污泥处理与资源化研究报告

兰州交通大学市政与环境工程研究所污泥处理与资源化研究报告汇报人：许丽萍杨改强指导教师：完颜华第一章项目概述•研究项目的目的及意义•污泥的来源及主要成份•国内外污泥处理现状•污泥处理方案的决定1.1研究项目的目的①减量化：减少污泥最终处置前的体积，以降低污泥处理及最终处置的费用；②稳定化：通过处理使污泥稳定化，最终处置后不再产生污泥的进一步降解，从而避免产生二次污染；③无害化；达到污泥的无害化与卫生化，如去除重金属或灭菌等；④资源化：在处理污泥的同时达到变害为利、综合利用、保护环境的目的，如产生沼气、农肥、建筑材料等。1.2研究项目的意义城市污泥既是污染物又是一种资源，污泥的处理、处置与资源化利用相结合是其最好的出路。将污泥视为一种资源加以有效利用，在治理污染的同时变废为宝，实现污泥的资源化，具有显著的环境和经济效益。1.3污泥的主要成份污泥中含有大量有机质（56%~72%），各种营养成份N、P、K，并且含有大量病原菌、寄生虫(卵)，以及铜、铝、锌、铬、汞等重金属和多氯联苯、二恶英、放射性核素等难降解的有毒有害物。1.4国内污泥处理现状在大多数发展中国家，土地利用和填埋仍是污泥处置的主要途径，而随着可填埋范围的日益减少，土地利用将是一个主要的发展方向。我国是一个发展中国家，又是一个农业大国，城市污水厂污泥的土地利用是一个重要的途径。1.5我国农业肥料市场发展现状随着我国化肥工业迅速发展，氮肥和磷肥的产量目前分别排在世界第二位和第三位，农作物施肥结构也发生了很大变化。七十年代前，农作物施肥中农家肥与化肥的比例是7：3，到七十年代末期，由于化学肥料用量猛增，其比例已改变为3：7。长期施用无机化肥的主要缺点是单独施用肥份不完全，掺合增施则造成溶度积剧增，肥份容易流失，不利于作物生长和利用。并且使土壤盐化板结，污染饮用水源，破坏生态环境。为了避免偏施无机肥料导致的必然后患，有些国家已开始限制偏施化肥而施用有机肥料。1.6国外污泥处理主要方法欧盟、美国及日本近年及预测的污泥主要处置方法国别污泥量(104tDS)农用(%)填埋(%)焚烧(%)其他(%)欧盟国家(1992年)65039(37)401110欧盟国家(预计2005年)1010451738美国(1992年)4935151日本(1995年)17133(14)154931.7污泥最终处置一般方案污泥浓缩稳定脱水填埋焚烧农用1.8最终处置方案比较处理方法优点缺点处理污泥主要用途焚烧有效解决重金属离子污染的问题设备复杂，能耗大，投资高，可产生二恶英等有毒有害气体砖、混凝土、波兰特水泥、可燃气、油，发电填埋处理成本低，可增加城市建设用地有毒有害物质可能渗入地下，污染地下水及周边生态环境；受到用地的限制，污泥的输送费用可能很高。建造人工平原，填海造地农用经济简便，可使污泥充分资源化致癌物质、重金属化合物可能会使人、动植物慢性中毒复合肥料、土地改良剂选择有效的污泥处置方法，应兼顾到环境生态效益与处置成本、经济效益之间的均衡。无论从经济因素还是从肥效利用因素出发，污泥的土地利用特别是污泥的农用都是一种符合我国国情的处置方法。污泥的农业应用方面的技术很多，可充分实现污泥的资源化，适合我国国情。但是污泥制肥的销售上存在问题，由于传统观众，中国农民惯用化肥，对污泥制肥还不了解，尤其是重金属离子对土地的影响有所顾及，不可能一下子就改用污泥制肥，另外自从加入WTO以后，中国的农肥市场受到一定冲击。不过根据国情，预计高温堆肥工艺粗有机复合肥生产成本在300元/t左右，市场价格在500元/t左右；精加工有机复合肥生产成本在500元/t，市场价格在800元/t左右。污泥的农用还是具有广阔的前景。第二章项目试验•污泥干化缩水试验•尾气处理试验•污泥发酵试验•臭气处理试验•菌群培养试验•模型模拟试验•肥料肥效试验2.1主要技术方案好氧发酵技术污泥脱水含水量调节初混机一级堆肥二级堆肥精混机造粒机精煤灰除臭剂生物除臭滤池N、P、K抽臭气管路回填污泥成品2.2项目研究的主要内容（1）结合污水处理厂污泥特性和成份进行污泥发酵处理的模拟试验。①污泥连续发酵、干燥制肥工艺的研究。②污泥肥料中重金属含量及含盐量的控制，分析污泥复合生物肥料中N、P、K等植物营养元素及有机质含量。（2）结合污水处理厂污泥特性和成份进行污泥干化处理的模拟试验。①微波和红外联合加热工艺以及热干化工艺的比较研究。②污泥中重金属含量的控制。（3）根据污泥肥料的特性并结合本地区土壤理化性质特点，进行污泥土地利用技术的研究，着重进行污泥肥施用与农田和作为植林用土的研究。2.3主要试验一污泥干化缩水试验：采用微波预热和红外加热或热干化，对污泥进行缩水及灭菌处理。主要参数：频率、时间、含水率、重金属离子含量、微生物浓度。关键技术：①微波的频率，微波加热及空气流动方式；②红外线辐射器的个数及排列方式；③热干化方式。2.4主要试验二尾气处理试验：根据污泥缩水后的蒸发水汽中所含成份，确定尾气处理方法。充分利用蒸发热量，并保证其挥发性物质不对管道和设备造成腐蚀。尽可能利用污泥水份蒸发带走的热量进行污泥脱水阶段的预加热，或发酵仓内的加热保温。主要参数：水分含量、腐蚀性物质含量、热量。关键技术：热量的有效利用。2.5主要试验三污泥发酵试验：确定发酵时间，发酵平均温度及污泥腐熟程度的关系；并确定膨胀剂、除臭剂的最佳投加比例，保证污泥中菌类、C/N比、含水率以及臭气产生量之间的均衡。主要参数：发酵时间、发酵平均温度、微生物浓度、污泥腐熟程度，膨胀剂、除臭剂的投加比。关键技术：①加热温度的影响；②停留时间的影响；③特殊菌类的培养；④污泥肥料的重金属含量及含盐量的控制。(1)发热阶段在堆制初期，微生物利用堆肥中的可溶性旺盛繁殖，有机质分解迅速，释出热量使堆肥温度不断增高。在此阶段中以中温性需氧微生物为主，通常是一些无芽孢细菌。(2)高温阶段堆肥温度升高到50℃以上进入高温阶段。除可溶性物质继续分解转化外，象半纤维素、纤维素等复杂有机物也开始分解，腐殖质逐步形成。在此阶段中，嗜热微生物逐渐代替了中温性微生物的活动。一般在50℃左右主要是嗜热性真菌和放线菌，如嗜热真菌、褐色嗜热放线菌、普通小单孢菌等。温度升到60℃时，真菌几乎完全停止活动，仅为嗜热性放线菌和细菌活动。温度升到70℃时，对嗜热菌已不适宜，微生物大量死亡或进入休眠状态。(3)降温和腐熟保温阶段当高温持续一段时间以后，易于分解或较易分解的有机污染物已大部分解，仅剩下难分解物(如木质素)和新形成的腐殖质。此时，微生物活动减弱，产热量减少，温度逐渐下降，中温性微生物再次成为优势种。残余物质进一步被分解，腐殖质积累不断增加，堆肥进入腐熟阶段。2.6主要试验四臭气处理试验：臭气主要成分为硫醇、硫化氢、二氧化硫等。结合现有处理现有臭气处理经验，进一步研究其工艺和设备。主要参数：粉尘浓度、硫化氢浓度等。关键技术：滤池的选择。2.7主要试验五特殊菌群培养试验：驯化嗜温菌、嗜热菌以及可吸收重金属离子或减少臭气产量的特殊菌类。主要参数：微生物浓度、时间、基质浓度。微生物参与汞转化。荧光假单胞菌、草分枝杆菌、大肠埃希氏菌、产气肠杆菌、巨大芽孢杆菌、粗糙脉孢菌、黑曲霉、短柄帚霉、酿酒酵母等在好氧条件下，和匙形梭菌等在厌氧条件下，均可将汞离子转变成甲基汞。假单胞菌属中的一些抗汞菌种，能将有机汞转化成无机汞。大肠埃希氏菌和某些假单胞菌能将汞离子还原成元素汞。日本已提出利用抗汞菌回收含汞废水中金属汞的设想。微生物参与砷的转化。参与形成三甲砷的微生物很多，真菌最为普遍，主要有帚霉属、曲霉属、毛霉属、镰孢霉属和青霉属中的一些种，以及土生假丝酵母，粉红粘帚霉等。另外，甲烷杆菌和普通脱硫弧菌等在厌氧条件下能将砷酸盐转化成甲基砷。海洋细菌、酵母菌、微球菌、小球藻等能将砷酸盐还原为亚砷酸盐。无色杆菌、节杆菌、产碱菌、假单胞菌和黄单胞菌等能氧化亚砷酸盐为砷酸盐。微生物参与铅的转化。假单胞菌属，产碱菌属，黄杆菌属和气单胞菌属中的一些种可将醋酸三甲基铅转化成四甲基铅。2.8主要试验六模型模拟试验：尽可能制作出一套模型模拟试验装置，以便对污泥处理的工艺进行更为实际的模拟和分析。2.9主要试验七肥料肥效试验：根据当地农作物的具体情况，调节污泥肥料的营养比例，并进行土地试验，研究其肥效和土地改良效果。关键技术：污泥肥料的改土、肥效以及所产生的生态环境效应评价。第三章执行标准•项目技术指标与经济指标•农用污泥中污染物控制标准•恶臭污染物排放标准3.1项目技术指标与经济指标1.进行一定面积绿地或林地施用实验，对污泥复合肥料的改土、肥效以及所产生的生态环境效应做出科学评价。2.研究区域内土壤、地下水、地表水和作物等相关因子的状态和变化，确保污泥农用更加安全有效，促进农业的可持续发展。进行一定面积绿地或林地施用实验，对污泥复合肥料的改土、肥效以及所产生的生态环境效应做出科学评价。3.污泥肥料质量标准满足《农用污泥中污染物控制标准》（GB4284-84）。依据污泥中重金属含量和土壤背景值等情况，控制污泥肥料施用量。4.研究区域内土壤、地下水、地表水和作物等相关因子的状态和变化，确保污泥农用更加安全有效，促进农业的可持续发展。3.2农用污泥中污染物控制标准1农用污泥中污染物控制标准值（mg/kg）*铬的控制标准使用于一般含六价铬极少的具有农用价值的各种污泥，不使用于含有大量六价铬的工业废渣或某些化工厂的沉积物。**暂作参考标准。2其他规定2.1施用符合本标准污泥时，一般每年每亩用量不超过2000kg（以干污泥计）。污泥中任何一项无机化合物含量接近于本标准时，连续在同一块土壤上施用，不得超过20年。含无机化合物较少的石油化工污泥，连续施用可超过20年。在隔年施用时，矿物油和苯并（A）的标准可适当放宽。2.2为了防止对地下水的污染，在沙质土壤和地下水位较高农田上不宜施用污泥；在饮水水源保护地带不得施用污泥。2.3生污泥须经高温堆腐或消化处理后才能施用于农田。污泥可在大田、园林和花卉地上施用，在蔬菜地带和当年放牧的草地上不宜施用。2.4在酸性土壤上施用污泥除了必须遵循在酸性土壤上污泥的控制标准外，还应该同时年年施用石灰以中和土壤酸性。2.5对于同时含有多种有害物质而含量都接近本标准值的污泥，施用时应酌情减少用量。2.6发现因施污泥而影响农作物的生长、发育或农产品超过卫生标准时，应该停止施用污泥和立即向有关部门报告，并采取积极措施加以解决。例如施石灰、过磷酸钙、有机肥等物质控制农作物对有害物质的吸收，进行深翻或用客土法进行土壤改良等。3.3恶臭污染物排放标准《恶臭污染物排放标准》GBl4554-93（摘要）序号控制项目排气筒高度（m）排放量（kg/h）123456789硫化氢甲硫醇甲硫醚二甲二硫醚二硫化碳氨三甲胺苯乙烯臭气浓度2020202020202020250.580.080.580.772.78.70.97126000（无量纲）TheEnd2004年3月27日