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【摘要】 随着我国城市化进程的加快,城市污水处理率逐年提高,城市污水处理厂的脱水污泥产量也急剧增加。为避免给水体和大气带来二次污染,对生态环境和人类的活动构成严重威胁,有必要对脱水污泥的处理技术进行研究,提出适合我国脱水污泥无害化处理的技术。
【关键词】 城市污水;脱水污泥;处理
【中图分类号】X703 【文献标识码】A 【文章编号】1001-4128(2010)09-0169-01
1 问题的提出
随着我国城市化进程的加快,城市污水处理率逐年提高,城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加。未经恰当处理处置的污泥进入环境后,直接给水体和大气带来二次污染,不但降低了污水处理系统的有效处理能力,而且对生态环境和人类的活动构成了严重的威胁。为避免给水体和大气带来二次污染,对生态环境和人类的活动构成严重威胁,有必要对脱水污泥的处理现状进行研究,提出适合我国脱水污泥无害化处理的技术。
2 我国污泥处理现状
据估算,我国城市污水处理厂每年排放的污泥量(干重)大约为130万吨。而且年增长率大于10%,特别是在我国城市化水平较高的几个城市与地区,污泥出路问题已经十分突出。如果城市污水全部得到处理,则将产生污泥量(干重)为840万吨,占我国总固体废弃物的3.2%。
目前,我国污泥处理处置方法中,污泥农用占44.8%、陆地填埋占31%、其他处理约10.5%、没有处理约13.7%,这些所谓的“处理”和“处置”基本上都是在特定的条件下估算的,严格来说以上数字将会有很大的变化。据估计,我国用于污泥处理处置的投资约占污水处理厂总投资的20-50%,可以看出,污泥处理处置处于严重滞后状态。
污泥处理处置问题已经在大城市中表现出来。早期的污水处理厂,由于没有严格的污泥排放监督,普遍将污水和污泥处理单元剥离开来,为了追求简单的污水率,尽可能的简化、甚至忽略了污泥处理处置单元;有的还为了节省运行费用将已建成的污泥处理设置长期闲置,甚至将未做任何处理的湿污泥随意外运、简单填埋或堆放,致使许多大城市出现了污泥围城的现象并已开始向中小城市蔓延,给生态环境带来了极不安全的隐患。
目前我国虽然对污泥问题开始关注,但仍然停留在技术层次,2003年开始,我国主要大城市,开始尝试进行污泥处理处置规划,对其技术方案进行了充分论证。如:广州市近期采取生污泥填埋,远期将用于农肥;深圳市已完成专项规划,拟采取热干化加焚烧工艺;上海市则根据不同情况,采取处理分散化、处理集约化、技术多元化的方针;天津市计划建设3座污泥处理厂,采用污泥消化发电工艺,但尚无污泥最终的处置的方法。
3 我国城市脱水污泥处理现采用的主要方法
目前在我国脱水污泥处理中主要采取的方法有海洋倾倒、卫生填埋、焚烧、污泥热干化、堆肥等多种处理技术,各种方法有不同的优缺点。
目前世界各国基本上都不允许往海洋倾倒污泥;卫生填埋虽然操作简单、费用低,但是渗漏液难处理,影响地下水系;焚烧处理技术优势在于处理的彻底性,其减容率可达到95%左右,其有机物被完全氧化,重金属,(除汞外)几乎全部截流在灰渣中。但是该方法的缺点为投资和操作费用较高;在焚烧过程中产生飞灰、炉渣和烟气等难以处理的物质,且成本高;污泥热干化技术优点是占地少,自动化程度高,但如果污泥进行完全干化,干到含水0%以下能耗很大、设备投资高;污泥堆肥技术优点为利用生物能,节约能源,肥效好:其缺点占地面积大,周期长,易产生臭气等。
4 适合我国脱水污泥无害化处理的技术
综合以上污泥处理工艺技术的特点并结合我国国情,以及相关污水处理厂的资料,目前适合我国脱水污泥无害化处理的技术有:
4.1污泥预干化技术
污泥干化技术是通过热能对污泥进行水分去除处理,在干化过程中将耗去大量的热能,为了降低污泥干化所需要的热能,大量试验表明:脱水污泥经加热干化使含水率由80%降到60%时所消耗能量小,其主要去除的是污泥中的游离水;同样含水率在35%以下继续干化消耗能量也小,这两段的能量消耗基本接近理论值;污泥在含水率35%-60%之间,为污泥的塑性阶段,这阶段污泥的流体特性类似胶水。胶状、黏稠,很难处置,对其干化消耗能量急剧增加,很难干化。根据上述特性,干化污泥要避开污泥塑性阶段。要充分利用污泥干化特性,尽量在含水率60%以上,35%以下。在含水率为35%-60%之间干化耗能约为含水率60%以上和35%以下干化耗能的2.5倍;所以对脱水污泥需采用预干化技术,使脱水污泥含水率由80%降至60%,这样大大节约了能耗。
4.2 污泥高温好氧堆肥技术
污泥高温好氧堆肥技术是将含水50-55%的污泥进行好氧堆肥发酵,高温好氧发酵过程是通过好氧性微生物的生物代谢作用,使污泥中有机物转化成富含植物营养物的腐殖质,反映的最终代谢物是CO2、H2O和热量,大量热量使物料维持在60摄氏度以上的持续高温,降低物料的含水率,有效地去除病原体、寄生虫卵和杂草种子,使污泥达到减量化、稳定化、无害化、资源化目的。
4.3 污泥晾晒技术
近年来,许多污水厂在污泥处置方面做了大量的工作,如北京排水集团的大兴污泥消纳场,其每天平均消纳300-400吨含水率为80%的脱水污泥,其处理工艺是:从污水厂送来的含水率为80%的脱水污泥首先在露天的场地进行条垛堆肥,然后在进行部分干燥处理;由于含水率为80%的脱水污泥在露天堆放,则受天气的影响很大,在雨季污泥很不容易干化,并且大量的污泥露天堆放对环境也有很大影响。为了解决上述问题,可以将含水率为80%的脱水污泥在阳光大棚内以0.4-0.6米的厚度堆放,并使用专用晾晒翻堆设备对污泥进行多次晾晒翻堆,使污泥含水率由80%快速降至60%,达到污泥好氧发酵的条件。该工艺是利用太阳能对污泥进行水分去处,工艺简单,耗能很低,并且污泥干化过程中产生的恶臭气体容易有效收集进行除臭处理。
4.4 污泥晾晒与好氧堆肥发酵处理集成技术
含水率为80%的脱水污泥在阳光大棚中经过晾晒翻堆后,其含水率由80%快速降至60%,再与好氧发酵菌种、部分添加剂(粉煤灰)等回填物及除臭剂充分混合以后,通过布料设备均匀送到卧室发酵仓内,在发酵仓内强制通风使物料充分好氧发酵,同时通过翻堆机搅拌使其均匀发酵并且推动物料向前运动。经十天发酵后物料的含水率已降至25%,干燥后的物料一部分作为回填物循环利用,一部分根据市场需要加入土壤营养素制成标准成品肥,如果市场需求不足可以一部分制肥,一部分不加入营养素直接输出作为园林绿化、土壤改良或回填土用。
【关键词】 城市污水;脱水污泥;处理
【中图分类号】X703 【文献标识码】A 【文章编号】1001-4128(2010)09-0169-01
1 问题的提出
随着我国城市化进程的加快,城市污水处理率逐年提高,城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加。未经恰当处理处置的污泥进入环境后,直接给水体和大气带来二次污染,不但降低了污水处理系统的有效处理能力,而且对生态环境和人类的活动构成了严重的威胁。为避免给水体和大气带来二次污染,对生态环境和人类的活动构成严重威胁,有必要对脱水污泥的处理现状进行研究,提出适合我国脱水污泥无害化处理的技术。
2 我国污泥处理现状
据估算,我国城市污水处理厂每年排放的污泥量(干重)大约为130万吨。而且年增长率大于10%,特别是在我国城市化水平较高的几个城市与地区,污泥出路问题已经十分突出。如果城市污水全部得到处理,则将产生污泥量(干重)为840万吨,占我国总固体废弃物的3.2%。
目前,我国污泥处理处置方法中,污泥农用占44.8%、陆地填埋占31%、其他处理约10.5%、没有处理约13.7%,这些所谓的“处理”和“处置”基本上都是在特定的条件下估算的,严格来说以上数字将会有很大的变化。据估计,我国用于污泥处理处置的投资约占污水处理厂总投资的20-50%,可以看出,污泥处理处置处于严重滞后状态。
污泥处理处置问题已经在大城市中表现出来。早期的污水处理厂,由于没有严格的污泥排放监督,普遍将污水和污泥处理单元剥离开来,为了追求简单的污水率,尽可能的简化、甚至忽略了污泥处理处置单元;有的还为了节省运行费用将已建成的污泥处理设置长期闲置,甚至将未做任何处理的湿污泥随意外运、简单填埋或堆放,致使许多大城市出现了污泥围城的现象并已开始向中小城市蔓延,给生态环境带来了极不安全的隐患。
目前我国虽然对污泥问题开始关注,但仍然停留在技术层次,2003年开始,我国主要大城市,开始尝试进行污泥处理处置规划,对其技术方案进行了充分论证。如:广州市近期采取生污泥填埋,远期将用于农肥;深圳市已完成专项规划,拟采取热干化加焚烧工艺;上海市则根据不同情况,采取处理分散化、处理集约化、技术多元化的方针;天津市计划建设3座污泥处理厂,采用污泥消化发电工艺,但尚无污泥最终的处置的方法。
3 我国城市脱水污泥处理现采用的主要方法
目前在我国脱水污泥处理中主要采取的方法有海洋倾倒、卫生填埋、焚烧、污泥热干化、堆肥等多种处理技术,各种方法有不同的优缺点。
目前世界各国基本上都不允许往海洋倾倒污泥;卫生填埋虽然操作简单、费用低,但是渗漏液难处理,影响地下水系;焚烧处理技术优势在于处理的彻底性,其减容率可达到95%左右,其有机物被完全氧化,重金属,(除汞外)几乎全部截流在灰渣中。但是该方法的缺点为投资和操作费用较高;在焚烧过程中产生飞灰、炉渣和烟气等难以处理的物质,且成本高;污泥热干化技术优点是占地少,自动化程度高,但如果污泥进行完全干化,干到含水0%以下能耗很大、设备投资高;污泥堆肥技术优点为利用生物能,节约能源,肥效好:其缺点占地面积大,周期长,易产生臭气等。
4 适合我国脱水污泥无害化处理的技术
综合以上污泥处理工艺技术的特点并结合我国国情,以及相关污水处理厂的资料,目前适合我国脱水污泥无害化处理的技术有:
4.1污泥预干化技术
污泥干化技术是通过热能对污泥进行水分去除处理,在干化过程中将耗去大量的热能,为了降低污泥干化所需要的热能,大量试验表明:脱水污泥经加热干化使含水率由80%降到60%时所消耗能量小,其主要去除的是污泥中的游离水;同样含水率在35%以下继续干化消耗能量也小,这两段的能量消耗基本接近理论值;污泥在含水率35%-60%之间,为污泥的塑性阶段,这阶段污泥的流体特性类似胶水。胶状、黏稠,很难处置,对其干化消耗能量急剧增加,很难干化。根据上述特性,干化污泥要避开污泥塑性阶段。要充分利用污泥干化特性,尽量在含水率60%以上,35%以下。在含水率为35%-60%之间干化耗能约为含水率60%以上和35%以下干化耗能的2.5倍;所以对脱水污泥需采用预干化技术,使脱水污泥含水率由80%降至60%,这样大大节约了能耗。
4.2 污泥高温好氧堆肥技术
污泥高温好氧堆肥技术是将含水50-55%的污泥进行好氧堆肥发酵,高温好氧发酵过程是通过好氧性微生物的生物代谢作用,使污泥中有机物转化成富含植物营养物的腐殖质,反映的最终代谢物是CO2、H2O和热量,大量热量使物料维持在60摄氏度以上的持续高温,降低物料的含水率,有效地去除病原体、寄生虫卵和杂草种子,使污泥达到减量化、稳定化、无害化、资源化目的。
4.3 污泥晾晒技术
近年来,许多污水厂在污泥处置方面做了大量的工作,如北京排水集团的大兴污泥消纳场,其每天平均消纳300-400吨含水率为80%的脱水污泥,其处理工艺是:从污水厂送来的含水率为80%的脱水污泥首先在露天的场地进行条垛堆肥,然后在进行部分干燥处理;由于含水率为80%的脱水污泥在露天堆放,则受天气的影响很大,在雨季污泥很不容易干化,并且大量的污泥露天堆放对环境也有很大影响。为了解决上述问题,可以将含水率为80%的脱水污泥在阳光大棚内以0.4-0.6米的厚度堆放,并使用专用晾晒翻堆设备对污泥进行多次晾晒翻堆,使污泥含水率由80%快速降至60%,达到污泥好氧发酵的条件。该工艺是利用太阳能对污泥进行水分去处,工艺简单,耗能很低,并且污泥干化过程中产生的恶臭气体容易有效收集进行除臭处理。
4.4 污泥晾晒与好氧堆肥发酵处理集成技术
含水率为80%的脱水污泥在阳光大棚中经过晾晒翻堆后,其含水率由80%快速降至60%,再与好氧发酵菌种、部分添加剂(粉煤灰)等回填物及除臭剂充分混合以后,通过布料设备均匀送到卧室发酵仓内,在发酵仓内强制通风使物料充分好氧发酵,同时通过翻堆机搅拌使其均匀发酵并且推动物料向前运动。经十天发酵后物料的含水率已降至25%,干燥后的物料一部分作为回填物循环利用,一部分根据市场需要加入土壤营养素制成标准成品肥,如果市场需求不足可以一部分制肥,一部分不加入营养素直接输出作为园林绿化、土壤改良或回填土用。