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常見的汙泥處理方法、技術和設備

時間:2019-08-17文章來源:AI環保 人氣:
    汙泥處理是對汙泥進行減量化、穩定化和無害化處理的過程。汙水處理程度越高,就會產生越多的汙泥殘餘物需要加以處理。除非是利用土地處理或汙水塘處理汙水,否則一般的汙水處理廠必須設有汙泥處理設施。對現代化的汙水處理廠而言,汙泥的處理與處置已成為汙水處理係統運行中最複雜、且花費最高的一部分。
 
汙泥
汙泥處理
 
    隨著我國城鎮化水平不斷提高,汙水處理設施建設得到了高速發展,據《2013-2017年中國汙泥處理處置深度調研與投資戰略規劃分析報告》統計2010年我國城鎮汙水處理廠已經建有2500多座,城市汙水處理能力已達到每天1.22億噸,為實現國家的減排目標和水環境改善,做出了巨大貢獻。但是汙水廠的建設及運行伴隨產生了大量剩餘汙泥,以含水率80%計,全國年汙泥總產水量將很快突破3000萬噸,汙泥處理形勢十分嚴峻。
 
    由於我國汙水廠在建設過程中,長期以來“重水輕泥”,我國城鎮汙水處理廠基本實現了汙泥的初步減量化,但未實現汙泥的穩定化處理。據統計,約80%汙水廠建有汙泥的濃縮脫水設施,達到了一定程度的減量化;約有80%的汙泥未經穩定化處理,汙泥中含有惡臭物質、病原體、持久性有機物等汙染物從汙水轉移到陸地,導致汙染物進一步擴散,使得已經建成投運的大汙水處理設施的環境減排效益大打折扣。據統計,目前處置方式中,土地填埋占63.0%、汙泥好氧發酵+農用約占13.5%、汙泥自然幹化綜合利用占5.4%、汙泥焚燒占1.8%、汙泥露天堆放和外運各占1.8%和14.4%。事實上,土地填埋、露天堆放和外運的汙泥絕大部分屬於隨意處置,真正實現安全處置的比例不超過20%。
 
    製約汙泥處理處置設施建設的因素有很多,但國家汙泥處理處置總體技術路線不夠明確是重要製約因素之一。為緩解汙泥產量和汙泥處理能力滯後的矛盾,我國近年出台了一係列政策、規劃。目前,我國汙泥處理的技術路線和產業政策正逐步得以明晰,產業化和市場化即將啟動。與此同時,汙泥處置將越來越受到重視,汙泥處置的技術、政策及運作方式在不久的未來將所有突破。
 
汙泥基本類型
 
原汙泥(rawsludge):未經汙泥處理的初沉澱汙泥。二沉剩餘汙泥或兩者的混合汙泥。
 
初沉汙泥(primarysludge):從初沉澱池排出的沉澱物。
 
二沉汙泥(secondeysludge):從二次沉澱池(或沉澱區)排出的沉澱物。
 
活性汙泥(activatedsludge):曝氣池中繁殖的含有各種好氧微生物群體的絮狀體。
 
消化汙泥(digestedsludge):經過好氧消化或厭氧消化的汙泥,所含有機物質濃度有一定程度的降低,並趨於穩定。
 
回流汙泥(returnedsludge):由二次沉澱(或沉澱區)分離出來,回流到曝氣池的活性汙泥。
 
剩餘汙泥(excessactivatedsludge):活性汙泥係統中從二次沉澱池(或沉澱區)排出係統外的活性汙泥。
 
汙泥氣(sludgegas):在汙泥厭氧消化時,有物分解所產生的氣體,主要成分為甲烷和二氧化碳,並有少量的氫、氮和硫化氫。俗稱沼氣。

 
    汙泥處理前,首先要了解汙泥的分類,才能確定汙泥處理的方法:
 
⒈自來水廠沉澱池或濃縮池排出的物化汙泥處理
 
汙泥分類:屬中細粒度有機與無機混合汙泥,可壓縮性能和脫水性能一般。
 
⒉生活汙水廠二沉池排出的剩餘活性汙泥處理
 
汙泥分類:屬親水性、微細粒度有機汙泥,可壓縮性能差,脫水性能差。
 
⒊工業廢水處理產生的經濃縮池排出的物化和生化混合汙泥處理
 
汙泥分類:屬中細粒度混合汙泥,含纖維體的脫水性能較好,其餘可壓縮性能和脫水性能一般。
 
⒋工業廢水處理產生的經濃縮池排出的物理法和化學法產生的物化細粒度汙泥處理
 
汙泥分類:屬細粒度無機汙泥,可壓縮性能和脫水性能一般。
 
⒌工業廢水處理產生的物化沉澱粗粒度汙泥處理。
 
 
    汙泥分類:屬粗粒度疏水性無機汙泥,可壓縮性能和脫水性能很好。
 
⒈汙泥處理利用的一般技術
 
⑴汙泥的堆肥化處理技術
 
⑵汙泥的建材化技術
 
⑶汙泥的燃料化技術
 
⑷汙泥的厭氧消化(製沼氣)技術
 
⒉太陽能汙泥幹化技術
 
⒊汙泥的電離輻射處理技術
 
⒋微波技術在汙泥處理中的應用
 
⑴微波輻照汙泥處理技術
 
⑵微波化學分析技術
 
⒌超聲波處理汙泥技術
 
⒍重金屬的生物有效性及植物脫除技術
 
⒎汙泥的微生物處理技術
 
⑴微生物淋濾技術
 
⑵微生物吸附處理法
 
⑶微生物脫臭技術
 
⒏新興汙泥熱化學處理技術
 
⑴濕式氧化技術
 
⑵活性汙泥作黏結劑
 
⑶剩餘汙泥製可降解塑料
 
⑷汙泥製活性炭
 
⑸O3/H2O2氧化技術
 
⑹UV/O3氧化技術
 
⑺UV/H2O2氧化工藝
 
⑻其他熱化學處理技術簡介
 
衛生填埋
這種處置方法簡單、易行、成本低,汙泥又不需要高度脫水,適應性強。但是汙泥填埋也存在一些問題,尤指填埋滲濾液和氣體的形成。滲濾液是一種被嚴重汙染的液體,如果填埋場選址或運行不當會汙染地下水環境。填埋場產生的氣體主要是甲烷,若不采取適當措施會引起爆炸和燃燒。
 
土地利用
汙泥土地直接利用因投資少、能耗低、運行費用低、有機部分可轉化成土壤改良劑成分等優點,被認為是最有發展潛力的一種處置方式,科學合理的土地利用,可減少汙泥帶來的負麵效應。林地和市政綠化的利用因不易造成食物鏈的汙染而成為汙泥土地利用的有效方式。汙泥用於嚴重擾動的土地(如礦場土地、森林采伐場、垃圾填埋場、地表嚴重破壞區等需要複墾的土地)的修複與重建,減少了汙泥對人類生活的潛在威脅,既處置了汙泥又恢複了生態環境。
 
焚燒
濕汙泥幹化後再直接焚燒應用得較為普遍,沒有經過幹化的汙泥直接進行焚燒不僅十分困難,而且在能耗上也是極不經濟的。
 
以焚燒為核心的汙泥處理方法是最徹底的汙泥處理方法之一,它能使有機物全部碳化,殺死病原體,可最大限度地減少汙泥體積;但是其缺點在於處理設施投資大,處理費用高,設備維護成本高,而且產生強致癌物質二惡英。
 
汙泥幹燥
汙泥幹燥是應用人工熱源以工業化設備對汙泥進行深度脫水的處理方法,盡管汙泥幹燥的直接結果是汙泥含水率的下降(脫水),但與機械脫水相比,其應用目的與效果均有很大的不同。
 
汙泥機械脫水(也包括汙泥濃縮),其應用的目的以減少汙泥處理的體積為主(汙泥濃縮和機械脫水通常均可使汙泥體積減少4倍左右),但脫水汙泥餅除了含水率和相關的物理性質,如流動性與原狀汙泥有差異外,其化學、生物等方麵性質並不因脫水而產生變化。
 
汙泥幹燥則由於提高水分蒸發強度的要求,使用人工熱源,其操作溫度(對汙泥顆粒而言)通常大於100℃,幹燥對汙泥的處理效應,不僅是深度脫水,還具有熱處理的效應;加之,汙泥幹燥處理的產物,其含水率可控製在20%以下,即達到抑製汙泥中的微生物活動的水平,因此汙泥幹燥處理可同時改變汙泥的物理、化學和生物特性。
 
汙泥處理技術
該技術創新采用汙泥洗滌工藝,首先洗出汙泥中有機物質,分離無機物質汙泥土,再將有機汙泥濃縮進行高溫厭氧消化處理。沉澱汙泥經過洗滌洗出汙泥中一半固體無機汙泥土,減少了一半生物處理量,節省工程投資和處理費用;單獨處理有機汙泥,去除了無機汙泥土在反應器中的沉澱,減少了設備磨損和反應器的維護;沉澱汙泥經過洗滌洗出汙泥中大部分容易沉澱的重金屬和無機汙泥土,提高了有機肥的品質;洗滌出的汙泥土還可生產路麵彩磚、透水磚。其他創新工藝:超高溫厭氧消化、多級厭氧消化、沼渣漂浮等,汙泥生物處理速度提高了幾倍和沼氣產量提高20%以上。
 
沉澱汙泥生物處理係統,工程設計創新采用地埋式、緊密型、多級消化反應器設計,幾個獨立的厭氧消化反應器你中有我我中有你渾然一體,節省建築材料,采用混凝土結構造價低廉。前國內外現有的厭氧消化反應器普遍采用地上式結構,地上式結構能使配備設備便於維護和有利沼渣排放預防沼渣沉澱。該生物處理係統工程設計很好地解決了配套設備的維護和沼渣沉澱,係統配備設備少,隻需要幾台水泵,就是水泵壞了更換一台用不完20分鍾,保證設備檢修不停產;沉澱汙泥經過洗滌去除了容易沉澱的無機汙泥土,有機汙泥經吹浮係統作用全部漂浮不會沉澱。地埋式厭氧消化反應器不僅投資少、不占用土地,而且還能防地震、防雷擊和使用壽命長、減少消化係統的熱量損失。
 
汙泥發酵有機肥
傳統汙泥處理方法有3種:焚燒、填埋和資源化利用。國外多采用焚燒工藝,但投資巨大,易造成大氣汙染;國內多采用填埋,但需要占用大量的土地,同時會造成環境的二次汙染;國內上海等大中城市土地再生資源很少,難以長期采用此方式。陳立僑介紹說,用微生物處理汙泥前景廣闊。經汙水處理廠現場試驗和實際應用,每處理1噸汙泥可獲得150元左右的經濟效益。上海市每年排放汙泥約140萬噸,如果有20%的汙泥用微生物好氧發酵處理,直接經濟效益約為4200萬元。此外,利用微生物好氧發酵,還能消除汙泥的惡臭,有效控製汙泥的二次汙染,環境效益同樣顯著。
 
    將汙泥發酵成有機肥,如再加入部分牛糞等,就會發酵成優質的有機肥,具體操作方法如下:
 
1、加菌。1公斤金寶貝肥料發酵劑可發酵4噸左右汙泥+牛糞。需按重量比加30-50%左右的牛糞,或秸稈粉、蘑菇渣、花生殼粉、或稻殼、鋸末等有機物料以便調節通氣性。其中如果加入的是稻殼、鋸末,因其纖維素木質素較高,應延長發酵時間。菌種稀釋:每公斤發酵劑加5-10公斤米糠(或麩皮、玉米粉等替代物)拌勻稀釋後再均勻撒入物料堆,使用效果會更佳。
 
2、建堆:備料後邊撒菌邊建堆,堆高與體積不能太矮太小,要求:堆高1.5-2米,寬2米,長度2-4米
 
3、拌勻通氣。金寶貝肥料發酵劑是需要好(耗)氧發酵,故應加大供氧措施,做到拌勻、勤翻、通氣為宜。否則會導致厭氧發酵而產生臭味,影響效果。
 
4、水分。發酵物料的水分應控製在60~65%。水分判斷:手緊抓一把物料,指縫見水印但不滴水,落地即散為宜。水少發酵慢,水多通氣差,還會導致“腐敗菌”工作而產生臭味。
 
5、溫度。啟動溫度應在15℃以上較好(四季可作業,不受季節影響,冬天盡量在室內或大棚內發酵),發酵升溫控製在70-75℃以下為宜。
 
6、完成。第2-3天溫度達65℃以上時應翻倒,一般一周內可發酵完成,物料呈黑褐色,溫度開始降至常溫,表明發酵完成。如鋸末、木屑、稻殼類輔料過多時,應延長發酵時間,待充分腐熟。
 
發酵好的有機肥,肥效好,使用安全方便,抗病促長,還可培肥地力等。山東有一家做“智能高溫好氧發酵一體化設備”的企業,我去考察過,應該是好氧發酵領域做的最好的廠家之一。
 
石灰投加技術
脫水後的汙泥進入料鬥,料鬥中加入石灰和氨基璜酸,石灰投量為濕泥量的10%一15%,氨基璜酸的投量約為石灰投量的1%。由於氨基璜酸在反應過程中產生氨氣,增強了整個工藝的殺菌效果,降低了反應溫度。汙泥、生石灰和氨基璜酸在料鬥中攪拌後,由雙螺旋進料機推入柱塞泵進料口,通過柱塞泵送入反應器,在70℃下停留30min,輸出的產品可達到美國EPAPART503CLASSA標準。反應後的汙泥泵送至料倉,密封容器中產生的氣體經洗滌塔處理後排放。
 
該工藝的特點:
 
pH>12,延續時間長,殺菌徹底;高pH使大部分金屬離子沉澱,降低了其可溶性和活躍程度;汙泥的含固率可提高至30%;去除了汙泥中的臭氣,係統全密封,無環境汙染;係統全自動,操作維護簡單:加入少量氨基璜酸,減少了石灰用量和反應時間,降低了運行成本。避不開的硬傷是成本高,並且增加了汙泥總量。
 
汙泥碳化技術
所謂汙泥碳化,就是通過一定的手段,使汙泥中的水分釋放出來,同時又最大限度地保留汙泥中的碳值,使最終產物中的碳含量大幅提高的過程(SludgeCarbonizationo在世界範圍內,汙泥碳化主要分為3種。
 
⑴高溫碳化。碳化時不加壓,溫度為649—982℃。先將汙泥幹化至含水率約30%,然後進入碳化爐高溫碳化造粒。碳化顆粒可以作為低級燃料使用,其熱值約為8360—12540kJ/kg(日本或美國)。該技術可以實現汙泥的減量化和資源化,但由於其技術複雜,運行成本高,產品中的熱值含量低,當前尚未有大規模地應用,最大規模的為30刪濕汙泥。
 
⑵中溫碳化。碳化時不加壓,溫度為426—537℃。先將汙泥幹化至含水率約90%,然後進入碳化爐分解。工藝中產生油、反應水(蒸汽冷凝水)、沼氣(未冷凝的空氣)和固體碳化物。另外,該技術是在幹化後對汙泥實行碳化,其經濟效益不明顯,除澳洲一家處理廠外,尚無其他潛在的用戶。
 
⑶低溫碳化。碳化前無需幹化,碳化時加壓至6—8MPa,碳化溫度為315℃,碳化後的汙泥成液態,脫水後的含水率50%以下,經幹化造粒後可作為低級燃料使用,其熱值約為15048~20482kJ/kg(美國)。該技術通過加溫加壓使得汙泥中的生物質全部裂解,僅通過機械方法即可將汙泥中75%的水分脫除,極大地節省了運行中的能源消耗。汙泥全部裂解保證了汙泥的徹底穩定。汙泥碳化過程中保留了絕大部分汙泥中熱值,為裂解後的能源再利用創造了條件14t。
 
汙泥水解熱幹化技術
汙泥水熱幹化技術通過將汙泥加熱,在一定溫度和壓力下使汙泥中的粘性有機物水解,破壞汙泥的膠體結構,可以同時改善脫水性能和厭氧消化性能。隨水熱反應溫度和壓力的增加,顆粒碰撞增大,顆粒間的碰撞導致了膠體結構的破壞,使束縛水和固體顆粒分離。經過水熱處理的汙泥在不添加絮凝劑的情況下機械脫水的含水率大幅度降低。汙泥的水解宏觀上表現為揮發性懸浮固體濃度減少和COD、BOD以及氨氮等濃度增加。水熱幹化技術采用漿化反應器,通過閃蒸乏汽返混預熱漿化、蒸汽與機械協同攪拌,提高了係統的處理效率;在水熱反應器中,采用蒸汽逆向流直接混合加熱的方式,強化了傳質傳熱過程,可以避免局部過熱結焦碳化:在連續閃蒸反應器中,實現了係統能量的有效回收。
 
泥漿分離脫水機
與板框壓濾機對比:該機具有處理能力大、分離性能好、適應性強、勞動強度小、性能穩定、安裝操作方便、占地麵積小、維修費用低等優點,而且可以實現密閉的連續自動分離。
 
臥螺離心機
臥式螺旋卸料沉降離心機(簡稱臥螺離心機)是利用離心沉降原理分離懸浮液的設備。對固相顆粒當量直徑=3um、重量濃度比:10%或體積濃度比=70%、液固比重差:0.05g/cm3的各種懸浮液均適合采用該類離心機進行液固分離或顆粒分級。
 
帶式汙泥脫水機
帶式汙泥脫水機是中國從美國引進的先進技術,經消化吸收,開發成功的一種高效脫水設備,可以連續壓濾,產品采用高強度材料製作,具有處理能力大,脫水效率高,使用壽命長等顯著特點。產品廣泛應用於環境治理、蔬菜加工等需壓榨脫水的行業。

臥式彈簧全自動超高壓壓榨機
金凱地過濾設備有限公司自主研發的全自動無人值守汙泥汙水處理設備,具有處理量大、過濾效果好、能耗少、幹度高的特點,與其他種類與其他各類汙泥處理設備的不同是:全自動化、濾餅含水率低。
臥式彈簧無人值守全自動高壓壓榨機
臥式彈簧無人值守全自動高壓壓榨機
 
太陽能熱泵技術汙泥處理設備
該係統主要利用太陽能、地熱能等清潔能源作為汙泥幹化的熱源,能將含水量80以上的泥漿幹化成含水量35以下的幹料,節電、節煤、環保;整個係統為自動化遠程控製,有效降低了汙泥處理處置成本,為汙泥處理處置提供了一種低碳環保的解決方案。
 
該係統包括溫室部分、輸送部分、通風部分、集熱部分(包括太陽能集熱係統和熱泵係統)、自動化控製部分以及有害氣體收集和除臭等其他附屬裝置。
 
利用太陽能作為主要能源,滿足可持續發展的需求;
 
耗能小,運行管理費用低,蒸發1t水耗電量僅為60-80kW˙h,而傳統的熱幹化技術需耗電為800-1060kW˙h;
 
經幹化處理後,汙泥體積可減少到原來的1/3-1/5,實現穩定化並保留其原有的再利用價值;
 
係統運行穩定、安全、灰塵產生量小;
 
自動化程度高、操作維護方便、使用壽命長;
 
係統透明程度高,環境協調性好。
 
    其係統組成有:
 
(1)汙泥輸送係統
 
由接料倉、螺旋進料機、插板閥、汙泥泵、管道組成。整個係統液壓部分采用意大利泵、閥。螺旋進料機與料倉之間用插板閥連接,便於檢修。推送機采用S擺管的設計。含水85%左右的泥餅由卡車卸入料倉,經螺旋進料機喂入液壓推送機,推送機將汙泥由管道輸送,整個過程無異味,做到不汙染環境的同時可實現長距離、大揚程輸送。管道可根據建築結構靈活設置,輸送量精確,配備通訊接口實現遠程控製。還可選用皮帶、鬥提等傳統輸送方式。
 
(2)溫室供熱係統
 
由太陽能集熱器、集熱水箱、恒溫水箱和PLC控製等組成,集熱水箱與自來水補水管相通,自來水補水管上設有水源電磁閥,集熱水箱內設有水位傳感器;PLC根據所述水位傳感器輸出的水位信號控製水源電磁閥的開閉,以自動給集熱水箱補水,實現定時、定量上水,集熱水箱內的水量可根據實際情況得到控製。通過安全排氣閥來釋放蒸汽,並通過供熱控製閥控製集熱器陣列供熱的麵積,確保了係統運行的穩定性和安全性。
 
(3)溫室係統
 
由溫室主體、內保溫部分、通風部分、供暖部分、氣象站等組成。溫室主體為文絡式陽光板溫室,陽麵中空玻璃。選用保溫幕布,減少輻射熱的流失。通風采用風機,頂部采用蝶形方式交錯開窗,可根據室內外溫濕度、光照度實現自動開關。供暖係統根據《地麵輻射供暖技術規程》JGJ142-2004設計。
 
(4)汙泥翻泥布料係統
 
由汙泥攤鋪機、螺旋喂料機、皮帶式輸送機、幹料倉、有害氣體探測儀、工業監控係統等組成。全自動翻泥機為變頻電機,可自動調節翻泥速度,使汙泥得到均勻翻動,實現表麵翻新和蒸發水分。過程中也起到對汙泥供氧的作用,避免汙泥局部厭氧菌繁殖而釋放惡臭氣體。係統安裝了H2S和NH3探測器,可實現實時監控。
 
(5)控製係統
 
自動化控製係統采用組態軟件+PLC的基本控製方式,上位機通過與PLC及智能儀表通訊實現對各個設備的監測與控製,PLC通過內部程序能夠獨立運行。上位機采用台灣研華工業計算機,生產工藝路線在計算機界麵能夠模擬顯示。工藝參數點數據可以實現計算機界麵顯示、調整、設定,並進入程序。工藝運行參數可隨機調取、打印,故障監控可實現故障點、故障類型、發生時間的瞬間記錄和報警功能。配置了智能電度表,實時記錄幹化過程的能耗數據,折算幹化成本。
 
(6)高溫好氧發酵工藝
智能高溫好氧發酵設備是專業處理生活汙泥、廚餘垃圾、畜禽糞便等有機廢棄物的智能一體化成套設備。工藝原理是將濕汙泥與回流料或生物質、高溫生物發酵菌混合,利用微生物的活性,對廢棄物中的有機質進行生物分解、腐熟,使有機廢棄物轉化成有機肥原料,用於土壤改良、園林綠化,最終實現有機廢物的資源化利用。
 
智能高溫好氧發酵設備主要由發酵室、主軸傳動係統、液壓動力係統、上料提升係統、自動出料係統、高壓送風係統、除臭係統和自動控製係統組成。
 

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