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汙泥處置概況
瀏覽: 發布日期:2019-11-06

 

隨著汙水處理設施的普及、處理率的提高和處理程度的深化,汙水廠的汙泥產生量將有較大的增長,由此引起的二次汙染問題已不容忽視。因此如何合理地處理、處置汙泥,已成為城市汙水廠和相關部門必須引起重視的問題。
國內外汙泥處理與處置的方法很多,一般采用濃縮、消化、脫水、幹化、有效利用(多為農用)、填埋及焚燒等,或用其中幾個方法組合處置。應該說,對汙水廠汙泥的處理和處置,亞遊遊戲與先進國家相比,差距較大。
城市汙水廠的汙泥是指處理汙水所產生的固態、半固態及液態的廢棄物,含有大量的有機物、重金屬以及致病菌和病原菌等,不加處理任意排放,會對環境造成嚴重的汙染。對汙泥處理總的要求是穩定化、無害化和減量化。
國家對城市汙水汙染控製的技術政策及新頒布的城鎮汙水處理廠汙染物排放標準(GB 18918-2002),對城市汙水廠的汙泥穩定和農田利用有明確的要求。但實際情況是,汙水處理廠的建設往往隻注意汙水處理要達到排放標準。
近幾年,由於有脫磷脫氮要求,演變出不少汙水生物處理工藝,而對汙泥處理和處置,設計中一般隻將脫水汙泥外運和綜合利用,未計算其投資和經常費用,這勢必會造成二次汙染。處理廠建得越多,汙泥的二次汙染亦越廣泛。未經穩定處理的汙泥,因有機物含量高,極易腐敗並產生惡臭,尤其是初沉澱池的汙泥,含有大量病菌、寄生蟲卵及病毒,易造成傳染病的傳播。
一 汙水汙泥的處理和處置
通常把汙水廠汙泥的穩定和脫水(一般脫水至含水率達70%~80%)稱作汙泥的處理;將汙泥的堆肥、填埋、幹化和加熱處理及最終利用,稱為汙泥的處置。如脫水汙泥中有毒有害物質超過農用標準,就要考慮衛生填埋和汙泥幹化焚燒技術。從國外汙泥處理的發展來看,無論在歐洲、日本或美國對汙泥用於農田控製越來越嚴,而對汙泥進行幹化和加熱處理的比例正逐年增加。
1、汙水汙泥的處理
汙泥穩定處理有好氧穩定和厭氧穩定,好氧穩定有很多優點,但能耗很高,隻有當汙泥量較少時才采用。汙泥厭氧穩定處理通常采用中溫(35℃)厭氧消化方法。國內已有十幾座大型汙水處理廠采用此方法,汙泥經消化後,有機物含量減少,性能穩定,總體積減少,汙泥消化過程中還產生大量沼氣(消化降解1kgCOD可產生350L沼氣)可以回收利用。
但由於消化裝置工藝複雜,一次性投資大,運行有難度。汙泥厭氧消化和沼氣利用裝置費用,約占汙水處理廠投資和運行費的30%左右,而且大多需進口技術和設備。從調查已建消化池的實際運行看,隻有少數達到預期的效果。有管理、設計問題,亦有沼氣利用的經濟性和安全性問題。
比較好的如天津市東郊汙水處理廠,該廠設計規模為處理城市汙水40萬m3/d,汙泥日產2460m3(含水率96%),產生沼氣13300m3,供4台248kW發電機發電,日可發電27000度,並與市電並網。
汙泥的穩定問題,除了采取汙泥厭氧消化外,還應結合汙水處理工藝中考慮少產生汙泥和穩定泥質的方案。例如汙水處理工藝設計中采用延長汙水曝氣時間,減少汙泥的產量;設計參數中增加汙泥泥齡(如泥齡20天以上),盡量使汙泥趨向穩定的汙水處理工藝。
對中小型汙水處理廠來說,采用帶有延時曝氣功能處理工藝(如氧化溝等處理工藝)是可取的。有的汙水處理工藝投資低(如AB法的A段),而汙泥量較多,增加了汙泥的處理成本。故應當把汙水處理和汙泥處理統一考慮,一並計算投資和運行費用。
汙泥的穩定並不等於汙泥無害,用於農田還需要符合國家標準中關於汙泥農用時汙染物控製標準限值。其中對鎘、汞、砷、苯並芘、多氯聯苯的要求是比較高的,應該通過嚴格控製工業廢水源頭的排放,來控製汙泥的性質。
 
國外在汙泥穩定方麵,除了用生物法(包括中溫消化、高溫消化及利用微生物和某些添加劑)外,還采用了化學法,有的將脫水後的汙泥加鹽酸調pH值至2~3,反應60分鍾再加硝酸鈉;有的對脫水汙泥添加石灰。後者在歐洲應用較多。
2、汙水汙泥的處置
(1)製複合肥
按我國目前的經濟條件,對多數汙水廠(特別是大量小型汙水廠)來說,汙泥用於農田是比較可行和現實的方案。汙泥中的氮、磷、鉀和微量元素,對農作物有增產作用;汙泥中的有機質、腐殖質是良好的土壤改良劑。
汙泥經適當濃縮、脫水後運至市郊或鄰近省份作為農肥,是許多汙水廠采用的方法。但農田施肥有季節性,不需要泥肥時,汙水廠會泥滿為患,影響正常運行。於是一些汙水廠支付費用,讓農民把汙泥拉走,而不問其去向,這會造成二次汙染。
北京市環境科學研究院和北京市農業科學院合作,對北京市密雲縣汙水處理廠的汙泥,通過堆肥加工成複合肥,進行了用於農田的試驗。該廠每天處理15000m3城鎮汙水,汙泥產量5~6t/d(含水率80%),由於采用酸化—好氧汙水處理工藝,汙泥質量不錯。
添加一定數量的N、P、K做成複合肥(N、P、K的比為1∶0.9∶0 .4),並直接造粒為汙泥顆粒肥。通過在北京市大興縣龐各莊冬小麥田試驗以及在溫室內進行的油菜和玉米苗期盆栽施肥試驗,均取得可喜的結果。由於是製成顆粒狀汙泥肥料,便於運輸和貯存。
(2) 衛生填埋
上海市對汙水廠的汙泥處置提出“處理一點,填埋一點,利用一點”的原則,上海市水務局組織對汙泥處理、處置和利用的專題研究,提出汙泥用作農田、衛生填埋和汙泥焚燒點的布局和具體的分期實施方案,防止產生二次汙染。這無疑是正確的舉措。
上海白龍港大型汙水廠,按衛生填埋要求建設汙泥填埋場,根據汙泥性質、含水率及力學特性等因素進行設計。填埋廠使用期為七年,填埋場底部設有盲管將滲濾液再回到汙水廠處理。此法占地大,運行工作量大,遇雨季汙泥更難以壓實,到使用期限後仍需另選場址。
對大型汙水廠采用汙泥衛生填埋,是不得已的權宜之計。衛生填埋場的造價不低,國外對衛生填埋場還要有沼氣安全收集係統,對分層複蓋的泥土和排水、綠化有專門的要求。鑒於地價上升和填埋場有臭味,近幾年來,無論歐盟國家或美國、日本,汙泥衛生填埋的比例越來越小,美國已有的填埋場還將逐步關閉。
有些城市(如成都市)擬將汙水廠汙泥運至城市垃圾填埋場一並處置,這存在兩個實際問題:
一是管理體製上的問題。垃圾的中轉站和填埋場的布點、設計和投資,屬環衛局管理,而汙水廠的汙泥屬市政係統管理,設計垃圾填埋場使用年限和布點距離未考慮接納汙水廠汙泥;
二是脫水汙泥含水率過高。運往垃圾填埋場的汙泥,要求含水率不大於30%,而目前汙水廠的脫水汙泥含水率在70%~80%,這類汙泥不易碾壓填埋,除非將汙泥作適當幹化或加石灰、絮凝劑處理。無論作何種填埋,汙泥宜采取高幹度脫水方案。
(3)幹化、焚燒
國內近幾年在一些大城市已建和正建一批城市垃圾焚燒場。但汙水廠的汙泥作焚燒處置,某汙水處理廠(設計規模為40萬m3/d)設有汙泥焚燒爐裝置。焚燒爐采用國外技術在國內製造,汙泥的幹化和焚燒設備總投資為人民幣8000萬元,費用並不算高。
由於汙泥幹化和汙泥焚燒相結合比單汙泥焚燒一次性投資少,處理成本低,故汙泥幹化往往是焚燒的前處理。北京市某汙水廠二期工程和天津市某汙水廠,擬先建汙泥幹化裝置。汙泥幹化可使汙泥含水率控製在10%~40%,減少了汙泥的體積和重量,降低了運輸費和填埋費,而且汙泥的臭味大為減少。
幹化裝置分直接幹化和間接幹化,其能量消耗與汙泥成份和水分有關。間接幹化(利用沼氣通過熱交換器)一般推薦用立式幹化裝置,並選用流化床工藝。幹化與焚燒串聯工藝中,幹化的程度取決於汙泥的熱值和回收焚燒爐的熱能,使幹化的能量盡量平衡,不另外添加燃料。
上海石洞口設計汙泥的幹化和焚燒,汙泥熱值高,能源平衡有餘。汙泥流化床焚燒爐,溫度在800℃以上,爐內有砂粒循環使用,外排氣體要適當處理。汙泥焚燒爐遠比垃圾焚燒爐的工藝簡單得多,且汙泥焚燒不會產生二惡英。
如脫水汙泥與垃圾一並焚燒,國外的經驗是每噸垃圾添加15%~20%含水率為30%的汙泥。汙泥的幹化和焚燒,可能將是一些大城市大型汙水處理廠的發展方向。當然,由於國外對焚燒爐排塵有嚴格的要求,除了采用電除塵,還要降溫加溫,加酸加堿,達到無煙塵的排放。
(4)填埋與焚燒的比較
上海和浙江一些單位作過汙泥衛生填埋及焚燒處置的方案比較。其主要工藝流程為:
原汙泥→濃縮→消化→脫水→衛生填埋
原汙泥→濃縮→(消化)→脫水→焚燒→焚燒灰填埋
對於焚燒處理工藝,為了避免消化後汙泥熱值減少,也可以不作汙泥消化處置。上述兩個工藝的經濟性比較結果,無論采用國產設備或進口設備,二者的處置工程費用基本相同。按國產設備對汙泥進行處置,運行費用折成汙泥幹固體,處理總成本約為800元/t。
以10000m3/d汙水廠產生2噸DS計—DS為每天產生的絕幹(沒水分)汙泥量(kg),每噸汙泥處理成本約為0.16元,與國內大型汙水處理廠汙水處理成本(不計折舊和還貸利息)0.3~0.45元/m3相比,需增加成本35%~50%,這與國外的實例相當。
既然汙泥的衛生填埋與汙泥的焚燒其工程費和運行成本大致相當,那麽,從汙泥無害化和減量化看,焚燒方案有明顯的優點。這亦是國外(特別是西歐和日本)汙泥焚燒發展較快的原因。荷蘭的汙泥是100%采用焚燒處置的。焚燒後少量的泥灰可用於混凝土、磚瓦製品、路基路麵的骨料和工程建設的回填土。
 汙水汙泥處理和處置應注意的問題
1.設計城市汙水處理設施時,要把工業汙染源控製、汙水處理工藝和汙泥的處理和處置,作為一個係統來考慮。上海市對全市大小汙水廠的汙泥成份、數量進行分析,在此基礎上,對汙泥的處置作全麵規劃,協調多方關係,落實分期實施方案,這是正確的。不認真處置汙水廠的汙泥,汙水處理是不完整的。
2.對汙泥的最終處置,亞遊遊戲缺乏經驗,如汙泥的幹化和焚燒裝置的設計,比汙水處理工藝複雜得多,亞遊遊戲應認真學習、引進、消化、吸收國外的技術和經驗,同時要製訂和完善汙泥處置有關的法規和標準。我國一些汙水處理廠的汙泥消化、沼氣利用裝置,基本上都是引進國外的技術和設備。
3.采用多途徑來解決汙泥問題。大廠與小廠不一樣,南方與北方亦不一樣。有的地方汙泥可與垃圾處置相結合,有的地方汙泥可與發電廠燃煤相結合。對量大麵廣的小型汙水廠的汙泥,要總結農用的經驗。
在汙泥幹化和加熱技術上,還可考慮利用太陽能、微波和濕式氧化等多種方案。有的汙泥可與工業廢水治理中的汙泥一並處理。要善於總結各地的經驗和教訓,大力發展國產化設備,這是一項朝陽產業。要積極探索適合國情的低成本、無害化、多用途的汙泥處理和處置途徑。
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某城市汙水處理廠汙泥處理處置方案的選擇
1 城市汙水處理廠現狀
1.1 汙水處理廠
該汙水處理廠處理規模為16 萬m3·d-1(分兩期建設完成,其中一期為3 萬m3·d-1,一期已經穩定運行4 年,現在正進行二期建設),以城市生活汙水為主,服務麵積62km2,服務人口30 萬人。二級處理,采用DE 氧化溝工藝為汙水處理的主要工藝。
1.2 汙泥基本情況
1.2.1 汙泥的來源與性質
汙泥主要來源於氧化溝工藝產生的剩餘汙泥,汙泥顆粒細、比重小,含水率在99.2%~99.6%之間。汙泥中含有促進植物生長的氮、磷、鉀等營養元素,還含有寄生蟲卵和病原菌等微生物,有機物含量約為50%~60%。受進水水質影響,汙泥中還有重金屬離子和有毒有害物質,但該城市規劃區內工業企業較少,汙水中工業汙水所占比例一般不超過 10%,汙泥中金屬離子以及有害物質較少。
1.2.2 汙泥產量汙泥
幹重25.6t·d-1, 含水率為99.4% 時體積為 4266.7m3·d-1,脫水後,泥餅含水率為76%~80%,體積約為106.7~128 m3·d-1左右。
2 汙泥處理方案的比選
汙泥處理的目的主要有以下幾點:穩定化使之消除惡臭;無害化殺死蟲卵及病菌;減容化,運輸降低含水率使之易於運輸處置、利於實現汙泥資源化。城市汙水廠汙泥穩定化技術主要有厭氧消化、好氧消化、汙泥堆肥以及汙泥焚燒等。汙泥濃縮、脫水以及焚燒是汙泥減容的主要技術。無害化中主要采用生物法與化學藥劑穩定法,國內外普遍采用生物法。生物法中主要有厭氧穩定,好氧穩定。結合汙泥最終處置,該城市汙水處理廠汙泥處理有以下兩種方案可供選擇:汙泥脫水方案,汙泥消化後脫水方案。
兩種汙泥處理方案的工藝流程見圖1、2。


由於該城市地處西北地區,一方麵汙水治理迫在眉睫,另一方麵建設資金緊缺,如何確定汙水處理的近期、遠期目標就顯得非常重要。傳統活性汙泥法(普通曝氣法)、AB 法工藝、由於泥齡短,汙泥沒有達到好氧穩定,須采用汙泥消化脫水方案,以達到穩定化,無害化的目的。
而該汙水處理廠采用的DE 氧化溝工藝中產生的剩餘汙泥由於泥齡長,已初步得到好氧穩定,剩餘汙泥中有機物含量較少,因此本廠擬采用汙泥脫水方案,這樣就大大降低了近期建設資金及運行資金,同時簡化操作管理工作量。
當然隨著環保要求提高,經濟實力增強,可以通過進一步延長汙泥泥齡或增加厭氧消化裝置來完成汙泥穩定化,無害化處理。綜上所述,目前該城市汙水處理廠汙泥處理推薦汙泥脫水方案,同時可以查看中國汙水處理工程網更多關於汙泥處置方案的技術文檔。
3 汙泥處置方案選擇
為避免汙水處理廠汙泥對環境的二次汙染,各國政府對汙泥的最終處置十分重視,並根據各國的國情製定出汙泥處置的法規和具體方案。歐美國家根據各自具體情況製定城市汙泥土地利用技術標準。歐共體將汙水廠和自來水廠汙泥劃為“特殊垃圾”(不是“危險垃圾”),必須具有資格的企業按照規定的程序進行妥善處理,不得棄置。填埋、焚燒、作農肥、投海和製造建築材料等是目前汙泥處置和綜合利用的主要途徑。
衛生填埋始於20 世紀60 年代,是在傳統填埋的基礎上經過科學選址和必要的場地防護處理,具有嚴格管理製度的科學的工程操作方法。汙泥填埋是一項比較成熟的汙泥處置技術,其優點是處理容量大、見效快、操作簡單,但也存在一些問題,如合適的場地不宜尋找,汙泥運輸和填埋場地建設費用較高,有害成分的滲漏對地下水的汙染,填埋場的衛生、臭氣問題造成二次汙染等。
可見填埋並沒有最終消除汙染,隻是起到延緩的作用。該城市屬於中等正在發展的城市,隨著城市的發展城市人口不斷增長,產生的生活垃圾量也隨之增多,在該城市近郊正在籌建垃圾填埋廠,該垃圾填埋廠的容量隻夠該城市15 年的生活垃圾填埋量,而沒有多於的容量用來填埋汙水處理廠的汙泥,近郊也沒有合適的地方能夠用來做汙泥填埋廠。所以衛生填埋這種汙泥處置方式在這個城市不能選擇。
一般情況下,當汙泥不符合衛生要求,有毒物質含量高,不能作為資源化利用,同時汙泥自身的燃燒熱值較大時,才考慮采用汙泥焚燒並回收熱量。汙泥經焚燒後,產生的熱能可用於發電、取暖等。
焚燒的技術優勢在於其處理的徹底性,可達最大限度減量化的目的,減量率可達到9%左右,其有機物被完全氧化, 重金屬幾乎全被截留在灰渣中。但焚燒存在以下幾個問題:
(1)焚燒所需投資大,設備需引進,運行管理複雜;(2)在焚燒過程中產生飛灰、爐渣和煙氣,研究發現,在焚燒的灰渣中,尤其是飛灰屬於危險廢棄物,若處理不當容易滲漏而汙染地下水體、附近地表水體和土壤,進而危害人類健康;(3)在排放的煙氣中含有二惡英和呋喃等劇毒物質,產生二次汙染;(4)汙泥中的有用成分未得到充分利用, 浪費了大量有利於植物生長的營養元素。
該城市汙水處理廠在建設初期資金還比較緊張,還沒有能力投資汙泥焚燒,另外該汙水處理廠產生汙泥本身含有的有毒物質含量低,汙泥有機成分低,自身燃燒值不大,所以不選擇焚燒法作為其最終處置方式。
曆史上,某些沿海地區,采用汙泥投海的方法。而該城市地處內陸根本不可能采取投海的處置方式。對於製造建築材料由於汙泥是一種新型的原料,當地還沒有具有這樣技術的企業合作,所以也不可取。
我國是農業大國,無論從經濟因素還是從肥效利用因素出發,汙泥農用資源化都是一種符合我國國情,具有廣闊前景的處置方法。由於連續耕作,植物根係對營養成分的不斷獲取,土壤的有機質和礦物質都很缺乏。
土地長期超量施用化肥,使土壤板結,鹽漬化程度高,今後若繼續忽視施用有機肥,土地有機肥力將進一步降低而導致生產力下降。城市汙泥含有大量的有機質和N、P、K 以及Ca、Mg、Cu 、Zn 、Fe 等植物生長所需元素,是一種很好的肥料和土壤改良劑。
若將汙泥進行堆肥化,則可解決土壤有機肥力降低的問題。目前該城市規劃區內工業企業較少,根據城市總體規劃,今後城區內也不興建大的工廠,因此汙水中工業汙水所占比例不大,重金屬離子及有害物質不會太多,汙泥量可達到農用汙泥標準,而該城市周圍又有大量農田菜地,因此城市汙水處理廠汙泥的最終處置暫定為農用。
當然,能否安全農用,有待於汙水廠投產後對汙泥作定性、定量分析後再確定。汙泥處置為農肥施用,其施用範圍根據投產後實測汙泥性質後確定。
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