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关键词:污水处理厂;泥污处置;方法
中图分类号:TE08 文献标识码: A
引言
我国污泥处理技术发展起步较晚,早期建设的污水处理厂普遍存在重视污水处理,忽略污泥处理处置的问题。污水处理过程将大部分污染物从污水转移到污泥中,因而污泥中的物质种类较多,包括有机物、氮、磷、钾和其它微量元素,致病微生物,锌、铜、铬等重金属。如果污泥不能进一步妥善处置,直接排放到环境中,会造成二次污染。因此,如何科学、合理的对污泥进行回收、处置,成为目前环保部门的一个重要课题。
1.污泥的分类和特性
1.1污泥的分类
污泥按来源大致可分为沟壑、河流污泥、生活污泥和工业污泥(含电镀污泥、造纸污泥、炼油污泥等)三类。目前更常用的是按污泥在不同处理阶段分类,分别命名为生物泥、浓缩污泥、消化污泥、脱水干化污泥及污泥焚烧灰。
1.2污泥的特性
(1)含水率与含固率
含水率是污泥中水的质量分数,含固率是污泥中固体或干泥含量的质量分数。在含水率高,污泥呈流态时,污泥的体积与含固量基本呈反比关系。
(2)挥发性
固体挥发性固体是指污泥中600℃燃烧炉中能被燃烧,以气体逸出的那部分固体,能反映污泥的稳定化程度。
(3)有毒有害物质
污泥中含有大量的病菌、病毒和寄生虫卵等,在土壤利用前应采取必要的处理措施。工业废水污泥中含有大量的重金属,不宜进行土地利用种植果蔬等。
2.国内污泥处置现状分析
城镇化进程不断发展,污水排放处置成为城市建设中又一必须合理应对的问题。针对这一问题,国家相关部门给予了充分的重视,并出台了一系列关于污水处理的法律、法规,以实现对污水处理的控制。目前,国内已基本建成了较为完善的污水处理体系,各个城市普遍按国家规定设有满足自身需求的不同规模的污水处理厂,污水问题从而得到基本控制。
然而,污水处理过程中产生的污泥处置问题却并非如此乐观,国内各城市对于污泥的处理手段长期以来尚未得到很好的改善。由于国内对于污泥处置的相关技术目前尚处于起步阶段,技术水平整体较低,加之国家经费投入较少,设备发展缓慢,技术人员缺乏,这些因素为污泥处理带来了重重阻碍。许多污水处理厂对产生的污泥不能提出科学的处理方案,只得采取简单的掩埋、倾倒等措施,或弃置不顾而被周边的农民任意使用在其耕种的农田里。由于污泥中含有大量有毒有害物质,因此,当其被滥用于农地,或任意倾倒于水体中后,一方面会严重污染土质、水质,同时,还可能使农田中种植出的作物内携带毒害物质,流入市场后形成严重的安全隐患。我国污泥处理的这一现状已对人们的生命、财产安全构成了严重威胁,同时,也极不利于国内环保事业的发展。
3.污泥处置的方法
3.1污泥浓缩法
污泥浓缩方法包括重力浓缩法、气浮浓缩法、机械浓缩法等。
重力浓缩法是指利用污泥的重力作用对污泥进行浓缩的方法。使用重力浓缩法处理后,污泥的含水率可以降到#$%’%,可以使呈流态的污泥成为糊状。重力浓缩法按运行方式分为间歇式污泥浓缩法和连续式污泥浓缩法。重力浓缩法中的浓缩构筑物称为重力浓缩池,同时也分为连续式重力浓缩池和间歇式重力浓缩池,重力浓缩池贮存能力强,运行成本低,操作要求低,一次性投资低,符合我国现在的国情,所以在我国普遍使用。但是重力浓缩法占地面积大,贮存的时间长,所以污泥容易发酵,产生臭味,尤其是在夏天气温比较高的时候,运行效果不太理想。
气浮浓缩法是指利用加压气浮的原理进行污泥浓缩,在气浮池表面形成浓缩污泥层由气浮池的刮泥机刮走,沉至池底的颗粒污泥,随池子底部的排水管排出。气浮浓缩装置包含加压溶气装置和气浮分离装置。气浮浓缩法适用于比较接近于1的污泥,因此采用活性污泥法的污水处理厂更适合采用气浮浓缩法。气浮浓缩占地面积小,浓缩效果较好,经过浓缩后,污泥的含水率可以降到94%―96%,通常为了使污泥浓缩效果更好,会使用无机混凝剂,如PAM、铝盐、铁盐等。气浮浓缩法占地面积小,贮存时间短,但运行成本高,操作要求高,一次性投资也高。
离心浓缩法是利用污泥中的固液比重差,利用离心力的不同进行分离。由于离心机的离心力远远大于重力,因此适用于难脱水污泥。采用离心机进行浓缩时,常用的离心机有转盘式离心机、轴筒式离心机、篮式离心机。离心浓缩法浓缩效果好,经过浓缩后,污泥的含水率可以降到80%―85%,在浓缩过程中不散发臭气,占地小,但是其电耗是气浮浓缩的几倍,运行成本高,操作要求高,一次性投资大,维修费用高。
3.2污泥厌氧消化
该方法是指在厌氧条件下,通过微生物作用将污泥中的有机物转化为沼气,从而使污泥中有机物矿化稳定的过程。厌氧消化可降低污泥中有机物的含量,减少污泥体积,提高污泥的脱水性能。然而该处理技术较复杂,在我国仅有的十几座污泥消化池中,能够正常运行的为数不多。消化产生的大量甲烷对消防安全等级要求和管理要求比较高,需要通过其他技术进行有效利用。另外,污泥经厌氧消化后只能减量1/3――1/2,剩余下的大量残渣仍需通过其他技术进行处理。
3.3污泥好氧堆肥
该方法是指污泥经过好氧微生物的发酵分解,大分子物质降解为小分子物质,发酵产生的高温使病原菌基本灭活,污泥含水率大幅度降低,从而达到污泥减量化、无害化和资源化的过程。堆肥过程中主要包括有机物的氧化、细胞物质的合成、细胞物质的氧化和腐殖质的合成等生物化学反应。在实际应用中,由于污泥本身不是很好的堆肥物料,该工艺需要耗用大量的调理剂;该工艺设施需要大量的占地面积,且无法在堆肥过程中实现处理物体积的减量化;处理过程中,会形成较多臭味气体,对大气污染较严重。
3.4亚临界水水解技术
该方法是利用高温高压产生亚临界水(又称近临界水),在亚临界水环境里,水的密度加大,导致离解系数加大,水起到溶剂和催化作用,使有机聚合物分解,淀粉、蛋白质被分解为葡萄糖及氨基酸,各种聚合物(包括合成聚合物如塑料制品,天然聚合物如脂肪、蛋白质)被分解和无害化。该项技术改变了污泥本身的胶体结构,将包裹在湿污泥中的物理化学结合水释放为自由态水,改善污泥的脱水性能,使得污泥中有机质得到分解稳定,同时使得处理后的污泥极易脱水。一般自然干燥2d左右,尾产物含水率即可达到40%―50%,传统机械脱水后可达到30%。因此该项技术的使用有效杀灭了污泥中的有害病菌,还原和干化有机物,使污泥成为无臭、无毒、无害、干化的基础有机肥、土壤改良剂,避免了其他污泥处理技术产物仍需进一步处理的问题,是污泥减量化、无害化新技术。
结束语
各种污泥处置的方法各有优缺点,应用时需根据实际情况结合成本和环境保护等方面进行有针对性的应用,也可以多种处理方法相结合。因此,国家相关部门应尽快提高对该问题的管理力度,出台相应的法律法规,督促污水处理厂不断加大污泥处置技术研发人力、物力投入,从而提高我国的污泥处理技术水平,最终减少因污泥而造成的环境污染及破坏,使污泥处理、回收、再利用之间的良性循环早日实现。
参考文献:
[1]曹胜,董晓楠,邢延峰.某城市污水处理厂污泥固化处理研究[J].环境科学与管理,2014,08:90-94.
关键词:污泥处理 污泥处理技术 污泥处理设备
中图分类号:X505 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)03(a)-0093-02
1 污泥处理的紧迫性
随着人们生活水平的不断提高。生活所产生的污水也在不断的增加。青浦污水处理厂建厂后,经过二期,三期的扩建,日处理污水量规模从刚开始的7 500吨/d上升到3.5万吨/d。而随之产生的污泥量也在不断的上升。污水处理厂所产生的污泥中的含水率高,还含有大量病菌、病原体、寄生虫卵以及汞等重金属和一些难以降解的有毒有害以及致癌物质。此外,这些污泥容易腐烂,有浓烈臭味,运输也较为不便。如果只对污泥进行简单的掩埋甚至弃置,而不经过妥善处理,将对地下水,土壤等造成二次污染,危害人类身体健康。由此,如何妥善处理污泥成了急需解决的问题[1]。
2 污泥的分类
(1)初次沉淀污泥:由初沉池沉淀产生的污泥。
(2)剩余活性污泥及腐殖污泥:经过活性污泥法或者生物膜法后,由二沉池产生的污泥。前者称为剩余活性污泥,后者为腐殖污泥。
(3)消化污泥:初沉池和二沉池中的污泥经过厌氧或好氧消化稳定处理后的污泥。
(4)化学污泥:经过化学处理污水后所产生的污泥。
(5)有机污泥:富含有机物的污泥。
(6)无机污泥:主要成分为无机物的污泥,即泥渣。
3 常见的污泥处理方法
3.1 污泥的集中填埋
这种处理方法由于只需将污泥进行填埋,所以不需要对污泥进行高度脱水,比较简单、易行、而且成本低。但是填埋需要占用大量宝贵的土壤,并且极有可能对地下水及土壤造成二次污染。由于不需要进行脱水,填埋中极易产生渗滤液,如果处理不当,将对地下水环境及周边的土壤造成严重污染。另外填埋场还极易产生甲烷气体,不采取适当措施会引起燃烧和爆炸。污泥的集中填埋比较适合污水处理厂产生的剩余回流污泥的处理[2]。
3.2 污泥的农用
污泥的农用是指利用污泥来对需要复垦的土地(如垃圾填埋场,森林采伐场,矿场用地和一些地表严重破坏的地区土地)进行修复与重建。此处置方法投资少、能耗低、运行费用低、有机部分可转化成土壤改良剂等优点,是一种极有发展潜力的处置方法。用科学的方法对土地进行合理的利用,从而减少污泥对人类生活的潜在威胁,也减少了污泥带来的负面效应,既使污泥得到了良好的处置又不破坏生态环境。但对污泥中的重金属、病原菌及有害物质有一定的要求。
3.3 污泥的焚烧
污泥的焚烧只能用于干化后的污泥。对于污泥而言,焚烧是最彻底的污泥处理方法。焚烧可以将污泥中的病菌、病原体杀灭,将有毒、有害物质氧化分解。将有机物碳化,还可以最大限度的减少污泥的体积。污泥焚烧后的产物,还可以制成砖,水泥等建筑材料。但是由于对污泥进行焚烧十分困难,处理设施投资大,处理费用高。另外在焚烧过程中所产生的一些有害气体也会造成空气污染。
3.4 污泥机械脱水
污泥机械脱水是将浓缩后的污泥,在静、动态混合器中与一定浓度的絮凝剂充分混合后,使污泥中的微小固定颗粒凝聚成体积较大的絮状团块。絮状团块经由压滤机压滤后,达到泥、水分离,最终被挤压成滤饼排出[3]。滤饼体积通常可以减少到原来污泥体积的1/4左右,更便于运输利用。污泥机械脱水后,滤饼除了含水率与相关的物理特性有变化,其化学、生物等方面性质并不发生变化。而污泥干燥也能使污泥体积减少到原来体积的1/5~1/4,但是污泥干燥是将污泥加热焚烧,不仅仅是脱水,还具有热处理效应,因此能去除污泥中病菌、病原体及有害物质。可见,污泥干燥处理不仅改变了污泥的物理特性,还改变了污泥的化学、生物特性。
4 污泥处理的其他技术
4.1 堆肥
堆肥是指在污泥中的微生物进行发酵的过程中,在其中加入一定比例的膨松剂和调理剂(如玉米杆、稻草、木屑、砻糠、麸皮等),在潮湿环境下利用微生物群落对多种有机物进行氧化分解并转化为富含植物营养物的类腐殖质,即肥料。对含水量低的污泥采用好氧发酵制肥,一方面,将污泥中的有机物转化为有用的肥料,另一方面,反应的最终代谢物是二氧化碳、水和热量,热量可以降低物料的含水率,有效地去除病菌、病原体、寄生虫卵。
4.2 污泥的稳定化
污泥的稳定化一般指厌氧消化,厌氧消化是在无氧条件下依靠厌氧菌作用,使污泥中有机物分解的厌氧生化反应,是一个极其复杂的过程。厌氧分解过程中产生大量气体,主要成分为甲烷和二氧化碳以及少量的硫化氢等。
4.3 微生物处理技术
微生物处理技术是指用制造的适合的微生物菌剂来消化污泥。利用微生物处理污泥的技术前景广阔,现有的微生物处理技术,如封闭式微生物好氧发酵,则制造出了适合处理污泥的微生物菌剂。利用这些菌剂,能有效地将污泥转化为有机肥或附加值更高的生物农药,充分利用了污泥的特性。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。
4.4 生物处理技术
生物处理技术是指利用一些生物的习性,来达到处理污泥中的易腐有机垃圾,常见的生物处理技术是利用蚯蚓来处理。由于蚯蚓喜捕食含有氮素类、碳素类物质以及无机物和纤维性的物质,所以基本可以把全部的物质活用为饲料。而这项技术比较简单,操作比较方便,费用相对低廉,又无污染排放,还能获得优质有机肥料和高级蛋白原料。但是如何将这些物质直接加以利用,从技术上来说还不够成熟,但从整体投资效益来说,生物处理技术比设置填埋场或焚化发电厂划算,又可避免支付长期的运行费用、维修费用等;而建造填埋场需要3~5倍的投资,建造焚化厂更要十倍的花费。
5 污泥处理方面的建议
一方面,各地区应根据本地区的实际情况,在兼顾生态环境和经济效益平衡的前提下,客观地、全面地论证各种方案实施的可行性,不能照抄照搬其他地区的处理方法。比如,在中、小城镇,可采取填埋、直接利用、焚烧及机械脱水后制肥等方法,因地制宜,充分利用本地区的资源。而在大、中城市,可对污泥进行二次加工,进行污泥脱水、浓缩、制肥、污泥干燥、制砖等,还可建立污泥消纳池和无害化处理场。而一些郊县污水处理厂,由于污水进水基本以生活污水为主,如离周围农田较近,产生的污泥量又小,则可以对污泥做适当的无害化处理后用于农田。
另一方面,加强公众的环境保护意识,让公众参与进来,从源头上控制,减少城市污泥的形成量。积极引导公众认识发展循环经济模式的作用,努力引导他们树立正确的消费观,鼓励公众使用绿色产品,减少一次性产品的使用,逐步形成良好的保护环境的生活方式。各地政府应重点推广污泥无害化、资源化、生态化目标的试点项目,努力实现各种生活垃圾家庭分类,从源头上对各种垃圾进行控制。各地政府应加强环境监督力度,节约、合理、充分利用资源,提高资源的利用价值,减少废水和废渣的排放。各地政府应制定优惠政策、大力发展环保事业,在加强环境监管措施的同时,应积极采取有效优惠政策,鼓励和扶持企业发展污泥处理产业,使城市污泥处理公益事业向有盈利的处理产业化方向发展。
6 结语
污水厂所产生的城市污泥虽然是城市污染物,给环境和人体健康带来很大危害。不过随着环保力度的加强、公众环境保护意识的加强及人们对已有污泥处理技术不足之处的进一步认识,世界各国都在致力于发展新技术,争取找到更经济、更合理的污泥处理方案。相信不久的将来污泥不再是问题,而是可利用的资源,随着资源的循环利用,人们生活的环境将更加和谐美好。
参考文献
[1] 白鹏,宋孝玉.基于模糊综合评判的西安市地下水资源承载能力评价[J].干旱地区农业研究,2010(2).
[2] 杨军,郭广慧,陈同斌,等.中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势[J].中国给水排水,2009(13).
关键词:自来水厂 排泥水 污泥量 污泥处理
0 概述
自来水厂排泥水含有大量来自原水的污染物,排泥水直接排放,会对地表水体造成污染。随着经济的发展和人们环保意识的提高,我国自来水厂排泥水处理已经提上议事日程。
实施排泥水处理,首先必须确定合理的污泥量,因为污泥量的确定直接影响整个排泥水处理工程的设计规模,从而影响到设备配置和投资规模。自来水厂的污泥量受多种因素影响,包括原水水质、水处理药剂投加量、采用的净水工艺和排泥的方式等。污泥量确定包括两方面内容:一是排泥水总量,它决定浓缩池规模;二是总干泥量,确定污泥脱水设备的规模。
污泥量确定一般需要较长时间数据的统计结果,因此即使目前没有建设排泥水处理工程计划的自来水厂,着手进行有关水厂污泥产量资料的收集工作仍然是明智之举。
1 排泥水总量确定
排泥水总量可分为沉淀池(或澄清池,下同)排泥水量和滤池反冲洗废水量两部分。
通常可以认为自来水厂一泵房取水量和二泵房出水量之间的差值即为自来水厂排泥水的总量。但它不能分别确定出沉淀池排泥水量和滤池反冲洗废水量,且这一估算方法不够准确。
已投产的自来水厂,根据水厂的有关运行参数可以较准确地计算出沉淀池排泥水量和滤池反冲洗废水量。水厂沉淀池采用人工定时排泥,只需根据每天排泥次数、每次排泥历时和排泥流量以及沉淀池格数,就可以计算出沉淀池的排泥水量。同样道理,也可以根据滤池每天冲洗次数、每次冲洗历时、冲洗强度及单格滤池面积和格数,计算出滤池反冲洗废水量。如果沉淀池排泥和滤池反冲洗实现了自动化运行,则需要对水厂沉淀池排泥和滤池反冲洗进行现场观测,了解沉淀池排泥和滤池反冲洗流量、每次历时和统计每天排泥或冲洗的次数,然后进行计算。
尚未建成或仍处在设计阶段的自来水厂,沉淀池排泥水量和滤池反冲洗废水量可根据沉淀池排泥和滤池反冲洗的设计参数进行估算,也可以参照已建成投产的、条件相近的自来水厂实际运行资料进行估算。
排泥水总量的确定,最好能绘制出排泥水量在一天内的变化曲线。由于水厂沉淀池排泥和滤池反冲洗都是在较短的时间内完成,瞬间流量很大,绘出变化曲线,对确定排泥水截留池和浓缩池设计规模有很大帮助。
2 干污泥产量确定
2.1 计算法
根据投加混凝剂在混凝过程中的化学反应、原水中悬浮固体对污泥量的贡献及其它污泥成份的来源,可以近似地计算出干污泥的产量。当硫酸铝用作混凝剂时,化学反应可简化为:
Al2(SO4)3·14H2O+6HCO3-=
2Al(OH)3+6CO2+14H2O+3SO42-(1)
由式(1)可知,氢氧化铝是形成污泥的主要产物。根据方程式的计量关系,投加1 mg/L的Al2(SO4)3·14H2O大约会产生0.26 mg/L的氢氧化铝沉淀物。原水中的悬浮物因为在混凝过程中不发生化学变化,它将产生相同重量的干污泥。其它水处理中的添加物,如高分子絮凝剂或粉末活性炭,也可认为以1∶1的比例产生污泥。
根据以上分析,可以建立干污泥量的计算公式。同样的分析也适用于铁盐作混凝剂的净水工艺。
日本水道协会[1]推荐采用(2)式计算干污泥量:
S=Q(TE1+CE2)×10-6(2)
式中S--干污泥量,t/d;
Q--自来水厂净水量,m3/d;
T--原水浊度,NTU;
E1--原水浊度与SS的换算率;
C--铝盐混凝剂投加率(以Al2O3计),mg/L;
E2--铝盐混凝剂(以Al2O3计)换算成干污泥量的系数,取1.53。
英国水研究中心[2]推荐用(3)式计算干污泥量:
S=2T+0.2C+1.53A+1.9F
(3)
式中S--干污泥量,mg/L;
T--去除的原水浊度,NTU;
C--去除的原水色度,H;
A--铝盐混凝剂投加率(以Al2O3计),mg/L;
F--铁盐混凝剂投加率(以Fe计),mg/L。
美国Cornwell[3]推荐用(4)式和(5)式分别计算用铝盐和铁盐作混凝剂时的污泥产量:
S= 8.34Q(0.26Al+SS+A)
(4)
S= 8.34Q(1.9Fe+SS+A)
(5)
式中S--干污泥量,lb/d(1 lb/d=0.453 6 kg/d);
Q--自来水厂净水量,mgd(1 mgd=3.785×103 m3/d);
Al--铝盐混凝剂投加率(以Al2(SO4)3·14H2O计),mg/L;
Fe--铁盐混凝剂投加率(以Fe计),mg/L;
SS--原水总悬浮固体,mg/L;
A--水处理中其它添加剂,mg/L。
同时Cornwell推荐(6)式为原水浊度T与SS关系式:
SS=bT
(6)
式中b--SS与浊度T的相关系数;
T--原水浊度,NTU。
Cornwell认为,在原水色度不高的情况下,b在0.7~2.2之间变化。综合以上3种计算公式,可知它们均出于同一思路,具有相似的形式,都要求测定原水浊度与SS的相关关系,这主要是因为SS的测定比较烦琐,自来水厂一般不对原水的SS做常规分析,而对原水浊度则有每天的记录。
2.2 混凝剂物料平衡分析法
该方法是根据自来水处理系统中混凝剂成份的物料平衡进行分析的。无论在净水过程中加入什么样的混凝剂,它在水处理系统中的物料进入和排出应该是平衡的。该法第一步,分析所用混凝剂中的铝(或铁)的实际含量,然后计算出净水过程中向原水加入铝(或铁)的投加率;第二步,获取自来水厂原水、沉淀池排泥水、滤池反冲洗废水和出厂水样品,并对这些样品进行铝(或铁)含量的分析;第三步,对排泥水平行样品进行总悬浮固体的分析。经过以上的分析,干污泥产量就可以计算出来。
例如,假设一个10万m3/d的自来水厂,由混凝剂投入原水的铝为5 mg/L,沉淀池排泥水分析测得总悬浮固体浓度为1.0%,其中铝的含量测得为400 mg/L。这里忽略原水、滤池反冲洗废水和出厂水中微量铝的影响,则每天加入净水系统的铝为: 10×104×103×5=5.0×108mg/d。
因为排泥水中含有400 mg/L的铝,则总排泥水量为1.25×106 L/d(5.0×108/400)或1250 m3/d,则干污泥量为1.25×104 kg/d(12.5 t/d)。
由于任何一种方法都难以准确地确定自来水厂的干污泥量,因此建议以两种方法所得到的结果进行相互校核。
3 原水浊度与SS相关性分析
计算法是应用较多的干污泥量确定方法,该方法需要确定原水浊度T与SS之间的相关关系。不同地域、不同水源及不同季节这个相关关系可能存在较大差异,因此建议每个自来水厂都对原水进行浊度T与SS相关关系的测定,测定的时间应尽可能长些,有一年以上的时间跨度。测定结果可以进行分月、分季度原水浊度T与SS相关关系分析。
Cornwell[4]列举了一个浊度T与SS相关关系的例子(见图1)。由图1可知,该测定结果有较强的相关性。
图1 Cornwell的原水浊度T与SS相关关系
图2和图3分别是作者对上海市A水厂和B水厂原水浊度T与SS相关性分析的结果,从图中可以看出,自来水厂原水浊度T和SS有较好的相关性。
图2 上海市A水厂原水浊度T与SS相关关系
图3 上海市B水厂原水浊度T与SS相关关系
从以上图中可以看出,不同水源水的相关关系存在较大差别。实际上,即使在同一水源,不同季节测定的相关关系也可能会有变化。
在测定浊度T与SS相关关系时,原水SS的测定必须认真仔细。因为部分滤纸能滤过的颗粒在混凝时则能够从水中去除,因此有条件的地方应采用0.45 μm的滤膜代替滤纸进行过滤,以提高测定的准确性。有很多水厂的原水浊度T和SS都很低(如湖泊、水库水),为了提高测定的准确性,SS测定时需要采集1 L甚至几L水样进行过滤。各自来水厂可以通过摸索后确定实际测定的水样量。
如果原水的色度很高,对污泥产量会存在影响。因为大多数原水的色度在滤纸过滤时不会被截留,而在水处理工艺中色度会被混凝、沉淀、过滤工艺去除,形成色度的物质也会存在于污泥中。在这种情况下,计算干污泥量时应考虑色度的影响。
4 自来水厂排泥水处理干污泥量设计值的选取
自来水厂干污泥产量随原水浊度、处理水量、混凝剂投加率变化,因此水厂的干污泥产量是一个变量。那么,选择怎样的干污泥产量设计值才是经济合理的呢?
一般可以用两种方法来确定自来水厂干污泥量设计值。一种方法是目前设计单位常采用的,就是通过试验分析原水浊度T和SS的相关关系,通过资料分析确定原水浊度的设计值和混凝剂投加率设计值,再结合水厂规模,根据计算公式算出干污泥量设计值。用原水浊度最大值和混凝剂最大投加率对设计值进行最不利情况校核。例如:试验得出B水厂原水浊度T与SS 的相关关系为:y=0.6x,考虑一定的安全系数,取浊度T和SS的比值为1∶1。该水厂原水浊度和混凝剂投加率分析分别见图4和图5。
图4 B水厂原水浊度统计分析结果
图5 B水厂混凝剂投加率统计分析结果
从图4可以看出,B水厂原水浊度主要分布在20~75 NTU之间,其中在40~45 NTU之间出现的概率最高。从累积概率曲线看,浊度65 NTU以下占近80%。因此取65 NTU作为浊度设计值。从图5可以看出,该厂混凝剂投加率主要在12~14 mg/L之间,投加率16 mg/L以下的累积概率在75%左右,因此取16 mg/L作为混凝剂投加量设计值。由于该厂是以Al2(SO4)3·18H2O计量混凝剂投加率,它与Al(OH)3的化学计量关系为0.234。另外,该厂去除色度约10 度,水处理规模为40万m3/d,根据以上数据可以计算该厂干污泥量的设计值:
S =4.0×10 8×(0.234×16+65×1+10×0.2)÷1.0×109
=28.3 t/d
该厂原水浊度最大值为109 NTU,混凝剂最大投加率为29.8 mg/L,则最大干污泥产量:
Smax =4.0×10 8×(0.234×29.8+109×1+10×0.2)÷1.0×109
=47.2 t/d
如果以28.3 t/d设计脱水设备,每天运行1班,则增加1班就可满足处理最大日污泥量的要求。
选取干污泥量设计值的另一种方法是根据水厂每天的处理水量、原水平均浊度及当天的混凝剂投加率,计算出每天的干污泥产量。然后对一定时间内日干污泥产量进行统计分析,就可以得到:平均每天的干污泥产量;最高日的干污泥产量;出现概率最高的干污泥产量范围。
如果脱水设备正常情况下每天运行1班,则干污泥产量设计值可以依据以下原则选取:
(1)该设计值必须大于平均每天的干污泥产量;
(2)该设计值要大于最高日干污泥产量的1/3;
(3)该设计值应不小于概率最高的干污泥日产量范围。
依据这三条原则确定的干污泥量设计值,当干污泥产量在最大概率的污泥日产量以下时,可以使污泥脱水在正常运行模式下完成。当干污泥产量超 过设计值时,可以通过以下途径解决:
(1)增加污泥脱水设备运行班次,直至每天24 h运行;
(2)通过排泥水处理工艺系统的平衡调节池贮存过量的污泥。
例如B水厂日干污泥产量分析见图6,其平均干污泥产量为12.66 t/d,最大干污泥产量为30.94 t/d。
图6 B水厂干污泥日产量分析结果
从图6可以看出,该厂干污泥日产量出现概率最高为8~10 t/d,有90%的概率是在18 t/d以下,如果选取18 t/d作为干污泥日产量的设计值完全符合上述选取原则,也可以满足处理要求。需要说明的是,以上所举两例,前一种方法计算干污泥量时每天的处理水量是以40万m 3/d进行计算的,后一种方法是以每天实际处理水量来进行计算的,由于实际处理水量不到40万m3/d,因此两者所选取的值差别较大。比较以上两种方法所得到的结果可知,前一种方法偏于安全。
上述方法确定的干污泥量设计值,既能保证排泥水处理的正常运转,又充分考虑了利用排泥水处理运行模式可挖掘的潜力,是经济可行的选取方法。
5 结论
(1)实施自来水厂排泥水处理工程,确定经济合理的污泥产量十分重要。
(2)污泥量确定包括排泥水量和干污泥产量,排泥水量决定排泥水处理工程中浓缩池规模,干污泥量则决定脱水设备规模。
(3)排泥水量需根据自来水厂沉淀池排泥方式和滤池反冲洗方式确定,相对较容易。
(4)干污泥量可用计算法和物料平衡分析法进行确定,其中计算法使用较多。建议用两种方法所得到的结果进行相互校核。
(5)计算法要求分析自来水厂原水浊度T与SS的相关性。研究表明,同一水源浊度T与SS均有一定的相关性,但不同水源间这一相关关系差别较大,因此每一水厂都应进行原水浊度T与SS相关性的分析。
(6)干污泥量设计值的选取有两种方法,一种方法是先选取原水浊度的混凝剂投加率的值,然后进行计算获得;另一种方法是先计算出一定时间范围内水厂每天的干污泥产量,然后分析得出干污泥产量设计值。前一种方法偏安全。
参考文献
1 日本水道协会.水道设施设计指南·解说.1990
2 英国水研究中心.九十年代污泥处理手册.1992
关键词:污泥;污泥干化;污泥焚烧;工艺
中图分类号: TU992 文献标识码: A 文章编号:
随着人口的日益增长和城镇化程度的不断提高,城市污水的产量迅速增加,随着废水处理技术的不断发展,废水可以得到相应的处理,但随之而来的污水污泥又带来了二次污染。其中的有害成分,如重金属、有机污染物、寄生虫、病原菌及臭气将成为影响城市环境卫生的一大公害、如何妥善、科学地处理污泥是全球共同关注的问题。
我国污泥处置的现状
在我国,污泥已经成为了一个影响环境的重要因素,在2003年的时候,我国城市污水处理厂的年排污泥量大概在130万吨,而且这个数字还在逐渐的增加,同时如果将国内的污水全部处理的话,那么每年产生的污泥(干重)还会更多。在我国一些城市化水平较高的城市中,污泥已经成为了很突出的环境问题,需要得到较好的处理,这样才能够保证城市环境的优化。在我国的污泥处理方式中,污泥农用是最为常见的,约占到污泥处理的44.8%,陆地填埋方式约占31.0%,其他处理方式占到10.5%,同时还有13.7%的污泥是没有得到处理的。据统计,我国用在污泥处理上的投资占污水处理总投资的20-50%,从这个数据中我们能够看出,我国当前在污泥的处理上还处于一种滞后的状态。
污泥处理方法
污泥处理的方法有很多,就目前的处理方式而言,主要分成了三种:填埋、 土地利用和焚烧。
2.1填埋
这是一个主要的处理方式,在我国也是比较常见的,这种方式的好处就是投资少,容量大,见效快。但是也存在着诸多的缺点,填埋需要很大面积的场地,而且地基必须要做防渗处理,否则可能对地下水产生污染。 2.2土地利用
这种方法主要是将污泥中的养分重新利用,像是氮、磷、钾,对于农作物来说是很好的养分。不过需要注意的是,污泥中同样具有细菌以及一些重金属污染,因此这种方法也是利弊共存的。 2.3焚烧
焚烧由于具有将污泥中的有机物全部碳化,杀死病原体,解决污泥的恶臭问题,并最大限度地减少污泥的体积,被认为是污泥处理的最佳实用技术之一,在发达国家已经广泛采用。污泥焚烧可分为两大类,一是将脱水污泥直接送到焚烧炉进行焚烧,二是将污泥干化后再焚烧。污水处理厂的污泥含水较高,一般可达80%以上,故直接焚烧需要添加大量的辅助燃料,能源利用率低;污泥干化后再焚烧工艺一般由干化部分、焚烧部分和尾气处理等部分组成,可以利用焚烧产生的热量干燥污泥,能源利用率高,甚至可以实现不添加辅助燃料自助燃烧,成为污泥焚烧处理的首选工艺。
污泥干化焚烧工艺
污泥干化焚烧是污泥焚烧工艺中常用的一种,就是先将污泥的含水量进一步降低,进行干燥,在进行焚烧,可以提高焚烧效果。 3.1污泥干化系统
污泥干化其实就是用热能将污泥中的水分进一步去除,属于一种传热的过程,将污泥尽量干化。在整个过程中,污泥会在热能的作用下失去水分,然后形成颗粒状。在污泥形成颗粒的过程中,表面相对内部来说干燥,而内部的水分蒸发变得比较难,蒸发率也在这个过程中逐步降低。
污泥干化主要分为两种,一种是全干化,即含固率大于90%,而另一种是半干化,即含固率低于90%。因为污泥在全干化之后的热值是很高的,容易产生粉末,所以存在着一定的自然自爆的危险。因此,为了防止这种状况的出现,系统需要处于一种全封闭的惰性环境中进行,并控制好含氧量、温度、粉尘浓度等一系列因素,其安全运行的条件很高。而污泥半干化只要降低污泥中的含水量以满足焚烧时不需要添加辅助燃料就可以了。因为这种干化方式中污泥的含水量较高,所以不存在自然自爆的危险,相对来说要安全很多。所以,半干化污泥干化是污泥干化中经济安全且低能耗的处理方法。
又因为污泥和热媒见得传热方式,污泥的干化还可以分为对流式、传导式以及热辐射式。在现在污泥干化的处理方式中,对流及传导是较常用的,或者是将二者结合。因为对流式这种干化方式中热媒直接和污泥接触,因此对排出的废水等应该经过处理后在排放,其后续的处理负担也增大。传导式的干化方法只是将热量传给污泥,使污泥水分蒸发,而热介质不受污染,因此就不存在处理的负担。
3.2污泥焚烧系统
用焚烧方式来处理污泥,在国外一些发达国家已经普遍使用。这种方法就是利用焚烧炉通过高温将污泥中的有机物氧化,将污泥矿化。
现在流化床焚烧炉是最受欢迎的污泥焚烧装置,目前我国污泥焚烧装置大多就是流化床焚烧炉。其工作原理是燃料和物料在炉膛内流化空气的作用下呈流化状态,燃料在流化状态下燃烧。其优点诸多,如热容量大、物料混合良好、燃烧适应性强、燃烧停留时间增加等,燃烧的效率高。
流化床焚烧炉具有很大的热容量和良好的物料混合, 对燃料的适应性强,床内强烈的湍流和物料循环,增加燃烧的停留时间,因此燃料燃烧充分、彻底,燃烧效率高。污泥焚烧流化床通常为圆柱形反应器,反应器的下部设计成圆锥形,由带喷嘴的底盘封闭。
圆锥内充满可被空气流化的砂。空气通过安装于底盘的喷嘴喷入。喷嘴盘下面的风室提供均匀的空气使污泥充分燃烧。燃烧室内加入稍过量的空气作为二次补风。干化污泥进入焚烧炉,通过分配装置将污泥均匀分配到流化床上。流化床上部空间被称为燃烧室。燃烧室设计成有足够的容积以保证污泥有足够的停留时间,使烟气温度明显高于最低温度且不高于使灰分熔化的最高温度。温度和停留时间是实现污泥完全燃烧的保证。流化床焚烧炉配有常规的燃料燃烧器,用于炉体启动时的加热,使炉体达到要求的焚烧温度。污泥被连续送入反应器,焚烧过程中在深度混合的流化砂床内被分解。灰分被废气带走,废气从焚烧炉顶部排出,送往热交换器和烟道废气处理系统。
3.3烟气净化系统
烟气的净化是一个必须的程序,因为在对污泥进行焚烧的时候,因为污泥中的成分原因,难免会产生二次污染,只有进行处理了才能够有效的避免对环境产生污染。
污泥焚烧产生的二次污染主要是炉顶排放的烟气所致,这对环境是一个很大的影响。烟气净化主要应该从对氮氧化物、颗粒物 、酸性气体、有机物及重金属等进行控制,从而达到环境保护的效果。控制的方法主要包括三点:(1)避免氮氧化物的产生,这个需要对烟气的温度及炉内的含氧量进行良好的控制。(2)利用一些高效的除尘系统减少烟尘,如静电除尘器、布袋除尘器等。(3)通过二级洗涤塔去除酸性气体。
结束语:
随着城市的发展,污泥的产量越来越大,以及处理要求越来越严格,以前的填埋、填海等方法已经无法满足环保等方面的要求,人们转而寻找更为有效和稳妥的处理方法。污泥干化使污泥的终端处理方法多元化、简便化,污泥焚烧具有占地小、处理速度快、处理量大、减容明显等优点。污泥干化和焚烧工艺应用会越来越广。
参考文献:
[1]梁向东,李飞飞.污水处理厂污泥资源化利用的研究[J].科技情报开发与经济.2010,20(33):143.147.
[2]张辰,王国华,孙晓.污泥处理处置技术与工程实例[M].北京:化学工业出版社,2006.
关键词:市政污泥 下水道掏挖污泥 干化焚烧
一、引言
近年来,随着国家经济和社会的发展,环境污染日益严重,人们已经认识到树立科学发展观的重要性,人与自然必须协调发展。作为水环境治理的重要组成部份——城市污水处理得到政府和社会各界的高度重视,新的污水厂不断建设,污水处理率大幅提高。目前,我市已建成了六大排水系统(纪庄子、咸阳路、北仓、双林、赵沽里、张贵庄等排水系统)担负着天津市中心市区污水排放的重任。而市政污泥作为城市排水系统的副产品,它容量大、不稳定、易腐败、有恶臭,如不加以妥善处理和处置,将造成堆放和排放区周围环境的二次污染,更有甚者,将其任意施与农业,导致农作物污染土地受到不可逆转的中毒危害,一直以来未得到足够重视,其最终处置问题已突现出来。在我市中心市区,污泥能否得到及时而适当的处理与处置,已成为影响污水处理厂正常运行、是否从根本上产生环境效益的重要因素。因此,全面了解污泥处理处置技术及市政污泥处理处置的现状与问题,力求提出适合的对策,是近期污泥处置工作的重点。
二、背景
天津市区污水厂污泥处理处置的现状及存在的问题
1. 现状
天津市现有六大排污系统,中心市区年排污泥量近40多万立方米,每一。排污系统拟各建处理厂一座,现已建成并投入生产的城市污水处理厂为2座,其他处理厂正在兴建之中。
总体来说,天津市污泥来源包括三个方面:
(1)污水厂的脱水污泥(包括纪庄子污水处理厂(330 m3/d)、东郊污水处理厂(300 m3/d)及新建的咸阳路污水厂(320 m3/d)和北仓污水厂(64 m3/d),这4座污水处理厂均采用二级生化处理、污泥中温消化工艺 ,污泥最终处置方法均为外运堆存,4座污水处理厂日产污泥总量为1014 m3(含水率75%)。
(2)天津市全市下水道的掏挖污泥每天约200立方米(含水率75%);
(3)河道污泥。
2.目前存在的问题
天津市市政污泥 (每天约200吨湿污泥)处置问题多年来一直未能得到解决,目前存在的问题主要有以下几个方面:
1.天津市城市污水厂污泥现采用简单的浓缩、脱水技术处理,均没有进行减量化、无害化和稳定化处理,这显然不符合国家关于污泥处理处置的战略思想,也与天津这个大都市的环境政策不符,因此结合现状对污泥进行“三化”处理已成为各污水厂面临的主要问题;
2. 近年来,郊县农民更加习惯于施用化学肥料,致使污泥出路越来越不畅;
3.中心城区下水道污泥均由各市政单位(污水厂、市属排水所、区属排水所)分别处置,且又受到地理等条件限制造成污泥分散堆放,污水处理厂污泥和管道污泥的处理与处置没有形成统一的规划;
4.各排水所污泥堆放点大多无固定场地,随机倾倒现象较为严重;无正式协议,属自行乱堆乱放;
5.目前污泥只通过各种渠道远运至城郊荒地倾倒,每年仅场地补偿费用支出约100万元,同时污泥堆放点的污泥均为露天存放,倾倒地点未做任何卫生处理,其中部分污泥存放点周围有大片居民区,污泥堆放对居民生活造成一定的影响。污泥也给城郊的原生环境和次生环境带来了严重的二次污染。近年来,连可供污泥倾倒的场地也日趋紧张起来。
6.储泥点远离城区,大多分布在外环线以外、城市远郊区附近,使得污泥运输费用较高,再加之沿途泄露,给城市景观造成了损害。
三、市政污泥处理的主要目的及处置方式的研究
1.污泥处理的目的
如前所诉,天津市城市污水厂污泥现采用简单的浓缩、脱水技术处理,均没有进行减量化、无害化和稳定化的处理。由此可以看出污泥处理的主要目的:一是稳定化,通过处理使污泥停止降解,使污泥稳定化,从而避免二次污染;二是无害化,杀灭寄生虫卵和病原微生物;三是减量化,减少污泥最终处置的体积,降低污泥处理及最终处置费用;四是资源化和最终处置,在处理污泥的同时实现化害为利、循环利用、保护环境的目的。
这一目的可以通过对污泥的处理与处置来实现的。目前,国内外污泥处理与处置的方法很多,一般采用浓缩、消化、脱水、干化、有效利用(主要为农用)、填埋及焚烧等不同的处理、处置方法,或用其中某几个方法组合处置,而污泥的最终出路不外是部分或全部资源化利用或以某种形式回到环境中去,当今世界各国广泛采用的污泥处置方法有污泥的土地利用、污泥的填埋、 污泥的热处置以及对污泥制动物饲料、包埋处理以及焚烧灰制砖等处置方法.