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關鍵詞:污水處理廠;泥污處置;方法
中圖分類號:TE08 文獻標識碼: A
引言
我國污泥處理技術發展起步較晚,早期建設的污水處理廠普遍存在重視污水處理,忽略污泥處理處置的問題。污水處理過程將大部分污染物從污水轉移到污泥中,因而污泥中的物質種類較多,包括有機物、氮、磷、鉀和其它微量元素,致病微生物,鋅、銅、鉻等重金屬。如果污泥不能進一步妥善處置,直接排放到環境中,會造成二次污染。因此,如何科學、合理的對污泥進行回收、處置,成為目前環保部門的一個重要課題。
1.污泥的分類和特性
1.1污泥的分類
污泥按來源大致可分為溝壑、河流污泥、生活污泥和工業污泥(含電鍍污泥、造紙污泥、煉油污泥等)三類。目前更常用的是按污泥在不同處理階段分類,分別命名為生物泥、濃縮污泥、消化污泥、脫水干化污泥及污泥焚燒灰。
1.2污泥的特性
(1)含水率與含固率
含水率是污泥中水的質量分數,含固率是污泥中固體或干泥含量的質量分數。在含水率高,污泥呈流態時,污泥的體積與含固量基本呈反比關系。
(2)揮發性
固體揮發性固體是指污泥中600℃燃燒爐中能被燃燒,以氣體逸出的那部分固體,能反映污泥的穩定化程度。
(3)有毒有害物質
污泥中含有大量的病菌、病毒和寄生蟲卵等,在土壤利用前應采取必要的處理措施。工業廢水污泥中含有大量的重金屬,不宜進行土地利用種植果蔬等。
2.國內污泥處置現狀分析
城鎮化進程不斷發展,污水排放處置成為城市建設中又一必須合理應對的問題。針對這一問題,國家相關部門給予了充分的重視,并出臺了一系列關于污水處理的法律、法規,以實現對污水處理的控制。目前,國內已基本建成了較為完善的污水處理體系,各個城市普遍按國家規定設有滿足自身需求的不同規模的污水處理廠,污水問題從而得到基本控制。
然而,污水處理過程中產生的污泥處置問題卻并非如此樂觀,國內各城市對于污泥的處理手段長期以來尚未得到很好的改善。由于國內對于污泥處置的相關技術目前尚處于起步階段,技術水平整體較低,加之國家經費投入較少,設備發展緩慢,技術人員缺乏,這些因素為污泥處理帶來了重重阻礙。許多污水處理廠對產生的污泥不能提出科學的處理方案,只得采取簡單的掩埋、傾倒等措施,或棄置不顧而被周邊的農民任意使用在其耕種的農田里。由于污泥中含有大量有毒有害物質,因此,當其被濫用于農地,或任意傾倒于水體中后,一方面會嚴重污染土質、水質,同時,還可能使農田中種植出的作物內攜帶毒害物質,流入市場后形成嚴重的安全隱患。我國污泥處理的這一現狀已對人們的生命、財產安全構成了嚴重威脅,同時,也極不利于國內環保事業的發展。
3.污泥處置的方法
3.1污泥濃縮法
污泥濃縮方法包括重力濃縮法、氣浮濃縮法、機械濃縮法等。
重力濃縮法是指利用污泥的重力作用對污泥進行濃縮的方法。使用重力濃縮法處理后,污泥的含水率可以降到#$%’%,可以使呈流態的污泥成為糊狀。重力濃縮法按運行方式分為間歇式污泥濃縮法和連續式污泥濃縮法。重力濃縮法中的濃縮構筑物稱為重力濃縮池,同時也分為連續式重力濃縮池和間歇式重力濃縮池,重力濃縮池貯存能力強,運行成本低,操作要求低,一次性投資低,符合我國現在的國情,所以在我國普遍使用。但是重力濃縮法占地面積大,貯存的時間長,所以污泥容易發酵,產生臭味,尤其是在夏天氣溫比較高的時候,運行效果不太理想。
氣浮濃縮法是指利用加壓氣浮的原理進行污泥濃縮,在氣浮池表面形成濃縮污泥層由氣浮池的刮泥機刮走,沉至池底的顆粒污泥,隨池子底部的排水管排出。氣浮濃縮裝置包含加壓溶氣裝置和氣浮分離裝置。氣浮濃縮法適用于比較接近于1的污泥,因此采用活性污泥法的污水處理廠更適合采用氣浮濃縮法。氣浮濃縮占地面積小,濃縮效果較好,經過濃縮后,污泥的含水率可以降到94%―96%,通常為了使污泥濃縮效果更好,會使用無機混凝劑,如PAM、鋁鹽、鐵鹽等。氣浮濃縮法占地面積小,貯存時間短,但運行成本高,操作要求高,一次性投資也高。
離心濃縮法是利用污泥中的固液比重差,利用離心力的不同進行分離。由于離心機的離心力遠遠大于重力,因此適用于難脫水污泥。采用離心機進行濃縮時,常用的離心機有轉盤式離心機、軸筒式離心機、籃式離心機。離心濃縮法濃縮效果好,經過濃縮后,污泥的含水率可以降到80%―85%,在濃縮過程中不散發臭氣,占地小,但是其電耗是氣浮濃縮的幾倍,運行成本高,操作要求高,一次性投資大,維修費用高。
3.2污泥厭氧消化
該方法是指在厭氧條件下,通過微生物作用將污泥中的有機物轉化為沼氣,從而使污泥中有機物礦化穩定的過程。厭氧消化可降低污泥中有機物的含量,減少污泥體積,提高污泥的脫水性能。然而該處理技術較復雜,在我國僅有的十幾座污泥消化池中,能夠正常運行的為數不多。消化產生的大量甲烷對消防安全等級要求和管理要求比較高,需要通過其他技術進行有效利用。另外,污泥經厭氧消化后只能減量1/3――1/2,剩余下的大量殘渣仍需通過其他技術進行處理。
3.3污泥好氧堆肥
該方法是指污泥經過好氧微生物的發酵分解,大分子物質降解為小分子物質,發酵產生的高溫使病原菌基本滅活,污泥含水率大幅度降低,從而達到污泥減量化、無害化和資源化的過程。堆肥過程中主要包括有機物的氧化、細胞物質的合成、細胞物質的氧化和腐殖質的合成等生物化學反應。在實際應用中,由于污泥本身不是很好的堆肥物料,該工藝需要耗用大量的調理劑;該工藝設施需要大量的占地面積,且無法在堆肥過程中實現處理物體積的減量化;處理過程中,會形成較多臭味氣體,對大氣污染較嚴重。
3.4亞臨界水水解技術
該方法是利用高溫高壓產生亞臨界水(又稱近臨界水),在亞臨界水環境里,水的密度加大,導致離解系數加大,水起到溶劑和催化作用,使有機聚合物分解,淀粉、蛋白質被分解為葡萄糖及氨基酸,各種聚合物(包括合成聚合物如塑料制品,天然聚合物如脂肪、蛋白質)被分解和無害化。該項技術改變了污泥本身的膠體結構,將包裹在濕污泥中的物理化學結合水釋放為自由態水,改善污泥的脫水性能,使得污泥中有機質得到分解穩定,同時使得處理后的污泥極易脫水。一般自然干燥2d左右,尾產物含水率即可達到40%―50%,傳統機械脫水后可達到30%。因此該項技術的使用有效殺滅了污泥中的有害病菌,還原和干化有機物,使污泥成為無臭、無毒、無害、干化的基礎有機肥、土壤改良劑,避免了其他污泥處理技術產物仍需進一步處理的問題,是污泥減量化、無害化新技術。
結束語
各種污泥處置的方法各有優缺點,應用時需根據實際情況結合成本和環境保護等方面進行有針對性的應用,也可以多種處理方法相結合。因此,國家相關部門應盡快提高對該問題的管理力度,出臺相應的法律法規,督促污水處理廠不斷加大污泥處置技術研發人力、物力投入,從而提高我國的污泥處理技術水平,最終減少因污泥而造成的環境污染及破壞,使污泥處理、回收、再利用之間的良性循環早日實現。
參考文獻:
[1]曹勝,董曉楠,邢延峰.某城市污水處理廠污泥固化處理研究[J].環境科學與管理,2014,08:90-94.
關鍵詞:污泥處理 污泥處理技術 污泥處理設備
中圖分類號:X505 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2015)03(a)-0093-02
1 污泥處理的緊迫性
隨著人們生活水平的不斷提高。生活所產生的污水也在不斷的增加。青浦污水處理廠建廠后,經過二期,三期的擴建,日處理污水量規模從剛開始的7 500噸/d上升到3.5萬噸/d。而隨之產生的污泥量也在不斷的上升。污水處理廠所產生的污泥中的含水率高,還含有大量病菌、病原體、寄生蟲卵以及汞等重金屬和一些難以降解的有毒有害以及致癌物質。此外,這些污泥容易腐爛,有濃烈臭味,運輸也較為不便。如果只對污泥進行簡單的掩埋甚至棄置,而不經過妥善處理,將對地下水,土壤等造成二次污染,危害人類身體健康。由此,如何妥善處理污泥成了急需解決的問題[1]。
2 污泥的分類
(1)初次沉淀污泥:由初沉池沉淀產生的污泥。
(2)剩余活性污泥及腐殖污泥:經過活性污泥法或者生物膜法后,由二沉池產生的污泥。前者稱為剩余活性污泥,后者為腐殖污泥。
(3)消化污泥:初沉池和二沉池中的污泥經過厭氧或好氧消化穩定處理后的污泥。
(4)化學污泥:經過化學處理污水后所產生的污泥。
(5)有機污泥:富含有機物的污泥。
(6)無機污泥:主要成分為無機物的污泥,即泥渣。
3 常見的污泥處理方法
3.1 污泥的集中填埋
這種處理方法由于只需將污泥進行填埋,所以不需要對污泥進行高度脫水,比較簡單、易行、而且成本低。但是填埋需要占用大量寶貴的土壤,并且極有可能對地下水及土壤造成二次污染。由于不需要進行脫水,填埋中極易產生滲濾液,如果處理不當,將對地下水環境及周邊的土壤造成嚴重污染。另外填埋場還極易產生甲烷氣體,不采取適當措施會引起燃燒和爆炸。污泥的集中填埋比較適合污水處理廠產生的剩余回流污泥的處理[2]。
3.2 污泥的農用
污泥的農用是指利用污泥來對需要復墾的土地(如垃圾填埋場,森林采伐場,礦場用地和一些地表嚴重破壞的地區土地)進行修復與重建。此處置方法投資少、能耗低、運行費用低、有機部分可轉化成土壤改良劑等優點,是一種極有發展潛力的處置方法。用科學的方法對土地進行合理的利用,從而減少污泥對人類生活的潛在威脅,也減少了污泥帶來的負面效應,既使污泥得到了良好的處置又不破壞生態環境。但對污泥中的重金屬、病原菌及有害物質有一定的要求。
3.3 污泥的焚燒
污泥的焚燒只能用于干化后的污泥。對于污泥而言,焚燒是最徹底的污泥處理方法。焚燒可以將污泥中的病菌、病原體殺滅,將有毒、有害物質氧化分解。將有機物碳化,還可以最大限度的減少污泥的體積。污泥焚燒后的產物,還可以制成磚,水泥等建筑材料。但是由于對污泥進行焚燒十分困難,處理設施投資大,處理費用高。另外在焚燒過程中所產生的一些有害氣體也會造成空氣污染。
3.4 污泥機械脫水
污泥機械脫水是將濃縮后的污泥,在靜、動態混合器中與一定濃度的絮凝劑充分混合后,使污泥中的微小固定顆粒凝聚成體積較大的絮狀團塊。絮狀團塊經由壓濾機壓濾后,達到泥、水分離,最終被擠壓成濾餅排出[3]。濾餅體積通常可以減少到原來污泥體積的1/4左右,更便于運輸利用。污泥機械脫水后,濾餅除了含水率與相關的物理特性有變化,其化學、生物等方面性質并不發生變化。而污泥干燥也能使污泥體積減少到原來體積的1/5~1/4,但是污泥干燥是將污泥加熱焚燒,不僅僅是脫水,還具有熱處理效應,因此能去除污泥中病菌、病原體及有害物質。可見,污泥干燥處理不僅改變了污泥的物理特性,還改變了污泥的化學、生物特性。
4 污泥處理的其他技術
4.1 堆肥
堆肥是指在污泥中的微生物進行發酵的過程中,在其中加入一定比例的膨松劑和調理劑(如玉米桿、稻草、木屑、礱糠、麩皮等),在潮濕環境下利用微生物群落對多種有機物進行氧化分解并轉化為富含植物營養物的類腐殖質,即肥料。對含水量低的污泥采用好氧發酵制肥,一方面,將污泥中的有機物轉化為有用的肥料,另一方面,反應的最終代謝物是二氧化碳、水和熱量,熱量可以降低物料的含水率,有效地去除病菌、病原體、寄生蟲卵。
4.2 污泥的穩定化
污泥的穩定化一般指厭氧消化,厭氧消化是在無氧條件下依靠厭氧菌作用,使污泥中有機物分解的厭氧生化反應,是一個極其復雜的過程。厭氧分解過程中產生大量氣體,主要成分為甲烷和二氧化碳以及少量的硫化氫等。
4.3 微生物處理技術
微生物處理技術是指用制造的適合的微生物菌劑來消化污泥。利用微生物處理污泥的技術前景廣闊,現有的微生物處理技術,如封閉式微生物好氧發酵,則制造出了適合處理污泥的微生物菌劑。利用這些菌劑,能有效地將污泥轉化為有機肥或附加值更高的生物農藥,充分利用了污泥的特性。利用微生物好氧發酵,還能消除污泥的惡臭,有效控制污泥的二次污染。
4.4 生物處理技術
生物處理技術是指利用一些生物的習性,來達到處理污泥中的易腐有機垃圾,常見的生物處理技術是利用蚯蚓來處理。由于蚯蚓喜捕食含有氮素類、碳素類物質以及無機物和纖維性的物質,所以基本可以把全部的物質活用為飼料。而這項技術比較簡單,操作比較方便,費用相對低廉,又無污染排放,還能獲得優質有機肥料和高級蛋白原料。但是如何將這些物質直接加以利用,從技術上來說還不夠成熟,但從整體投資效益來說,生物處理技術比設置填埋場或焚化發電廠劃算,又可避免支付長期的運行費用、維修費用等;而建造填埋場需要3~5倍的投資,建造焚化廠更要十倍的花費。
5 污泥處理方面的建議
一方面,各地區應根據本地區的實際情況,在兼顧生態環境和經濟效益平衡的前提下,客觀地、全面地論證各種方案實施的可行性,不能照抄照搬其他地區的處理方法。比如,在中、小城鎮,可采取填埋、直接利用、焚燒及機械脫水后制肥等方法,因地制宜,充分利用本地區的資源。而在大、中城市,可對污泥進行二次加工,進行污泥脫水、濃縮、制肥、污泥干燥、制磚等,還可建立污泥消納池和無害化處理場。而一些郊縣污水處理廠,由于污水進水基本以生活污水為主,如離周圍農田較近,產生的污泥量又小,則可以對污泥做適當的無害化處理后用于農田。
另一方面,加強公眾的環境保護意識,讓公眾參與進來,從源頭上控制,減少城市污泥的形成量。積極引導公眾認識發展循環經濟模式的作用,努力引導他們樹立正確的消費觀,鼓勵公眾使用綠色產品,減少一次性產品的使用,逐步形成良好的保護環境的生活方式。各地政府應重點推廣污泥無害化、資源化、生態化目標的試點項目,努力實現各種生活垃圾家庭分類,從源頭上對各種垃圾進行控制。各地政府應加強環境監督力度,節約、合理、充分利用資源,提高資源的利用價值,減少廢水和廢渣的排放。各地政府應制定優惠政策、大力發展環保事業,在加強環境監管措施的同時,應積極采取有效優惠政策,鼓勵和扶持企業發展污泥處理產業,使城市污泥處理公益事業向有盈利的處理產業化方向發展。
6 結語
污水廠所產生的城市污泥雖然是城市污染物,給環境和人體健康帶來很大危害。不過隨著環保力度的加強、公眾環境保護意識的加強及人們對已有污泥處理技術不足之處的進一步認識,世界各國都在致力于發展新技術,爭取找到更經濟、更合理的污泥處理方案。相信不久的將來污泥不再是問題,而是可利用的資源,隨著資源的循環利用,人們生活的環境將更加和諧美好。
參考文獻
[1] 白鵬,宋孝玉.基于模糊綜合評判的西安市地下水資源承載能力評價[J].干旱地區農業研究,2010(2).
[2] 楊軍,郭廣慧,陳同斌,等.中國城市污泥的重金屬含量及其變化趨勢[J].中國給水排水,2009(13).
關鍵詞:自來水廠 排泥水 污泥量 污泥處理
0 概述
自來水廠排泥水含有大量來自原水的污染物,排泥水直接排放,會對地表水體造成污染。隨著經濟的發展和人們環保意識的提高,我國自來水廠排泥水處理已經提上議事日程。
實施排泥水處理,首先必須確定合理的污泥量,因為污泥量的確定直接影響整個排泥水處理工程的設計規模,從而影響到設備配置和投資規模。自來水廠的污泥量受多種因素影響,包括原水水質、水處理藥劑投加量、采用的凈水工藝和排泥的方式等。污泥量確定包括兩方面內容:一是排泥水總量,它決定濃縮池規模;二是總干泥量,確定污泥脫水設備的規模。
污泥量確定一般需要較長時間數據的統計結果,因此即使目前沒有建設排泥水處理工程計劃的自來水廠,著手進行有關水廠污泥產量資料的收集工作仍然是明智之舉。
1 排泥水總量確定
排泥水總量可分為沉淀池(或澄清池,下同)排泥水量和濾池反沖洗廢水量兩部分。
通常可以認為自來水廠一泵房取水量和二泵房出水量之間的差值即為自來水廠排泥水的總量。但它不能分別確定出沉淀池排泥水量和濾池反沖洗廢水量,且這一估算方法不夠準確。
已投產的自來水廠,根據水廠的有關運行參數可以較準確地計算出沉淀池排泥水量和濾池反沖洗廢水量。水廠沉淀池采用人工定時排泥,只需根據每天排泥次數、每次排泥歷時和排泥流量以及沉淀池格數,就可以計算出沉淀池的排泥水量。同樣道理,也可以根據濾池每天沖洗次數、每次沖洗歷時、沖洗強度及單格濾池面積和格數,計算出濾池反沖洗廢水量。如果沉淀池排泥和濾池反沖洗實現了自動化運行,則需要對水廠沉淀池排泥和濾池反沖洗進行現場觀測,了解沉淀池排泥和濾池反沖洗流量、每次歷時和統計每天排泥或沖洗的次數,然后進行計算。
尚未建成或仍處在設計階段的自來水廠,沉淀池排泥水量和濾池反沖洗廢水量可根據沉淀池排泥和濾池反沖洗的設計參數進行估算,也可以參照已建成投產的、條件相近的自來水廠實際運行資料進行估算。
排泥水總量的確定,最好能繪制出排泥水量在一天內的變化曲線。由于水廠沉淀池排泥和濾池反沖洗都是在較短的時間內完成,瞬間流量很大,繪出變化曲線,對確定排泥水截留池和濃縮池設計規模有很大幫助。
2 干污泥產量確定
2.1 計算法
根據投加混凝劑在混凝過程中的化學反應、原水中懸浮固體對污泥量的貢獻及其它污泥成份的來源,可以近似地計算出干污泥的產量。當硫酸鋁用作混凝劑時,化學反應可簡化為:
Al2(SO4)3·14H2O+6HCO3-=
2Al(OH)3+6CO2+14H2O+3SO42-(1)
由式(1)可知,氫氧化鋁是形成污泥的主要產物。根據方程式的計量關系,投加1 mg/L的Al2(SO4)3·14H2O大約會產生0.26 mg/L的氫氧化鋁沉淀物。原水中的懸浮物因為在混凝過程中不發生化學變化,它將產生相同重量的干污泥。其它水處理中的添加物,如高分子絮凝劑或粉末活性炭,也可認為以1∶1的比例產生污泥。
根據以上分析,可以建立干污泥量的計算公式。同樣的分析也適用于鐵鹽作混凝劑的凈水工藝。
日本水道協會[1]推薦采用(2)式計算干污泥量:
S=Q(TE1+CE2)×10-6(2)
式中S--干污泥量,t/d;
Q--自來水廠凈水量,m3/d;
T--原水濁度,NTU;
E1--原水濁度與SS的換算率;
C--鋁鹽混凝劑投加率(以Al2O3計),mg/L;
E2--鋁鹽混凝劑(以Al2O3計)換算成干污泥量的系數,取1.53。
英國水研究中心[2]推薦用(3)式計算干污泥量:
S=2T+0.2C+1.53A+1.9F
(3)
式中S--干污泥量,mg/L;
T--去除的原水濁度,NTU;
C--去除的原水色度,H;
A--鋁鹽混凝劑投加率(以Al2O3計),mg/L;
F--鐵鹽混凝劑投加率(以Fe計),mg/L。
美國Cornwell[3]推薦用(4)式和(5)式分別計算用鋁鹽和鐵鹽作混凝劑時的污泥產量:
S= 8.34Q(0.26Al+SS+A)
(4)
S= 8.34Q(1.9Fe+SS+A)
(5)
式中S--干污泥量,lb/d(1 lb/d=0.453 6 kg/d);
Q--自來水廠凈水量,mgd(1 mgd=3.785×103 m3/d);
Al--鋁鹽混凝劑投加率(以Al2(SO4)3·14H2O計),mg/L;
Fe--鐵鹽混凝劑投加率(以Fe計),mg/L;
SS--原水總懸浮固體,mg/L;
A--水處理中其它添加劑,mg/L。
同時Cornwell推薦(6)式為原水濁度T與SS關系式:
SS=bT
(6)
式中b--SS與濁度T的相關系數;
T--原水濁度,NTU。
Cornwell認為,在原水色度不高的情況下,b在0.7~2.2之間變化。綜合以上3種計算公式,可知它們均出于同一思路,具有相似的形式,都要求測定原水濁度與SS的相關關系,這主要是因為SS的測定比較煩瑣,自來水廠一般不對原水的SS做常規分析,而對原水濁度則有每天的記錄。
2.2 混凝劑物料平衡分析法
該方法是根據自來水處理系統中混凝劑成份的物料平衡進行分析的。無論在凈水過程中加入什么樣的混凝劑,它在水處理系統中的物料進入和排出應該是平衡的。該法第一步,分析所用混凝劑中的鋁(或鐵)的實際含量,然后計算出凈水過程中向原水加入鋁(或鐵)的投加率;第二步,獲取自來水廠原水、沉淀池排泥水、濾池反沖洗廢水和出廠水樣品,并對這些樣品進行鋁(或鐵)含量的分析;第三步,對排泥水平行樣品進行總懸浮固體的分析。經過以上的分析,干污泥產量就可以計算出來。
例如,假設一個10萬m3/d的自來水廠,由混凝劑投入原水的鋁為5 mg/L,沉淀池排泥水分析測得總懸浮固體濃度為1.0%,其中鋁的含量測得為400 mg/L。這里忽略原水、濾池反沖洗廢水和出廠水中微量鋁的影響,則每天加入凈水系統的鋁為: 10×104×103×5=5.0×108mg/d。
因為排泥水中含有400 mg/L的鋁,則總排泥水量為1.25×106 L/d(5.0×108/400)或1250 m3/d,則干污泥量為1.25×104 kg/d(12.5 t/d)。
由于任何一種方法都難以準確地確定自來水廠的干污泥量,因此建議以兩種方法所得到的結果進行相互校核。
3 原水濁度與SS相關性分析
計算法是應用較多的干污泥量確定方法,該方法需要確定原水濁度T與SS之間的相關關系。不同地域、不同水源及不同季節這個相關關系可能存在較大差異,因此建議每個自來水廠都對原水進行濁度T與SS相關關系的測定,測定的時間應盡可能長些,有一年以上的時間跨度。測定結果可以進行分月、分季度原水濁度T與SS相關關系分析。
Cornwell[4]列舉了一個濁度T與SS相關關系的例子(見圖1)。由圖1可知,該測定結果有較強的相關性。
圖1 Cornwell的原水濁度T與SS相關關系
圖2和圖3分別是作者對上海市A水廠和B水廠原水濁度T與SS相關性分析的結果,從圖中可以看出,自來水廠原水濁度T和SS有較好的相關性。
圖2 上海市A水廠原水濁度T與SS相關關系
圖3 上海市B水廠原水濁度T與SS相關關系
從以上圖中可以看出,不同水源水的相關關系存在較大差別。實際上,即使在同一水源,不同季節測定的相關關系也可能會有變化。
在測定濁度T與SS相關關系時,原水SS的測定必須認真仔細。因為部分濾紙能濾過的顆粒在混凝時則能夠從水中去除,因此有條件的地方應采用0.45 μm的濾膜代替濾紙進行過濾,以提高測定的準確性。有很多水廠的原水濁度T和SS都很低(如湖泊、水庫水),為了提高測定的準確性,SS測定時需要采集1 L甚至幾L水樣進行過濾。各自來水廠可以通過摸索后確定實際測定的水樣量。
如果原水的色度很高,對污泥產量會存在影響。因為大多數原水的色度在濾紙過濾時不會被截留,而在水處理工藝中色度會被混凝、沉淀、過濾工藝去除,形成色度的物質也會存在于污泥中。在這種情況下,計算干污泥量時應考慮色度的影響。
4 自來水廠排泥水處理干污泥量設計值的選取
自來水廠干污泥產量隨原水濁度、處理水量、混凝劑投加率變化,因此水廠的干污泥產量是一個變量。那么,選擇怎樣的干污泥產量設計值才是經濟合理的呢?
一般可以用兩種方法來確定自來水廠干污泥量設計值。一種方法是目前設計單位常采用的,就是通過試驗分析原水濁度T和SS的相關關系,通過資料分析確定原水濁度的設計值和混凝劑投加率設計值,再結合水廠規模,根據計算公式算出干污泥量設計值。用原水濁度最大值和混凝劑最大投加率對設計值進行最不利情況校核。例如:試驗得出B水廠原水濁度T與SS 的相關關系為:y=0.6x,考慮一定的安全系數,取濁度T和SS的比值為1∶1。該水廠原水濁度和混凝劑投加率分析分別見圖4和圖5。
圖4 B水廠原水濁度統計分析結果
圖5 B水廠混凝劑投加率統計分析結果
從圖4可以看出,B水廠原水濁度主要分布在20~75 NTU之間,其中在40~45 NTU之間出現的概率最高。從累積概率曲線看,濁度65 NTU以下占近80%。因此取65 NTU作為濁度設計值。從圖5可以看出,該廠混凝劑投加率主要在12~14 mg/L之間,投加率16 mg/L以下的累積概率在75%左右,因此取16 mg/L作為混凝劑投加量設計值。由于該廠是以Al2(SO4)3·18H2O計量混凝劑投加率,它與Al(OH)3的化學計量關系為0.234。另外,該廠去除色度約10 度,水處理規模為40萬m3/d,根據以上數據可以計算該廠干污泥量的設計值:
S =4.0×10 8×(0.234×16+65×1+10×0.2)÷1.0×109
=28.3 t/d
該廠原水濁度最大值為109 NTU,混凝劑最大投加率為29.8 mg/L,則最大干污泥產量:
Smax =4.0×10 8×(0.234×29.8+109×1+10×0.2)÷1.0×109
=47.2 t/d
如果以28.3 t/d設計脫水設備,每天運行1班,則增加1班就可滿足處理最大日污泥量的要求。
選取干污泥量設計值的另一種方法是根據水廠每天的處理水量、原水平均濁度及當天的混凝劑投加率,計算出每天的干污泥產量。然后對一定時間內日干污泥產量進行統計分析,就可以得到:平均每天的干污泥產量;最高日的干污泥產量;出現概率最高的干污泥產量范圍。
如果脫水設備正常情況下每天運行1班,則干污泥產量設計值可以依據以下原則選取:
(1)該設計值必須大于平均每天的干污泥產量;
(2)該設計值要大于最高日干污泥產量的1/3;
(3)該設計值應不小于概率最高的干污泥日產量范圍。
依據這三條原則確定的干污泥量設計值,當干污泥產量在最大概率的污泥日產量以下時,可以使污泥脫水在正常運行模式下完成。當干污泥產量超 過設計值時,可以通過以下途徑解決:
(1)增加污泥脫水設備運行班次,直至每天24 h運行;
(2)通過排泥水處理工藝系統的平衡調節池貯存過量的污泥。
例如B水廠日干污泥產量分析見圖6,其平均干污泥產量為12.66 t/d,最大干污泥產量為30.94 t/d。
圖6 B水廠干污泥日產量分析結果
從圖6可以看出,該廠干污泥日產量出現概率最高為8~10 t/d,有90%的概率是在18 t/d以下,如果選取18 t/d作為干污泥日產量的設計值完全符合上述選取原則,也可以滿足處理要求。需要說明的是,以上所舉兩例,前一種方法計算干污泥量時每天的處理水量是以40萬m 3/d進行計算的,后一種方法是以每天實際處理水量來進行計算的,由于實際處理水量不到40萬m3/d,因此兩者所選取的值差別較大。比較以上兩種方法所得到的結果可知,前一種方法偏于安全。
上述方法確定的干污泥量設計值,既能保證排泥水處理的正常運轉,又充分考慮了利用排泥水處理運行模式可挖掘的潛力,是經濟可行的選取方法。
5 結論
(1)實施自來水廠排泥水處理工程,確定經濟合理的污泥產量十分重要。
(2)污泥量確定包括排泥水量和干污泥產量,排泥水量決定排泥水處理工程中濃縮池規模,干污泥量則決定脫水設備規模。
(3)排泥水量需根據自來水廠沉淀池排泥方式和濾池反沖洗方式確定,相對較容易。
(4)干污泥量可用計算法和物料平衡分析法進行確定,其中計算法使用較多。建議用兩種方法所得到的結果進行相互校核。
(5)計算法要求分析自來水廠原水濁度T與SS的相關性。研究表明,同一水源濁度T與SS均有一定的相關性,但不同水源間這一相關關系差別較大,因此每一水廠都應進行原水濁度T與SS相關性的分析。
(6)干污泥量設計值的選取有兩種方法,一種方法是先選取原水濁度的混凝劑投加率的值,然后進行計算獲得;另一種方法是先計算出一定時間范圍內水廠每天的干污泥產量,然后分析得出干污泥產量設計值。前一種方法偏安全。
參考文獻
1 日本水道協會.水道設施設計指南·解說.1990
2 英國水研究中心.九十年代污泥處理手冊.1992
關鍵詞:污泥;污泥干化;污泥焚燒;工藝
中圖分類號: TU992 文獻標識碼: A 文章編號:
隨著人口的日益增長和城鎮化程度的不斷提高,城市污水的產量迅速增加,隨著廢水處理技術的不斷發展,廢水可以得到相應的處理,但隨之而來的污水污泥又帶來了二次污染。其中的有害成分,如重金屬、有機污染物、寄生蟲、病原菌及臭氣將成為影響城市環境衛生的一大公害、如何妥善、科學地處理污泥是全球共同關注的問題。
我國污泥處置的現狀
在我國,污泥已經成為了一個影響環境的重要因素,在2003年的時候,我國城市污水處理廠的年排污泥量大概在130萬噸,而且這個數字還在逐漸的增加,同時如果將國內的污水全部處理的話,那么每年產生的污泥(干重)還會更多。在我國一些城市化水平較高的城市中,污泥已經成為了很突出的環境問題,需要得到較好的處理,這樣才能夠保證城市環境的優化。在我國的污泥處理方式中,污泥農用是最為常見的,約占到污泥處理的44.8%,陸地填埋方式約占31.0%,其他處理方式占到10.5%,同時還有13.7%的污泥是沒有得到處理的。據統計,我國用在污泥處理上的投資占污水處理總投資的20-50%,從這個數據中我們能夠看出,我國當前在污泥的處理上還處于一種滯后的狀態。
污泥處理方法
污泥處理的方法有很多,就目前的處理方式而言,主要分成了三種:填埋、 土地利用和焚燒。
2.1填埋
這是一個主要的處理方式,在我國也是比較常見的,這種方式的好處就是投資少,容量大,見效快。但是也存在著諸多的缺點,填埋需要很大面積的場地,而且地基必須要做防滲處理,否則可能對地下水產生污染。 2.2土地利用
這種方法主要是將污泥中的養分重新利用,像是氮、磷、鉀,對于農作物來說是很好的養分。不過需要注意的是,污泥中同樣具有細菌以及一些重金屬污染,因此這種方法也是利弊共存的。 2.3焚燒
焚燒由于具有將污泥中的有機物全部碳化,殺死病原體,解決污泥的惡臭問題,并最大限度地減少污泥的體積,被認為是污泥處理的最佳實用技術之一,在發達國家已經廣泛采用。污泥焚燒可分為兩大類,一是將脫水污泥直接送到焚燒爐進行焚燒,二是將污泥干化后再焚燒。污水處理廠的污泥含水較高,一般可達80%以上,故直接焚燒需要添加大量的輔助燃料,能源利用率低;污泥干化后再焚燒工藝一般由干化部分、焚燒部分和尾氣處理等部分組成,可以利用焚燒產生的熱量干燥污泥,能源利用率高,甚至可以實現不添加輔助燃料自助燃燒,成為污泥焚燒處理的首選工藝。
污泥干化焚燒工藝
污泥干化焚燒是污泥焚燒工藝中常用的一種,就是先將污泥的含水量進一步降低,進行干燥,在進行焚燒,可以提高焚燒效果。 3.1污泥干化系統
污泥干化其實就是用熱能將污泥中的水分進一步去除,屬于一種傳熱的過程,將污泥盡量干化。在整個過程中,污泥會在熱能的作用下失去水分,然后形成顆粒狀。在污泥形成顆粒的過程中,表面相對內部來說干燥,而內部的水分蒸發變得比較難,蒸發率也在這個過程中逐步降低。
污泥干化主要分為兩種,一種是全干化,即含固率大于90%,而另一種是半干化,即含固率低于90%。因為污泥在全干化之后的熱值是很高的,容易產生粉末,所以存在著一定的自然自爆的危險。因此,為了防止這種狀況的出現,系統需要處于一種全封閉的惰性環境中進行,并控制好含氧量、溫度、粉塵濃度等一系列因素,其安全運行的條件很高。而污泥半干化只要降低污泥中的含水量以滿足焚燒時不需要添加輔助燃料就可以了。因為這種干化方式中污泥的含水量較高,所以不存在自然自爆的危險,相對來說要安全很多。所以,半干化污泥干化是污泥干化中經濟安全且低能耗的處理方法。
又因為污泥和熱媒見得傳熱方式,污泥的干化還可以分為對流式、傳導式以及熱輻射式。在現在污泥干化的處理方式中,對流及傳導是較常用的,或者是將二者結合。因為對流式這種干化方式中熱媒直接和污泥接觸,因此對排出的廢水等應該經過處理后在排放,其后續的處理負擔也增大。傳導式的干化方法只是將熱量傳給污泥,使污泥水分蒸發,而熱介質不受污染,因此就不存在處理的負擔。
3.2污泥焚燒系統
用焚燒方式來處理污泥,在國外一些發達國家已經普遍使用。這種方法就是利用焚燒爐通過高溫將污泥中的有機物氧化,將污泥礦化。
現在流化床焚燒爐是最受歡迎的污泥焚燒裝置,目前我國污泥焚燒裝置大多就是流化床焚燒爐。其工作原理是燃料和物料在爐膛內流化空氣的作用下呈流化狀態,燃料在流化狀態下燃燒。其優點諸多,如熱容量大、物料混合良好、燃燒適應性強、燃燒停留時間增加等,燃燒的效率高。
流化床焚燒爐具有很大的熱容量和良好的物料混合, 對燃料的適應性強,床內強烈的湍流和物料循環,增加燃燒的停留時間,因此燃料燃燒充分、徹底,燃燒效率高。污泥焚燒流化床通常為圓柱形反應器,反應器的下部設計成圓錐形,由帶噴嘴的底盤封閉。
圓錐內充滿可被空氣流化的砂。空氣通過安裝于底盤的噴嘴噴入。噴嘴盤下面的風室提供均勻的空氣使污泥充分燃燒。燃燒室內加入稍過量的空氣作為二次補風。干化污泥進入焚燒爐,通過分配裝置將污泥均勻分配到流化床上。流化床上部空間被稱為燃燒室。燃燒室設計成有足夠的容積以保證污泥有足夠的停留時間,使煙氣溫度明顯高于最低溫度且不高于使灰分熔化的最高溫度。溫度和停留時間是實現污泥完全燃燒的保證。流化床焚燒爐配有常規的燃料燃燒器,用于爐體啟動時的加熱,使爐體達到要求的焚燒溫度。污泥被連續送入反應器,焚燒過程中在深度混合的流化砂床內被分解。灰分被廢氣帶走,廢氣從焚燒爐頂部排出,送往熱交換器和煙道廢氣處理系統。
3.3煙氣凈化系統
煙氣的凈化是一個必須的程序,因為在對污泥進行焚燒的時候,因為污泥中的成分原因,難免會產生二次污染,只有進行處理了才能夠有效的避免對環境產生污染。
污泥焚燒產生的二次污染主要是爐頂排放的煙氣所致,這對環境是一個很大的影響。煙氣凈化主要應該從對氮氧化物、顆粒物 、酸性氣體、有機物及重金屬等進行控制,從而達到環境保護的效果。控制的方法主要包括三點:(1)避免氮氧化物的產生,這個需要對煙氣的溫度及爐內的含氧量進行良好的控制。(2)利用一些高效的除塵系統減少煙塵,如靜電除塵器、布袋除塵器等。(3)通過二級洗滌塔去除酸性氣體。
結束語:
隨著城市的發展,污泥的產量越來越大,以及處理要求越來越嚴格,以前的填埋、填海等方法已經無法滿足環保等方面的要求,人們轉而尋找更為有效和穩妥的處理方法。污泥干化使污泥的終端處理方法多元化、簡便化,污泥焚燒具有占地小、處理速度快、處理量大、減容明顯等優點。污泥干化和焚燒工藝應用會越來越廣。
參考文獻:
[1]梁向東,李飛飛.污水處理廠污泥資源化利用的研究[J].科技情報開發與經濟.2010,20(33):143.147.
[2]張辰,王國華,孫曉.污泥處理處置技術與工程實例[M].北京:化學工業出版社,2006.
關鍵詞:市政污泥 下水道掏挖污泥 干化焚燒
一、引言
近年來,隨著國家經濟和社會的發展,環境污染日益嚴重,人們已經認識到樹立科學發展觀的重要性,人與自然必須協調發展。作為水環境治理的重要組成部份——城市污水處理得到政府和社會各界的高度重視,新的污水廠不斷建設,污水處理率大幅提高。目前,我市已建成了六大排水系統(紀莊子、咸陽路、北倉、雙林、趙沽里、張貴莊等排水系統)擔負著天津市中心市區污水排放的重任。而市政污泥作為城市排水系統的副產品,它容量大、不穩定、易腐敗、有惡臭,如不加以妥善處理和處置,將造成堆放和排放區周圍環境的二次污染,更有甚者,將其任意施與農業,導致農作物污染土地受到不可逆轉的中毒危害,一直以來未得到足夠重視,其最終處置問題已突現出來。在我市中心市區,污泥能否得到及時而適當的處理與處置,已成為影響污水處理廠正常運行、是否從根本上產生環境效益的重要因素。因此,全面了解污泥處理處置技術及市政污泥處理處置的現狀與問題,力求提出適合的對策,是近期污泥處置工作的重點。
二、背景
天津市區污水廠污泥處理處置的現狀及存在的問題
1. 現狀
天津市現有六大排污系統,中心市區年排污泥量近40多萬立方米,每一。排污系統擬各建處理廠一座,現已建成并投入生產的城市污水處理廠為2座,其他處理廠正在興建之中。
總體來說,天津市污泥來源包括三個方面:
(1)污水廠的脫水污泥(包括紀莊子污水處理廠(330 m3/d)、東郊污水處理廠(300 m3/d)及新建的咸陽路污水廠(320 m3/d)和北倉污水廠(64 m3/d),這4座污水處理廠均采用二級生化處理、污泥中溫消化工藝 ,污泥最終處置方法均為外運堆存,4座污水處理廠日產污泥總量為1014 m3(含水率75%)。
(2)天津市全市下水道的掏挖污泥每天約200立方米(含水率75%);
(3)河道污泥。
2.目前存在的問題
天津市市政污泥 (每天約200噸濕污泥)處置問題多年來一直未能得到解決,目前存在的問題主要有以下幾個方面:
1.天津市城市污水廠污泥現采用簡單的濃縮、脫水技術處理,均沒有進行減量化、無害化和穩定化處理,這顯然不符合國家關于污泥處理處置的戰略思想,也與天津這個大都市的環境政策不符,因此結合現狀對污泥進行“三化”處理已成為各污水廠面臨的主要問題;
2. 近年來,郊縣農民更加習慣于施用化學肥料,致使污泥出路越來越不暢;
3.中心城區下水道污泥均由各市政單位(污水廠、市屬排水所、區屬排水所)分別處置,且又受到地理等條件限制造成污泥分散堆放,污水處理廠污泥和管道污泥的處理與處置沒有形成統一的規劃;
4.各排水所污泥堆放點大多無固定場地,隨機傾倒現象較為嚴重;無正式協議,屬自行亂堆亂放;
5.目前污泥只通過各種渠道遠運至城郊荒地傾倒,每年僅場地補償費用支出約100萬元,同時污泥堆放點的污泥均為露天存放,傾倒地點未做任何衛生處理,其中部分污泥存放點周圍有大片居民區,污泥堆放對居民生活造成一定的影響。污泥也給城郊的原生環境和次生環境帶來了嚴重的二次污染。近年來,連可供污泥傾倒的場地也日趨緊張起來。
6.儲泥點遠離城區,大多分布在外環線以外、城市遠郊區附近,使得污泥運輸費用較高,再加之沿途泄露,給城市景觀造成了損害。
三、市政污泥處理的主要目的及處置方式的研究
1.污泥處理的目的
如前所訴,天津市城市污水廠污泥現采用簡單的濃縮、脫水技術處理,均沒有進行減量化、無害化和穩定化的處理。由此可以看出污泥處理的主要目的:一是穩定化,通過處理使污泥停止降解,使污泥穩定化,從而避免二次污染;二是無害化,殺滅寄生蟲卵和病原微生物;三是減量化,減少污泥最終處置的體積,降低污泥處理及最終處置費用;四是資源化和最終處置,在處理污泥的同時實現化害為利、循環利用、保護環境的目的。
這一目的可以通過對污泥的處理與處置來實現的。目前,國內外污泥處理與處置的方法很多,一般采用濃縮、消化、脫水、干化、有效利用(主要為農用)、填埋及焚燒等不同的處理、處置方法,或用其中某幾個方法組合處置,而污泥的最終出路不外是部分或全部資源化利用或以某種形式回到環境中去,當今世界各國廣泛采用的污泥處置方法有污泥的土地利用、污泥的填埋、 污泥的熱處置以及對污泥制動物飼料、包埋處理以及焚燒灰制磚等處置方法.