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常見的汙泥處理方法、技術和設備

時間:2018-03-02文章來源:AI環保 人氣:
    汙泥處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汙泥處理设施。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。
 
污泥
汙泥處理
 
    随着我国城镇化水平不断提高,污水处理设施建设得到了高速发展,据《2013-2017年中国汙泥處理处置深度调研与投资战略规划分析报告》统计2010年我国城镇污水处理厂已经建有2500多座,城市污水处理能力已达到每天1.22亿吨,为实现国家的减排目标和水环境改善,做出了巨大贡献。但是污水厂的建设及运行伴随产生了大量剩余污泥,以含水率80%计,全国年污泥总产水量将很快突破3000万吨,汙泥處理形势十分严峻。
 
    由于我国污水厂在建设过程中,长期以来“重水轻泥”,我国城镇污水处理厂基本实现了污泥的初步减量化,但未实现污泥的稳定化处理。据统计,约80%污水厂建有污泥的浓缩脱水设施,达到了一定程度的减量化;约有80%的污泥未经稳定化处理,污泥中含有恶臭物质、病原体、持久性有机物等污染物从污水转移到陆地,导致污染物进一步扩散,使得已经建成投运的大污水处理设施的环境减排效益大打折扣。据统计,目前处置方式中,土地填埋占63.0%、污泥好氧发酵+农用约占13.5%、污泥自然干化综合利用占5.4%、污泥焚燒占1.8%、污泥露天堆放和外运各占1.8%和14.4%。事实上,土地填埋、露天堆放和外运的污泥绝大部分属于随意处置,真正实现安全处置的比例不超过20%。
 
    制约汙泥處理处置设施建设的因素有很多,但国家汙泥處理处置总体技术路线不够明确是重要制约因素之一。为缓解污泥产量和汙泥處理能力滞后的矛盾,我国近年出台了一系列政策、规划。目前,我国汙泥處理的技术路线和产业政策正逐步得以明晰,产业化和市场化即将启动。与此同时,污泥处置将越来越受到重视,污泥处置的技术、政策及运作方式在不久的未来将所有突破。
 
汙泥基本類型
 
原污泥(rawsludge):未经汙泥處理的初沉淀污泥。二沉剩余污泥或两者的混合污泥。
 
初沈汙泥(primarysludge):從初沈澱池排出的沈澱物。
 
二沈汙泥(secondeysludge):從二次沈澱池(或沈澱區)排出的沈澱物。
 
活性汙泥(activatedsludge):曝氣池中繁殖的含有各種好氧微生物群體的絮狀體。
 
消化汙泥(digestedsludge):經過好氧消化或厭氧消化的汙泥,所含有機物質濃度有一定程度的降低,並趨于穩定。
 
回流汙泥(returnedsludge):由二次沈澱(或沈澱區)分離出來,回流到曝氣池的活性汙泥。
 
剩余汙泥(excessactivatedsludge):活性汙泥系統中從二次沈澱池(或沈澱區)排出系統外的活性汙泥。
 
汙泥氣(sludgegas):在汙泥厭氧消化時,有物分解所産生的氣體,主要成分爲甲烷和二氧化碳,並有少量的氫、氮和硫化氫。俗稱沼氣。

 
    汙泥處理前,首先要了解污泥的分类,才能确定汙泥處理的方法:
 
⒈自来水厂沉淀池或浓缩池排出的物化汙泥處理
 
汙泥分類:屬中細粒度有機與無機混合汙泥,可壓縮性能和脫水性能一般。
 
⒉生活污水厂二沉池排出的剩余活性汙泥處理
 
汙泥分類:屬親水性、微細粒度有機汙泥,可壓縮性能差,脫水性能差。
 
⒊工业废水处理产生的经浓缩池排出的物化和生化混合汙泥處理
 
汙泥分類:屬中細粒度混合汙泥,含纖維體的脫水性能較好,其余可壓縮性能和脫水性能一般。
 
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汙泥處理
 
汙泥分類:屬細粒度無機汙泥,可壓縮性能和脫水性能一般。
 
⒌工业废水处理产生的物化沉淀粗粒度汙泥處理。
 
 
    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。
 
⒈汙泥處理利用的一般技术
 
⑴汙泥的堆肥化處理技術
 
⑵汙泥的建材化技術
 
⑶汙泥的燃料化技術
 
⑷汙泥的厭氧消化(制沼氣)技術
 
⒉太陽能汙泥幹化技術
 
⒊汙泥的電離輻射處理技術
 
⒋微波技术在汙泥處理中的应用
 
⑴微波辐照汙泥處理技术
 
⑵微波化學分析技術
 
⒌超聲波處理汙泥技術
 
⒍重金屬的生物有效性及植物脫除技術
 
⒎汙泥的微生物處理技術
 
⑴微生物淋濾技術
 
⑵微生物吸附處理法
 
⑶微生物脫臭技術
 
⒏新興汙泥熱化學處理技術
 
⑴濕式氧化技術
 
⑵活性汙泥作黏結劑
 
⑶剩余汙泥制可降解塑料
 
⑷汙泥制活性炭
 
⑸O3/H2O2氧化技術
 
⑹UV/O3氧化技術
 
⑺UV/H2O2氧化工藝
 
⑻其他熱化學處理技術簡介
 
衛生填埋
這種處置方法簡單、易行、成本低,汙泥又不需要高度脫水,適應性強。但是汙泥填埋也存在一些問題,尤指填埋滲濾液和氣體的形成。滲濾液是一種被嚴重汙染的液體,如果填埋場選址或運行不當會汙染地下水環境。填埋場産生的氣體主要是甲烷,若不采取適當措施會引起爆炸和燃燒。
 
土地利用
汙泥土地直接利用因投資少、能耗低、運行費用低、有機部分可轉化成土壤改良劑成分等優點,被認爲是最有發展潛力的一種處置方式,科學合理的土地利用,可減少汙泥帶來的負面效應。林地和市政綠化的利用因不易造成食物鏈的汙染而成爲汙泥土地利用的有效方式。汙泥用于嚴重擾動的土地(如礦場土地、森林采伐場、垃圾填埋場、地表嚴重破壞區等需要複墾的土地)的修複與重建,減少了汙泥對人類生活的潛在威脅,既處置了汙泥又恢複了生態環境。
 
焚燒
湿污泥干化后再直接焚燒应用得较为普遍,没有经过干化的污泥直接进行焚燒不仅十分困难,而且在能耗上也是极不经济的。
 
以焚燒为核心的汙泥處理方法是最彻底的汙泥處理方法之一,它能使有机物全部碳化,杀死病原体,可最大限度地减少污泥体积;但是其缺点在于处理设施投资大,处理费用高,设备维护成本高,而且产生强致癌物质二恶英。
 
汙泥幹燥
汙泥幹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,尽管汙泥幹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汙泥處理的体积为主(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。
 
汙泥幹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,汙泥幹燥处理的产物,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,因此汙泥幹燥处理可同时改变污泥的物理、化学和生物特性。
 
汙泥處理技术
該技術創新采用汙泥洗滌工藝,首先洗出汙泥中有機物質,分離無機物質汙泥土,再將有機汙泥濃縮進行高溫厭氧消化處理。沈澱汙泥經過洗滌洗出汙泥中一半固體無機汙泥土,減少了一半生物處理量,節省工程投資和處理費用;單獨處理有機汙泥,去除了無機汙泥土在反應器中的沈澱,減少了設備磨損和反應器的維護;沈澱汙泥經過洗滌洗出汙泥中大部分容易沈澱的重金屬和無機汙泥土,提高了有機肥的品質;洗滌出的汙泥土還可生産路面彩磚、透水磚。其他創新工藝:超高溫厭氧消化、多級厭氧消化、沼渣漂浮等,汙泥生物處理速度提高了幾倍和沼氣産量提高20%以上。
 
沈澱汙泥生物處理系統,工程設計創新采用地埋式、緊密型、多級消化反應器設計,幾個獨立的厭氧消化反應器你中有我我中有你渾然一體,節省建築材料,采用混凝土結構造價低廉。前國內外現有的厭氧消化反應器普遍采用地上式結構,地上式結構能使配備設備便于維護和有利沼渣排放預防沼渣沈澱。該生物處理系統工程設計很好地解決了配套設備的維護和沼渣沈澱,系統配備設備少,只需要幾台水泵,就是水泵壞了更換一台用不完20分鍾,保證設備檢修不停産;沈澱汙泥經過洗滌去除了容易沈澱的無機汙泥土,有機汙泥經吹浮系統作用全部漂浮不會沈澱。地埋式厭氧消化反應器不僅投資少、不占用土地,而且還能防地震、防雷擊和使用壽命長、減少消化系統的熱量損失。
 
汙泥發酵有機肥
传统汙泥處理方法有3种:焚燒、填埋和资源化利用。国外多采用焚燒工艺,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公斤金寶貝肥料發酵劑可發酵4噸左右汙泥+牛糞。需按重量比加30-50%左右的牛糞,或稭稈粉、蘑菇渣、花生殼粉、或稻殼、鋸末等有機物料以便調節通氣性。其中如果加入的是稻殼、鋸末,因其纖維素木質素較高,應延長發酵時間。菌種稀釋:每公斤發酵劑加5-10公斤米糠(或麸皮、玉米粉等替代物)拌勻稀釋後再均勻撒入物料堆,使用效果會更佳。
 
2、建堆:備料後邊撒菌邊建堆,堆高與體積不能太矮太小,要求:堆高1.5-2米,寬2米,長度2-4米
 
3、拌勻通氣。金寶貝肥料發酵劑是需要好(耗)氧發酵,故應加大供氧措施,做到拌勻、勤翻、通氣爲宜。否則會導致厭氧發酵而産生臭味,影響效果。
 
4、水分。發酵物料的水分應控制在60~65%。水分判斷:手緊抓一把物料,指縫見水印但不滴水,落地即散爲宜。水少發酵慢,水多通氣差,還會導致“腐敗菌”工作而産生臭味。
 
5、溫度。啓動溫度應在15℃以上較好(四季可作業,不受季節影響,冬天盡量在室內或大棚內發酵),發酵升溫控制在70-75℃以下爲宜。
 
6、完成。第2-3天溫度達65℃以上時應翻倒,一般一周內可發酵完成,物料呈黑褐色,溫度開始降至常溫,表明發酵完成。如鋸末、木屑、稻殼類輔料過多時,應延長發酵時間,待充分腐熟。
 
發酵好的有機肥,肥效好,使用安全方便,抗病促長,還可培肥地力等。山東有一家做“智能高溫好氧發酵一體化設備”的企業,我去考察過,應該是好氧發酵領域做的最好的廠家之一。
 
石灰投加技術
脫水後的汙泥進入料鬥,料鬥中加入石灰和氨基璜酸,石灰投量爲濕泥量的10%一15%,氨基璜酸的投量約爲石灰投量的1%。由于氨基璜酸在反應過程中産生氨氣,增強了整個工藝的殺菌效果,降低了反應溫度。汙泥、生石灰和氨基璜酸在料鬥中攪拌後,由雙螺旋進料機推入柱塞泵進料口,通過柱塞泵送入反應器,在70℃下停留30min,輸出的産品可達到美國EPAPART503CLASSA標准。反應後的汙泥泵送至料倉,密封容器中産生的氣體經洗滌塔處理後排放。
 
該工藝的特點:
 
pH>12,延續時間長,殺菌徹底;高pH使大部分金屬離子沈澱,降低了其可溶性和活躍程度;汙泥的含固率可提高至30%;去除了汙泥中的臭氣,系統全密封,無環境汙染;系統全自動,操作維護簡單:加入少量氨基璜酸,減少了石灰用量和反應時間,降低了運行成本。避不開的硬傷是成本高,並且增加了汙泥總量。
 
汙泥碳化技術
所謂汙泥碳化,就是通過一定的手段,使汙泥中的水分釋放出來,同時又最大限度地保留汙泥中的碳值,使最終産物中的碳含量大幅提高的過程(SludgeCarbonizationo在世界範圍內,汙泥碳化主要分爲3種。
 
⑴高溫碳化。碳化時不加壓,溫度爲649—982℃。先將汙泥幹化至含水率約30%,然後進入碳化爐高溫碳化造粒。碳化顆粒可以作爲低級燃料使用,其熱值約爲8360—12540kJ/kg(日本或美國)。該技術可以實現汙泥的減量化和資源化,但由于其技術複雜,運行成本高,産品中的熱值含量低,當前尚未有大規模地應用,最大規模的爲30刪濕汙泥。
 
⑵中溫碳化。碳化時不加壓,溫度爲426—537℃。先將汙泥幹化至含水率約90%,然後進入碳化爐分解。工藝中産生油、反應水(蒸汽冷凝水)、沼氣(未冷凝的空氣)和固體碳化物。另外,該技術是在幹化後對汙泥實行碳化,其經濟效益不明顯,除澳洲一家處理廠外,尚無其他潛在的用戶。
 
⑶低溫碳化。碳化前無需幹化,碳化時加壓至6—8MPa,碳化溫度爲315℃,碳化後的汙泥成液態,脫水後的含水率50%以下,經幹化造粒後可作爲低級燃料使用,其熱值約爲15048~20482kJ/kg(美國)。該技術通過加溫加壓使得汙泥中的生物質全部裂解,僅通過機械方法即可將汙泥中75%的水分脫除,極大地節省了運行中的能源消耗。汙泥全部裂解保證了汙泥的徹底穩定。汙泥碳化過程中保留了絕大部分汙泥中熱值,爲裂解後的能源再利用創造了條件14t。
 
汙泥水解熱幹化技術
汙泥水熱幹化技術通過將汙泥加熱,在一定溫度和壓力下使汙泥中的粘性有機物水解,破壞汙泥的膠體結構,可以同時改善脫水性能和厭氧消化性能。隨水熱反應溫度和壓力的增加,顆粒碰撞增大,顆粒間的碰撞導致了膠體結構的破壞,使束縛水和固體顆粒分離。經過水熱處理的汙泥在不添加絮凝劑的情況下機械脫水的含水率大幅度降低。汙泥的水解宏觀上表現爲揮發性懸浮固體濃度減少和COD、BOD以及氨氮等濃度增加。水熱幹化技術采用漿化反應器,通過閃蒸乏汽返混預熱漿化、蒸汽與機械協同攪拌,提高了系統的處理效率;在水熱反應器中,采用蒸汽逆向流直接混合加熱的方式,強化了傳質傳熱過程,可以避免局部過熱結焦碳化:在連續閃蒸反應器中,實現了系統能量的有效回收。
 
泥漿分離脫水機
與板框壓濾機對比:該機具有處理能力大、分離性能好、適應性強、勞動強度小、性能穩定、安裝操作方便、占地面積小、維修費用低等優點,而且可以實現密閉的連續自動分離。
 
臥螺離心機
卧式螺旋卸料沉降离心机(简称臥螺離心機)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。
 
帶式汙泥脫水機
帶式汙泥脫水機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。

臥式彈簧全自動超高壓壓榨機
金凱地过滤设备有限公司自主研发的全自动无人值守污泥污水处理设备,具有处理量大、过滤效果好、能耗少、干度高的特点,与其他种类与其他各类汙泥處理设备的不同是:全自动化、滤饼含水率低。
卧式弹簧无人值守全自动高壓壓榨機
卧式弹簧无人值守全自动高壓壓榨機
 
太阳能热泵技术汙泥處理设备
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,有效降低了汙泥處理处置成本,为汙泥處理处置提供了一种低碳环保的解决方案。
 
該系統包括溫室部分、輸送部分、通風部分、集熱部分(包括太陽能集熱系統和熱泵系統)、自動化控制部分以及有害氣體收集和除臭等其他附屬裝置。
 
利用太陽能作爲主要能源,滿足可持續發展的需求;
 
耗能小,運行管理費用低,蒸發1t水耗電量僅爲60-80kW˙h,而傳統的熱幹化技術需耗電爲800-1060kW˙h;
 
經幹化處理後,汙泥體積可減少到原來的1/3-1/5,實現穩定化並保留其原有的再利用價值;
 
系統運行穩定、安全、灰塵産生量小;
 
自動化程度高、操作維護方便、使用壽命長;
 
系統透明程度高,環境協調性好。
 
    其系统组成有:
 
(1)汙泥輸送系統
 
由接料倉、螺旋進料機、插板閥、汙泥泵、管道組成。整個系統液壓部分采用意大利泵、閥。螺旋進料機與料倉之間用插板閥連接,便于檢修。推送機采用S擺管的設計。含水85%左右的泥餅由卡車卸入料倉,經螺旋進料機喂入液壓推送機,推送機將汙泥由管道輸送,整個過程無異味,做到不汙染環境的同時可實現長距離、大揚程輸送。管道可根據建築結構靈活設置,輸送量精確,配備通訊接口實現遠程控制。還可選用皮帶、鬥提等傳統輸送方式。
 
(2)溫室供熱系統
 
由太陽能集熱器、集熱水箱、恒溫水箱和PLC控制等組成,集熱水箱與自來水補水管相通,自來水補水管上設有水源電磁閥,集熱水箱內設有水位傳感器;PLC根據所述水位傳感器輸出的水位信號控制水源電磁閥的開閉,以自動給集熱水箱補水,實現定時、定量上水,集熱水箱內的水量可根據實際情況得到控制。通過安全排氣閥來釋放蒸汽,並通過供熱控制閥控制集熱器陣列供熱的面積,確保了系統運行的穩定性和安全性。
 
(3)溫室系統
 
由溫室主體、內保溫部分、通風部分、供暖部分、氣象站等組成。溫室主體爲文絡式陽光板溫室,陽面中空玻璃。選用保溫幕布,減少輻射熱的流失。通風采用風機,頂部采用蝶形方式交錯開窗,可根據室內外溫濕度、光照度實現自動開關。供暖系統根據《地面輻射供暖技術規程》JGJ142-2004設計。
 
(4)汙泥翻泥布料系統
 
由汙泥攤鋪機、螺旋喂料機、皮帶式輸送機、幹料倉、有害氣體探測儀、工業監控系統等組成。全自動翻泥機爲變頻電機,可自動調節翻泥速度,使汙泥得到均勻翻動,實現表面翻新和蒸發水分。過程中也起到對汙泥供氧的作用,避免汙泥局部厭氧菌繁殖而釋放惡臭氣體。系統安裝了H2S和NH3探測器,可實現實時監控。
 
(5)控制系統
 
自動化控制系統采用組態軟件+PLC的基本控制方式,上位機通過與PLC及智能儀表通訊實現對各個設備的監測與控制,PLC通過內部程序能夠獨立運行。上位機采用台灣研華工業計算機,生産工藝路線在計算機界面能夠模擬顯示。工藝參數點數據可以實現計算機界面顯示、調整、設定,並進入程序。工藝運行參數可隨機調取、打印,故障監控可實現故障點、故障類型、發生時間的瞬間記錄和報警功能。配置了智能電度表,實時記錄幹化過程的能耗數據,折算幹化成本。
 
(6)高溫好氧發酵工藝
智能高溫好氧發酵設備是專業處理生活汙泥、廚余垃圾、畜禽糞便等有機廢棄物的智能一體化成套設備。工藝原理是將濕汙泥與回流料或生物質、高溫生物發酵菌混合,利用微生物的活性,對廢棄物中的有機質進行生物分解、腐熟,使有機廢棄物轉化成有機肥原料,用于土壤改良、園林綠化,最終實現有機廢物的資源化利用。
 
智能高溫好氧發酵設備主要由發酵室、主軸傳動系統、液壓動力系統、上料提升系統、自動出料系統、高壓送風系統、除臭系統和自動控制系統組成。
 
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