污泥再利用

城市污水处理厂脱水污泥的处理处置与再利用研究2008-01-08简介：随着我国城市化进程的加快，城市污水处理率逐年提高，城市污水处理厂的脱水污泥产量也急剧增加。为避免给水体和大气带来二次污染，对生态环境和人类的活动构成严重威胁，特对脱水污泥的处理处置现状进行了分析研究。结合有关研究结果和资料，提出几种目前适合我国脱水污泥无害化处理的技术。关键字：城市污水处理厂，脱水污泥，处理，再利用，堆肥随着我国城市化进程的加快，城市污水处理率逐年提高，城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加。未经恰当处理处置的污泥进入环境后，直接给水体和大气带来二次污染，不但降低了污水处理系统的有效处理能力，而且对生态环境和人类的活动构成了严重的威胁。据估算，目前我国城市污水处理厂每年排放的污泥量（干重）大约为130万吨。而且年增长率大于10%，特别是在我国城市化水平较高的几个城市与地区，污泥出路问题已经十分突出。如果城市污水全部得到处理，则将产生污泥量（干重）为840万吨，占我国总固体废弃物的3.2%。1.我国污泥处理处置的具体情况目前，我国污泥处理处置方法中，污泥农用占44.8%、陆地填埋占31%、其他处理约10.5%、没有处理约13.7%，这些所谓的“处理”和“处置”基本上都是在特定的条件下估算的，严格来说以上数字将会有很大的变化。据估计，我国用于污泥处理处置的投资约占污水处理厂总投资的20—50%，可以看出，污泥处理处置处于严重滞后状态。污泥处理处置问题已经在大城市中表现出来。早期的污水处理厂，由于没有严格的污泥排放监督，普遍将污水和污泥处理单元剥离开来，为了追求简单的污水率，尽可能的简化、甚至忽略了污泥处理处置单元；有的还为了节省运行费用将已建成的污泥处理设置长期闲置，甚至将未做任何处理的湿污泥随意外运、简单填埋或堆放，致使许多大城市出现了污泥围城的现象并已开始向中小城市蔓延，给生态环境带来了极不安全的隐患。目前我国虽然对污泥问题开始关注，但仍然停留在技术层次，2003年开始，我国主要大城市，开始尝试进行污泥处理处置规划，对其技术方案进行了充分论证。如：广州市近期采取生污泥填埋，远期将用于农肥；深圳市已完成专项规划，拟采取热干化加焚烧工艺；上海市则根据不同情况，采取处理分散化、处理集约化、技术多元化的方针；天津市计划建设3座污泥处理厂，采用污泥消化发电工艺，但尚无污泥最终的处置的方法。2.我国城市污水处理厂脱水污泥处理处置现采用的主要方法目前在我国脱水污泥处理中主要采取的方法有海洋倾倒、卫生填埋、焚烧、污泥热干化、堆肥等多种处理技术，各种方法有不同的优缺点。2.1海洋倾倒：目前世界各国基本上都不允许往海洋倾倒污泥。2.2卫生填埋：虽然卫生填埋操作简单、费用低，但是渗漏液难处理，影响地下水系。并且国内的一些垃圾填埋厂，禁止含水80%的脱水污泥直接进入填埋厂，原因不仅有渗漏液的问题，关键由于污泥含水率高，各种压实设备无法工作，造成填埋厂无法运行，现阶段一些填埋厂只允许含水40%以下的污泥进入填埋厂。2.3焚烧：焚烧处理技术优势在于处理的彻底性，其减容率可达到95%左右，其有机物被完全氧化，重金属，（除汞外）几乎全部截流在灰渣中。但是该方法的缺点为投资和操作费用较高；在焚烧过程中产生飞灰、炉渣和烟气等难以处理的物质，且成本高。2.4污泥热干化技术：污泥热干化技术指利用热破坏污泥的胶凝结构，并对污泥进行消毒灭菌。干燥温度可达95℃以上，能够有效的杀灭病原菌。能使污泥显著减容，产品稳定，无臭且无病原生物，干化处理后的污泥产品用途多，可以用做肥料、土壤改良剂、替代能源等。优点占地少，自动化程度高，如果污泥进行完全干化，干到含水0%以下能耗很大、设备投资高。2.5污泥堆肥技术：污泥堆肥技术实质上是利用污泥中的好氧微生物菌对污泥进行好氧发酵的处理过程。借助于混合微生物群落，对多种有机物进行氧化分解，使有机物转化为植物容易吸收的类腐物质。其优点为利用生物能，节约能源，肥效好：其缺点占地面积大，周期长，易产生臭气等。综合以上污泥处理工艺技术的特点并结合我国国情，结合西安市两个污水处理厂对污泥处理处置的研究结果，以及相关污水处理厂的资料，推荐以下几种目前适合我国脱水污泥无害化处理的技术。3.脱水污泥处理处置及再利用工艺方法3.1污泥预干化技术与高温好氧堆肥发酵技术工艺3.1.1污泥预干化技术污泥干化技术是通过热能对污泥进行水分去除处理，在干化过程中将耗去大量的热能，为了降低污泥干化所需要的热能，由大量的分析研究和试验可得：脱水污泥经加热干化使含水率由80%降到60%这一阶段所消耗能量小，其主要去除的是污泥中的游离水；同样含水率在35%以下继续干化消耗能量也小，这两段的能量消耗基本接近理论值；污泥在含水率35%—60%之间，为污泥的塑性阶段，这阶段污泥的流体特性类似胶水。胶状、黏稠，很难处置，对其干化消耗能量急剧增加，很难干化。根据上述特性，干化污泥要避开污泥塑性阶段。要充分利用污泥干化特性，尽量在含水率60%以上，35%以下。在含水率为35%—60%之间干化耗能约为含水率60%以上和35%以下干化耗能的2.5倍；所以对脱水污泥需采用预干化技术，使脱水污泥含水率由80%降至60%，这样大大节约了能耗。3.1.2污泥高温好氧堆肥技术污泥高温好氧堆肥技术是将含水50—55%的污泥进行好氧堆肥发酵，高温好氧发酵过程是通过好氧性微生物的生物代谢作用，使污泥中有机物转化成富含植物营养物的腐殖质，反映的最终代谢物是CO2、H2O和热量，大量热量使物料维持在60摄氏度以上的持续高温，降低物料的含水率，有效地去除病原体、寄生虫卵和杂草种子，使污泥达到减量化、稳定化、无害化、资源化目的。3.1.3污泥预干化技术与高温好氧堆肥发酵技术集成采用污泥加热干化过程中能耗最低的阶段（含水率由80%—60%），使污泥含水率由80%降至60%，再与部分菌种进行混合，使污泥含水率调整到55%，含水率55%的污泥正好适合污泥高温好氧堆肥发酵的条件，经10—15天的堆肥发酵后物料的含水率降至25%左右，堆肥发酵后的物料一部分作为菌种回填循环利用，另一部分可作为营养土，由于污泥中含有N、P、K等营养物质，在好氧菌作用下稳定熟化，易于植物吸收，直接用于园林绿化、植被恢复、回填土等。3.1.4污泥预干化与堆肥工艺特点能耗低（以日处理50吨含水80%污泥计）预干化比完全干化（含水由80%降到10%）节省50%以上的热能。占地小对比完全干化，预干化设备主机体积只相当完全干化设备主机体积的一半。对比完全堆肥，因为预干化减容一半，以后再堆肥，对比完全堆肥占地减少一半。运行费用低以蒸汽为热源：如果每吨8bar蒸汽估价为40元，则核算预干化1吨污泥成本为：39.6吨蒸汽乘以40元/吨除以50吨（脱水污泥）=32元能源费用。对比完全干化62.7吨蒸汽乘以40除以50=50元能源费用。（暂时考虑用电功率及其他条件一样）自动化程度高实现无接触自动化操作，自动化、现代化程度高。适用范围广适合各大中型污水处理厂，不仅可以处理城市污水处理厂脱水污泥、还可以处理石化污泥、酒糟等有机废物，处理量可以在40—600吨/日脱水污泥。3.2污泥晾晒技术与堆肥处理工艺3.2.1污泥晾晒工艺近年来，许多污水厂在污泥处置方面做了大量的工作，如北京排水集团的大兴污泥消纳场，其每天平均消纳300—400吨含水率为80%的脱水污泥，其处理工艺是：从污水厂送来的含水率为80%的脱水污泥首先在露天的场地进行条垛堆肥，然后在进行部分干燥处理；由于含水率为80%的脱水污泥在露天堆放，则受天气的影响很大，在雨季污泥很不容易干化，并且大量的污泥露天堆放对环境也有很大影响。为了解决上述问题，可以将含水率为80%的脱水污泥在阳光大棚内以0.4—0.6米的厚度堆放，并使用专用晾晒翻堆设备对污泥进行多次晾晒翻堆，使污泥含水率由80%快速降至60%，达到污泥好氧发酵的条件。该工艺是利用太阳能对污泥进行水分去处，工艺简单，耗能很低，并且污泥干化过程中产生的恶臭气体容易有效收集进行除臭处理3.2.2污泥晾晒技术与好氧堆肥发酵处理技术集成含水率为80%的脱水污泥在阳光大棚中经过晾晒翻堆后，其含水率由80%快速降至60%，再与好氧发酵菌种、部分添加剂（粉煤灰）等回填物及除臭剂充分混合以后，通过布料设备均匀送到卧室发酵仓内，在发酵仓内强制通风使物料充分好氧发酵，同时通过翻堆机搅拌使其均匀发酵并且推动物料向前运动。经十天发酵后物料的含水率已降至25%，干燥后的物料一部分作为回填物循环利用，一部分根据市场需要加入土壤营养素制成符合国家标准的成品肥，如果市场需求不足可以一部分制肥，一部分不加入营养素直接输出作为园林绿化、土壤改良或回填土用。3.2.3污泥晾晒与堆肥处理工艺特点优点：投资小、能耗低、运行费用低。在阳光棚式建筑物里，利用太阳能照射污泥，在机械化晾晒设备的翻动、打散、移动下，通过特殊设计的风路及除湿系统，使污泥在5—8天左右时间内含水率降到60%，达到发酵的条件。所以整个过程，不需要添加热能。缺点：占地大，对比预干化堆肥工艺大约增加占地一倍以上。对比完全堆肥工艺略比小些。自动化程度低，不能实现无接触、无人操作。适合小型污水处理厂，处理量可以在60吨/日脱水污泥以下。晾晒过程中产生臭气对环境影响大，需要上除臭装置解决该问题。3.3全堆肥技术3.3.1高温好氧堆肥技术是将含水率为80%的脱水污泥和大约一倍的含水率为10%一下的污泥、菌种、添加剂（粉煤灰）的进行混合，使混合后的物料含水率为50%左右，然后通过布料设备均匀送到卧式发酵仓内，在发酵仓内强制通风使物料充分好氧发酵，同时通过翻堆机搅拌使其均匀发酵并且推动物料向前运动。好氧发酵过程是通过好氧性微生物的生物代谢作用，使污泥中有机物转化成富含植物营养物的腐殖质，反映的最终代谢物是CO2、H2O和热量，大量热量使物料维持在60%以上的持续高温，降低物料的含水率，有效地去除病原体、寄生虫卵和杂草种子，使污泥达到减量化、稳定化、无害化、资源化的目的。经10-15天的堆肥发酵后物料的含水率已经降至25%左右，堆肥发酵后的物料一部分作为菌种回填循环利用，另一部分可作为营养土，由于污泥中富含N、P、K等营养物质，在好氧菌作用下稳定熟化，易于植物吸收，直接用于园林绿化、植被恢复、回填土等用。3.3.2全堆肥处理工艺特点：优点：能耗低、运行费用低、投资省，建设周期短。缺点：占地面积大、适合小型污水处理厂，处理量可以在50吨/日脱水污泥以下。自动化程度低，不能实现无接触、无人操作。发酵过程中产生臭气对环境影响大，需要上除臭装置解决该问题。