關於汙泥的處理,所有的知識都在這裡!

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汙泥處理 (sludge treatment ):對汙泥進行濃縮、調質、脫水、穩定、幹化或焚燒等減量化、穩定化、無害化的加工過程。

定義

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系統執行中最複雜、且花費最高的一部分。

基本內容

汙泥基本型別

汙泥是由原廢水中的固體物質和在廢水處理過程中所產生的固體物質組成的。

原汙泥(raw sludge):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 (primary sludge):從初沉池底排出的初沉汙泥含有的固體物質濃度約為3%~8%(1%固體物質濃度相當於100mL體積的汙泥中含有1g的固體物)。初沉汙泥固體物質中有機物約佔70%,因此初沉汙泥極易變成厭氧狀態併產生臭味。

二沉汙泥 (secondary sludge):從二次沉澱池(或沉澱區)排出的沉澱物。

活性汙泥(activated sludge):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 (digested sludge):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。

迴流汙泥 (returned sludge):由二次沉澱(或沉澱區)分離出來,迴流到曝氣池的活性汙泥。

剩餘汙泥 (excess activated sludge):活性汙泥系統中從二次沉澱池(或沉澱區)排出系統外的活性汙泥。

汙泥氣 (sludge gas):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,可壓縮效能和脫水效能一般。

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,可壓縮效能差,脫水效能差。

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,含纖維體的脫水效能較好,其餘可壓縮效能和脫水效能一般。

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,可壓縮效能和脫水效能一般。

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,可壓縮效能和脫水效能很好。

汙泥處理

處理研究

一個關於油泥處理的研究於2004年在中國進行。新增生物新增劑的生物修復法和傳統的堆肥進行對比。含油汙泥和油汙染的土壤取之於油田。幹汙泥的總碳氫化合物含量為327。7 -371。2 g·kg-1,和油汙染的土壤的總碳氫化合物含量為151。0 g·kg-1。在運用新增劑之前,在汙泥和土壤中新增不同比例的秸梗、木屑、沙子和純油並混合均勻。這些汙泥和土壤組分用來無控制處理和透過啟用原有微生物處理。而在堆肥中,糞肥和木屑新增到汙泥中,總碳氫化合物含量為101。4 g·kg-1。生物新增劑每2周用一次,而實驗環境溫度下持續56天。汙泥每3天加水攪拌一遍。在新增3次生物新增劑以後,含油汙泥和土壤中的總碳氫化合物含量降低46-53%,在啟用原有微生物法處理後,總碳氫化合物含量降低13-23%,無控制處理則沒有油的降解。透過堆肥,則含油汙泥中總碳氫化合物含量降低了31%。上述現象表明,生物修復可作為一種有效同樣經濟的方法處理含油汙泥的方法。

處理裝置

汙泥乾燥床

在過去,汙泥乾燥床是最常採用的汙泥脫水裝置。由於汙泥乾燥床的操作與維護均很簡單,因此特別適用於在一些小型汙水處理廠使用。1977年,美國約有2/3的汙水處理廠採用汙泥乾燥床;利用汙泥乾燥床所產生的脫水汙泥量,約佔全美國脫水汙泥總量的一半。雖然汙泥乾燥床一般適用於溫暖及日照充足的地區,但也有一些位於北部較寒冷地區的大型汙水處理廠採用汙泥乾燥床。

汙泥固化拌和站

採用了先進的工業計算機控制系統,實現了黃土、汙泥、水泥和石灰的自動配比,具有計量準確、可靠性好、攪拌均勻、操作方便、環保好、生產效率高、故障率低等特點,特別適合連續作業,是汙水處理廠處理汙泥的理想裝置。

泥漿分離脫水機

與板框壓濾機對比:該機具有處理能力大、分離效能好、適應性強、勞動強度小、效能穩定、安裝操作方便、佔地面積小、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裝置。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採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裝置,可以連續壓濾,產品採用高強度材料製作,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。

太陽能熱泵技術汙泥處理裝置

該系統主要利用太陽能、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以下的乾料,節電、節煤、環保;整個系統為自動化遠端控制,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。

該系統包括溫室部分、輸送部分、通風部分、集熱部分(包括太陽能集熱系統和熱泵系統)、自動化控制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,執行管理費用低,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;

系統執行穩定、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;

系統透明程度高,環境協調性好。

其系統組成有:

汙泥輸送系統

由接料倉、螺旋進料機、插板閥、汙泥泵、管道組成。整個系統液壓部分採用義大利泵、閥。螺旋進料機與料倉之間用插板閥連線,便於檢修。推送機採用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定,輸送量精確,配備通訊介面實現遠端控制。還可選用皮帶、鬥提等傳統輸送方式。

溫室供熱系統

由太陽能集熱器、集熱水箱、恆溫水箱和PLC控制等組成,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感測器;PLC根據所述水位感測器輸出的水位訊號控制水源電磁閥的開閉,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制。透過安全排氣閥來釋放蒸汽,並透過供熱控制閥控制集熱器陣列供熱的面積,確保了系統執行的穩定性和安全性。

溫室系統

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,陽面中空玻璃。選用保溫幕布,減少輻射熱的流失。通風采用風機,頂部採用蝶形方式交錯開窗,可根據室內外溫溼度、光照度實現自動開關。供暖系統根據《地面輻射供暖技術規程》JGJ142-2004設計。

汙泥翻泥布料系統

由汙泥攤鋪機、螺旋喂料機、皮帶式輸送機、乾料倉、有害氣體探測儀、工業監控系統等組成。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,實現表面翻新和蒸發水分。過程中也起到對汙泥供氧的作用,避免汙泥區域性厭氧菌繁殖而釋放惡臭氣體。系統安裝了H2S和NH3探測器,可實現實時監控。

控制系統

自動化控制系統採用組態軟體+PLC的基本控制方式,上位機透過與PLC及智慧儀表通訊實現對各個裝置的監測與控制,PLC透過內部程式能夠獨立執行。上位機採用臺灣研華工業計算機,生產工藝路線在計算機介面能夠模擬顯示。工藝引數點資料可以實現計算機介面顯示、調整、設定,並進入程式。工藝執行引數可隨機調取、列印,故障監控可實現故障點、故障型別、發生時間的瞬間記錄和報警功能。配置了智慧電度表,實時記錄幹化過程的能耗資料,折算幹化成本。

處置技術

⒈汙泥處理利用的一般技術

(1)汙泥的堆肥化處理技術

(2)汙泥的建材化技術

(3)汙泥的燃料化技術

(4)汙泥的厭氧消化(制沼氣)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

(1)微波輻照汙泥處理技術

(2)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

(1)微生物淋濾技術

(2)微生物吸附處理法

(3)微生物脫臭技術

⒏新興汙泥熱化學處理技術

(1)溼式氧化技術

(2)活性汙泥作黏結劑

(3)剩餘汙泥制可降解塑膠

(4)汙泥制活性炭

(5)O3/H2O2氧化技術

(6)UV/O3氧化技術

(7)UV/H2O2氧化工藝

(8)其他熱化學處理技術簡介

汙泥濃縮

濃縮是常用的固液分離方法,可透過兩種方式完成:固體上浮至混合液上端,或沉降至混合液底部。前者一般稱為氣浮,後者則稱為重力濃縮。汙泥濃縮的目的主要是在進行汙泥消化或脫水之前,儘量將多餘的水分從汙泥中分離。一般來說,汙泥濃縮可有效減少汙泥處理後續單元如消化、脫水所需的處理容量,而後續單元因容積減少所節省的成本,遠高於汙泥濃縮單元的設定與執行費用,因此設定汙泥濃縮單元有助於降低汙泥處理過程的總成本。

汙泥調理

化學調理

汙泥調理的主要目的是促進汙泥的固液分離。在目前可利用的技術中,最常用的方式是是在汙泥中新增混凝劑,如氯化鐵、石灰或有機高分子絮凝劑,汙泥焚化灰渣也可用作汙泥調理劑。在混濁的液體如汙泥中加入混凝劑,可促進固體物質的凝聚,使其更容易與水分離。近年來有機高分子絮凝劑在汙泥調理方面的應用日漸廣泛,有機高分子絮凝劑易於處理,所佔體積小,使用起來操作簡單,且非常有效。絮凝劑一般在脫水之前注入汙泥中,並與汙泥充分混合。

熱處理

另一種汙泥調理方法是將汙泥在高溫(175~230℃)及高壓(1000~2000kPa)下加熱,汙泥固體中的結合水被釋放出來,因此可改善汙泥的脫水特性。熱處理的優點是汙泥調理後的脫水性比使用化學調理劑更佳;缺點是系統的操作與維護較為複雜,同時汙泥熱處理也會產生高濃度的蒸煮液,當其迴流至汙水處理廠時,將明顯增加處理單元的負荷。

汙泥穩定

汙泥穩定的主要目的是利用生化方法降解汙泥中的有機固體物質,使汙泥更為穩定(減少臭味及腐敗),且更容易脫水,同時減少汙泥質量。一般而言,如果直接進行汙泥脫水和焚燒,則不需要穩定處理。汙泥穩定有兩種基本方式:一種是在密閉的反應器中隔絕氧氣下進行,稱為厭氧消化;另一種則是在汙泥中通入空氣,稱為好氧消化。

汙泥脫水

真空脫水機

真空脫水機由覆蓋有過濾材料或濾布的圓柱形滾筒構成,滾筒旋轉時部分侵入汙泥槽中,而槽中汙泥已經過調理。當滾筒內部有一定真空度時,汙泥中的水分便被吸入滾筒,並在濾布表面留下固體物質而形成濾餅。當滾筒繼續旋轉,刮刀將形成的濾餅刮除,滾筒繼續進入下一個脫水迴圈。在某些型別的真空脫水機中不使用刮刀,而是使用一組小型滾輪來移除滾筒表面的濾餅。

連續式帶濾脫水機

汙水處理廠所使用的連續式帶濾脫水機,與水處理廠所使用的連續式帶濾脫水機大致相同。

連續式帶濾脫水機適用於各種混合汙泥的脫水,處理固體含量為5%的典型消化混合汙泥,濾布固體物負荷為32。8kg/(h·m2)時,可得到固體含量為19%的脫水汙泥餅。一般來說,連續式帶濾脫水機對不同汙泥的脫水效果,與使用真空脫水機相當。而與使用真空脫水機相比,連續式帶濾脫水機不易發生汙泥粘附濾布的問題,且其動力消耗較低。

汙泥乾燥

汙泥乾燥是應用人工熱源以工業化裝置對汙泥進行深度脫水的處理方法,儘管汙泥乾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、生物等方面性質並不因脫水而產生變化。汙泥乾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℃,乾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,汙泥乾燥處理的產物,其含水率可控制在20%以下,即達到抑制汙泥中的微生物活動的水平,因此汙泥乾燥處理可同時改變汙泥的物理、化學和生物特性。

汙泥乾燥床

在各種形式的汙泥乾燥床中,乾燥砂床是最古老也是最常見的一種。乾燥砂床在設計上有多種變化,包括排水管線配置、礫石層及砂層厚度及砂床建材等。在自來水淨水廠中使用的汙泥乾燥床,其結構與汙水處理廠所使用的汙泥乾燥床類似。

新技術

我國汙泥處理處置的現狀近年來,在我國節能減排政策與積極財政的作用下,城鎮汙水處理得到了迅速發展,水環境治理也取得了顯著成效。但同時,在汙水處理時大量產生的汙泥卻沒有得到有效的處理處置,對環境造成極大的危害,並嚴重影響我國節能減排戰略政策的實施。

汙泥作為一種固體廢棄物,已經成為繼城市垃圾汙染的第二大固體廢物汙染源。傳統的汙泥的主要處置方式有填埋、焚燒、排海、農用等。但是傳統的處理方法也存在一些弊端,無法對汙泥進行資源化利用,不能滿足現在對汙泥處理的技術要求,因此對汙泥處理資源化利用新技術的研發具有重要的現實意義。汙泥的處理處置應從環境汙染、衛生安全和經濟效益等多方面綜合考慮,具備能源回收利用的汙泥處理新技術將在汙泥處理處置中發揮著不可替代的作用。

隨著環保力度的加強和人們對已有汙泥處理處置技術侷限性的進一步認識,世界各國都在投入重金研發新技術,爭取找到更經濟、更合理的汙泥處理方案。

汙泥處理技術

該技術創新採用汙泥洗滌工藝,首先洗出汙泥中有機物質,分離無機物質汙泥土,再將有機汙泥濃縮排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,減少了裝置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面彩磚、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。

沉澱汙泥生物處理系統,工程設計創新採用地埋式、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,採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採用地上式結構,地上式結構能使配備裝置便於維護和有利沼渣排放預防沼渣沉澱。該生物處理系統工程設計很好地解決了配套裝置的維護和沼渣沉澱,系統配備裝置少,只需要幾臺水泵,就是水泵壞了更換一臺用不完20分鐘,保證裝置檢修不停產;沉澱汙泥經過洗滌去除了容易沉澱的無機汙泥土,有機汙泥經吹浮系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、不佔用土地,而且還能防地震、防雷擊和使用壽命長、減少消化系統的熱量損失。

汙泥發酵技術

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,但需要佔用大量的土地,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,難以長期採用此方式。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,有效控制汙泥的二次汙染,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,應延長髮酵時間。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制在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,冬天儘量在室內或大棚內發酵),發酵升溫控制在70-75℃以下為宜。

6、完成。第2-3天溫度達65℃以上時應翻倒,一般一週內可發酵完成,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,應延長髮酵時間,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。

汙泥熔化技術

針對汙泥焚燒過程中存在的二次汙染,科研工作者開發出了汙泥熔化技術,該技術使汙泥處於焚燒灰熔點溫度(通常為1300~1800℃)之上燃燒,不僅可完全分解汙泥中的有機物、滅殺病菌,同時所形成的熔渣密度比焚燒灰高2/3,達到了灰渣大幅度減容的效果。汙泥中的重金屬因被固定在玻璃態的熔渣中而具有不熔出的活性,所以汙泥熔化後的熔渣可用作建材。

石灰投加技術

脫水後的汙泥進入料斗,料斗中加入石灰和氨基璜酸,石灰投量為溼泥量的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斗中攪拌後,由雙螺旋進料機推入柱塞泵進料口,透過柱塞泵送入反應器,在70℃下停留30 min,輸出的產品可達到美國EPA PART503 CLASS A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,系統全密封,無環境汙染;系統全自動,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,降低了執行成本。

汙泥碳化技術

汙水工藝最佳化可降低剩餘汙泥產量,汙泥破壁及強力幹化技術能提高汙泥的脫水效能;最終透過汙泥碳化技術來實現汙泥的資源化,從源頭上解決汙泥的產量,最終達到汙泥零排放的目的。

所謂汙泥碳化,就是透過一定的手段,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(Sludge Carbonization ),在世界範圍內,汙泥碳化主要分為3種。

(1)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階燃料使用,其熱值約為8 360—12 540 kJ/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,執行成本高,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刪溼汙泥。

(2)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,尚無其他潛在的使用者。

(3)低溫碳化。碳化前無需幹化,碳化時加壓至6—8 MPa,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階燃料使用,其熱值約為15 048~20 482 kJ/kg(美國)。該技術透過加溫加壓使得汙泥中的生物質全部裂解,僅透過機械方法即可將汙泥中75%的水分脫除,極大地節省了執行中的能源消耗。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。

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