污泥是污水處理后的產(chǎn)物,是一種由有機(jī)殘片、細(xì)菌菌體、無機(jī)顆粒、膠體等組成的極其復(fù)雜的非均質(zhì)體。污泥的主要特性是含水率高(可高達(dá)99%以上),有機(jī)物含量高,容易腐化發(fā)臭,并且顆粒較細(xì),比重較小,呈膠狀液態(tài)。它是介于液體和固體之間的濃稠物,可以用泵運輸,但它很難通過沉降進(jìn)行固液分離。
傳統(tǒng)的處理方法
污泥濃縮處理
污泥濃縮后含水率可降為95%~97%,近似糊狀。濃縮可以達(dá)到污泥的減量化。重力濃縮法用于污泥處理是廣泛采用的一種方法,已有50多年歷史。機(jī)械濃縮方法出現(xiàn)在20世紀(jì)30年代的美國,此方法占地面積小,造價低,但運行費用與機(jī)械維修費用較高。氣浮濃縮于1957年出現(xiàn)在美國。此法固液分離效果較好,應(yīng)用已越來越廣泛。
污泥濃縮的方法主要有重力濃縮法、氣浮濃縮法、帶式重力濃縮法和離心濃縮法,還有微孔濃縮法、隔膜濃縮法和生物浮選濃縮法等。
污泥重力濃縮處理
利用重力作用的自然沉降分離方式,不需要外加能量,是一種最節(jié)能的污泥濃縮方法。重力濃縮只是一種沉降分離工藝,它是通過在沉淀中形成高濃度污泥層達(dá)到濃縮污泥的目的,是污泥濃縮方法的主體。單獨的重力濃縮是在獨立的重力濃縮池中完成,工藝簡單有效,但停留時間較長時可能產(chǎn)生臭味,而且并非適用于所有的污泥;如果應(yīng)用于生物除磷剩余污泥濃縮時,會出現(xiàn)磷的大量釋放,其上清液需要采用化學(xué)法進(jìn)行除磷處理。重力濃縮法適用于初沉污泥、化學(xué)污泥和生物膜污泥。
污泥氣浮濃縮處理
氣浮濃縮與重力濃縮相反,是依靠大量微小氣泡附著在污泥顆粒的周圍,減小顆粒的比重而強(qiáng)制上浮。因此氣浮法對于比重接近于1g/cm3的污泥尤其適用。氣浮濃縮法操作簡便,運行中同樣有一定臭味,動力費用高,對污泥沉降性能(SⅥ)敏感;適用于剩余污泥產(chǎn)量不大的活性污泥法處理系統(tǒng),尤其是生物除磷系統(tǒng)的剩余污泥。
帶式重力濃縮法
帶式重力濃縮法是利用帶式重力濃縮機(jī)的一種機(jī)械濃縮法。由于其具有投資適中,運行費適中,效果好,對各種性能的污泥適應(yīng)性較強(qiáng)等特點,因此近幾年被廣泛采用;但實際運行中會受到污泥中高分子的影響,運行時濕度大,因而需要仔細(xì)操作。帶式重力濃縮法適用于各種生物污泥。
污泥離心濃縮處理法
離心濃縮法的原理是利用污泥中固、液比重不同而具有的不同的離心力進(jìn)行濃縮。離心濃縮法的特點是自成系統(tǒng),效果好,操作簡便;但投資較高,動力費用較高,維護(hù)復(fù)雜;適用于大中型污水處理廠的生物和化學(xué)污泥。
污泥穩(wěn)定化處理方法
穩(wěn)定處理的目的就是降解污泥中的有機(jī)物質(zhì),進(jìn)一步減少污泥含水量,殺滅污泥中的細(xì)菌、病原體等,消除臭味,這是污泥能否資源化有效利用的關(guān)鍵步驟。污泥穩(wěn)定化的方法主要有堆肥化、干燥、厭氧消化等。厭氧消化:在污泥處理工藝中,厭氧消化是較普遍采用的穩(wěn)定化技術(shù)。污泥厭氧消化也稱為污泥厭氧生物穩(wěn)定,它的主要目的是減少原污泥中以碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪形式存在的高能量物質(zhì),也就是通過降解將高分子物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿游镔|(zhì)氧化物。厭氧消化是在無氧條件下依靠各種兼性菌和厭氧菌的共同作用,使污泥中有機(jī)物分解的厭氧生化反應(yīng),是一個極其復(fù)雜的過程。
堿性發(fā)酵階段
一般可分為酸性發(fā)酵階段和堿性發(fā)酵階段,酸性發(fā)酵階段又可以分為水解階段和產(chǎn)酸階段,堿性發(fā)酵階段可以分為酸性衰退階段(產(chǎn)乙酸階段)和產(chǎn)甲烷階段。厭氧分解過程中產(chǎn)生大量氣體,主要成分為甲烷和二氧化碳以及少量的硫化氫等。但運行管理要求高,消化池需密閉、池容大、池數(shù)多。
好氧消化處理污泥
好氧消化污泥出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代,與活性污泥法極為相似。當(dāng)外來養(yǎng)料被消耗完以后,微生物靠消耗自己的機(jī)體來產(chǎn)生能量以維持生命活動。這就是微生物的內(nèi)源代謝階段。細(xì)胞組織在好氧條件下的內(nèi)源代謝產(chǎn)物為CO2、NH3、H2O,而NH3會在有氧條件下進(jìn)一步氧化為硝酸鹽。污泥好氧消化的反應(yīng)可以用下面的方程式表達(dá):
C6H7NO2+7O2→5CO2+NO3-+3H2O+H+
上式中C6H7NO2為細(xì)胞組織的元素組成。
此法降解程度高,無臭穩(wěn)定,易脫水,肥份高,運行管理簡單,基建費用低。但運行費用高,消化污泥量少,降解程度隨溫度波動大。
石灰穩(wěn)定技術(shù)
石灰穩(wěn)定技術(shù)始于20世紀(jì)50年代,在投加石灰的條件下,保持一定pH值及一定時間,可以殺滅傳染病菌,并防腐與抑制臭氣的產(chǎn)生。該技術(shù)操作簡單、成本較低,處理后較容易脫水。污泥最終處置可采用農(nóng)用或者衛(wèi)生填埋。
好氧堆肥
堆肥技術(shù)探討始于1920年,堆肥系統(tǒng)可分為三類:條形堆肥系統(tǒng)、靜態(tài)好氧堆肥系統(tǒng)和裝置式堆肥系統(tǒng)。城市污水處理廠的污泥中含有大量促進(jìn)植物和農(nóng)作物生長的氮、磷、鉀等營養(yǎng)成分,肥效較好,經(jīng)過堆肥處理可以達(dá)到穩(wěn)定化、無害化及資源化的目的。堆肥是一個由嗜溫菌、嗜熱菌對有機(jī)物進(jìn)行好氧分解的穩(wěn)定過程,其特點是自身可以產(chǎn)生一定的熱量,并且高溫持續(xù)時間長,不需外加熱源,即可達(dá)到無害化。堆肥的一般工藝流程主要分為前處理,一次發(fā)酵,二次發(fā)酵和后處理四個過程。經(jīng)過堆肥化處理后,污泥的性狀改善,含水率降低(小于40%),成為疏松、分散、細(xì)粒狀,可殺滅病原菌和寄生蟲(卵),便于貯藏、運輸和使用。
石灰穩(wěn)定技術(shù)石灰穩(wěn)定技術(shù)始于20世紀(jì)50年代,在投加石灰的條件下,保持一定pH值及一定時間,可以殺滅傳染病菌,并防腐與抑制臭氣的產(chǎn)生。該技術(shù)操作簡單、成本較低,處理后較容易脫水。污泥最終處置可采用農(nóng)用或者衛(wèi)生填埋。
將污泥發(fā)酵成有機(jī)肥,如再加入部分牛糞等,就會發(fā)酵成優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥,具體操作方法如下:
1、加菌。1公斤金寶貝肥料發(fā)酵劑可發(fā)酵4噸左右污泥+牛糞。需按重量比加30-50%左右的牛糞,或秸稈粉、蘑菇渣、花生殼粉、或稻殼、鋸末等有機(jī)物料以便調(diào)節(jié)通氣性。其中如果加入的是稻殼、鋸末,因其纖維素木質(zhì)素較高,應(yīng)延長發(fā)酵時間。菌種稀釋:每公斤發(fā)酵劑加5-10公斤米糠(或麩皮、玉米粉等替代物)拌勻稀釋后再均勻撒入物料堆,使用效果會更佳。
2、建堆:備料后邊撒菌邊建堆,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
2、拌勻通氣。金寶貝肥料發(fā)酵劑是需要好(耗)氧發(fā)酵,故應(yīng)加大供氧措施,做到拌勻、勤翻、通氣為宜。否則會導(dǎo)致厭氧發(fā)酵而產(chǎn)生臭味,影響效果。
4、水分。發(fā)酵物料的水分應(yīng)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,落地即散為宜。水少發(fā)酵慢,水多通氣差,還會導(dǎo)致“腐敗菌”工作而產(chǎn)生臭味。
5、溫度。啟動溫度應(yīng)在15℃以上較好(四季可作業(yè),不受季節(jié)影響,冬天盡量在室內(nèi)或大棚內(nèi)發(fā)酵),發(fā)酵升溫控制在70-75℃以下為宜。
6、完成。第2-3天溫度達(dá)65℃以上時應(yīng)翻倒,一般一周內(nèi)可發(fā)酵完成,物料呈黑褐色,溫度開始降至常溫,表明發(fā)酵完成。如鋸末、木屑、稻殼類輔料過多時,應(yīng)延長發(fā)酵時間,待充分腐熟。
發(fā)酵好的有機(jī)肥,肥效好,使用安全方便,抗病促長,還可培肥地力等。
污泥脫水與干化
污泥脫水是整個污泥處理工藝的一個重要的環(huán)節(jié),其目的是使固體富集,減少污泥體積,為污泥的最終處置創(chuàng)造條件。為使污泥液相和固相分離,必須克服它們之間的結(jié)合力,所以污泥脫水所遇到的主要問題是能量問題。針對結(jié)合力的不同形式,有目的采用不同的外界措施可以取得不同的脫水效果。污泥脫水與干化包括自然脫水、機(jī)械脫水和熱處理干化。
污泥經(jīng)濃縮、消化后,尚有95%~97%含水率,且易腐敗發(fā)臭,需對污泥作干化與脫水處理。常用脫水方法有自然干燥和機(jī)械脫水兩種。利用蘆葦?shù)日由参镆部梢赃M(jìn)行較好的脫水。
污泥干燥
為了進(jìn)一步降低脫水后污泥的含水率(75%),采用干燥工藝。經(jīng)干燥后含水率可降至約20%左右。干燥工藝除了最簡單的日曬外,常用的是熱干燥技術(shù)。污泥熱干燥開始于本世紀(jì)初的英國,此方法可以完全殺滅病原菌,使污泥處于穩(wěn)定化狀態(tài)。但干燥過程產(chǎn)生的大量的廢氣凈化費用問題、運行費用,都是使用干燥工藝要考慮的問題。
污泥熔融
為了減少污泥體積和利用其中的重金屬黏結(jié)作用,日本曾開展污泥熔融技術(shù)研究,但還不十分深入。污泥熔融處理也是污泥熱化學(xué)處理方法的一種。污泥熔融技術(shù)是把污泥加熱至1300~1500℃,使污泥中有機(jī)物燃燒,其殘留物質(zhì)可用來制作玻璃、鋼鐵、建筑材料等。
兩相消化
新型的污水污泥處理工藝如高溫酸化-中溫甲烷化兩相厭氧消化等不斷出現(xiàn),并逐步被應(yīng)用。邊興玉等采用污水污泥兩相厭氧消化工藝,將產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相分別置于各自的反應(yīng)器中,形成各自的相對優(yōu)勢微生物種群,提高了整個消化過程的處理效果和穩(wěn)定性。VSS(揮發(fā)性懸浮顆粒物)去除率比中溫傳統(tǒng)工藝提高50%以上,比高溫傳統(tǒng)工藝提高35%左右。高溫酸化0.5d后,中溫甲烷化8·5d,可達(dá)到中溫傳統(tǒng)法20d的處理效果,節(jié)省了時間。另外,滅菌效果優(yōu)于中溫傳統(tǒng)法,產(chǎn)甲烷反應(yīng)器保持較高的緩沖能力,對揮發(fā)性酸積累的抵御和耐沖擊負(fù)荷的能力強(qiáng)。
污泥制油
污泥制油是把含水率為65%的干泥在隔絕空氣下,加熱升溫450℃,在催化劑作用下把污泥中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為碳?xì)浠衔铮畲筠D(zhuǎn)化率取決于污泥組成和催化劑的種類,正常200~300L(油)/t(干泥)的產(chǎn)率,其性質(zhì)與柴油相似。加拿大正在進(jìn)行中試試驗,澳大利亞Perth也正在建造利用熱化學(xué)方法將污泥制油的工廠。
污泥處理技術(shù)
濕式氧化法是在高溫(125℃~320℃)和高壓(0.5~20MPa)條件下,以空氣中的氧作為氧化劑,在液相中將有機(jī)物分解為二氧化碳、水等無機(jī)物或小分子有機(jī)物的化學(xué)過程。由于剩余污泥在物質(zhì)結(jié)構(gòu)上與高濃度有機(jī)廢水十分相似,因此這種方法也可用于處理剩余污泥。剩余污泥的濕式氧化法處理是濕式氧化法最成功的應(yīng)用領(lǐng)域,有50%以上的濕式氧化裝置應(yīng)用于剩余污泥的處理。
臭氧減量化
這一工藝是由日本的H·Yasui等學(xué)者提出的。此工藝中,剩余污泥的消化與污水處理在同一個曝氣池中同時進(jìn)行。工藝分成兩個過程,一個是臭氧氧化過程,另一個是生物降解過程。
從二沉池中沉下來的污泥,一部分直接回流到曝氣池中,另一部分則是先進(jìn)行臭氧處理然后再回流到曝氣池。污泥經(jīng)過臭氧處理后,能夠提高其生物降解性,在曝氣池中與污水同時進(jìn)行生物處理。而且在經(jīng)臭氧處理后,將有一部分污泥(1/3)被無機(jī)化。因此,只要操作適當(dāng),可以使污水處理過程中凈增污泥量與無機(jī)化污泥量相等,從而可以達(dá)到無剩余污泥的目的。
超聲波處理
超聲波通常是指頻率為的20kHz~10MHz的聲波。當(dāng)其聲強(qiáng)增加到一定的數(shù)量時,會對其傳播中的媒質(zhì)產(chǎn)生影響,使媒質(zhì)的狀態(tài)、組成、功能和結(jié)構(gòu)等發(fā)生變化,通稱為超聲效應(yīng)。超聲波與媒質(zhì)作用的機(jī)制可分為熱機(jī)制、機(jī)械機(jī)制和空化機(jī)制,超聲波主要通過空化機(jī)制實現(xiàn)對剩余污泥的處理。
高速生物反應(yīng)器
高速生物反應(yīng)器技術(shù)是在利用土壤處理污泥的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。利用土壤中的微生物處理污泥,由于系統(tǒng)是開放的,因而會受到氣溫和土壤濕度的影響,使土壤利用的時間和區(qū)域受到一定的限制。
美國SWEC公司在80年代開始研制開發(fā)高速生物反應(yīng)器,該技術(shù)將污泥的脫水、消化和干化相結(jié)合,將土壤處理的整個過程放置在室內(nèi)一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行。Texaco經(jīng)過近20年的研究開發(fā),使高速生物反應(yīng)器技術(shù)成熟并得以推廣。整個操作系統(tǒng)的核心部分是生物反應(yīng)器,它由二個區(qū)域組成:上半部分是污泥與土壤相混合的區(qū)域,使污泥負(fù)荷達(dá)到均一化,污泥的有機(jī)部分在這一區(qū)域中被生物降解;下半部分是氣、液分離區(qū),使液體不滯留于土壤中,以增加氧的傳遞率。高負(fù)荷率的污泥通過該系統(tǒng)的處理,污泥中的有機(jī)組分將降解70%~80%,懸浮固體濃度去除率達(dá)到45%~60%。從沉淀池排出濃度為5000~30000mg/L的污泥都可以直接進(jìn)入該系統(tǒng)中,而不需要任何的預(yù)處理。相比于其它生物處理技術(shù),該系統(tǒng)所需能量較少,可以連續(xù)運行,并能保持最佳溫度以利于微生物的降解,特別適合于受自然條件限制或土壤濕度大的污泥處理過程中。
污泥處理處置的定義及存在的問題和解決方案
一、污泥處理處置的定義
污泥處理(sludge handling or sludge treatment):污泥經(jīng)單元工藝組合處理, 達(dá)到“減量化、穩(wěn)定化、無害化”目的的全過程。
我國目前主要的污泥處理方式包括濃縮、調(diào)理、脫水、穩(wěn)定、干化等。
污泥處置(sludge disposal):處理后的污泥,棄置于自然環(huán)境中(地面、地下、水中)或再利用, 能夠達(dá)到長期穩(wěn)定并對生態(tài)環(huán)境無不良影響的最終消納方式。我國目前主要的污泥處置方法有衛(wèi)生填埋、土地利用、焚燒后建材利用等。
二、污泥處理處置存在的問題
1、污泥處理率極低
早期污水廠甚至忽略污泥處理單元,只進(jìn)行污水處理,污泥卻被隨意傾倒在湖泊,溝壑、良田中。還有一些污水廠為節(jié)省費用,空置污泥處理設(shè)施,將污泥隨意排放。我國污水處理廠所產(chǎn)生的污泥有80%以上沒有得到妥善處理。
2、重水輕泥、污泥處理發(fā)展滯后
近幾年環(huán)保領(lǐng)域的水處理發(fā)展迅速,但是污泥處理卻比起十幾年前依舊沒有太大的進(jìn)步。被無害化處理的污泥比例低,多數(shù)污泥排入環(huán)境還是有害的,甚至違法偷排事件屢見不鮮。這是由于“重水輕泥”的不成熟處理思路造成的。
3、技術(shù)路線生搬硬套
污泥處理技術(shù)主要有污泥濃縮脫水、好氧消化、厭氧消化、干化、堆肥和焚燒等。污泥處置技術(shù)主要有填埋(包括地面、地下和水中)和土地利用。
有些人錯誤地認(rèn)為污泥干化焚燒是當(dāng)前最先進(jìn)的污泥處理技術(shù),代表污泥處理技術(shù)的發(fā)展方向,因而不加分析地加以推廣。個別企業(yè)以盈利為目的,一味的夸大其先進(jìn)性,對很多不了解的人造成了誤導(dǎo)。
4、監(jiān)管有難度
由于長期以來對污泥處理的忽視以及污泥排放的間歇性,導(dǎo)致政府有關(guān)部門對污泥的監(jiān)管困難。
5、付費機(jī)制不完善
在污水處理費用中征收污泥處理費用是大勢所趨,但從當(dāng)前情況來看,處置費用的征需存在較大阻力。我國現(xiàn)行收取的污水處理費用較低,尚無法保證污水廠的正常運行,而推行在污水處理費中加入污泥處理、處置費,又將在一定程度上加重被征收者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此,在未來較長一段時間內(nèi),補(bǔ)貼將是污泥處理處置資金的主要來源。
目前國內(nèi)已經(jīng)有部分城市對污泥處理處置給予補(bǔ)貼,由于處理方案不同等因素造成標(biāo)準(zhǔn)不一,污泥處理產(chǎn)業(yè)很難自己盈利,運轉(zhuǎn)嚴(yán)重依靠政府補(bǔ)貼。同時,補(bǔ)貼覆蓋范圍明顯不足。
“水十條”或許會將為污泥處理處置補(bǔ)貼政策的明確帶來契機(jī)?!端廴痉乐涡袆佑媱潯奉A(yù)計總投資可能超過2萬億。除了為水處理改造、運營帶來巨大市場以外,“水十條”或?qū)⒃谖勰嗵幚硖幹梅矫娼o予更多的傾斜。
技術(shù)層面上,極有可能改變過去以填埋為主的處置路線;
經(jīng)濟(jì)層面上,或?qū)⒁筢槍ξ勰嗵幚硖幹玫难a(bǔ)貼在全國范圍推廣,同時明確補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)。
雖然有眾多條文規(guī)定污水處理費應(yīng)包含污泥處理成本,但目前將污泥處理費納入污水費用的地方僅為北京市、江蘇省太湖地區(qū)、常州市、廣州市,且占比較低。
6、“資源化”不是最終目的,保護(hù)生態(tài)環(huán)境才是最終目的
誤認(rèn)為污泥就是資源, 強(qiáng)調(diào)污泥處理處置的資源化和經(jīng)濟(jì)效益, 并以資源化為首要目的。個別企業(yè)利用這一誤區(qū)強(qiáng)調(diào)個別單元工藝可以實現(xiàn)能量回收和物質(zhì)回用, 割裂其他處理處置過程需要投入的能量和費用, 誤導(dǎo)了技術(shù)的選取和對污泥資源化的認(rèn)識。
污泥處理處置應(yīng)該以“減量化、穩(wěn)定化、無害化”為目的, “資源化”并不是最終的目的,應(yīng)盡可能利用污泥處理處置過程中的能量和物質(zhì),以實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)約能源的效果,實現(xiàn)其資源價值。
三、如何解決污泥難題
1、明確責(zé)任主體,健全管理體制
污水處理廠是政府的實施機(jī)構(gòu),不能獨立承擔(dān)責(zé)任。政府應(yīng)加大對于污泥處置的資金投入,給予財政補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠。實施將污泥處理費納入污水處理費。
2、企業(yè)和政府應(yīng)該把污泥處置當(dāng)做是責(zé)任
如果污泥處理處置不當(dāng),污水處理企業(yè)將承擔(dān)首要責(zé)任,當(dāng)然其前提是污水收費必須包含污泥處理所需的費用。
3、技術(shù)路線的選擇需要因地制宜
不同地區(qū)的污水處理廠處理污水產(chǎn)生的污泥物理、化學(xué)和生物特征具有明顯區(qū)別,因此建議在選擇工藝路線時應(yīng)綜合考慮污泥泥質(zhì)特征、地理位置、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平等因素,因地制宜地確定污泥處理處置方式。
四、未來的主流技術(shù)
借鑒國際經(jīng)驗,未來污泥處理處置的技術(shù)發(fā)展主要有四條路徑:
1、沼氣能源回收和土地利用為主的厭氧消化技術(shù)路線
厭氧消化具有以下優(yōu)點:
1)提高后續(xù)處理的效率并減少后續(xù)處理能耗。通常認(rèn)為厭氧反應(yīng)可以實現(xiàn)污泥減量化、穩(wěn)定化。通過厭氧反應(yīng),污泥中有機(jī)物去除40%-60%,有害病菌減少。此外,厭氧消化提高污泥脫水穩(wěn)定性,讓焚燒等后續(xù)處理減少35%以上的能耗。
2)厭氧消化成本較低。根據(jù)《中國環(huán)境報》統(tǒng)計,單純厭氧消化投資成本約為20-40 萬元/(噸/日),由于不用鼓風(fēng)曝氣等,節(jié)約了成本,單純厭氧消化運行費用約為60-120元/噸(含水率80%,不包括濃縮和脫水),而好氧發(fā)酵運行費用為120-160 元/噸。
歐美50%以上的污泥采用厭氧消化處理,產(chǎn)生的沼氣轉(zhuǎn)化為電能可滿足污水廠所需電力的33%~100%。
污泥處理的權(quán)利要求書
權(quán)利要求書
1.一種污泥處理處置系統(tǒng),其特征在于:包括設(shè)置在可移動平臺上的調(diào)理裝置、壓濾機(jī)和好氧發(fā)酵裝置,其中調(diào)理裝置包括調(diào)理池、調(diào)理劑罐和連接調(diào)理劑罐和調(diào)理池的調(diào)理劑投加泵,好氧發(fā)酵裝置包括順次連接的混料機(jī)構(gòu)和好氧發(fā)酵倉,調(diào)理池、壓濾機(jī)、混料機(jī)構(gòu)順次連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種污泥處理處置系統(tǒng),其特征在于:還包括與所述調(diào)理裝置連接的污泥預(yù)濃縮裝置,該污泥預(yù)濃縮裝置包括出口與所述調(diào)理池入口連接的污泥濃縮機(jī)、預(yù)濃縮藥劑儲罐和連接污泥濃縮機(jī)和預(yù)濃縮藥劑儲罐出口的藥劑投加泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種污泥處理處置系統(tǒng),其特征在于:在所述壓濾機(jī)上設(shè)有空氣裝置,該空氣裝置與所述壓濾機(jī)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種污泥處理處置系統(tǒng),其特征在于:該空氣裝置與所述好氧發(fā)酵倉連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種污泥處理處置系統(tǒng),其特征在于:還包括分別與所述污泥濃縮機(jī)和壓濾機(jī)連接的清洗裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種污泥處理處置系統(tǒng),其特征在于:所述壓濾機(jī)出口和所述混料機(jī)構(gòu)入口之間設(shè)有泥餅破碎及輸送裝置。
7.一種基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的污泥處理處置方法,其特征在于:包括以下步驟:
1)將污泥移送至調(diào)理池中,啟動調(diào)理劑投加泵將調(diào)理劑罐中的調(diào)理劑加入調(diào)理池中對污泥進(jìn)行調(diào)理;
2)將調(diào)理后的污泥移送至壓濾機(jī)中,使調(diào)理后的污泥在壓濾機(jī)的過濾介質(zhì)上進(jìn)行過濾,再使過濾后的污泥在壓濾機(jī)內(nèi)壓榨以實現(xiàn)污泥脫水;
3)將脫水后的污泥移送至混料機(jī)構(gòu)中,再將輔劑同步加入混料機(jī)構(gòu)內(nèi)并使該輔劑與脫水后的污泥混合均勻;
4)將混合均勻的輔劑和污泥移送至好氧發(fā)酵倉內(nèi)依次經(jīng)一次發(fā)酵、后發(fā)酵和腐熟段后得到堆肥產(chǎn)品。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的污泥處理處置方法,其特征在于:在所述步驟1)前還包括步驟5)將污泥移送至污泥濃縮機(jī)內(nèi),啟動藥劑投加泵將預(yù)濃縮藥劑儲罐內(nèi)的預(yù)濃縮藥劑加入到濃縮機(jī)內(nèi)對污泥進(jìn)行預(yù)濃縮。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的污泥處理處置方法,其特征在于:在所述步驟4)后還包括步驟6):將一部分堆肥產(chǎn)品排出好氧發(fā)酵倉外直接用于土地應(yīng)用,將另一部分堆肥產(chǎn)品作為返混料運送回好氧發(fā)酵倉內(nèi)與新加入的混合均勻的輔劑和污泥混合繼續(xù)發(fā)酵。
說明書
一種污泥處理處置系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明主要涉及污泥處理技術(shù)領(lǐng)域,尤其是指一種移動式的污泥處理處置一體化系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)
污泥是污水處理過程中伴生的產(chǎn)物,具有含水率高(99.2%-99.8%)、體積大、性質(zhì)不穩(wěn)定、極易腐化并產(chǎn)生臭氣的特點,需要進(jìn)行處理處置后方能排放,目前,全國每年產(chǎn)生污泥約4000萬噸(含水率80%),其中大多數(shù)污泥沒有得到無害化及穩(wěn)定化的處理處置。
常見的污泥處理工藝有厭氧消化、調(diào)理壓榨、石灰穩(wěn)定、好氧發(fā)酵、熱干化。厭氧消化屬于國外引進(jìn)的處理技術(shù),我國污泥中含沙量較大不適宜厭氧消化,加上工藝自身運行條件苛刻、管理復(fù)雜,使得我國大多數(shù)已建的厭氧消化項目處于停運狀態(tài),厭氧消化的應(yīng)用受限。石灰穩(wěn)定具有工藝運行簡單、投資及運行成本低的優(yōu)勢,但投加生石灰量大,嚴(yán)重浪費資源,且處理后的污泥資源化利用途徑受阻,將其作為一種臨時應(yīng)急的工藝尚可,不能作為污水廠污泥長期處理的首選工藝。熱干化工藝的投資及運行成本高,部分設(shè)備依賴進(jìn)口,且存在著臭氣污染的問題,可能會對周邊環(huán)境產(chǎn)生不良影響。好氧發(fā)酵是一種高效的污泥處理工藝,發(fā)酵產(chǎn)品直接土地利用是國家優(yōu)先支持的污泥處置技術(shù)路線,但如果采用含水率80%的污泥直接進(jìn)行好氧發(fā)酵所需的建設(shè)及運營成本高,占地面積非常大,而經(jīng)過調(diào)理壓榨深度脫水后的污泥含水率低于50%,體積僅為含水率80%的污泥的40%,再進(jìn)行好氧發(fā)酵所需的投資成本和運行成本均大為降低。污泥調(diào)理壓榨深度脫水工藝通過向污泥中投加專性調(diào)理劑,改善污泥脫水性能,同時能夠殺滅部分病原菌,固化重金屬,具有投資及與運行費用低、操作簡單、工藝適用性強(qiáng)等優(yōu)點,在國內(nèi)也得到了廣泛的應(yīng)用,處理后污泥含水率降至50%以下,可與各種污泥處置方式銜接,例如好氧發(fā)酵后土地利用、焚燒及填埋等。
針對一定區(qū)域范圍內(nèi)的污泥,傳統(tǒng)的污泥處理工程建設(shè)可分為集中式和分散式兩種,均呈現(xiàn)建設(shè)周期長、項目投資大、管理工作繁雜的特點,故在大中型污水處理廠應(yīng)用較多,而在中小型污水處理廠應(yīng)用較少,特別是數(shù)量多、分布散、污泥量小的城鎮(zhèn)污水處理廠(污水處理規(guī)模低于2萬m3/d)。這些中小型污水處理廠的資金有限、技術(shù)和管理水平不足,各自分別建設(shè)污泥處理處置工程的難度較大。為解決上述困境,提供一種無土建或少土建的污泥處理處置一體化方式,推動中小型污水處理廠的污泥處理處置發(fā)展,急需開發(fā)一套投資及運行費用低、移動靈活的污泥處理處置一體化產(chǎn)品。
目前國內(nèi)有一部分廠商開展了車載式污泥集成處理系統(tǒng)的研發(fā),但是開發(fā)出的產(chǎn)品多集中在污泥處理的某一個環(huán)節(jié),沒有考慮后續(xù)的處置問題,對污泥處理與處置問題的系統(tǒng)性考慮不足。以此思路開發(fā)出的產(chǎn)品只針對污泥處理一個環(huán)節(jié),且系統(tǒng)的自動化程度不夠,操作便捷性較差,導(dǎo)致系統(tǒng)處理的效率較低,人力成本高、操作繁雜,與后續(xù)處置脫節(jié),急需改善。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種污泥處理處置系統(tǒng),污泥經(jīng)該系統(tǒng)處理后可直接排放,系統(tǒng)的處理效率高,且運行成本低。
本發(fā)明提供一種污泥處理處置方法,應(yīng)用該方法對污泥進(jìn)行處理后可直接排放和土地利用,處理效率較高。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種污泥處理處置系統(tǒng),包括設(shè)置在可移動平臺上的調(diào)理裝置、壓濾機(jī)和好氧發(fā)酵裝置,其中調(diào)理裝置包括調(diào)理池、調(diào)理劑罐和連接調(diào)理劑罐和調(diào)理池的調(diào)理劑投加泵,好氧發(fā)酵裝置包括順次連接的混料機(jī)構(gòu)和好氧發(fā)酵倉,調(diào)理池、壓濾機(jī)、混料機(jī)構(gòu)順次連接。
該系統(tǒng)包括依次連接的調(diào)理裝置、壓濾機(jī)和好氧發(fā)酵裝置,該調(diào)理裝置包括調(diào)理劑罐、調(diào)理劑投加泵和調(diào)理池,將待處理的污泥移送至調(diào)理池內(nèi),啟動調(diào)理劑投加泵將調(diào)理劑罐內(nèi)的調(diào)理劑加入調(diào)理池內(nèi)對調(diào)理池內(nèi)的污泥進(jìn)行調(diào)理,即可提高其過濾性能;再將調(diào)理后的污泥移送至壓濾機(jī)中,污泥通過壓濾機(jī)內(nèi)的過濾介質(zhì)實現(xiàn)固液分離,過濾結(jié)束后的污泥在壓濾機(jī)中被二次壓榨,以實現(xiàn)進(jìn)一步擠壓污泥中的水分,使污泥的含水率降低至50%以下;而該好氧發(fā)酵裝置包括好氧發(fā)酵倉和混料機(jī)構(gòu),將上述脫水后的污泥移送至混料機(jī)構(gòu)中,再將輔劑同步加入混料機(jī)構(gòu)內(nèi),使該輔劑與脫水后的污泥混合均勻后移送至好氧發(fā)酵倉內(nèi),輔劑與污泥在好氧發(fā)酵倉內(nèi)依次經(jīng)一次發(fā)酵、后發(fā)酵和腐熟段后得到堆肥產(chǎn)品,該堆肥產(chǎn)品可直接進(jìn)行土地利用,應(yīng)用時,也可將一部分堆肥產(chǎn)品作為返混料運送回好氧發(fā)酵倉內(nèi)與新加入的輔劑和污泥混合繼續(xù)發(fā)酵,以提高發(fā)酵效率。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,污泥經(jīng)該系統(tǒng)處理后可直接排放,高效快捷;經(jīng)過調(diào)理壓榨深度脫水后的污泥含水率低于50%,體積僅為含水率80%的污泥的40%,再將該污泥進(jìn)行好氧發(fā)酵所需的投資成本和運行成本均大為降低,且對污泥進(jìn)行調(diào)理可同時殺滅部分病原菌,固化重金屬,具有投資及與運行費用低、操作簡單、工藝適用性強(qiáng)等優(yōu)點。系統(tǒng)可移動,可滿足單獨污水廠定點或者多個污水廠聯(lián)合處理處置的需求。
還包括與所述調(diào)理裝置連接的污泥預(yù)濃縮裝置,該污泥預(yù)濃縮裝置包括出口與所述調(diào)理池入口連接的污泥濃縮機(jī)、預(yù)濃縮藥劑儲罐和連接污泥濃縮機(jī)和預(yù)濃縮藥劑儲罐出口的藥劑投加泵。當(dāng)污水處理廠污水處理工藝不設(shè)置有濃縮段時,在調(diào)理裝置前設(shè)置污泥預(yù)濃縮裝置可通過對污泥進(jìn)行預(yù)濃縮處理,使得污泥的含水率降低,提高污泥處理效率。
在壓濾機(jī)上設(shè)有空氣裝置,該空氣裝置分別與壓濾機(jī)、好氧發(fā)酵倉連接。一方面能夠完成經(jīng)壓濾機(jī)腔室內(nèi)污泥的吹芯,使泥餅表面更干燥,易與過濾介質(zhì)分離,也能使卸餅時的操作環(huán)境更清潔;再者,空氣裝置可為好氧發(fā)酵倉提供污泥發(fā)酵過程中微生物發(fā)酵所需的氧氣。
還包括分別與所述污泥濃縮機(jī)和壓濾機(jī)連接的清洗裝置。該清洗裝置可對污泥濃縮機(jī)及壓濾機(jī)內(nèi)部進(jìn)行清洗,清洗后的污水通過前述污水處理系統(tǒng)處理后達(dá)標(biāo)排放。
所述壓濾機(jī)出口和所述混料機(jī)構(gòu)入口之間設(shè)有泥餅破碎及輸送裝置。在壓濾機(jī)的底部設(shè)置有泥餅破碎及輸送裝置,完成壓濾機(jī)生產(chǎn)出的低含水率(低于50%)的污泥的破碎及輸送,將破碎后的污泥輸送至混料機(jī)構(gòu)中,結(jié)構(gòu)簡單,提高系統(tǒng)的污泥處理效率。
一種基于前述系統(tǒng)的污泥處理處置方法,包括以下步驟:
1)將污泥移送至調(diào)理池中,啟動調(diào)理劑投加泵將調(diào)理劑罐中的調(diào)理劑加入調(diào)理池中對污泥進(jìn)行調(diào)理;
2)將調(diào)理后的污泥移送至壓濾機(jī)中,使調(diào)理后的污泥在壓濾機(jī)的過濾介質(zhì)上進(jìn)行過濾,再使過濾后的污泥在壓濾機(jī)內(nèi)壓榨以實現(xiàn)污泥脫水;
3)將脫水后的污泥移送至混料機(jī)構(gòu)中,再將輔劑同步加入混料機(jī)構(gòu)內(nèi)并使該輔劑與脫水后的污泥混合均勻;
4)將混合均勻的輔劑和污泥移送至好氧發(fā)酵倉內(nèi)依次經(jīng)一次發(fā)酵、后發(fā)酵和腐熟段后得到堆肥產(chǎn)品。
在步驟1)前還包括步驟5)將污泥移送至污泥濃縮機(jī)內(nèi),啟動藥劑投加泵將預(yù)濃縮藥劑儲罐內(nèi)的預(yù)濃縮藥劑加入到濃縮機(jī)內(nèi)對污泥進(jìn)行預(yù)濃縮。
利用該方法處理后的污泥可直接排放或直接土地利用,經(jīng)過調(diào)理壓榨深度脫水后的污泥含水率低于50%,體積僅為含水率80%的污泥的40%,再該污泥進(jìn)行好氧發(fā)酵所需的投資成本和運行成本均大為降低,且處理效率得到大大提高,再者,對污泥進(jìn)行調(diào)理可同時殺滅部分病原菌,固化重金屬,具有投資及與運行費用低、操作簡單、工藝適用性強(qiáng)等優(yōu)點。
在步驟4)后還包括步驟5):將一部分堆肥產(chǎn)品排出好氧發(fā)酵倉外直接用于土地應(yīng)用,將另一部分堆肥產(chǎn)品作為返混料運送回好氧發(fā)酵倉內(nèi)與新加入的混合均勻的輔劑和污泥混合繼續(xù)發(fā)酵??杉涌彀l(fā)酵速率,提高效率。
本發(fā)明所帶來的有益效果為:
1、同步實現(xiàn)污泥的處理和處置,可達(dá)到與工程相同的效果,處理后的污泥可直接排放或直接土地利用,處理效率高,;
2、系統(tǒng)可移動,可滿足單獨污水廠定點或者多個污水廠聯(lián)合處理處置的需求。
3、投資成本和運行成本省,系統(tǒng)無需或只需較少的土建施工,省去了大部分的土建費用,同步也減少了對應(yīng)的工程管理工作。系統(tǒng)基本實現(xiàn)無人值守,運行便捷。
我國污泥處理處置技術(shù)現(xiàn)狀
填埋處置
將需填埋的污泥,采用高干度離心脫水后,將其含水率降至約65%左右,此時,可按約為5kg/tDS的比例投加絮凝劑的用量;需填埋處置的污泥通過離心脫水后,將其含水率降至80%左右,此時,可按約為2.5kg/tDS的比例投加絮凝劑的用量。
污泥焚燒處置
通常,采用污泥焚燒處理工藝時,需處理的污泥必須經(jīng)離心脫水后,含水率降為80%左右,按照2.5kg/tDS的比例投加絮凝劑量用量,污泥經(jīng)焚燒后,殘余灰分量約為污泥干重的1/3;焚燒煙氣處理需消耗約37kg/tDS的NaOH量(NaOH價格約為3450元/t)。在此過程中,污泥運輸費用按照0.75元/(t·km),運輸距離為40km進(jìn)行計算,運輸費用為30元/t。污泥所需填埋費用,參照城市生活垃圾填埋運行費用約15元/t計算。各處理流程的耗電量約為:濃縮25kW·h/tDS,脫水75kW·h/tDS,消化150kW·h/tDS,焚燒200kW·h/tDS,電費約為0.7元/(kW·h)。
根據(jù)上述計算結(jié)果,污泥干固體處理總成本約為800元/t,以1×104t的污水產(chǎn)生2.0t的污泥計算,1t污水的污泥處理成本,大約為0.16元/t。按照國內(nèi)大型污水處理廠污水處理部分成本0.3~0.45元/t計算,約占處理成本的35%~50%。將該數(shù)據(jù)與發(fā)達(dá)國家相比,測算結(jié)果相差不大。
污泥脫水
目前國內(nèi)城市污水處理廠常用的污泥脫水方式為機(jī)械脫水,常用的機(jī)械脫水設(shè)備有真空過濾機(jī)、離心脫水機(jī)、板框壓濾機(jī)及帶式壓榨過濾機(jī)。使用最廣泛的帶式脫水機(jī)和離心脫水機(jī),處理后的污泥含水率一般只能達(dá)到78%左右。污泥經(jīng)過化學(xué)藥劑調(diào)理后再通過板框壓濾機(jī)處理,泥餅的含水率下限可達(dá)到60%以下。
厭氧消化
污泥厭氧消化是一個多級過程階段,利用兼性菌和厭氧菌進(jìn)行厭氧生化反應(yīng),分解污泥中有機(jī)質(zhì),并產(chǎn)生可以再次利用的甲烷氣體,實現(xiàn)污泥的穩(wěn)定化、無害化和資源化。污泥厭氧消化是目前國際上常用的污泥生物處理方法,同時也是一種應(yīng)用于大型污水處理廠中較為經(jīng)濟(jì)的污泥處理方法。厭氧消化工藝分為直接厭氧消化和預(yù)處理+厭氧消化兩類。直接厭氧消化工藝即傳統(tǒng)的厭氧消化,不經(jīng)過任何前期處理而直接進(jìn)行厭氧消化反應(yīng)的一種處理模式。通常用于有機(jī)質(zhì)含量較高的污泥或摻有高濃度有機(jī)質(zhì)廢物的混合污泥。
我國污泥處理處置技術(shù)發(fā)展
加大對污泥處理處置的資金投入
政府和相關(guān)部門要認(rèn)識到污泥處理處置對污水處理廠日常工作的重要作用,從根本上加強(qiáng)對污泥處理處置工作的重視和資金的投入力度。政府也應(yīng)該采用多種融資渠道,確保有充足的資金對污泥處理處置工作進(jìn)行支持。政府要根據(jù)當(dāng)?shù)匕l(fā)展的實際情況,制定相應(yīng)的優(yōu)惠政策,吸引更多的企業(yè)對污泥處理進(jìn)行投資,采用投資、托管、租賃、承包等多種形式完善污泥處理處置基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),促進(jìn)污泥處理處置工作的順利進(jìn)行。
完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和污泥處理處置技術(shù)
目前,我國污泥處理處置工作的相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)仍然不健全,相關(guān)部門應(yīng)該根據(jù)城鎮(zhèn)污水處理廠的相關(guān)情況完善城鎮(zhèn)污泥處理處置的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。
對污泥處理處置設(shè)施進(jìn)行淘汰、整改、配套和完善等,確保污泥處理處置的合理性和科學(xué)性。同時,相關(guān)部門也要不斷完善污泥處理處置技術(shù),對污泥深度脫水、余熱干化、厭氧消化等技術(shù)進(jìn)行合理的選擇和應(yīng)用,在對污泥進(jìn)行減量化和穩(wěn)定化處理的過程中也要加強(qiáng)對污泥的無害化和資源化處置。針對污泥廠的不同情況采用不同的技術(shù)和工藝對污泥進(jìn)行科學(xué)有效的處理和處置。
進(jìn)一步明確防爆區(qū)域的安全范圍
確定污泥消化處理系統(tǒng)中的防爆區(qū)域十分重要,因為該區(qū)域的確定會對總體的平面布置、工藝設(shè)備等各方面的設(shè)計、施工造成較大的影響,要進(jìn)行科學(xué)、全面的布局和設(shè)計,提高整體系統(tǒng)建設(shè)以及運行過程中的安全性,要對污泥消化處理系統(tǒng)的防爆區(qū)域進(jìn)行界定,畫出科學(xué)合理的安全范圍。在沼氣系統(tǒng)的防爆區(qū)域內(nèi),相關(guān)建筑、設(shè)施的設(shè)計必須符合甲級防爆要求。另外在防爆區(qū)域內(nèi),相關(guān)建筑、設(shè)施的設(shè)計要按照國家相關(guān)安全管理部門制定的相關(guān)文件進(jìn)行實施。比如,在防爆區(qū)域內(nèi)防爆電氣設(shè)備符合GB3836.1~4—2000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備》、GB3836.9—2006《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第9部分:澆封型“m”》等一系列的文件的要求,確保設(shè)備的安全運行。
加強(qiáng)對污泥處理處置工作的監(jiān)管
政府和環(huán)保部門都應(yīng)該加強(qiáng)對污泥處理處置工作的監(jiān)管力度,對污泥的處理和運輸過程進(jìn)行有效監(jiān)管,促進(jìn)污泥的合理科學(xué)處理,減少污泥處理過程中的環(huán)境污染和大氣污染。依據(jù)相關(guān)法律法規(guī)對非法傾倒或者違法處置污泥的行為進(jìn)行嚴(yán)厲的打擊和懲治。污水處理廠在日常的污泥處理過程中也要落實相關(guān)的環(huán)境管理規(guī)章制度,設(shè)置專門的監(jiān)督人員對污泥處理過程進(jìn)行日常的監(jiān)督和監(jiān)管,并對污泥處理情況進(jìn)行明確的記錄和備份,定期向環(huán)保部門和有關(guān)部門報備,對日常污泥處理處置信息進(jìn)行公開化和透明化管理。
傳統(tǒng)活性污泥法
活性污泥法是有一百年歷史的污水處理方法,其缺點表現(xiàn)為:以傳統(tǒng)概念“消除污染物”為主導(dǎo);基本原理無重大突破;效率低、能耗高(每人年降解COD和N需電耗約2O一25kWh);溫室氣體排放(CO2、N20等);污染物C、N、P等)資源化利用水平低。污泥問題未能解決,滯后于現(xiàn)有科技發(fā)展水平?;钚晕勰喾ǜ吣芎膯栴}無論在中國還是全球,都沒有得到解決,污泥也沒有達(dá)到其應(yīng)有的資源化水平。在2014年活性污泥一百周年時,全世界科學(xué)家都一致認(rèn)為:資源化是污水處理未來發(fā)展的方向,污泥的資源化利用是未來需要突破的重要環(huán)節(jié)。
污泥處理處置資源化背景
過去很多東西,我們認(rèn)為是污染物,隨著大數(shù)據(jù)時代的到來,對資源和能源的期望也增加了。
在此背景下,現(xiàn)在污泥中的污染物,將來會實現(xiàn)最大程度的“資源化”。從處理處置為目標(biāo)轉(zhuǎn)變觀念為以資源化利用為導(dǎo)向,實現(xiàn)科技創(chuàng)新服務(wù)可續(xù)發(fā)展。
歐盟的污泥管理原則
歐盟的廢棄物框架指令(2008/98/EC)提出“五層倒金字塔”原則,指導(dǎo)成員國按照五層優(yōu)先順序制定各自的政策法規(guī)。國家發(fā)展階段,以處理處置為主,然后是資源利用,最后是源頭控制的方式,調(diào)整為源頭控制、減量為主,資源化利用處理,循環(huán)利用,其他途徑再利用,最后才是處理處置的“五層倒金字塔”原則。“五層倒金字塔”原則的提出也充分反映了全球?qū)ξ廴疚镔Y源化利用的需求和期待。
污泥資源化能源化研究的熱點
未來技術(shù)都要遵循五個方面的原則:第一,以資源循環(huán)為主導(dǎo)的可持續(xù)發(fā)展趨勢;第二,污泥生物質(zhì)能源的最大化回收;第三,污泥營養(yǎng)物質(zhì)(磷和氮)的回收;第四是溫室氣體排放的控制;第五,健康安全保障。