发布时间:

2020-08-12


  污泥处理 (sludge treatment ):对污泥进行浓缩、调质、脱水、稳定、干化或焚烧等减量化、稳定化、无害化的加工过程。

  定义

  污泥处理是对污泥进行减量化、稳定化和无害化处理的过程。污水处理程度越高,就会产生越多的污泥残余物需要加以处理。除非是利用土地处理或污水塘处理污水,否则一般的污水处理厂必须设有污泥处理设施。对现代化的污水处理厂而言,污泥的处理与处置已成为污水处理系统运行中最复杂、且花费最高的一部分。

  基本内容

  污泥基本类型

  污泥是由原废水中的固体物质和在废水处理过程中所产生的固体物质组成的。

  原污泥(raw sludge):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 (primary sludge):从初沉池底排出的初沉污泥含有的固体物质浓度约为3%~8%(1%固体物质浓度相当于100mL体积的污泥中含有1g的固体物)。初沉污泥固体物质中有机物约占70%,因此初沉污泥极易变成厌氧状态并产生臭味。

  二沉污泥 (secondary sludge):从二次沉淀池(或沉淀区)排出的沉淀物。

  活性污泥(activated sludge):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 (digested sludge): 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 (returned sludge):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 (excess activated sludge):活性污泥系统中从二次沉淀池(或沉淀区)排出系统的活性污泥。

  污泥气 (sludge gas): 在污泥厌氧消化时,有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。

  来源及其分类

  污泥处理前,首先要了解污泥的分类,才能确定污泥处理的方法:

  ⒈自来水厂沉淀池或浓缩池排出的物化污泥处理

  污泥分类:属中细粒度有机与无机混合污泥,可压缩性能和脱水性能一般。

  ⒉生活污水厂二沉池排出的剩余活性污泥处理

  污泥分类:属亲水性、微细粒度有机污泥,可压缩性能差,脱水性能差。

  ⒊工业废水处理产生的经浓缩池排出的物化和生化混合污泥处理

  污泥分类:属中细粒度混合污泥,含纤维体的脱水性能较好,其余可压缩性能和脱水性能一般。

  ⒋工业废水处理产生的经浓缩池排出的物理法和化学法产生的物化细粒度污泥处理

  污泥分类:属细粒度无机污泥,可压缩性能和脱水性能一般。

  ⒌工业废水处理产生的物化沉淀粗粒度污泥处理

  污泥分类:属粗粒度疏水性无机污泥,可压缩性能和脱水性能很好。

  污泥处理

  处理研究

  一个关于油泥处理的研究于2004年在中国进行。添加生物添加剂的生物修复法和传统的堆肥进行对比。含油污泥和油污染的土壤取之于油田。干污泥的总碳氢化合物含量为327.7 -371.2 g·kg-1,和油污染的土壤的总碳氢化合物含量为151.0 g·kg-1。在运用添加剂之前,在污泥和土壤中添加不同比例的秸梗、木屑、沙子和纯油并混合均匀。这些污泥和土壤组分用来无控制处理和通过激活原有微生物处理。而在堆肥中,粪肥和木屑添加到污泥中,总碳氢化合物含量为101.4 g·kg-1。生物添加剂每2周用一次,而实验环境温度下持续56天。污泥每3天加水搅拌一遍。在添加3次生物添加剂以后,含油污泥和土壤中的总碳氢化合物含量降低46-53%,在激活原有微生物法处理后,总碳氢化合物含量降低13-23%,无控制处理则没有油的降解。通过堆肥,则含油污泥中总碳氢化合物含量降低了31%。上述现象表明,生物修复可作为一种有效同样经济的方法处理含油污泥的方法。

  处理设备

  污泥干燥床

  在过去,污泥干燥床是最常采用的污泥脱水设备。由于污泥干燥床的操作与维护均很简单,因此特别适用于在一些小型污水处理厂使用。1977年,美国约有2/3的污水处理厂采用污泥干燥床;利用污泥干燥床所产生的脱水污泥量,约占全美国脱水污泥总量的一半。虽然污泥干燥床一般适用于温暖及日照充足的地区,但也有一些位于北部较寒冷地区的大型污水处理厂采用污泥干燥床。

  污泥固化拌和站

  采用了先进的工业计算机控制系统,实现了黄土、污泥、水泥和石灰的自动配比,具有计量准确、可靠性好、搅拌均匀、操作方便、环保好、生产效率高、故障率低等特点,特别适合连续作业,是污水处理厂处理污泥的理想设备。

  泥浆分离脱水机

  与板框压滤机对比:该机具有处理能力大、分离性能好、适应性强、劳动强度小、性能稳定、安装操作方便、占地面积小、维修费用低等优点,而且可以实现密闭的连续自动分离。

  卧螺离心机

  卧式螺旋卸料沉降离心机(简称卧螺离心机)是利用离心沉降原理分离悬浮液的设备。对固相颗粒当量直径=3um、重量浓度比:10%或体积浓度比=70%、液固比重差:0.05g/cm3的各种悬浮液均适合采用该类离心机进行液固分离或颗粒分级。

  带式污泥脱水机

  带式污泥脱水机是中国从美国引进的先进技术,经消化吸收,开发成功的一种高效脱水设备,可以连续压滤,产品采用高强度材料制作,具有处理能力大,脱水效率高,使用寿命长等显著特点。产品广泛应用于环境治理、蔬菜加工等需压榨脱水的行业。

  太阳能热泵技术污泥处理设备

  该系统主要利用太阳能、地热能等清洁能源作为污泥干化的热源,能将含水量80以上的泥浆干化成含水量35以下的干料,节电、节煤、环保;整个系统为自动化远程控制,有效降低了污泥处理处置成本,为污泥处理处置提供了一种低碳环保的解决方案。

  该系统包括温室部分、输送部分、通风部分、集热部分(包括太阳能集热系统和热泵系统)、自动化控制部分以及有害气体收集和除臭等其他附属装置。

  利用太阳能作为主要能源,满足可持续发展的需求;

  耗能小,运行管理费用低,蒸发1t 水耗电量仅为60-80kW·h,而传统的热干化技术需耗电为800-1060kW·h;

  经干化处理后,污泥体积可减少到原来的1/3-1/5,实现稳定化并保留其原有的再利用价值;

  系统运行稳定、安全、灰尘产生量小;

  自动化程度高、操作维护方便、使用寿命长;

  系统透明程度高,环境协调性好。

  其系统组成有:

  污泥输送系统

  由接料仓、螺旋进料机、插板阀、污泥泵、管道组成。整个系统液压部分采用意大利泵、阀。螺旋进料机与料仓之间用插板阀连接,便于检修。推送机采用S摆管的设计。含水85%左右的泥饼由卡车卸入料仓,经螺旋进料机喂入液压推送机,推送机将污泥由管道输送,整个过程无异味,做到不污染环境的同时可实现长距离、大扬程输送。管道可根据建筑结构灵活设置,输送量精确,配备通讯接口实现远程控制。还可选用皮带、斗提等传统输送方式。

  温室供热系统

  由太阳能集热器、集热水箱、恒温水箱和PLC控制等组成,集热水箱与自来水补水管相通,自来水补水管上设有水源电磁阀,集热水箱内设有水位传感器;PLC根据所述水位传感器输出的水位信号控制水源电磁阀的开闭,以自动给集热水箱补水,实现定时、定量上水,集热水箱内的水量可根据实际情况得到控制。通过安全排气阀来释放蒸汽,并通过供热控制阀控制集热器阵列供热的面积,确保了系统运行的稳定性和安全性。

  温室系统

  由温室主体、内保温部分、通风部分、供暖部分、气象站等组成。温室主体为文络式阳光板温室,阳面中空玻璃。选用保温幕布,减少辐射热的流失。通风采用风机,顶部采用蝶形方式交错开窗,可根据室内外温湿度、光照度实现自动开关。供暖系统根据《地面辐射供暖技术规程》JGJ142-2004设计。

  污泥翻泥布料系统

  由污泥摊铺机、螺旋喂料机、皮带式输送机、干料仓、有害气体探测仪、工业监控系统等组成。全自动翻泥机为变频电机,可自动调节翻泥速度,使污泥得到均匀翻动,实现表面翻新和蒸发水分。过程中也起到对污泥供氧的作用,避免污泥局部厌氧菌繁殖而释放恶臭气体。系统安装了H2S和NH3探测器,可实现实时监控。

  控制系统

  自动化控制系统采用组态软件+PLC的基本控制方式,上位机通过与PLC及智能仪表通讯实现对各个设备的监测与控制,PLC通过内部程序能够独立运行。上位机采用台湾研华工业计算机,生产工艺路线在计算机界面能够模拟显示。工艺参数点数据可以实现计算机界面显示、调整、设定,并进入程序。工艺运行参数可随机调取、打印,故障监控可实现故障点、故障类型、发生时间的瞬间记录和报警功能。配置了智能电度表,实时记录干化过程的能耗数据,折算干化成本。

  处置技术

  ⒈污泥处理利用的一般技术

  ⑴污泥的堆肥化处理技术

  ⑵污泥的建材化技术

  ⑶污泥的燃料化技术

  ⑷污泥的厌氧消化(制沼气)技术

  ⒉太阳能污泥干化技术

  ⒊污泥的电离辐射处理技术

  ⒋ 微波技术在污泥处理中的应用

  ⑴微波辐照污泥处理技术

  ⑵微波化学分析技术

  ⒌ 超声波处理污泥技术

  ⒍ 重金属的生物有效性及植物脱除技术

  ⒎ 污泥的微生物处理技术

  ⑴ 微生物淋滤技术

  ⑵ 微生物吸附处理法

  ⑶ 微生物脱臭技术

  ⒏新兴污泥热化学处理技术

  ⑴ 湿式氧化技术

  ⑵ 活性污泥作黏结剂

  ⑶ 剩余污泥制可降解塑料

  ⑷ 污泥制活性炭

  ⑸ O3/H2O2氧化技术

  ⑹ UV/O3氧化技术

  ⑺ UV/H2O2氧化工艺

  ⑻ 其他热化学处理技术简介

  污泥浓缩

  浓缩是常用的固液分离方法,可通过两种方式完成:固体上浮至混合液上端,或沉降至混合液底部。前者一般称为气浮,后者则称为重力浓缩。污泥浓缩的目的主要是在进行污泥消化或脱水之前,尽量将多余的水分从污泥中分离。一般来说,污泥浓缩可有效减少污泥处理后续单元如消化、脱水所需的处理容量,而后续单元因容积减少所节省的成本,远高于污泥浓缩单元的设置与运行费用,因此设置污泥浓缩单元有助于降低污泥处理过程的总成本。

  污泥调理

  化学调理

  污泥调理的主要目的是促进污泥的固液分离。在目前可利用的技术中,最常用的方式是是在污泥中添加混凝剂,如氯化铁、石灰或有机高分子絮凝剂,污泥焚化灰渣也可用作污泥调理剂。在混浊的液体如污泥中加入混凝剂,可促进固体物质的凝聚,使其更容易与水分离。近年来有机高分子絮凝剂在污泥调理方面的应用日渐广泛,有机高分子絮凝剂易于处理,所占体积小,使用起来操作简单,且非常有效。絮凝剂一般在脱水之前注入污泥中,并与污泥充分混合。

  热处理

  另一种污泥调理方法是将污泥在高温(175~230℃)及高压(1000~2000kPa)下加热,污泥固体中的结合水被释放出来,因此可改善污泥的脱水特性。热处理的优点是污泥调理后的脱水性比使用化学调理剂更佳;缺点是系统的操作与维护较为复杂,同时污泥热处理也会产生高浓度的蒸煮液,当其回流至污水处理厂时,将明显增加处理单元的负荷。

  污泥稳定

  污泥稳定的主要目的是利用生化方法降解污泥中的有机固体物质,使污泥更为稳定(减少臭味及腐败),且更容易脱水,同时减少污泥质量。一般而言,如果直接进行污泥脱水和焚烧,则不需要稳定处理。污泥稳定有两种基本方式:一种是在密闭的反应器中隔绝氧气下进行,称为厌氧消化;另一种则是在污泥中通入空气,称为好氧消化。

  污泥脱水

  真空脱水机

  真空脱水机由覆盖有过滤材料或滤布的圆柱形滚筒构成,滚筒旋转时部分侵入污泥槽中,而槽中污泥已经过调理。当滚筒内部有一定真空度时,污泥中的水分便被吸入滚筒,并在滤布表面留下固体物质而形成滤饼。当滚筒继续旋转,刮刀将形成的滤饼刮除,滚筒继续进入下一个脱水循环。在某些类型的真空脱水机中不使用刮刀,而是使用一组小型滚轮来移除滚筒表面的滤饼。

  连续式带滤脱水机

  污水处理厂所使用的连续式带滤脱水机,与水处理厂所使用的连续式带滤脱水机大致相同。

  连续式带滤脱水机适用于各种混合污泥的脱水,处理固体含量为5%的典型消化混合污泥,滤布固体物负荷为32.8kg/(h·m2)时,可得到固体含量为19%的脱水污泥饼。一般来说,连续式带滤脱水机对不同污泥的脱水效果,与使用真空脱水机相当。而与使用真空脱水机相比,连续式带滤脱水机不易发生污泥粘附滤布的问题,且其动力消耗较低。

  污泥干燥

  污泥干燥是应用人工热源以工业化设备对污泥进行深度脱水的处理方法,尽管污泥干燥的直接结果是污泥含水率的下降(脱水),但与机械脱水相比,其应用目的与效果均有很大的不同。污泥机械脱水(也包括污泥浓缩),其应用的目的以减少污泥处理的体积为主(污泥浓缩和机械脱水通常均可使污泥体积减少4倍左右),但脱水污泥饼除了含水率和相关的物理性质,如流动性与原状污泥有差异外,其化学、生物等方面性质并不因脱水而产生变化。污泥干燥则由于提高水分蒸发强度的要求,使用人工热源,其操作温度(对污泥颗粒而言)通常大于100℃,干燥对污泥的处理效应,不仅是深度脱水,还具有热处理的效应;加之,污泥干燥处理的产物,其含水率可控制在20%以下,即达到抑制污泥中的微生物活动的水平,因此污泥干燥处理可同时改变污泥的物理、化学和生物特性。

  污泥干燥床

  在各种形式的污泥干燥床中,干燥砂床是最古老也是最常见的一种。干燥砂床在设计上有多种变化,包括排水管线配置、砾石层及砂层厚度及砂床建材等。在自来水净水厂中使用的污泥干燥床,其结构与污水处理厂所使用的污泥干燥床类似。

  新技术

  我国污泥处理处置的现状近年来,在我国节能减排政策与积极财政的作用下,城镇污水处理得到了迅速发展,水环境治理也取得了显著成效。但同时,在污水处理时大量产生的污泥却没有得到有效的处理处置,对环境造成极大的危害,并严重影响我国节能减排战略政策的实施。

  污泥作为一种固体废弃物,已经成为继城市垃圾污染的第二大固体废物污染源。传统的污泥的主要处置方式有填埋、焚烧、排海、农用等。但是传统的处理方法也存在一些弊端,无法对污泥进行资源化利用,不能满足现在对污泥处理的技术要求,因此对污泥处理资源化利用新技术的研发具有重要的现实意义。污泥的处理处置应从环境污染、卫生安全和经济效益等多方面综合考虑,具备能源回收利用的污泥处理新技术将在污泥处理处置中发挥着不可替代的作用。

  随着环保力度的加强和人们对已有污泥处理处置技术局限性的进一步认识,世界各国都在投入重金研发新技术,争取找到更经济、更合理的污泥处理方案。

  污泥处理技术

  该技术创新采用污泥洗涤工艺,首先洗出污泥中有机物质,分离无机物质污泥土,再将有机污泥浓缩进行高温厌氧消化处理。沉淀污泥经过洗涤洗出污泥中一半固体无机污泥土,减少了一半生物处理量,节省工程投资和处理费用;单独处理有机污泥,去除了无机污泥土在反应器中的沉淀,减少了设备磨损和反应器的维护;沉淀污泥经过洗涤洗出污泥中大部分容易沉淀的重金属和无机污泥土,提高了有机肥的品质;洗涤出的污泥土还可生产路面彩砖、透水砖。其他创新工艺:超高温厌氧消化、多级厌氧消化、沼渣漂浮等,污泥生物处理速度提高了几倍和沼气产量提高20%以上。

  沉淀污泥生物处理系统,工程设计创新采用地埋式、紧密型、多级消化反应器设计,几个独立的厌氧消化反应器你中有我我中有你浑然一体,节省建筑材料,采用混凝土结构造价低廉。前国内外现有的厌氧消化反应器普遍采用地上式结构,地上式结构能使配备设备便于维护和有利沼渣排放预防沼渣沉淀。该生物处理系统工程设计很好地解决了配套设备的维护和沼渣沉淀,系统配备设备少,只需要几台水泵,就是水泵坏了更换一台用不完20分钟,保证设备检修不停产;沉淀污泥经过洗涤去除了容易沉淀的无机污泥土,有机污泥经吹浮系统作用全部漂浮不会沉淀。地埋式厌氧消化反应器不仅投资少、不占用土地,而且还能防地震、防雷击和使用寿命长、减少消化系统的热量损失。

  污泥发酵技术

  传统污泥处理方法有3种:焚烧、填埋和资源化利用。国外多采用焚烧工艺,但投资巨大,易造成大气污染;国内多采用填埋,但需要占用大量的土地,同时会造成环境的二次污染;国内上海等大中城市土地再生资源很少,难以长期采用此方式。陈立侨介绍说,用微生物处理污泥前景广阔。经污水处理厂现场试验和实际应用,每处理1吨污泥可获得150元左右的经济效益。上海市每年排放污泥约140万吨,如果有20%的污泥用微生物好氧发酵处理,直接经济效益约为4200万元。此外,利用微生物好氧发酵,还能消除污泥的恶臭,有效控制污泥的二次污染,环境效益同样显著。

  将污泥发酵成有机肥,如再加入部分牛粪等,就会发酵成优质的有机肥,具体操作方法如下:

  1、加菌。1公斤金宝贝肥料发酵剂可发酵4吨左右污泥+牛粪。需按重量比加30-50%左右的牛粪,或秸秆粉、蘑菇渣、花生壳粉、或稻壳、锯末等有机物料以便调节通气性。其中如果加入的是稻壳、锯末,因其纤维素木质素较高,应延长发酵时间。菌种稀释:每公斤发酵剂加5-10公斤米糠(或麸皮、玉米粉等替代物)拌匀稀释后再均匀撒入物料堆,使用效果会更佳。

  2、建堆。备料后边撒菌边建堆,堆高与体积不能太矮太小,要求:堆高1.5-2米,宽2米,长度2-4米

  2、拌匀通气。金宝贝肥料发酵剂是需要好(耗)氧发酵,故应加大供氧措施,做到拌匀、勤翻、通气为宜。否则会导致厌氧发酵而产生臭味,影响效果。

  4、水分。发酵物料的水分应控制在60~65%。水分判断:手紧抓一把物料,指缝见水印但不滴水,落地即散为宜。水少发酵慢,水多通气差,还会导致“腐败菌”工作而产生臭味。

  5、温度。启动温度应在15℃以上较好(四季可作业,不受季节影响,冬天尽量在室内或大棚内发酵),发酵升温控制在70-75℃以下为宜。

  6、完成。第2-3天温度达65℃以上时应翻倒,一般一周内可发酵完成,物料呈黑褐色,温度开始降至常温,表明发酵完成。如锯末、木屑、稻壳类辅料过多时,应延长发酵时间,待充分腐熟。

  发酵好的有机肥,肥效好,使用安全方便,抗病促长,还可培肥地力等。

  污泥熔化技术

  针对污泥焚烧过程中存在的二次污染,科研工作者开发出了污泥熔化技术,该技术使污泥处于焚烧灰熔点温度(通常为1300~1800℃)之上燃烧,不仅可完全分解污泥中的有机物、灭杀病菌,同时所形成的熔渣密度比焚烧灰高2/3,达到了灰渣大幅度减容的效果。污泥中的重金属因被固定在玻璃态的熔渣中而具有不熔出的活性,所以污泥熔化后的熔渣可用作建材。

  石灰投加技术

  脱水后的污泥进入料斗,料斗中加入石灰和氨基璜酸,石灰投量为湿泥量的10%一15%,氨基璜酸的投量约为石灰投量的1%。由于氨基璜酸在反应过程中产生氨气,增强了整个工艺的杀菌效果,降低了反应温度。污泥、生石灰和氨基璜酸在料斗中搅拌后,由双螺旋进料机推入柱塞泵进料口,通过柱塞泵送入反应器,在70℃下停留30 min,输出的产品可达到美国EPA PART503 CLASS A标准。反应后的污泥泵送至料仓,密封容器中产生的气体经洗涤塔处理后排放。

  该工艺的特点:pH>12,延续时间长,杀菌彻底;高pH使大部分金属离子沉淀,降低了其可溶性和活跃程度;污泥的含固率可提高至30%;去除了污泥中的臭气,系统全密封,无环境污染;系统全自动,操作维护简单:加入少量氨基璜酸,减少了石灰用量和反应时间,降低了运行成本。

  污泥碳化技术

  污水工艺优化可降低剩余污泥产量,污泥破壁及强力干化技术能提高污泥的脱水性能;最终通过污泥碳化技术来实现污泥的资源化,从源头上解决污泥的产量,最终达到污泥零排放的目的。

  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。

  ⑴高温碳化。碳化时不加压,温度为649—982℃。先将污泥干化至含水率约30%,然后进入碳化炉高温碳化造粒。碳化颗粒可以作为低级燃料使用,其热值约为8 360—12 540 kJ/kg(日本或美国)。该技术可以实现污泥的减量化和资源化,但由于其技术复杂,运行成本高,产品中的热值含量低,当前尚未有大规模地应用,最大规模的为30删湿污泥。

  ⑵中温碳化。碳化时不加压,温度为426—537℃。先将污泥干化至含水率约90%,然后进入碳化炉分解。工艺中产生油、反应水(蒸汽冷凝水)、沼气(未冷凝的空气)和固体碳化物。另外,该技术是在干化后对污泥实行碳化,其经济效益不明显,除澳洲一家处理厂外,尚无其他潜在的用户。

  ⑶低温碳化。碳化前无需干化,碳化时加压至6—8 MPa,碳化温度为315℃,碳化后的污泥成液态,脱水后的含水率50%以下,经干化造粒后可作为低级燃料使用,其热值约为15 048~20 482 kJ/kg(美国)。该技术通过加温加压使得污泥中的生物质全部裂解,仅通过机械方法即可将污泥中75%的水分脱除,极大地节省了运行中的能源消耗。污泥全部裂解保证了污泥的彻底稳定。污泥碳化过程中保留了绝大部分污泥中热值,为裂解后的能源再利用创造了条件14t。