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国内外污泥处理处置方法对比

北极星水处理网  来源:环保学院  作者:陈剑  2021/2/2 10:30:55  我要投稿  

北极星水处理网讯:随着污水处理设施的普及,处理率的提高和处理深度的深化,污水厂污泥产量将有较大的增长,由此引起的二次污染已不容忽视。污水处理厂污泥稳定化处理,安全处置及合理应用,已成为我国污水处理行业发展的瓶颈。据统计,我国目前仅有10%的污泥通过堆肥,制肥回用到土地,少量被焚烧,或用于制作建材,仍有超过75%的污泥尚需实现稳定化和安全妥善处理处置。

目前常见的污泥处理处置方式如下:

一、厌氧消化

污泥厌氧消化是指污泥在无氧条件下,由兼性菌和厌氧细菌将污泥中的可生物降解的有机物分解成二氧化碳、甲烷和水等,使污泥得到稳定的过程。污泥厌氧消化主要有高温厌氧消化、中温厌氧消化和两相厌氧消化。目前的研究热点在预处理高温热水解和高含固厌氧消化,国外均有成熟的技术。

1、工艺优点:

1)可杀死部分病原菌和寄生虫卵,使污泥得到稳定化,不易腐臭;

2)产生沼气,可实现生物质能的有效回收;

3)可降解污泥中35%~50%的挥发性固体,减少污泥干固体量。

2、缺点:

1)维持厌氧消化所需温度需消耗大量热能;

2)污泥厌氧消化工艺停留时间较长,通常要达到20~30d,造成厌氧消化池体积庞大,操作管理复杂;

3)厌氧消化之后污泥的含水率仍较高,必须进行后续处理。

3、单位处理量投资额:

50-60万元/吨日(含水率80%)

4、工艺运行成本:

150-250元/吨(含水率80%)

5、国内外相关企业:

挪威Cambi公司、芬兰Envor Protech、普拉克、德国帕萨旺-洛蒂格、中持水务、安阳艾尔旺、大连利浦。

二、好氧发酵

好氧发酵是在有氧条件下,微生物通过吸收、氧化、分解等活动,把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物,同时释放出可供微生物生长活动所需的能量;而另一部分有机物则被合成为新的细胞质,使微生物不断生长繁殖,产生出更多的生物体的过程。污泥高温好氧发酵的产品称为堆肥,可以用作土壤改良剂和有机肥料。目前污泥堆肥采用的主要工艺形式分为静态和动态两种,又可根据物料堆放形式分为条垛式和仓式两种。

1、工艺优点:

1)好氧发酵工艺能杀灭污泥中病原菌和杂草种子,达到无害化;

2)好氧发酵工艺能降解污泥中大部分有机物,并且使污泥的含水率降到40%,达到减量化;

3)好氧发酵后制成的肥料可应用于土地,达到资源化;

4)不需外加热源,运行成本相对较低。

2、缺点:

1)污泥泥质不稳定,其中重金属难以稳定化,使用面较窄,只能用作园林绿化用肥;

2)占地面积较大;

3)堆肥过程中产生大量的臭气,污染周边环境。

3、单位处理量投资额:

30-50万元/吨日(含水率80%)

4、工艺运行成本:

120-150元/吨(含水率80%)

5、国内外相关企业:

机科发展、北京中科博联、中持水务等。

三、深度脱水

采用污泥药剂调理+机械脱水的技术,在湿污泥原泥中加入污泥调理剂破坏污泥絮体微生物结构并溶胞,分离出物理性结合水。使微生物的生物体的水分分离,最终使污泥中的结合水大部分转化为自由态水,再通过机械脱水设备将自由态水分分离。污泥的 调质处理是污泥深度脱水的关键环节和核心技术。常用的调质药剂为氯化铁(或硫酸铁、聚合硫酸铁)加生石灰。污泥深度脱水设备主要是高压隔膜板框压滤机。

1、工艺优点:

1)减量效果好;

2)能源消耗低;

3)占地面积小;

4)建设周期短;

5)处理时间短。

2、缺点:

1)三氯化铁具有强腐蚀性,生石灰容易结垢,导致高压隔膜板框压滤机运行维护费用较高;

2)稳定与杀菌不足,略臭;

3)污泥中有机质含量未降低。

3、单位处理量投资额:

15-25万元/吨日(含水率80%)

4、工艺运行成本:

60-150元/吨(含水率80%)

5、国内外相关企业:

意大利迪芬巴赫压滤机有限公司、德国安德里茨过滤技术有限公司、景津环保、兴源环境、上海同臣环保。

四、热干化

污泥的热干化是指通过污泥与热媒之间的传热作用,脱除污泥中水分的工艺过程。按污泥被干燥的程度不同,分为全干化和半干化两种。按污泥干燥的形式,将污泥干化分为直接干化和间接干化两种。目前污泥干化所采用的干化机主要有:流化床干化机、转筒干化机、带式干化机,转盘式干化机、浆叶式干化机、对流与涡轮薄膜干化机等。

1、工艺优点:

1)污泥显著减容,体积可减少约4倍;

2)干化处理后污泥性状大大改善;

3)减轻了污泥有关的负面效应,使处理后的产品更易被接受;

4)干化处理成品具有多种用途,如作肥料、土壤改良剂、替代能源等。

2、缺点:

1)投资大,能耗高,运行成本高;

2)高温干化过程及产品遇水后易产生恶臭;

3)干化过程粉尘控制要求严格,存在安全隐患。

3、单位处理量投资额:

20-50万元/吨日(含水率80%)

4、工艺运行成本:

200-300元/吨(含水率80%)

5、国内外相关企业:

INTEC(德国)公司、Swiss Combi公司、维奥技术瓦巴格(德国)公司、北京艺科天和(德国Buss-SMS-Canzler)、天圣环保

五、太阳能干化

太阳能污泥干化工艺借助传统温室干燥技术,结合当代自动化技术的发展,将其应用于污泥处理领域,主要目的是利用太阳能这种清洁能源作为污泥干化的主要能量来源。其实际商业化应用最早见于1994年德国南部的污水处理厂IST AnlagenbauGmbH。近几年,随着污泥产量的不断攀升以及相关环境卫生政策的出台制约了传统的污泥处置途径(如:填埋、农用等),在欧洲尤其在法国和德国,该技术得到了进一步推广和运用,如威立雅和得利满等水处理公司都相继开发了自身的专利技术Solia工艺和Helantis工艺。

1、工艺优点:

1)能耗小,运行管理费用低;

2)处理后污泥体积减少可达3~5倍,实现稳定化并仍保留其原有的农业再利用价值;

3)系统运行稳定安全,温度低,灰尘产生量小;

4)操作维护简单,使用寿命长;

5)系统透明程度高,环境协调性好;

6)可同时解决污泥存储的需要;

7)利用可再生能源太阳能作为主要能源来源,满足可持续发展的需求。

2、缺点:

1)占地面积大;

2)处理效果受天气和季节性条件约束;

3)大多在密闭空气条件下作业,对密闭性要求高;

4)需要设置除臭设备。

3、单位处理量投资额:

20-50万元/吨日(含水率80%)

4、工艺运行成本:

20-50元/吨(含水率80%)

5、国内外相关企业:

威立雅水务集团、得利满水处理系统有限公司、德国HUBERSE公司、德国IST Anlagenbau公司、德国Thermosystem公司。

六、石灰稳定

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。石灰稳定技术可有效起到除臭、灭菌、抑制腐化、脱水、钝化重金属离子等作用。

1、工艺优点:

1)投资小,运行成本低,占地面积小,操作管理简单;

2)可以有效消灭细菌,且无细菌再生的风险;

3)石灰稳定污泥pH值较高,可作为焚烧设备的脱硫剂;

4)尤其适合应急或阶段性处置。

2、缺点:

1)由于添加石灰量大,减量化程度相对其他工艺不高;

2)处理后污泥呈强碱性,土地利用价值低且面窄;

3)药剂使用费高。

3、单位处理量投资额:

10-30万元/吨日(含水率80%)

4、工艺运行成本:

90-150元/吨(含水率80%)

5、国内外相关企业:

上海施维英机械、法国索得曼公司、万若(北京)环境、北京市奥利爱得、中持水务。

七、焚烧

污泥焚烧是指污泥在一定温度,充分有氧的条件下,使污泥中的有机物质转化为CO2、H2O、N2等,反应过程中释放出来的热量用于维持反应的温度条件。污泥焚烧是最彻底的污泥处理方法,它能去除全部有机物,杀死全部病原体,最大限度地减少污泥体积。污泥焚烧一般采用流化床工艺,分为固定(鼓泡)流化床焚烧炉、循环流化床焚烧炉和回转式流化床焚烧炉等。

1、工艺优点:

1)采用焚烧法处理后,可最大程度地实现污泥的“减量化、稳定化”;

2)焚烧后的灰渣根据重金属含量可选择直接或使用重金属螯合剂处理后进入填埋场,也可用作建筑材料或铺路等。

2、缺点:

1)投资大,运行成本高;

2)污泥本身热值低,需与生活垃圾、煤等掺烧;

3)运行管理要求高,焚烧尾气处理不当,易产生二噁英,造成二次污染。

3、单位处理量投资额:

30-50万元/吨日(含水率80%)

4、工艺运行成本:

400-500元/吨(含水率80%)

5、国内外相关企业:

威立雅水务、奥地利安德里茨集团、日本美得华水务、天通控股股、北京京城环保

八、热解碳(炭)化

污泥碳化工艺分为高温碳化、中温碳化和低温碳化三类,目前应用较多的是中温和低温碳化。通过将污泥在无氧条件下加温发生热分解,产生裂解气体为工艺燃烧供热,从而形成循环热能利用。热化分解反应时,污泥中的有机物被分解,二氧化碳气从固体中被分离,同时又最大限度地保留了污泥中的碳值,使最终产物中的碳含量大幅提高。低温碳化技术主要由EnerTech(能源技术)公司研发推广,技术名称为SlurrycarbTM,该工艺是连续式的,将污泥加压至6-10MPa,通过热交换器,加温至400-450°F(204-232℃)即可发生碳化。

1、工艺优点:

1)通过热解实现污泥大幅度减量;

2)能耗比传统干燥技术低50%,比直接焚烧低80%;

3)产生的废气较少,减少了对环境的二次污染;

4)污泥热值得以最大限度保留,为后续资源化处置创造了有利的基础。

2、缺点:

1)污泥碳化技术是2000年以后才真正产业化的工艺,碳化装置的稳定性、耐久性、可靠性等还有待时间的考验;

2)工艺投资及运行成本相对较高,对工艺的推广有一定的影响;

3)污泥碳化产物尚无国家标准,仍需按照污泥相关标准对其成分进行检测后选择合适的利用途径。

3、单位处理量投资额:

35-60万元/吨日(含水率80%)

4、工艺运行成本:

180-300元/吨(含水率80%)

5、国内外相关企业:

日本巴工业、澳大利亚ESI公司、美国EnerTech公司、太原正阳环境、中节能博实(湖北)环境、九洲环境科技(天津)有限公司。

九、其它资源化处置

发达国家经过几十年发展,污泥处理处置技术路线已相对成熟,相关的法律法规及标准规范已比较完善。目前,发达国家污泥处置现状及趋势如下所述。

1、美国

美国虽然土地资源充足,但卫生填埋总体较少,污泥处理处置路线一直是农用为主,且为污泥农用做了大量安全性评价工作。目前,美国约16000座污水处理厂的污泥中约60%经厌氧消化或好氧发酵处理成生物固体,用做农田营养土,其余用于填埋、焚烧等。

1.jpg

从1992年起《禁止海洋倾倒法》(1988)和《清洁水法》(即第503部分)禁止污泥海洋弃置

美国的污泥处置途径变化趋势具有如下特点:

(1)土地利用呈逐渐增加的趋势,1976~1995的25年间土地利用的比例增加了一倍多;

(2)填埋曾是美国主要处置方式之一,而目前呈逐渐降低的趋势;

(3)焚烧在近年来呈稳步发展趋势,保持在20%左右。

上述变化趋势的原因大致可归结为:一方面对环境标准和环境要求越来越高,另一方面对于物质的循环化利用政策越来越优惠。

2、欧洲

欧洲污泥处置最初的主要方式是填埋和土地利用。二十世纪90年代以来,可供填埋的场地越来越少,污泥处理处置的压力越来越大,欧洲建了一大批污泥干化焚烧设施。由于污泥干化焚烧投资和运行费用较高,同时污泥中的有害成分又逐步减少,近年来,污泥土地利用重新受到重视,成为污泥处置方案的重要选择。

欧洲污泥处置途径变化趋势见下表。

2.jpg

爱尔兰,英国及西班牙曾流行该处置方式,三国曾分别达到35%、30%和10%。1999年1月1日起,《城市污水处理法令》(91/271/EEC)禁止成员国向海洋倾倒污泥。

欧盟污泥处置变化趋势具有如下特点:1)污泥土地利用呈逐渐增加的趋势;2)污泥填埋处置呈下降趋势;3)焚烧在近年来呈稳步发展趋势。

3、日本

日本由于土地与资源的限制,污泥处理处置的主要技术路线是焚烧后建材利用为主,农用与填埋为辅。

综上所述,欧美等发达国家污泥处理处置的方式大致以土地利用和焚烧为主,而卫生填埋由于环境负面影响较大,呈减少的趋势。

国内城市水污染控制普遍存在“重污水处理,请污泥处置”,目前污泥尚无稳定合理的出路。在我国城市水污染治理中,污泥处置费用约占工程投资和运行费的24-45%,而发达国家如美国和欧洲,已占污水处理厂总投资的50-70%。我国污泥污泥大多仅经过简单浓缩和脱水处理就进行填埋,污泥中的生物质能未得到有效资源化利用,以污泥最终安全处置为导向的科学处理技术路线体系尚未形成,缺乏适合我国国情的污泥处理处置技术路线应用实践。

目前污泥的处置方式主要以制成营养土还田和送入垃圾场填埋为主。污泥堆肥由于管理简单、成本较低,所以值得大力推广。但对于混有工业废水的城市污水厂污泥,其中所含的重金属和有毒有害有机物可能会造成环境污染,这类污泥不宜采用堆肥农用的处置方式。而且由于新标准对污泥进入垃圾场做了严格的规定(含水率<60%),并往往受到周边居民的强烈反对,污泥的处置面临更大的困难。

我国的污泥处置以填埋为主。堆肥、复合肥研究不少,但生产规模很小。国内污泥综合利用实例不多,大规模污泥的处置问题提上日程,然而仍停留在技术层次,尚须政府部门跨行业协作。不论何种处置方法,减小体积、提高含固率都是污泥处置难以回避的重要环节。

污泥处理处置的目标是实现污泥的减量化、稳定化和无害化;鼓励回收和利用污泥中的能源和资源。坚持在安全、环保和经济的前提下实现污泥的处理处置和综合利用,达到节能减排和发展循环经济的目的。

近年来,我国投入了大量的资金对污泥处理处置技术进行研究和开发,在污泥处理处置技术领域取得了一定的科技成果,并逐步制定和完善了《污水处理厂污泥处理处置最佳可行技术导则》、《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策》等一系列政策、法规。

相关政策法规中规定污泥处置分类包括:

1)土地利用;

2)填埋;

3)建筑材料利用。

近年来,填埋方式由于不可持续以及二次污染等风险因素,越来越受到限制,而建材和土地利用处置方式的优点是可将污泥产品实现资源化、创造价值。缺点是:建材利用必须控制污泥产品添加量,以确保最终资源化产品质量;土地利用途径则对污泥产品的有机质、污染物等含量有较高的要求,必须符合国家相关标准。

因此,根据处理污泥的性质、数量、所处地区政策、环境、经济水平等因素,因地制宜,选择恰当的处置途径,多措并举,可真正实现污泥处理处置与资源化循环利用无缝衔接,解决现阶段污泥转化产品的消纳和循环产业链的闭环,同时符合国家发展循环经济的纲领要求,从而创造良好的环境效益、社会效益。

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