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干貨 | 污泥處理處置相關技術及優缺點分析

分類:固廢觀察 > 污泥治理    發布時間:2021年8月13日 9:14    作者:固廢觀察公眾號    文章來源:固廢觀察公眾號

1、厭氧消化技術
污泥厭氧消化是指污泥在無氧條件下,由兼性菌和厭氧細菌將污泥中的可生物降解的有機物分解成二氧化碳、甲烷和水等,使污泥得到穩定的過程,是污泥減量化、穩定化的常用手段之一。污泥厭氧消化具有減少污泥體積、穩定污泥性質、產生甲烷氣體等優點。
傳統的污泥厭氧消化具有反應緩慢、有機物降解率低和甲烷產量較低的缺點,限制了厭氧消化技術優勢的發揮。根據Bryant的三階段理論,水解是污泥厭氧消化過程中的限速步驟。因此,從20世紀70年代起,人們對包括高溫熱水解、超聲波預處理、堿解預處理和臭氧預處理等物化方法在內的各種污泥厭氧消化強化技術開展了研究,通過擊破污泥的細胞壁,使胞內有機物質從固相轉移到液相,促進污泥水解,提高污泥厭氧消化效果。
隨著各國污泥量不斷增加和對能源的需求、處理后污泥品質要求的不斷提高,一些原有的污泥厭氧消化設施面臨擴容和改造。污泥預處理技術可以改善污泥厭氧消化效果、改善污泥脫水效果和提高沼氣產量,在一定程度上能夠替代消化池擴容帶來的效益,因此得到了廣泛的研究應用。其中,高溫熱水解技術相對較為成熟,目前,該技術已開發出Cambi熱水解、Biothelysis熱水解和Monsal酶解等多種工藝,近年來在歐洲得到推廣應用,挪威、英國和澳大利亞均有成功應用的案例。
針對傳統污泥厭氧消化含固率低的限制,高含固污泥厭氧消化技術的研究也成為熱點。高含固污泥厭氧消化的優勢在于沼氣產生效率高于傳統的厭氧消化,原因是進泥含固率大幅升高,厭氧消化池內單位微生物量能接觸消化的有機物量大為提高,其產氣效率和處理負荷亦隨之提高。目前國外已開發出多種高含固污泥厭氧消化技術,并已在實際工程中得到應用,如芬蘭的HLAD工藝,控制進入預反應池的污泥含固率為10%~15%,產氣效率相比傳統污泥厭氧消化高出30%。
技術優點:
厭氧消化過程可殺死部分病原菌和寄生蟲卵,使污泥得到穩定化,不易腐臭。
厭氧消化過程產生沼氣,可實現污泥生物質能的有效回收。
厭氧消化可降解污泥中35%~50%的揮發性固體,減少污泥干固體量,有利于降低后續污泥處理處置費用。同時厭氧消化有助于提高污泥脫水性能,脫水后污泥體積可進一步減少。
技術缺點:
維持厭氧消化所需溫度需消耗大量熱能。
污泥厭氧消化工藝停留時間較長,通常要達到20~30d,造成厭氧消化池體積龐大,操作管理復雜。
產甲烷菌對環境條件要求較高,啟動階段必須進行菌種培養,初期調試時間長。
厭氧消化之后污泥的含水率仍較高,必須進行后續處理,常用的手段有熱干化和深度脫水。
2、好氧發酵技術
好氧發酵是在有氧條件下,微生物通過吸收、氧化、分解等活動,把一部分被吸收的有機物氧化成簡單的無機物,同時釋放出可供微生物生長活動所需的能量;而另一部分有機物則被合成為新的細胞質,使微生物不斷生長繁殖,產生出更多的生物體的過程。污泥高溫好氧發酵不斷地分解有機物,使堆體溫度不斷升高,并能將其中的病原菌和寄生蟲卵殺死,使之無害化。污泥高溫好氧發酵的產品稱為堆肥,可以用作土壤改良劑和有機肥料。污泥高溫好氧發酵應重視污泥重金屬污染問題,處理過程中由于好氧細菌的作用易產生惡性臭氣,所以應防止臭氣污染,處理后的污泥含水率一般可低于40%。
目前污泥堆肥采用的主要工藝形式分為靜態和動態兩種,又可根據物料堆放形式分為條垛式和倉式兩種,其它還有一些反應器形式的堆肥一般應用于小型項目中。
制約污泥堆肥技術工業化應用的瓶頸主要有五個方面:占地面積、臭氣外排造成的二次污染、干物料的投加和安全儲運、污泥的最終處置和操作員的健康安全問題。相較于靜態堆肥倉工藝,動態堆肥倉工藝在這五方面有了一定的突破。我國在機械翻堆工藝和強制通風靜態堆肥工藝基礎上,開發出了具有自主知識產權的CTB自動控制生物堆肥成套技術,該技術堆肥耗時短、占地面積小,無惡臭、廢水等二次環境污染問題,技術的完整性和配套性好。而新發展起來的污泥好氧堆肥工藝(SACT)是基于臥式敞口發酵槽理論,通過構筑物形式、機械翻堆設備改進、自動進出倉系統的采用等方面進行改進和創新,形成了完整的自動化堆肥系統理論,在工程應用中進一步降低了投資和運行成本,取得了良好的工程效果。
技術優點:
好氧發酵工藝能殺滅污泥中病原菌和雜草種子,達到無害化。
好氧發酵工藝能降解污泥中大部分有機物,并且使污泥的含水率降到40%,達到減量化。
好氧發酵后制成的肥料可應用于土地,達到資源化。
不需外加熱源,運行成本相對較低。
技術缺點:
污泥泥質不穩定,其中重金屬難以穩定化,使用面較窄,只能用作園林綠化用肥。
占地面積較大。
堆肥過程中產生大量的臭氣,污染周邊環境。
3、深度脫水技術
近年來,污泥脫水技術得到了很大的發展,技術突破集中在污泥脫水前調理劑的研發和脫水機械設備的改進等方面。目前,采用污泥藥劑調理+機械脫水的技術,在濕污泥原泥中加入污泥調理劑破壞污泥絮體微生物結構并溶胞,分離出物理性結合水。使微生物的生物體的水分分離,最終使污泥中的結合水大部分轉化為自由態水,再通過機械脫水設備將自由態水分分離。該技術已在制革污水處理廠污泥處理中規?;瘧?,處理后污泥含水率可低于50%,為滿足污泥后續處理處置的要求,需要進一步降低常規機械脫水污泥的含水率。
污泥的調質處理是污泥深度脫水的關鍵環節和核心技術,可以說污泥調理技術決定污泥深度脫水項目的成敗。國內污泥調質的方法比較多,普遍采用在污泥中添加脫水劑、絮凝劑或混凝劑的方法,改變污泥中水分子(主要是間隙水和毛細水)存在方式和結構,有利于水與泥在一定條件下實現分離。常用的調質藥劑為氯化鐵(或硫酸鐵、聚合硫酸鐵)加生石灰。
污泥深度脫水設備主要是高壓隔膜板框壓濾機,通過從污泥外部施加壓力,使調質后的污泥中的水分瀝出并分離,得到含固率較高的泥餅。國內設備制造廠商比較多,品牌知名度較高設備性能較好的有山東景津、杭州興源等,設備制造工藝和質量已經日益完善。
技術優點:
減量效果好,能源消耗低,占地面積小,建設周期短,處理時間短。
技術缺點:
氯化鐵具有強腐蝕性,生石灰容易結垢,導致高壓隔膜板框壓濾機運行維護費用較高,穩定與殺菌不足,略臭,污泥中有機質含量未降低。
4、污泥熱干化技術
污泥的熱干化是指通過污泥與熱媒之間的傳熱作用,脫除污泥中水分的工藝過程。污泥熱干化系統主要包括儲運系統、干化系統、尾氣凈化與處理系統、電氣自控儀表系統及其輔助系統等。
按污泥被干燥的程度不同,分為全干化和半干化兩種,“全干化”指較高含固率的類型,如干化后污泥的含固率85%以上;而半干化則主要指干化后污泥的含固率在45~60%左右的類型。按污泥干燥的形式,將污泥干化分為直接干化和間接干化兩種,直接干化是利用熱的干燥介質(如煙氣)與污泥直接接觸,以對流方式傳遞熱量,并將蒸發的水分帶走,也稱為熱對流干化系統;間接干化是利用傳導方式由熱媒(如蒸汽等)通過金屬壁面向污泥傳遞熱量,蒸發的水分通過載氣(如空氣)帶走并洗滌冷凝,也稱熱傳導干化系統。
目前污泥干化所采用的干化機主要有:對流方式傳熱的流化床干化機、轉筒干化機、帶式干化機,傳導加熱方式的轉盤式干化機、漿葉式干化機、對流與傳導加熱相結合的渦輪薄膜干化機等。
技術優點:
污泥顯著減容,體積可減少約4倍。
干化處理后可形成穩定產品,污泥性狀大大改善。
干化處理成品無臭且無病原體,減輕了污泥有關的負面效應,使處理后的產品更易被接受。
干化處理成品具有多種用途,如作肥料、土壤改良劑、替代能源等。
技術缺點:
投資大,能耗高,運行成本高。
高溫干化易產生臭氣。
干化過程粉塵控制要求嚴格,存在安全隱患。
5、石灰穩定技術
通過向脫水污泥中投加一定比例的生石灰并均勻摻混,生石灰與脫水污泥中的水分發生反應,生成氫氧化鈣和碳酸鈣并釋放熱量。石灰穩定技術可有效起到除臭、滅菌、抑制腐化、脫水、鈍化重金屬離子等作用。
典型的工藝流程為:含水率80%的污泥由螺旋輸送機送至料倉暫存,通過計量輸送裝置使污泥和生石灰按質量比4:1的配比分別送入物料反應系統。在物料反應系統內,污泥和生石灰發生化合反應,使系統內的溫度迅速升高到100度,污泥中的水份被大量蒸發,完成污泥的干燥、脫水過程。干化后的污泥通過雙螺旋混合器輸送至室外堆置棚進行堆置貯存。為防止污泥干化工程中產生二次污染,可以通過添加除塵、除臭設備實現對排放出的石灰粉塵和惡臭氣體的處理。
在實際應用中,除了投加石灰外還往往投加其它輔料以增強效果,這些輔料有的含N,增加NH3氣體的產生,強化殺菌且有利土地利用;有的為強酸的鐵鹽和鋁鹽,提高反應溫度同時使固體無機成份的比例更適合于建材利用;一般都為酸性,除了增加放熱外還能適度調節PH,共同的作用都是減少石灰加量,節約費用。
技術優點:
投資小,運行成本低,占地面積小,操作管理簡單。
可以有效消滅細菌,且無細菌再生的風險。
干化產物富含含大量氫氧化鈣、氧化硅、碳酸鈣等物質,可以作為建筑材料的基材、道路基礎輔料、垃圾填埋場的墊層土、道路施工用的回填土等使用。
石灰穩定污泥pH值較高,可作為焚燒設備的脫硫劑。
尤其適合應急或階段性處置。
技術缺點:
由于添加石灰量大,減量化程度相對其他工藝不高。
呈強堿性,土地利用價值低且面窄。
藥劑使用費高。
6、污泥焚燒技術
污泥焚燒是指污泥在一定溫度,充分有氧的條件下,使污泥中的有機物質轉化為CO2、H2O、N2等,反應過程中釋放出來的熱量用于維持反應的溫度條件。污泥焚燒是最徹底的污泥處理方法,它能去除全部有機物,殺死全部病原體,最大限度地減少污泥體積。
污泥焚燒一般采用流化床工藝,分為固定(鼓泡)流化床焚燒爐、循環流化床焚燒爐和回轉式流化床焚燒爐等。污泥焚燒的煙氣應進行處理,并滿足《生活垃圾焚燒污染控制標準》等有關規定。污泥焚燒的爐渣和除塵設備收集的飛灰應分別收集、儲存、運輸。國家鼓勵對符合要求的爐渣進行綜合利用:飛灰需經鑒別后妥善處置。污泥焚燒工藝在經濟較為發達的大中城市應用較廣。一般采用干化焚燒的聯用方式,提高污泥的熱能利用效率。
技術優點:
采用焚燒法處理污泥,可最大程度地實現“減量化、穩定化和無害化”。
焚燒后的灰渣根據重金屬含量可選擇直接或使用重金屬螯合劑處理后進入填埋場,也可用作建筑材料或鋪路等。
技術缺點:
投資大,設備維護成本高。
污泥本身熱值低,需與生活垃圾、煤等摻燒,運行成本高。
尾氣排放量大,易造成二次污染。
7、綜合評價
污泥處理的目標是減量化、穩定化、無害化。要想作為資源利用是一種向往,與現實有較大距離,普遍“化”不了,還不能作為必須達到的目標。各種處理方法相比較,各有不同的優勢。
減量化的程度,熱干化和焚燒是最高的。石灰穩定和好氧發酵(堆肥)處于相當水平,一般可達35%(好氧發酵因不同工藝、不同的菌種和秸稈類輔料的投加比例不同有較大的變化輻度為15~40%)。比化學調理后深度脫水(42%)差,但產物的含水率卻低些(因為投的固體量較大),消化+半干化為50%,干化焚燒為95%,但經濟投入要大得多。
穩定化程度,熱干化和焚燒是最徹底的。石灰穩定、好氧發酵、厭氧消化也都能達到較好的穩定程度,深度脫水則尚有差距。
無害化程度,熱干化和焚燒殺滅病原體最徹底。好氧發酵和石灰穩定殺菌能力其次,厭氧消化和深度脫水殺菌能力略有不足。
占用土地方面,石灰穩定和深度脫水技術處理時間短,占用土地最少。而好氧發酵與厭氧消化一般用時較長,占用土地面積大。
經濟性方面,石灰穩定的建設投資和運行成本是最低的,厭氧消化,好氧發酵,深度脫水其次,熱干化和焚燒技術投資和運行成本較高。

來源 | 環保水處理
編輯 | 匡宋堯

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