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        污泥處理處置技術綜述

        分類:固廢觀察 > 污泥治理    發布時間:2020年9月16日 8:35    作者:固廢觀察公眾號    文章來源:固廢觀察公眾號




















        污泥的處理與處置已成為現代污水處理系統運行中最復雜、且花費最高的環節,如何妥善處置污泥問題是社會和行業的焦點問題。隨著環保督查力度的加大以及循環經濟渠道的興起,中國的污泥處置已經迎來最好的時代,但其技術路線目前卻尚無定論。本文匯總現有污泥處理技術,并展望未來主流技術路線。




        早期,由于缺乏嚴格的污泥排放監管,我國污水處理廠建設存在嚴重的“重水輕泥”現象。近年來,飛速增長的污泥總量和巨大的潛在風險,使如何妥善處置污泥問題逐漸成為公眾及業內人士共同關注的焦點。對現代化的污水處理廠而言,污泥的處理與處置已成為污水處理系統運行中最復雜、且花費最高的一部分。















        一、污泥處理處置技術概覽







        近年來,住建部、環境部等國家相關部門先后頒布了《城鎮污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策(試行)》、《HJ-BAT-002城鎮污水處理廠污泥處理處置污染防治最佳可行技術指南(試行)》、《城鎮污水處理廠污泥處理處置技術指南(試行)》等政策及指導文件,對污泥處理及處置給出了推薦路線。


        污泥處理與處置總體技術路線示意圖















        二、污泥處理方法







        污泥處理 (sludge treatment ):對污泥進行濃縮、調質、脫水、穩定、干化等減量化、穩定化、無害化的加工過程。我國目前主要的污泥處理方式有濃縮脫水、好氧堆肥、厭氧消化、干化等。


        污泥處理的主要目的是減少污泥量并使其穩定,便于污泥的運輸和最終處置。一方面是,降低含水率,使其變流態為固態,達到減量目的;另一方面是,穩定有機物,使其不易腐化,避免對環境造成二次污染。污泥處理的方法常取決于污泥的含水率和最終的處置方式。


        (1) 污泥濃縮脫水


        污泥濃縮的作用是通過重力或機械的方式去除污泥中的一部分水分,減小體積;污泥脫水的作用是通過機械的方式將污泥中的部分間隙水分離出來,進一步減小體積。濃縮污泥的含水率一般可達94%~96%。常用的污泥機械脫水方式有帶式壓濾脫水、板框壓濾脫水、離心脫水,脫水污泥的含水率一般可達到80%以下。


        從污泥含水率與污泥狀態的關系圖可以看出,為了便于污泥處置時的運輸,污泥要脫水,使含水率降至80% 以下,失去流態。通常,若污泥進行填埋,其含水率要在60% 以下。


        污泥含水率與污泥狀態的關系圖


        (2) 厭氧消化


        污泥厭氧消化,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。


        污泥厭氧消化目前在我國應用的并不順暢。我國建設的約污泥厭氧消化設施中,可以穩定運營的不到20座。主要原因是由我國污泥泥質差、處理廠運行管理水平低。我國污泥含砂量較高、有機物含量較低、污泥可生化性差,消化設備運行的穩定性和產沼氣率等指標普遍未達到國外標準。


        近年來,多項強化預處理技術被應用于工程實踐,可通過微生物細胞壁的破壁和水解,提高有機物的降解率和系統的產氣量,從而大大提升厭氧消化效率。比較典型的像基于高溫熱水解(THP)預處理的高含固污泥厭氧消化技術,采用高溫(155℃~170℃)、高壓(6bar)對污泥進行熱水解與閃蒸預處理;其他的還有生物強化預處理技術、超聲波預處理技術、堿預處理技術、化學氧化預處理技術、高壓噴射預處理技術和微波預處理技術等。


        (3) 好氧堆肥


        好氧發酵通常是指高溫好氧發酵,是通過好氧微生物的生物代謝作用,使污泥中有機物轉化成穩定的腐殖質的過程。代謝過程中產生熱量,可使堆料層溫度升高至55 ℃以上,可有效殺滅病原菌、寄生蟲卵和雜草種籽,并使水分蒸發,實現污泥穩定化、無害化、減量化。


        好氧堆肥具有以下優點:發酵效率高,穩定化時間相對短;高溫達到60度左右,有效滅菌;含水率可降到35%左右;污泥成品主要用于土地修復、城市綠化、垃圾場覆蓋以及土壤改良等方面用土。


        (4) 污泥干化


        污泥干化,是指通過滲濾或蒸發等作用,從污泥中去除大部分含水量的過程。有蒸汽式、熱風式或者干脆利用高爐熱或者工廠余熱作為熱源。


        目前應用較多的污泥干化工藝設備包括流化床干化、帶式干化、槳葉式干化、臥式轉盤式干化、立式圓盤式干化和噴霧干化等六種工藝設備。干化工藝和設備應綜合考慮技術成熟性和投資運行成本,并結合不同污泥處理處置項目的要求進行選擇。


        (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。石灰穩定可起到滅菌和抑制腐化、脫水、鈍化重金屬離子、改性、顆?;茸饔?。


        污泥的石灰穩定技術可以做為建材利用、水泥廠協同焚燒、土地利用、衛生填埋等污泥處置方式的處理措施。采用石灰穩定技術應考慮當地石灰來源的穩定性、經濟性和質量方面的可靠性。















        三、污泥處置







        污泥處置是指處理后的污泥,棄置于自然環境中(地面、地下、水中)或再利用,能夠達到長期穩定并對生態環境無不良影響的最終消納方式。我國目前主要的污泥處置方法有衛生填埋、焚燒、土地利用、建材利用等。


        2009-2011年在住建部主導下,編制出臺了一批城鎮污水處理廠污泥處理處置標準,其中《GB/T23484-2009城鎮污水處理廠污泥處置 分類》中明確給出四類共11條處置路線,與這些處置路線對應出臺(延用)了一系列泥質標準。



        在上述四類11條處置路線中,單獨填埋、制輕質骨料、燃料利用(電廠等混燒)等三條路線尚無專門對應泥質標準,客觀存在政策風險,應被認為技術上在中國大范圍使用存在障礙或缺乏條件。在實際應用中制磚、單獨焚燒兩條路線也由于經濟性和環保等原因已基本不采用,混合填埋(含覆蓋土利用)隨著垃圾填埋場資源的逐漸枯竭而頻臨淘汰。有業內人士建議,剩余五條路線(園林綠化、土壤改良、農用、制水泥、垃圾混燒),根據環保要求的高低應采用的選擇順序如下:


        (1) 當泥質滿足GB 4284-1984、CJ/T309-2009各項指標要求,并且擁有足夠消納用農田時,優先采用污泥農用處置方式。


        (2) 當泥質不滿足上述條件(1)但滿足GB/T 23486-2009、CJ/T362-2011各項指標要求,并且擁有足夠消納用綠地(或林地)時,采用污泥園林綠化處置方式。


        (3) 當泥質不滿足上述條件(1)、(2)但滿足GB/T 24600-2009各項指標要求,并且擁有足夠消納用鹽堿地、沙化地和廢棄礦場等待修復土地時,采用污泥土壤改良處置方式。


        (4) 當泥質不滿足上述條件(1)、(2)、(3),或者滿足GB/T 24600-2009各項指標要求但未擁有足夠消納用待修復土地而擁有垃圾焚燒廠時,同時混燒能夠滿足GB18485-2014各項指標要求時,采用與垃圾混燒處置方式。


        (5) 當泥質不滿足上述條件(1)、(2),同時也不擁有足夠消納用待修復土地和垃圾焚燒廠而擁有水泥窯資源時,采用水泥窯協同處置方式;因為水泥窯資源極其有限,很多中心城市將其作為危廢、應急固廢處置資源加以保留,因此很難作為大規模污泥處置的長期手段。















        四、未來主流技術路線







        解決污泥問題,“處置”決定“處理”是業內共識。借鑒國際經驗,有業內人士分析,未來污泥處理處置的技術發展主要有四條路徑:


        (1) 以沼氣能源回收和土地利用為主的厭氧消化技術路線


        通常認為,厭氧消化成本較低,且可以實現污泥減量化、穩定化。根據《中國環境報》統計,單純厭氧消化投資成本約為20-40 萬元/(噸/日),由于不用鼓風曝氣等,節約了成本,單純厭氧消化運行費用約為60-120元/噸(含水率80%,不包括濃縮和脫水),而好氧發酵運行費用為120-160 元/噸。


        歐美50%以上的污泥采用厭氧消化處理,產生的沼氣轉化為電能可滿足污水廠所需電力的33%~100%。但污泥厭氧消化在我國應用的并不順暢。我國建設的約50 座污泥厭氧消化設施中,可以穩定運營的只有20 余座。主要原因是由我國污泥泥質差、處理廠運行管理水平低。


        近年來,研究及實踐均表明,通過采用堿解處理、熱處理、超聲波處理、微波處理等方法對污泥進行預處理,可以提高污泥水解速率,改善污泥厭氧消化性能。污泥厭氧消化技術會是未來的一個主流方向。


        (2) 以土地利用為主的好氧發酵技術路線


        好氧發酵效率高,穩定化時間相對較短,降低含水率及滅菌的同時,污泥成品主要用于修復鹽堿地、城市綠化、垃圾場覆蓋以及建筑等方面用土,從而實現污泥中有機質及營養元素的高效利用,設備投資少、運行管理方便。


        但是,好氧堆肥目前還存在能量凈支出等問題,同時也缺乏對不同階段的合理通風量、C/N等控制因素的理論研究。傳統條垛或者槽式堆肥占地面積大、發酵產品存在重金屬污染等缺點,使得好氧發酵技術此前在我國較難發展。


        未來,污泥好氧發酵工程可采用高效、快速、穩定、集約化的設計、運營模式,可實現占地面積的大幅縮??;研究表明我國城市生活污泥的重金屬超標比例約5%,污染風險較小。該技術在相對欠發達地區,應用前景較大。


        (3) 污泥干化-焚燒技術路線


        污泥干化焚燒無害化最徹底,但是設備投資和運行成本較高,且焚燒產生的煙氣污染嚴重,還需建立完善的煙氣處理系統,這也加大了污泥的處理費用。因此,干化焚燒工藝一般適用于用地緊張且經濟發達的地區。


        現階段,在我國污泥厭氧消化和好氧發酵技術還未成熟的情況下,污泥干化焚燒在一定時期內可能會出現增長的態勢,尤其是工業窯爐協同焚燒的方式。


        (4) 建材利用為主的污泥干化處理技術路線


        高干脫水工藝,能夠將污泥含水率降低至10%。并且大部分建材企業廢熱余熱充足,例如磚瓦廠的窯爐余熱煙氣等等。利用廢熱余熱來烘干污泥,是近年來比較熱門的一個研究方向。以廢治廢,以最低的成本來烘干污泥,達到大幅度減量化的目的。干化后的污泥按照一定比例作為原材料摻入建材原料里面,最終實現資源化利用。

        來源 | 盛大環境
        作者 | 陳文遠
        編輯 | 萬梓薇

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