,有机物含量减少,性能稳定,总体积减少,污泥消化过程中还产生大量沼气(消化降解1kgCOD可产生350L沼气)可以回收利用。
但由于消化装置工艺复杂,一次性投资大,运行有难度。污泥厌氧消化和沼气利用装置费用,约占污水处理厂投资和运行费的30%左右,而且大多需进口技术和设备。从调查已建消化池的实际运行看,只有少数达到预期的效果。有管理、设计问题,亦有沼气利用的经济性和安全性问题。
比较好的如天津市东郊污水处理厂,该厂设计规模为处理城市污水40万m3/d,污泥日产2460m3(含水率96%),产生沼气13300m3,供4台248kW发电机发电,日可发电27000度,并与市电并网。
污泥的稳定问题,除了采取污泥厌氧消化外,还应结合污水处理工艺中考虑少产生污泥和稳定泥质的方案。例如污水处理工艺设计中采用延长污水曝气时间,减少污泥的产量;设计参数中增加污泥泥龄(如泥龄20天以上),尽量使污泥趋向稳定的污水处理工艺。
对中小型污水处理厂来说,采用带有延时曝气功能处理工艺(如氧化沟等处理工艺)是可取的。有的污水处理工艺投资低(如AB法的A段),而污泥量较多,增加了污泥的处理成本。故应当把污水处理和污泥处理统一考虑,一并计算投资和运行费用。
污泥的稳定并不等于污泥无害,用于农田还需要符合国家标准中关于污泥农用时污染物控制标准限值。其中对镉、汞、砷、苯并芘、多氯联苯的要求是比较高的,应该通过严格控制工业废水源头的排放,来控制污泥的性质。
 
国外在污泥稳定方面,除了用生物法(包括中温消化、高温消化及利用微生物和某些添加剂)外,还采用了化学法,有的将脱水后的污泥加盐酸调pH值至2~3,反应60分钟再加硝酸钠;有的对脱水污泥添加石灰。后者在欧洲应用较多。
2、污水污泥的处置
(1)制复合肥
按我国目前的经济条件,对多数污水厂(特别是大量小型污水厂)来说,污泥用于农田是比较可行和现实的方案。污泥中的氮、磷、钾和微量元素,对农作物有增产作用;污泥中的有机质、腐殖质是良好的土壤改良剂。
污泥经适当浓缩、脱水后运至市郊或邻近省份作为农肥,是许多污水厂采用的方法。但农田施肥有季节性,不需要泥肥时,污水厂会泥满为患,影响正常运行。于是一些污水厂支付费用,让农民把污泥拉走,而不问其去向,这会造成二次污染。
北京市环境科学研究院和北京市农业科学院合作,对北京市密云县污水处理厂的污泥,通过堆肥加工成复合肥,进行了用于农田的试验。该厂每天处理15000m3城镇污水,污泥产量5~6t/d(含水率80%),由于采用酸化—好氧污水处理工艺,污泥质量不错。
添加一定数量的N、P、K做成复合肥(N、P、K的比为1∶0.9∶0 .4),并直接造粒为污泥颗粒肥。通过在北京市大兴县庞各庄冬小麦田试验以及在温室内进行的油菜和玉米苗期盆栽施肥试验,均取得可喜的结果。由于是制成颗粒状污泥肥料,便于运输和贮存。
(2) 卫生填埋
上海市对污水厂的污泥处置提出“处理一点,填埋一点,利用一点”的原则,上海市水务局组织对污泥处理、处置和利用的专题研究,提出污泥用作农田、卫生填埋和污泥焚烧点的布局和具体的分期实施方案,防止产生二次污染。这无疑是正确的举措。
上海白龙港大型污水厂,按卫生填埋要求建设污泥填埋场,根据污泥性质、含水率及力学特性等因素进行设计。填埋厂使用期为七年,填埋场底部设有盲管将渗滤液再回到污水厂处理。此法占地大,运行工作量大,遇雨季污泥更难以压实,到使用期限后仍需另选场址。
对大型污水厂采用污泥卫生填埋,是不得已的权宜之计。卫生填埋场的造价不低,国外对卫生填埋场还要有沼气安全收集系统,对分层复盖的泥土和排水、绿化有专门的要求。鉴于地价上升和填埋场有臭味,近几年来,无论欧盟国家或美国、日本,污泥卫生填埋的比例越来越小,美国已有的填埋场还将逐步关闭。
有些城市(如成都市)拟将污水厂污泥运至城市垃圾填埋场一并处置,这存在两个实际问题:
一是管理体制上的问题。垃圾的中转站和填埋场的布点、设计和投资,属环卫局管理,而污水厂的污泥属市政系统管理,设计垃圾填埋场使用年限和布点距离未考虑接纳污水厂污泥;
二是脱水污泥含水率过高。运往垃圾填埋场的污泥,要求含水率不大于30%,而目前污水厂的脱水污泥含水率在70%~80%,这类污泥不易碾压填埋,除非将污泥作适当干化或加石灰、絮凝剂处理。无论作何种填埋,污泥宜采取高干度脱水方案。
(3)干化、焚烧
国内近几年在一些大城市已建和正建一批城市垃圾焚烧场。但污水厂的污泥作焚烧处置,某污水处理厂(设计规模为40万m3/d)设有污泥焚烧炉装置。焚烧炉采用国外技术在国内制造,污泥的干化和焚烧设备总投资为人民币8000万元,费用并不算高。
由于污泥干化和污泥焚烧相结合比单污泥焚烧一次性投资少,处理成本低,故污泥干化往往是焚烧的前处理。北京市某污水厂二期工程和天津市某污水厂,拟先建污泥干化装置。污泥干化可使污泥含水率控制在10%~40%,减少了污泥的体积和重量,降低了运输费和填埋费,而且污泥的臭味大为减少。
干化装置分直接干化和间接干化,其能量消耗与污泥成份和水分有关。间接干化(利用沼气通过热交换器)一般推荐用立式干化装置,并选用流化床工艺。干化与焚烧串联工艺中,干化的程度取决于污泥的热值和回收焚烧炉的热能,使干化的能量尽量平衡,不另外添加燃料。
上海石洞口设计污泥的干化和焚烧,污泥热值高,能源平衡有余。污泥流化床焚烧炉,温度在800℃以上,炉内有砂粒循环使用,外排气体要适当处理。污泥焚烧炉远比垃圾焚烧炉的工艺简单得多,且污泥焚烧不会产生二恶英。
如脱水污泥与垃圾一并焚烧,国外的经验是每吨垃圾添加15%~20%含水率为30%的污泥。污泥的干化和焚烧,可能将是一些大城市大型污水处理厂的发展方向。当然,由于国外对焚烧炉排尘有严格的要求,除了采用电除尘,还要降温加温,加酸加碱,达到无烟尘的排放。
(4)填埋与焚烧的比较
上海和浙江一些单位作过污泥卫生填埋及焚烧处置的方案比较。其主要工艺流程为:
原污泥→浓缩→消化→脱水→卫生填埋
原污泥→浓缩→(消化)→脱水→焚烧→焚烧灰填埋
对于焚烧处理工艺,为了避免消化后污泥热值减少,也可以不作污泥消化处置。上述两个工艺的经济性比较结果,无论采用国产设备或进口设备,二者的处置工程费用基本相同。按国产设备对污泥进行处置,运行费用折成污泥干固体,处理总成本约为800元/t。
以10000m3/d污水厂产生2吨DS计—DS为每天产生的绝干(没水分)污泥量(kg),每吨污泥处理成本约为0.16元,与国内大型污水处理厂污水处理成本(不计折旧和还贷利息)0.3~0.45元/m3相比,需增加成本35%~50%,这与国外的实例相当。
既然污泥的卫生填埋与污泥的焚烧其工程费和运行成本大致相当,那么,从污泥无害化和减量化看,焚烧方案有明显的优点。这亦是国外(特别是西欧和日本)污泥焚烧发展较快的原因。荷兰的污泥是100%采用焚烧处置的。焚烧后少量的泥灰可用于混凝土、砖瓦制品、路基路面的骨料和工程建设的回填土。
 污水污泥处理和处置应注意的问题
1.设计城市污水处理设施时,要把工业污染源控制、污水处理工艺和污泥的处理和处置,作为一个系统来考虑。上海市对全市大小污水厂的污泥成份、数量进行分析,在此基础上,对污泥的处置作全面规划,协调多方关系,落实分期实施方案,这是正确的。不认真处置污水厂的污泥,污水处理是不完整的。
2.对污泥的最终处置,我们缺乏经验,如污泥的干化和焚烧装置的设计,比污水处理工艺复杂得多,我们应认真学习、引进、消化、吸收国外的技术和经验,同时要制订和完善污泥处置有关的法规和标准。我国一些污水处理厂的污泥消化、沼气利用装置,基本上都是引进国外的技术和设备。
3.采用多途径来解决污泥问题。大厂与小厂不一样,南方与北方亦不一样。有的地方污泥可与垃圾处置相结合,有的地方污泥可与发电厂燃煤相结合。对量大面广的小型污水厂的污泥,要总结农用的经验。
在污泥干化和加热技术上,还可考虑利用太阳能、微波和湿式氧化等多种方案。有的污泥可与工业废水治理中的污泥一并处理。要善于总结各地的经验和教训,大力发展国产化设备,这是一项朝阳产业。要积极探索适合国情的低成本、无害化、多用途的污泥处理和处置途径。
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某城市污水处理厂污泥处理处置方案的选择
1 城市污水处理厂现状
1.1 污水处理厂
该污水处理厂处理规模为16 万m3·d-1(分两期建设完成,其中一期为3 万m3·d-1,一期已经稳定运行4 年,现在正进行二期建设),以城市生活污水为主,服务面积62km2,服务人口30 万人。二级处理,采用DE 氧化沟工艺为污水处理的主要工艺。
1.2 污泥基本情况
1.2.1 污泥的来源与性质
污泥主要来源于氧化沟工艺产生的剩余污泥,污泥颗粒细、比重小,含水率在99.2%~99.6%之间。污泥中含有促进植物生长的氮、磷、钾等营养元素,还含有寄生虫卵和病原菌等微生物,有机物含量约为50%~60%。受进水水质影响,污泥中还有重金属离子和有毒有害物质,但该城市规划区内工业企业较少,污水中工业污水所占比例一般不超过 10%,污泥中金属离子以及有害物质较少。
1.2.2 污泥产量污泥
干重25.6t·d-1, 含水率为99.4% 时体积为 4266.7m3·d-1,脱水后,泥饼含水率为76%~80%,体积约为106.7~128 m3·d-1左右。
2 污泥处理方案的比选
污泥处理的目的主要有以下几点:稳定化使之消除恶臭;无害化杀死虫卵及病菌;减容化,运输降低含水率使之易于运输处置、利于实现污泥资源化。城市污水厂污泥稳定化技术主要有厌氧消化、好氧消化、污泥堆肥以及污泥焚烧等。污泥浓缩、脱水以及焚烧是污泥减容的主要技术。无害化中主要采用生物法与化学药剂稳定法,国内外普遍采用生物法。生物法中主要有厌氧稳定,好氧稳定。结合污泥最终处置,该城市污水处理厂污泥处理有以下两种方案可供选择:污泥脱水方案,污泥消化后脱水方案。
两种污泥处理方案的工艺流程见图1、2。


由于该城市地处西北地区,一方面污水治理迫在眉睫,另一方面建设资金紧缺,如何确定污水处理的近期、远期目标就显得非常重要。传统活性污泥法(普通曝气法)、AB 法工艺、由于泥龄短,污泥没有达到好氧稳定,须采用污泥消化脱水方案,以达到稳定化,无害化的目的。
而该污水处理厂采用的DE 氧化沟工艺中产生的剩余污泥由于泥龄长,已初步得到好氧稳定,剩余污泥中有机物含量较少,因此本厂拟采用污泥脱水方案,这样就大大降低了近期建设资金及运行资金,同时简化操作管理工作量。
当然随着环保要求提高,经济实力增强,可以通过进一步延长污泥泥龄或增加厌氧消化装置来完成污泥稳定化,无害化处理。综上所述,目前该城市污水处理厂污泥处理推荐污泥脱水方案,同时可以查看中国污水处理工程网更多关于污泥处置方案的技术文档。
3 污泥处置方案选择
为避免污水处理厂污泥对环境的二次污染,各国政府对污泥的最终处置十分重视,并根据各国的国情制定出污泥处置的法规和具体方案。欧美国家根据各自具体情况制定城市污泥土地利用技术标准。欧共体将污水厂和自来水厂污泥划为“特殊垃圾”(不是“危险垃圾”),必须具有资格的企业按照规定的程序进行妥善处理,不得弃置。填埋、焚烧、作农肥、投海和制造建筑材料等是目前污泥处置和综合利用的主要途径。
卫生填埋始于20 世纪60 年代,是在传统填埋的基础上经过科学选址和必要的场地防护处理,具有严格管理制度的科学的工程操作方法。污泥填埋是一项比较成熟的污泥处置技术,其优点是处理容量大、见效快、操作简单,但也存在一些问题,如合适的场地不宜寻找,污泥运输和填埋场地建设费用较高,有害成分的渗漏对地下水的污染,填埋场的卫生、臭气问题造成二次污染等。
可见填埋并没有最终消除污染,只是起到延缓的作用。该城市属于中等正在发展的城市,随着城市的发展城市人口不断增长,产生的生活垃圾量也随之增多,在该城市近郊正在筹建垃圾填埋厂,该垃圾填埋厂的容量只够该城市15 年的生活垃圾填埋量,而没有多于的容量用来填埋污水处理厂的污泥,近郊也没有合适的地方能够用来做污泥填埋厂。所以卫生填埋这种污泥处置方式在这个城市不能选择。
一般情况下,当污泥不符合卫生要求,有毒物质含量高,不能作为资源化利用,同时污泥自身的燃烧热值较大时,才考虑采用污泥焚烧并回收热量。污泥经焚烧后,产生的热能可用于发电、取暖等。
焚烧的技术优势在于其处理的彻底性,可达最大限度减量化的目的,减量率可达到9%左右,其有机物被完全氧化, 重金属几乎全被截留在灰渣中。但焚烧存在以下几个问题:
(1)焚烧所需投资大,设备需引进,运行管理复杂;(2)在焚烧过程中产生飞灰、炉渣和烟气,研究发现,在焚烧的灰渣中,尤其是飞灰属于危险废弃物,若处理不当容易渗漏而污染地下水体、附近地表水体和土壤,进而危害人类健康;(3)在排放的烟气中含有二恶英和呋喃等剧毒物质,产生二次污染;(4)污泥中的有用成分未得到充分利用, 浪费了大量有利于植物生长的营养元素。
该城市污水处理厂在建设初期资金还比较紧张,还没有能力投资污泥焚烧,另外该污水处理厂产生污泥本身含有的有毒物质含量低,污泥有机成分低,自身燃烧值不大,所以不选择焚烧法作为其最终处置方式。
历史上,某些沿海地区,采用污泥投海的方法。而该城市地处内陆根本不可能采取投海的处置方式。对于制造建筑材料由于污泥是一种新型的原料,当地还没有具有这样技术的企业合作,所以也不可取。
我国是农业大国,无论从经济因素还是从肥效利用因素出发,污泥农用资源化都是一种符合我国国情,具有广阔前景的处置方法。由于连续耕作,植物根系对营养成分的不断获取,土壤的有机质和矿物质都很缺乏。
土地长期超量施用化肥,使土壤板结,盐渍化程度高,今后若继续忽视施用有机肥,土地有机肥力将进一步降低而导致生产力下降。城市污泥含有大量的有机质和N、P、K 以及Ca、Mg、Cu 、Zn 、Fe 等植物生长所需元素,是一种很好的肥料和土壤改良剂。
若将污泥进行堆肥化,则可解决土壤有机肥力降低的问题。目前该城市规划区内工业企业较少,根据城市总体规划,今后城区内也不兴建大的工厂,因此污水中工业污水所占比例不大,重金属离子及有害物质不会太多,污泥量可达到农用污泥标准,而该城市周围又有大量农田菜地,因此城市污水处理厂污泥的最终处置暂定为农用。
当然,能否安全农用,有待于污水厂投产后对污泥作定性、定量分析后再确定。污泥处置为农肥施用,其施用范围根据投产后实测污泥性质后确定。
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