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聊聊:剩余污泥处理处置技术 [复制链接]

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约26分42秒
京东
污泥的处理与处置已成为现代污水处理系统运行中最复杂、且花费最高的环节,如何妥善处置污泥问题是社会和行业的焦点问题。随着环保督查力度的加大以及循环经济渠道的兴起,中国的污泥处置已经迎来最好的时代,但其技术路线目前却尚无定论。本文汇总现有污泥处理技术,并展望未来主流技术路线。
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早期,由于缺乏严格的污泥排放监管,我国污水处理厂建设存在严重的“重水轻泥”现象。近年来,飞速增长的污泥总量和巨大的潜在风险,使如何妥善处置污泥问题逐渐成为公众及业内人士共同关注的焦点。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。$ r) l6 @& d; w4 F; ^% t$ H
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一、污泥处理处置技术概览
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8 A! E- a7 Y$ S; [, E近年来,住建部、环境部等国家相关部门先后颁布了《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》、《HJ-BAT-002城镇污水处理厂污泥处理处置污染防治最佳可行技术指南(试行)》、《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南(试行)》等政策及指导文件,对污泥处理及处置给出了推荐路线。
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二、污泥处理方法- H- Q. |- ~; Y4 v

6 |" U% y. |8 B; n4 a0 R污泥处理 (sludge treatment ):对污泥进行浓缩、调质、脱水、稳定、干化等减量化、稳定化、无害化的加工过程。我国目前主要的污泥处理方式有浓缩脱水、好氧堆肥、厌氧消化、干化等。
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* _' {9 ^) E$ R* f* ?7 k. b: ]污泥处理的主要目的是减少污泥量并使其稳定,便于污泥的运输和最终处置。一方面是,降低含水率,使其变流态为固态,达到减量目的;另一方面是,稳定有机物,使其不易腐化,避免对环境造成二次污染。污泥处理的方法常取决于污泥的含水率和最终的处置方式。
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: d9 k5 {, L: D. h(1) 污泥浓缩脱水. p6 `' v* D$ C/ \+ V6 C8 ?

) V5 ~  ]- j; e+ @污泥浓缩的作用是通过重力或机械的方式去除污泥中的一部分水分,减小体积;污泥脱水的作用是通过机械的方式将污泥中的部分间隙水分离出来,进一步减小体积。浓缩污泥的含水率一般可达94%~96%。常用的污泥机械脱水方式有带式压滤脱水、板框压滤脱水、离心脱水,脱水污泥的含水率一般可达到80%以下。
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从污泥含水率与污泥状态的关系图可以看出,为了便于污泥处置时的运输,污泥要脱水,使含水率降至80% 以下,失去流态。通常,若污泥进行填埋,其含水率要在60% 以下。  ^9 {3 g4 }+ I! p
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2 n- A6 V$ ^% \+ E# P; }(2) 厌氧消化& I3 a- k( N8 }$ B" j

$ i/ K% T% c% \; J) c! _7 L3 T; u污泥厌氧消化,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。7 t3 R% ^7 Z( L" \
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污泥厌氧消化目前在我国应用的并不顺畅。我国建设的约污泥厌氧消化设施中,可以稳定运营的不到20座。主要原因是由我国污泥泥质差、处理厂运行管理水平低。我国污泥含砂量较高、有机物含量较低、污泥可生化性差,消化设备运行的稳定性和产沼气率等指标普遍未达到国外标准。, F0 ~( a) @3 S) g! @1 U4 E; f. _

4 Y" m% u7 l4 }9 s' D/ ]近年来,多项强化预处理技术被应用于工程实践,可通过微生物细胞壁的破壁和水解,提高有机物的降解率和系统的产气量,从而大大提升厌氧消化效率。比较典型的像基于高温热水解(THP)预处理的高含固污泥厌氧消化技术,采用高温(155℃~170℃)、高压(6bar)对污泥进行热水解与闪蒸预处理;其他的还有生物强化预处理技术、超声波预处理技术、碱预处理技术、化学氧化预处理技术、高压喷射预处理技术和微波预处理技术等。
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(3) 好氧堆肥
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( r/ [* d+ H6 u+ J/ \2 v3 g" C6 T0 H好氧发酵通常是指高温好氧发酵,是通过好氧微生物的生物代谢作用,使污泥中有机物转化成稳定的腐殖质的过程。代谢过程中产生热量,可使堆料层温度升高至55 ℃以上,可有效杀灭病原菌、寄生虫卵和杂草种籽,并使水分蒸发,实现污泥稳定化、无害化、减量化。
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, r/ `: @" S6 [( k) t5 z  h- s) D好氧堆肥具有以下优点:发酵效率高,稳定化时间相对短;高温达到60度左右,有效灭菌;含水率可降到35%左右;污泥成品主要用于土地修复、城市绿化、垃圾场覆盖以及土壤改良等方面用土。
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(4) 污泥干化; G" U- L* q$ o) K. p0 V

% B4 e) h6 M1 h  a8 [污泥干化,是指通过渗滤或蒸发等作用,从污泥中去除大部分含水量的过程。有蒸汽式、热风式或者干脆利用高炉热或者工厂余热作为热源。
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目前应用较多的污泥干化工艺设备包括流化床干化、带式干化、桨叶式干化、卧式转盘式干化、立式圆盘式干化和喷雾干化等六种工艺设备。干化工艺和设备应综合考虑技术成熟性和投资运行成本,并结合不同污泥处理处置项目的要求进行选择。
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! \8 [. J5 i+ K+ e7 ~0 O0 I(5) 石灰稳定技术/ \( `, h' }6 D2 k' m3 `( C

) c8 i5 p: z0 m$ Q通过向脱水污泥中投加一定比例的生石灰并均匀掺混,生石灰与脱水污泥中的水分发生反应,生成氢氧化钙和碳酸钙并释放热量。石灰稳定可起到灭菌和抑制腐化、脱水、钝化重金属离子、改性、颗粒化等作用。. V8 D7 T& n# p& z/ H5 g8 a' z

! |) U9 a  x" Q1 |; e污泥的石灰稳定技术可以做为建材利用、水泥厂协同焚烧、土地利用、卫生填埋等污泥处置方式的处理措施。采用石灰稳定技术应考虑当地石灰来源的稳定性、经济性和质量方面的可靠性。+ C' Y5 f) n+ b( Q( w) W5 o. \9 K

# Y: ^, x& X- Z+ Z1 f三、污泥处置4 f: m" Z8 F. g" \+ M6 f1 @0 I
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污泥处置是指处理后的污泥,弃置于自然环境中(地面、地下、水中)或再利用,能够达到长期稳定并对生态环境无不良影响的最终消纳方式。我国目前主要的污泥处置方法有卫生填埋、焚烧、土地利用、建材利用等。1 J$ [# S' L( Z' U4 t- O( [7 l
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2009-2011年在住建部主导下,编制出台了一批城镇污水处理厂污泥处理处置标准,其中《GB/T23484-2009城镇污水处理厂污泥处置 分类》中明确给出四类共11条处置路线,与这些处置路线对应出台(延用)了一系列泥质标准。
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6 t" \( f( M( n8 p7 ?" Z9 C: o在上述四类11条处置路线中,单独填埋、制轻质骨料、燃料利用(电厂等混烧)等三条路线尚无专门对应泥质标准,客观存在政策风险,应被认为技术上在中国大范围使用存在障碍或缺乏条件。在实际应用中制砖、单独焚烧两条路线也由于经济性和环保等原因已基本不采用,混合填埋(含覆盖土利用)随着垃圾填埋场资源的逐渐枯竭而频临淘汰。有业内人士建议,剩余五条路线(园林绿化、土壤改良、农用、制水泥、垃圾混烧),根据环保要求的高低应采用的选择顺序如下:8 {- [& {* Z6 T2 K  }/ t
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(1)当泥质满足GB 4284-1984、CJ/T309-2009各项指标要求,并且拥有足够消纳用农田时,优先采用污泥农用处置方式。3 k0 V/ `* o3 N( g- j$ {; d' J8 w
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(2)当泥质不满足上述条件(1)但满足GB/T 23486-2009、CJ/T362-2011各项指标要求,并且拥有足够消纳用绿地(或林地)时,采用污泥园林绿化处置方式。0 m3 x. M3 z  ~0 k- K! V
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(3)当泥质不满足上述条件(1)、(2)但满足GB/T 24600-2009各项指标要求,并且拥有足够消纳用盐碱地、沙化地和废弃矿场等待修复土地时,采用污泥土壤改良处置方式。4 ~9 J8 R4 Z. C  W& E& N
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(4)当泥质不满足上述条件(1)、(2)、(3),或者满足GB/T 24600-2009各项指标要求但未拥有足够消纳用待修复土地而拥有垃圾焚烧厂时,同时混烧能够满足GB18485-2014各项指标要求时,采用与垃圾混烧处置方式。
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/ G* J9 B# ^3 H& [! u# ~6 c' e(5)当泥质不满足上述条件(1)、(2),同时也不拥有足够消纳用待修复土地和垃圾焚烧厂而拥有水泥窑资源时,采用水泥窑协同处置方式;因为水泥窑资源极其有限,很多中心城市将其作为危废、应急固废处置资源加以保留,因此很难作为大规模污泥处置的长期手段。
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! e* i. @; Y- ^% }四、未来主流技术路线/ }9 h1 v3 Z; ?% Z9 }6 D
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解决污泥问题,“处置”决定“处理”是业内共识。借鉴国际经验,有业内人士分析,未来污泥处理处置的技术发展主要有四条路径:
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(1) 以沼气能源回收和土地利用为主的厌氧消化技术路线
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# a! ^& C7 q  U( u通常认为,厌氧消化成本较低,且可以实现污泥减量化、稳定化。根据《中国环境报》统计,单纯厌氧消化投资成本约为20-40 万元/(吨/日),由于不用鼓风曝气等,节约了成本,单纯厌氧消化运行费用约为60-120元/吨(含水率80%,不包括浓缩和脱水),而好氧发酵运行费用为120-160 元/吨。
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欧美50%以上的污泥采用厌氧消化处理,产生的沼气转化为电能可满足污水厂所需电力的33%~100%。但污泥厌氧消化在我国应用的并不顺畅。我国建设的约50 座污泥厌氧消化设施中,可以稳定运营的只有20 余座。主要原因是由我国污泥泥质差、处理厂运行管理水平低。2 Q# Q$ j& Q1 F+ H* ?+ G4 |
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近年来,研究及实践均表明,通过采用碱解处理、热处理、超声波处理、微波处理等方法对污泥进行预处理,可以提高污泥水解速率,改善污泥厌氧消化性能。污泥厌氧消化技术会是未来的一个主流方向。
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(2) 以土地利用为主的好氧发酵技术路线
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# t& S5 N& b( \: I好氧发酵效率高,稳定化时间相对较短,降低含水率及灭菌的同时,污泥成品主要用于修复盐碱地、城市绿化、垃圾场覆盖以及建筑等方面用土,从而实现污泥中有机质及营养元素的高效利用,设备投资少、运行管理方便。6 \& T6 Z- V0 i/ `* H; g+ H

. q  Y8 F; \% K2 x但是,好氧堆肥目前还存在能量净支出等问题,同时也缺乏对不同阶段的合理通风量、C/N等控制因素的理论研究。传统条垛或者槽式堆肥占地面积大、发酵产品存在重金属污染等缺点,使得好氧发酵技术此前在我国较难发展。
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未来,污泥好氧发酵工程可采用高效、快速、稳定、集约化的设计、运营模式,可实现占地面积的大幅缩小;研究表明我国城市生活污泥的重金属超标比例约5%,污染风险较小。该技术在相对欠发达地区,应用前景较大。9 x' v4 S7 ~" `0 O' P0 a, f

# f: E3 u$ X* }6 U, W( N5 [(3) 污泥干化-焚烧技术路线# b- A4 w- S$ k9 \5 E+ y/ t( B
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污泥干化焚烧无害化最彻底,但是设备投资和运行成本较高,且焚烧产生的烟气污染严重,还需建立完善的烟气处理系统,这也加大了污泥的处理费用。因此,干化焚烧工艺一般适用于用地紧张且经济发达的地区。
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现阶段,在我国污泥厌氧消化和好氧发酵技术还未成熟的情况下,污泥干化焚烧在一定时期内可能会出现增长的态势,尤其是工业窑炉协同焚烧的方式。
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$ Q0 h* {9 K; {2 Z0 d% t(4) 建材利用为主的污泥干化处理技术路线3 a( c- ?' a6 i3 T, L

: w7 ^& y; w0 _* Y高干脱水工艺,能够将污泥含水率降低至10%。并且大部分建材企业废热余热充足,例如砖瓦厂的窑炉余热烟气等等。利用废热余热来烘干污泥,是近年来比较热门的一个研究方向。以废治废,以最低的成本来烘干污泥,达到大幅度减量化的目的。干化后的污泥按照一定比例作为原材料掺入建材原料里面,最终实现资源化利用。
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