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德国STRABAG 干式厌氧处置工艺
 
我国重点流域典范污水厂污泥处置处理方法调研与剖析

[2022-10-21] [点击:90]

择要:调研了我国重点流域11座都会106座典范污水厂的污泥处置方法、处理途径和技能道路。后果标明,我国重点流域污泥处理方法次要包罗填埋、点火、建材使用和地皮使用。填埋所占比例为53.79%,次要与都会生存渣滓举行混淆填埋;点火所占比例为18.31%,以电厂协同点火为主,独自点火所占比例较低;建材使用所占比例为16.08%,次要方法为制水泥和制砖;地皮使用所占比例为11.01%,处理方法次要为园林绿化和地皮改进。别的,基于调研探究了我国污泥处置处理开展偏向。

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  谭学军,博士,传授级初级工程师,从事情况工程范畴的技能研发事情

  随着我国污水处置办法建立的疾速开展,污泥发生量日益增长,我国城镇污泥产量已到达4300×104t/a(以含水率80%计),污泥处置处理所面对的题目越来越严厉。

  污泥处置处理近况调研剖析是污泥计划的底子,为此对我国重点流域具有代表性的城镇污水处置厂的污泥处置方法、处理途径、技能道路举行调研,片面剖析污泥脱水、厌氧消化、好氧发酵、干化点火等污泥处置技能的使用近况和存在题目,对填埋、地皮使用、建材使用等污泥处理方法在国际外的使用状况举行比力,并探究我国污泥处置处理的开展偏向。

  01

  研讨办法

  调研工夫跨度为2012年1月—2014年12月,调研范畴掩盖太湖、巢湖、海河、辽河、滇池和三峡库区及下游等6大流域,包罗上海、常州、嘉兴、太仓、无锡、合肥、天津、唐山、赤峰、昆明、重庆等11座都会的106座城镇污水厂(见表1),总设计污水处置才能为1519×104m3/d,实践污水处置才能1 264×104m3/d,污泥年发生量为313×104t(污泥含水率80%),污水处置才能和污泥产量均到达天下总量的10%。污泥产量、污泥含水率等数据来自所调研污水厂的运转日报表,污泥处置办法运转工艺参数、处置本钱等来自运转报表大概设计文件。

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  表1 调研范畴内污水厂散布

  02

  污泥处置近况剖析

  2.1 污泥脱水

  2.1.1 使用近况

  在调研范畴内,污泥脱水方法次要包罗带式压滤、离心和板框压滤脱水。

  ① 带式压滤脱水与离心脱水

  60%的污水厂污泥接纳带式压滤脱水,32%的污水厂接纳离心脱水。但是,接纳带式压滤脱水的污泥量仅占总污泥量的32%,而离心脱水的污泥量所占比例高达61%,这是由于离心脱水在中大型污水厂中使用较多的缘故。接纳离心脱水的污水厂均匀污水处置范围为31.75×104m3/d,均匀污泥产量为36.08tDS/d,而接纳带式压滤脱水的污水厂均匀范围仅为7.37×104m3/d,均匀污泥产量为7.21tDS/d。一切污水厂污泥带式压滤和离心脱水均接纳阳离子PAM作为絮凝剂,带式压滤脱程度均药剂投加量为4.37kg/tDS,脱水污泥含水率为73.06%~82.50%;离心脱程度均药剂投加量为5.42kg/tDS,脱水污泥含水率为68.50%~79.30%,离心脱水药剂投加量高于带式压滤脱水,而脱水污泥含水率更低。

  ② 板框压滤深度脱水

  约8%的污水厂接纳板框压滤深度脱水,调治方法次要为化学调治,药剂包罗PAM、钙盐(氢氧化钙/氧化钙)、铁盐(三氯化铁/聚合硫酸铁)、铝盐(三氯化铝、聚合氯化铝),差别工程药剂投加比例相差较大,即便统一工程差别季候药剂投加比例也会有明显的动摇,其缘故原由大概有两方面:a.冬春季候污泥无机物含量较高,脱水难;b.冬春季候气温较低,倒霉于絮凝剂发扬作用。

  调研发明,污泥板框压滤脱水泥饼含水率一样平常可降至60%以下,处理方法包罗填埋、电厂协同点火和水泥窑协同处理等。污泥深度脱水办法工程投资约8~10万元/(t·d-1)(以80%含水率污泥计,下同),处置本钱约80~120 元/t,此中药剂本钱约20~30 元/t。

  2.1.2 存在题目

  比年来污泥板框压滤深度脱水技能在我国失掉了越来越多的使用,调治药剂次要为氧化钙、三氯化铁、聚合氯化铝等,药剂投加量占污泥干质量的30%~50%,一方面招致脱水泥饼干质量大幅增长,减量化结果有限;另一方面明显改动了污泥的pH、盐分、电导率等理化目标,倒霉于资源化使用。别的,添加石灰调治后污泥呈强碱性,调治和压滤关键氨气等臭气组分极易消散,脱水车间除臭题目亟需器重。

  2.2 厌氧消化

  2.2.1 使用近况

  我国自“九五”时期开端推行污泥厌氧消化技能,在“十一五”和“十二五”时期连续公布了多项政策和指南,勉励城镇污水厂接纳厌氧消化工艺举行污泥波动化。现在,国际已建成污泥厌氧消化工程70余项。在本次调研的重点流域都会中,上海、天津、重庆、昆明等地均建有污泥厌氧消化办法,污泥总处置才能达262.5tDS/d,占重点流域都会污泥总量的11.66%。

  对我国局部典范污泥厌氧消化工程的工艺参数举行了总结剖析,详细后果如表2所示。表2中的数据次要来自设计文件、参考文献和运转材料等,各工程均接纳中温厌氧消化工艺,消化温度为33~42℃。

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  表2 典范污泥厌氧消化工程工艺参数

  镇江和襄阳工程接纳了低温热水解预处置,镇江和大连工程中污泥与餐厨渣滓协同厌氧消化。单元体积池容沼气产率与物料含固率、无机物含量、停顿工夫等要素有关。上海、青岛、郑州厌氧消化工程污泥含固率均不凌驾5%,单元体积池容沼气产率为0.45~0.59m3/(m3·d);昆明、镇江、大连、襄阳工程接纳高含固厌氧消化,沼气产率为0.80~1.78m3/(m3·d)。襄阳污泥无机物含量仅40%~60%,沼气产率也分明低于异样接纳基于热水解的厌氧消化工艺的镇江污泥工程,后者污泥与餐厨渣滓协同厌氧消化,单元体积池容沼气产率高达1.78m3/(m3·d)。大局部工程沼气污染接纳干式脱硫,大概干式、生物、湿式脱硫组合工艺,污染后沼气次要用于消化池加热、污泥干化、发电以及提纯紧缩自然气对外出售。

  2.2.2 存在题目

  ① 污泥无机物含量低、砂含量高,制约体系高效波动运转。由于雨污合流、基建施工等题目,少量泥砂排入污水管网,而我国污水厂的沉砂池除砂结果广泛欠佳,招致污泥无机物含量低、砂含量高。外洋污泥无机物含量约为60%~70%,而我国仅为30%~60%,一方面招致厌氧消化沼气产率偏低,经济效益差;另一方面少量砂在消化池内堆积、板结,不但低落无效池容,影响办法波动运转,还会加剧设置装备摆设磨损。

  ② 污泥资源化使用出路缺乏,制约厌氧消化综合效益。一方面,局部污泥厌氧消化后仍旧无法满意地皮使用等泥质尺度要求,存在病原菌超标、分发臭味、无机酸烧苗、易结块等题目。另一方面,由于缺乏波动的资源化消纳途径和消纳容量,大局部污泥厌氧消化后仍旧接纳填埋方法处理,制约了厌氧消化综合效益的发扬。

  2.3 好氧发酵

  2.3.1 使用近况

  好氧发酵为我国污泥处置净化防治最佳可行技能之一。调研范畴中,好氧发酵处置污泥量为188.87tDS/d,占重点流域污泥总量的比例为8.39%。约88.19%的发酵产品举行地皮使用(园林绿化、地皮改进等),剩余的11.81%填埋处理。

  对我国局部典范污泥好氧发酵工艺概略举行了调研剖析,后果见表3。表3中各好氧发酵工程进泥均为脱水污泥,含水率为74%~85%,无机物含量为30%~65%,重金属目标根本切合泥质尺度要求。常用辅料包罗稻壳、秸秆、锯末(木屑)、木块、花生壳、稻草等,辅料添加质量占污泥质量的0~20%。返混料一样平常为陈化后的发酵产品,也有局部工程发酵产品未经陈化间接返混,或添加菌种而无需返混。

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  表3 典范污泥好氧发酵项目工艺概略

  污泥好氧发酵设置装备摆设包罗配料设置装备摆设、供氧设置装备摆设、除臭设置装备摆设等。大局部工程设置有独自的配料机、投料机、布料机等,也有局部工程以铲车替换。供氧设置装备摆设包罗翻抛机、铲车等,以及罗茨风机、离心风机等强迫透风或强迫抽风设置装备摆设。大少数工程设有除臭办法,以生物滤池使用最多。别的,另有喷淋除臭、离子除臭等方法。局部工程设有造粒机后处置设置装备摆设。

  以国际8座污泥储存、物料混淆、强迫透风曝气、除臭等关键完全的好氧发酵工程为工具,对其建立与运转本钱以及占空中积举行剖析。好氧发酵工程范围为120~1000t/d,单元工程总投资为21~36万元/(t·d-1),运转本钱为79~200元/t,包罗辅料费、电费、人工费、设置装备摆设维修费等,此中辅料费占运转本钱的比例约为50%,辅料费、电费、人工费之和占运转本钱的比例约为80%~90%。刘洪涛等举行敏理性剖析发明,辅料本钱对运转本钱的影响最大,其次是电费和人工用度。因而,公道控制辅料品种和用量、优化曝气和除臭形式、进步设置装备摆设主动化程度对低落运转本钱具有紧张意义。

  2.3.2 存在题目

  现在我国已建成的污泥好氧发酵工程,体系美满水平乱七八糟[luàn qī bā zāo],运转办理程度差别较大。局部工程臭气搜集处置关键缺失,大概运转维护较为集约,极易发生二次净化,且波动化结果难以保证,亟需进步好氧发酵体系美满水平、设置装备摆设主动化水平和办理精密化水平。

  别的,调研发明局部污泥好氧发酵历程中辅料添加质量为污泥质量的20%左右,辅料体积为污泥体积的100%。少量的辅料添加不但增长了运转用度,还招致发酵产品体积大幅降低,增长了后续处理本钱。

  再者,局部污泥好氧发酵后,由于缺乏波动的地皮使用消纳途径和消纳容量,临时堆置大概填埋处理,影响了好氧发酵的情况和经济效益。

  2.4 干化点火

  2.4.1 使用近况

  我国现有政策勉励经济较为兴旺的大中都会接纳污泥点火工艺。调研范畴内,接纳点火方法处理的污泥量到达412.01tDS/d,占重点流域污泥总量的18.31%。污泥点火方法次要包罗独自点火、电厂协同点火和渣滓协同点火,此中电厂协同点火处置污泥量所占比例最高,其次是污泥独自点火。

  污泥独自点火工程通常由干化体系、点火体系、烟气污染体系和公用设置装备摆设四局部构成,干化机包罗流化床干化机、圆盘干化机、薄层干化机、桨叶干化机、带式干化机等,点火炉常用流化床。比方,某污泥干化点火工程设计处置范围为64tDS/d,干化体系接纳流化床干化机,热量来自点火体系,干化后污泥含水率<10%;点火体系接纳热载体流化床点火炉,炉温在850℃以上,必要增补大批燃煤;烟气污染体系由半干法喷淋塔和布袋除尘安装两局部构成,次要举行酸性气体的脱除和颗粒物的捕集。

  污泥电厂协同点火无需另建点火炉,且干化所需热量可以使用原炉低档次、便宜余热,以低落工程投资和处置本钱。比方,某污泥资源化使用项目设计处置范围为410tDS/d,污泥来自市政、印染、纺织、化纤、皮革等行业近300家企业,进厂污泥含水率70%~80%,接纳超圆盘干化机,出泥含水率35%~42%;干化污泥与煤混淆,进入循环流化床点火;干化机尾气举行冷凝,冷凝废水处置达标后排放,未固结气体由风机送入点火炉处置。

  2.4.2 存在题目

  由于我国污泥含砂量高,干化点火历程中广泛存在设置装备摆设磨损题目。比方,某污水厂污泥含砂量到达22.4%,而欧洲仅为6%~8%。污泥对流化床干化机中管式热互换器、螺旋分散器以及给料分派器的内壁磨损严峻。运转统计发明,设置装备摆设磨损缘故原由所招致的停车检验次数占停车总次数的50%左右,而流化床干化机换热器内的导热油盘管因磨损漏油形成的停车又是检验的重点和难点,严峻影响体系的波动运转。

  别的,我国大局部污泥点火方法为电厂协同点火,烟气净化控制题目亟需器重。电厂烟气处置次要偏重于除尘和脱硫脱硝,并不完全实用于污泥点火烟气净化控制。掺烧污泥后,烟气含水率降低,烟宇量明显增长,招致烟气在低温段的停顿工夫延长,影响二噁英等净化物的控制结果;别的,污泥与燃煤的着火温度和燃尽工夫悬殊,且污泥粒径小,高气体流速条件下局部未燃尽污泥颗粒(包罗未降解净化物)更易分开低温区;再者,燃煤烟宇量是污泥发生烟宇量的2~3倍,污泥点火所发生的净化物存在浓缩排放的隐患。

  03

  污泥处理近况剖析

  调研范畴内污泥次要处理方法包罗:地皮使用、填埋、建材使用和点火,差别方法处理污泥量所占比比方图1所示。填埋仍旧是我国重点流域最次要的污泥处理方法,所占比例高达53.79%,点火和建材使用所占比例辨别为18.31%和16.08%,地皮使用所占比例仅为11.01%。值得留意的是,局部污泥处理方法固然归为填埋和地皮使用,但存在随意、无序处理征象,陪同发生二次净化危害。

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  图1 我国重点流域差别污泥处理方法所占比例

  我国与外洋兴旺国度污泥处理方法比拟状况如图2所示。

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  图2 列国污泥处理方法比拟

  在填埋方面,我国重点流域污泥填埋比例仍旧远高于外洋兴旺国度。德国克制对无机物含量>3%的质料举行填埋,填埋工具次要是点火灰渣;日本填埋工具次要为点火灰渣大概低温熔化后的惰性熔渣。而我国污泥次要在生存渣滓填埋场举行混淆填埋,填埋前通常仅举行脱水处置,污泥含水率和无机物含量均较高,渗滤液和填埋气产量大,占空中积大,且存在情况和宁静隐患。

  在地皮使用方面,我国污土壤天时用比例仅为11.01%,而澳大利亚、美国、德国、英国等国度污土壤天时用比例均凌驾50%。我国重点流域污土壤天时用比例偏低,缘故原由大概有两方面:①我国污泥中重金属等净化物含量全体高于外洋兴旺国度,当局羁系部分和社会大众对污土壤天时用的情况安康危害存在较多挂念;②我国尚未创建与污土壤天时用相干的实行、羁系、监测引导细则,污土壤天时用缺乏可操纵性。

  在点火方面,我国污泥点火方法次要为电厂协同点火,独自点火所占比例较小,而德国和日本均以独自点火为主,此中德国独自点火比例到达59%。现在我国尚无污泥混烧、掺烧方面的执法法例或尺度标准,污泥电厂协同点火缺乏迷信的羁系和标准。火电厂对烟气中净化物的监测和处置次要偏重于二氧化硫、氮氧化物、烟尘浓度等,缺乏针对污泥烟气净化物特点的控制步伐,且由于污泥掺烧比例绝对较小,存在净化物浓缩排放的潜伏情况隐患。

  在建材使用方面,我国重点流域污泥建材使用方法次要为水泥窑协同处理和制砖,少局部用于烧制陶粒。外洋兴旺国度污泥建材使用的工具次要是点火灰渣,比方2005年日本70%的污泥举行点火,64%的灰渣经再生处置后作为修建质料。而我国大局部污泥建材使用前仅举行机器脱水,污泥含水率和无机物含量高,且含有碱金属氧化物(Na2O、K2O等),间接用于制砖大概制陶粒,不但影响建材质量,还存在二次净化危害。

  04

  污泥处置处理技能道路剖析

  调研范畴内重点流域都会污泥处置处理技能道路概略见表4。

  基于填埋处理方法的技能道路次要有厌氧消化+干化+填埋、厌氧消化+深度脱水+填埋、好氧发酵+填埋、石灰波动+填埋、脱水/深度脱水+填埋等。大局部污泥填埋前仅举行了带式脱水、离心脱水大概板框压滤深度脱水处置;局部都会建立有厌氧消化、好氧发酵等办法,但由于污泥波动化水平达不到地皮使用尺度,大概由于地皮使用出路受阻,污泥仍旧举行填埋。

  基于点火处理方法的技能道路次要有热干化+独自点火、热干化+渣滓协同点火、脱水/深度脱水+热干化/太阳无能化+电厂协同点火、脱水/深度脱水+电厂协同点火等。大局部污泥点火前接纳了热干化或太阳无能化处置,以进步入炉污泥热值;局部污泥接纳板框压滤深度脱水处置,将污泥含水率降至60%左右;少局部将带式压滤或离心脱水后含水率80%左右的污泥间接入炉掺烧。

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  表4 2014年重点流域污泥处置处理技能道路概略

  基于建材使用的技能道路次要有脱水+干化+水泥窑协同处理、脱水/深度脱水+水泥窑协同处理、脱水/深度脱水+制砖/制陶粒等,建材使用处理污泥所占比例为16.08%,次要接纳水泥窑协同处理、制砖、制陶粒,使用前次要处置方法为机器脱水大概干化。

  基于地皮使用的技能道路次要有好氧发酵+地皮使用、厌氧消化+脱水+地皮使用、生物沥浸+深度脱水+地皮使用、天然干化+地皮使用、脱水+地皮使用等,大局部污土壤天时用行进行好氧发酵大概厌氧消化波动化处置,局部污泥深度脱水大概天然干化落伍行地皮使用,少局部污泥脱水后间接地皮使用。

  05

  污泥处置处理开展趋向瞻望

  比年来,随着我国财产布局调解和情况管理力度的增强,污水处置厂进水中的产业废水比例渐渐减小,污泥中重金属含量日益低落,而无机物则出现渐渐增长趋向。据观察,2003年我国都会污泥无机物含量均匀值为38.4%,2008年污泥无机物含量增长至41.1%,而2014年本次观察范畴内污泥无机物含量均匀值进一步进步至50.4%,污泥热值也响应增长。污泥处置在以往项目运转履历的底子上,更注意处理与处置的无机衔接,更注意减量化与有害化,污泥点火比例渐渐增长,而填埋比例明显低落。

  郝晓地等基于能量衡算以及投资与运转本钱匡算,以为污泥干化点火乃污泥处置/处理终极方法,且能使灰分磷接纳变得愈加无效。比年来污泥干化点火技能道路在国际也失掉了日益普遍的工程使用。比方,上海白龙港污泥干化点火工程设计处置范围为486 tDS/d,接纳“脱水+干化+独自点火”的处置工艺,使用余热汽锅接纳污泥点火的热量,发生的蒸汽用于污泥干化,烟气处置接纳SNCR(炉内)/静电除尘/干式反响器/活性炭放射/布袋除尘/湿式脱酸/烟气再热/物理吸附工艺,之后经过烟囱排入大气;上海石洞口污水处置厂污泥处置二期工程接纳离心脱水+干化+独自点火的工艺技能道路,设置有2条污泥干化线及3条点火线,着力完成片区污泥全量、波动、高效的处置处理。

  06

  讨论

  基于调研,对我国污泥处置处理开展偏向提出如下发起:

  ① 源头与末了控制偏重,创建泥质数据库

  联合排污允许、污水排入都会下水道水质尺度等办理制度,增强对城镇污水厂进水中重金属和其他有毒无害物质的羁系和控制,从源头增加污泥中净化物含量。同时,强化对城镇排水管网泥砂的控制,经过办理手腕大概工程步伐低落污泥含砂量。别的,对污泥中无机质含量、含砂量、热值、重金属等目标举行临时监测,创建泥质数据库,为污泥的迷信处置处理提供技能支持。

  ② 题目与质量导向并举,对峙绿色循环低碳

  以办理都会污泥处置处理现有题目、满意污泥处置处理急迫需求为根本要求,以进步污泥“减量化、波动化、有害化、资源化”程度,满意情况掩护和情况质量改进需求为久远目的,在充实思索都会特点、污泥产量、泥质特征的底子上,正接纳新工艺、新技能、新质料和新设置装备摆设,进步污泥处置工程的技能程度和先辈性,增加污泥处置历程中化学药剂斲丧、温室气体排放以及情况二次净化,并充实使用污泥中的生物质动力和养分物。

  ③ 处置与处理充实衔接,增强精密化办理

  联合都会总体计划以及财产结构、园林绿化、情况掩护专业计划,因城施策,量体裁衣[liàng tǐ cái yī],公道选择污泥处理出路和消纳方法,迷信确定污泥处置处理技能道路,完成污泥处置与处理的充实衔接。别的,秉持精密化办理的理念,注意运转办理履历的积聚,注意污泥处置处理办法运转数据的总结,并依据差别季候污泥性子及泥质变化,调解运转方法和参数,最大限制地发扬污泥处置处理办法的处置才能,低落污泥处置处理历程的能耗和药耗。

  07

  结论

  ① 我国重点流域污泥处理方法次要包罗填埋、点火、建材使用和地皮使用。填埋所占比例为53.79%,次要与生存渣滓混淆填埋;点火所占比例为18.31%,以电厂协同点火为主,独自点火所占比例较低;建材使用所占比例为16.08%,次要方法为制水泥和制砖;地皮使用所占比例为11.01%,处理方法次要为园林绿化和地皮改进。

  ② 基于调研,对我国污泥处置处理开展提出如下发起:源头与末了控制偏重,创建泥质数据库;题目与质量导向并举,对峙绿色循环低碳;处置与处理充实衔接,增强精密化办理。

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