城市污水厂污泥处理处置技术评估及工艺选择

2.2污泥干化

污泥干化工艺按原理可分为自然干化、直接加热干燥和间接加热干燥。由于利用外加热源进行污泥干化的能耗高,其运行费用也很高。若仅考虑干化技术的经济性,自然干化是非常理想的方法。自然干化方法简单、易于管理;但此法受气候影响大,卫生条件差;并且仅适用于干燥少雨且土地资源较宽裕的地区。

若选择处理效果好且环境影响小的技术,可以使用加热干燥法。直接加热干化具有流程简单、热交换率损失少等优点;但干燥烟气具有恶臭,因而对工作间和周边环境有不良影响。间接加热干燥是利用一定介质在封闭回路中循环,因此不仅干化效果好,而且无恶臭气体。但介质会带走一部分热量,热能利用率不如直接加热干燥技术效率高。

上海石洞口污水厂采用流化床低温干化系统对污泥进行干化。该系统的干化温度为85e,系统内控制含氧量<4%(防止爆炸)。干化系统每蒸发1t水分,消耗热能为2800kJ。经干化后的污泥含水率能够降至5%~10%。

2.3污泥消化

污泥消化按原理可分为厌氧消化和好氧消化。厌氧消化又可分为中温厌氧消化、高温厌氧消化和两相厌氧消化。污泥消化技术的初期投资和运行费用都很高。但由于消化工艺可进一步稳定污泥,因而污水厂应根据规模的大小、污泥的性质及财政状况选择合适的消化工艺。

对于处理能力在10万t/d以上的大型二级污水处理设施产生的污泥,应采用中温厌氧消化或高温厌氧消化;对于中小型污水处理厂,应选择工艺成熟、机械设备简单、运行管理方便的好氧消化工艺[9];而对于高浓度有机废水、悬浮物浓度很高的污水以及含有毒物质、难降解物质的污泥宜采用两相厌氧消化方法处理。

2.4污泥最终处置技术

常见的污泥最终处置技术主要包括卫生填埋、堆肥、焚烧和土地利用等。4种常见污泥处置技术比较见表2。近年,污泥制建材、污泥制肥和污泥发电等新兴技术也有所发展和应用。

卫生填埋和污泥土地利用是经济性最好的污泥终处置技术,投资约3万~515万元/t(含水率80%),运行成本约15~30元/t(含水率80%)[10]。

但污泥填埋工作仍存在很多问题,如渗滤液产生量大、渗滤液收集系统易堵塞、填埋操作困难等;土地利用也存在恶臭污染的问题。另外,近年修订的污泥处置标准CJ/T249-20075城镇污水处理厂污泥处置混合填埋泥质6中规定:混合填埋泥质的含水率应不大于60%,污水厂目前的脱水技术很难实现这一要求。因此,卫生填埋和土地利用的发展前景不容乐观。

焚烧技术的处理效率最高,可以大幅减少污泥体积和含水率。但是焚烧法所需投资较高,设备投资约35万~45万元/t(以干污泥计),运行成本约771~1000元/t(以干污泥计)。同时,我国焚烧设备主要依赖于进口,设备投资费用和维护修理费用较高。焚烧法仅适合于大型污水处理厂污泥或有毒有害物质含量高的污泥的处置[11]。上海石洞口干化焚烧工程选用了德国进口流化床焚烧系统。该厂投资8000万元(含干化和焚烧设备、土建、自控及辅助设施),运行费用约250元/t(含水率为82%,包含电费、药剂费、人工费、维修费等)。我国也自主设计了焚烧炉,运行效果良好。齐鲁石化乙烯污水处理厂污泥采用二段串联的卧式回转焚烧炉焚烧,处理量为2100kg/h含水率不大于80%的湿污泥。

堆肥工艺对环境的影响最小。堆肥可利用污泥中的大部分营养元素和有机质,实现资源的循环利用。同时污泥堆肥基建费用低、容易管理、设备简单;产品无味无臭、质地疏松、含水率低、密度小,便于运输施用和后续加工成商品肥。但堆肥过程中恶臭气体的控制以及污泥中的重金属含量仍制约着堆肥技术的应用和发展。此外,产品的销路也是影响堆肥技术的关键因素。一般堆肥周期较长,适用于小型污水厂使用[12213]。山东省晨鸣集团污泥堆肥工程采用北京中科博联环保高新技术有限公司自行研发的CTB高温好氧快速堆肥技术进行污泥堆肥,处理效果很好。该工程总投资2600万元,其中基建费1300万元,设备费900万元。另外,太仓市巨龙农业养殖技术有限公司引进日本大平二号蚯蚓原种,开发/蚯蚓生物转化污泥、生产生物有机肥0项目。该公司现已成功利用蚯蚓处理造纸污泥,蚯蚓处理污水厂污泥正在研发中。

污泥制建材、污泥制肥和污泥发电等新兴技术也是今后污泥处理处置发展的方向,但目前技术还不完善、规模化和产业化程度较低,短期内较难实现大规模工程化应用。

3污泥处理处置工艺流程的选择

评估污泥处理处置技术是为了更合理地选择污泥处理处置工艺流程,以便污水厂污泥处理处置工作正常、高效运转。中国城市污水厂污泥处理处置工艺流程及其应用比例见表3。

由表3可知,我国污泥处理处置工艺是十分多样化的。污水厂应根据自身的规模、污水污泥性质以及经济实力合理选择。

大中型污水厂(处理量在5万t/d以上)产泥量大,污泥产率高,因此适于选择处理量大、处理效率高的污泥处理处置工艺。在资金充裕的情况下,污水厂宜选择带有污泥消化的工艺,如浓缩池)消化池)机械脱水)最终处置。该工艺是比较完备的污泥处理处置工艺流程。污泥消化可以明显改善污泥的理化性质,降低污泥的生物活性,实现污泥的稳定化,但这种工艺基建投资和运行成本都很高。浓缩池)机械脱水)最终处置是我国最常见的污泥处理处置工艺流程,但该流程缺少了消化工艺,污泥有机物含量高,脱水后仍有较大异味且疏水性差。污水厂应尽量根据实际情况配备适合的消化工艺。

中小型污水厂(处理量在5万t/d以下)产泥量和污泥产率带来的压力小,可适当选择一些经济性好的工艺。浓缩池)最终处置工艺构成相对简单,投资和运行成本较低,因而经济性好。但污泥经浓缩后含水率仍在93%~96%,最终处置方法的选用受到了极大的限制。浓缩池)机械脱水)最终处置更适合小型污水厂应用。对于有资源优势和工艺上有特殊需要的污水厂,可以根据实际情况选择其他工艺。如厂区周边有大量空地的污水厂可以选择带有干化场的工艺来处理处置污泥;以生活污水为主的污水厂可以选择带有湿污泥池的工艺。

4讨论

1)我国污泥处理处置技术评估方法体系尚不完善。目前我国污泥处理处置技术评估工作中,对研究对象的界定、评价指标、评价方法和步骤等评估细则尚没有统一的规范和标准。

2)我国污泥处理处置技术及应用信息还不全面。目前关于我国污泥处理处置技术及应用情况的信息平台或数据库较少,获取相关资料和信息的渠道也不够畅通,数据搜集难度大,影响了评估的效率和准确性。为此,提出以下建议:a.借鉴和引用国外成熟的污泥处理处置技术评估体系,紧密结合我国污泥处理处置工作的现状,尽快建立起适合我国污泥处理处置技术评估的技术框架和实施方法。b.完善我国污泥处理处置技术评估工作的规范和标准,使评估工作时有据可依。同时规范评估结果。c.建立污泥处理处置技术数据库,并促进信息共享,加强我国污泥处理处置技术现状和应用情况的信息交流,使评估工作的资料来源更翔实可靠。

延伸阅读：

最全污泥处理处理置各类相关知识

污水处理厂中污泥处理工艺的选择

《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)》

中国污泥处理行业的相关政策标准