污水处理技术工艺

城市污泥处置技术及资源化应用进展

城市污泥作为城市污水处理厂的副产物,产量巨大,成分复杂。如何合理配置城市污泥越来越受到人们的重视。城市污泥中含有大量的有机质、氮、磷等营养物质,经过适当处理后可转化为珍宝。探索适合我国国情的污泥技术合理处置与利用具有重要的现实意义。

1.国内外城市污泥常用处理技术

目前,污泥处理技术主要有三种类型:卫生填埋,污泥焚烧和土地利用。城市污泥处理技术根据不同国家经济社会发展水平的不同而不同:西方发达国家早期工业化,污泥处理技术比较完善,污泥土地利用占很大比例,如美国污泥土地利用。占污泥总产量的33%,英国为55%,法国为50%,葡萄牙为80%。根据住房和城乡建设部的统计,截至2014年底,中国通过建筑材料,焚烧,堆肥,卫生填埋等污泥处理占56%,未能满足国务院的要求。 “十二五”国家城市污水处理和回收设施建设计划要求的80%的处置目标。

二。城市污泥处理技术综述

1.卫生填埋

污泥卫生填埋技术始于1960年代,分为混合填埋场和单独填埋场。混合填埋是指污泥和生活废物完全混合、平整、压缩并最终处置;单独填埋是指污泥简单地在一个特殊的填埋场进行消毒和处置。它被惰性和粘稠的土壤覆盖,并种植绿色植物以进行生态恢复。它分为沟填土、土葬和堤坝填埋三种类型。

该卫生填埋技术操作简单,污泥不需高度脱水(自然干燥),无毒无害,成本低。但与此同时,卫生填埋技术本身也存在着处理周期长(污泥稳定化时间为2~7年)、土地占用严重、垃圾渗滤液可能导致土壤和地下水污染等问题。

由于土地资源有限,渗滤液对土壤和地下水的潜在污染风险,制约了垃圾填埋场技术的进一步发展。近年来,发达国家污泥卫生填埋场的比例越来越低,英国城市污泥卫生填埋场的比例从1980年的27%下降到2005年的6%,法国征收污泥填埋税,法国自2005年起禁止城市污泥卫生填埋场。2009年以后,美国关闭了大部分污泥填埋场。

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中国于2009年发布的“城市污泥处理厂污泥处理与污染防治技术政策(试行)”明确规定,不具备土地利用和建筑材料综合利用条件的污泥可以卫生处理。垃圾填埋场。越来越多的地区开始减少甚至限制垃圾填埋场的建设。

2.污泥焚烧

污泥焚烧技术是污泥在好氧条件下的高温热处理技术。通常用于处理有毒有害的有机污泥和剩余污泥。城市污泥中含有大量的有机物和纤维木质素。脱水干燥后直接燃烧,所有有机物均炭化。同时,污泥中的病原菌和卵被完全杀死,污泥体积最大限度地减少,最终成为更稳定的灰烬。

污泥焚烧技术快速、无害、彻底。它不需要长期储存。处置面积小,余热可用于发电或供暖。污泥焚烧设备主要包括立式多段炉、回转窑焚烧炉和流化床焚烧炉。目前,污泥焚烧技术已在西欧和日本得到广泛应用。在日本,污泥焚烧量占污泥处理总量的6o以上,欧盟也超过1o。

深圳市市政综合处理厂是我国第一座大型污泥焚烧处理厂,于1988年11月投入运行,至今已运行20多年,为污泥焚烧发电积累了丰富的经验。青岛市污泥焚烧发电项目成立于2005年。日污泥处理量可达26吨,发电能力可达700度/小时以上。

污泥焚烧技术也存在一些问题。第一,污泥含水率高(60%以上),燃烧要求高,造成处理设施投资大,能耗高,处理维护费用高;其次,污泥焚烧容易产生酸性气体、二恶英等有毒有害气体,容易产生二次污染。据日本国土交通省统计,污泥焚烧产生的N2O占污水处理行业温室气体排放总量的21%。此外,污泥含有大量宝贵的生物资源,焚烧后这些资源没有得到充分利用,不能满足可持续发展的需要,这些问题制约了污泥焚烧技术的进一步推广。

3.土地利用

城市污泥富含有机质,氮,磷,钾等有益成分。它还具有很强的粘度和强吸水性。它可以显着改善土壤的物理和化学性质,有助于形成土壤团聚体,提高颗粒的水稳定性和保水能力。减少土壤侵蚀,显着提高土壤肥力和生物活性,实现农业生态环境的良性循环。因此,土地利用也是城市污泥处理的重要潜在方式之一。

污泥虽然可用于盐碱地、沙地和受损土壤的修复和改良,但也含有一些有毒有害物质、病原体和寄生虫卵。如果污泥未经预处理直接利用,氮磷浓度过高会造成地下水污染。重金属(汞、锌、铬、铅、镍等)可能对土壤造成二次污染。也有可能通过食物链进入人体;此外,病原体和寄生虫卵会对环境和公共卫生产生影响。这些问题是污泥土地利用在实际应用中亟待解决的问题。

三、城市污泥资源利用

从经济发展、资源开发利用、城市生态环境保护等方面来看,资源化利用是城市污泥处置的理想出路。城市污泥资源利用应遵循“安全环保、循环利用、节能降耗、因地制宜、安全可靠”的基本原则。其中,安全环保是必须坚持的基本要求,循环利用是要实现的重要目标,节能降耗是要充分考虑的重要因素,因地制宜是方案比较和决策的基本前提。安全性和可靠性始终是必要条件。目前主要的污泥资源化利用技术有以下几种。

1、城市污泥的农业回收利用

(1)城市污泥堆肥化

污泥堆肥技术是一种新兴的生物处理技术,自20世纪60年代以来发展迅速。它是一种基于资源的污泥土地使用技术,被认为是最有前途的处置技术。污泥堆肥的主要机理是污泥中的不稳定有机物在微生物发酵作用下降解并转化为腐殖质,病原体和卵被杀死,恶臭在一定程度上被消除。

污泥堆肥工艺一般为预处理-二次发酵-二次发酵-后处理。其优点是投资少、能耗低、运行成本低、堆肥产品易于储存、运输和使用。上世纪90年代末,日本建成了35座污泥堆肥厂,目前,英国、法国、瑞士、瑞典和荷兰的城市污泥农业利用率约占总污泥量的50%,卢森堡超过80%。

虽然污泥肥技术是目前最有前景的处置技术之一,但由于工业污水与我国许多污水处理厂的混合,含有潜在污染物质的污泥使污泥肥技术受到限制。目前,农业部严格控制污泥产品的肥料证书,限制污泥产品进入食物链或生态系统。因此,污泥肥产品的后续开发还有待进一步研究。

(2)消化城市污泥生产沼气

污泥消化系统已有100多年的历史,20世纪80~90年代逐步实现了规模和工业化。城市污泥中含有大量的有机物,厌氧消化可分解为稳定的物质,从而实现污泥减量和无害化处理,产生甲烷为主要甲烷。

现代工业污泥生产沼气是将污泥置于特定的反应器中。根据污泥的不同成分,通过对反应器中厌氧环境的实时监测和调节,充分利用微生物参与有机物的逐步发酵降解。在中国的一些地区,污泥有机物的比例很低,可以考虑与膳食的废物共同发酵,最后实现甲烷化。

反应残渣中仍含有丰富的营养物质(仅占残渣总量的40%),可作为有机肥或土壤改良剂,用于农田和土壤的恢复和改良。这项技术是高度资源化和无害化的。

2.城市污泥建材资源

(1)城市污泥生态水泥

建筑材料产业是我国天然矿产和能源的高消耗产业。每年生产各种建材需要50多种资源,给环境带来了沉重的负担。城市污泥中含有20%30%的无机物,尤其是混凝处理废水中含有大量的铝、铁等。经焚烧后,灰可替代部分水泥原料。通过添加一定量的石灰,高温焚烧生态水泥符合国家标准。

污泥水泥技术管理简单,可操作性强,污泥处理成本低,资源节约和环境保护,符合循环经济和可持续发展战略。发达国家在城市污泥生产水泥方面拥有丰富的经验。例如,日本以城市污泥焚烧灰和污水污泥为原料,实现水泥的大规模生产。 2001年,它建造了世界上第一座生态水泥厂。年产量为11万吨水泥。

(2)污泥制轻质陶粒

轻质陶粒是一种人造轻粗集料,以其质地轻、强度高、保温性能好而备受关注。可作为路基、混凝土骨料或花卉覆盖材料,是一种具有发展潜力的新型建筑材料。相关研究在20世纪80年代已经成熟,并已大规模应用。其制备机理是以污泥为主要原料,粘土、渣为辅助原料,通过焙烧、球化等方法,形成一定硬度的污泥陶粒。常用的技术方法是同一回转窑焚烧技术。

(3)污泥制砖

污泥制砖是指在经过一定的处理和筛选后,将污泥与其他原料或添加剂(如粘土、页岩、煤研石、粉煤灰)、加压成型、焙烧后制备污泥砖。该方法不仅密封污泥中的有毒重金属,杀死有害细菌,实现污泥资源的利用。同时,充分利用污泥热值,将泥砖制成的缝隙较多,砖较轻,具有一定的隔音效果,完全没有异味。

经过条件优化后,污泥砖的主要指标均能达到普通烧结砖的国家标准,具有抗压强度高、重量轻等优点,可节约10%的能耗和10%的≤15%的粘土资源。

污泥制砖的常用方法有两种,一种是利用污泥焚烧灰制砖,另一种是直接用干污泥制砖。目前,干污泥是利用干污泥制砖的主要方法,利用干污泥制砖的方法有两种。主要工艺是采用人工干燥或自然空气干燥的方法对污泥进行干燥,然后与其他原料混合压榨制砖。污泥制砖的主要技术要点是控制污泥量(10%~20%),主要技术要点是控制污泥量(10%~20%)。当污泥含量大于30%时,污泥砖的抗压强度不能达到砖的性能标准。

3.污泥环境资源的应用

(1)污泥制黏结剂

城市污泥中含有大量有机质,具有一定的粘结性和热值,可用于制备型煤粘结剂。用城市污泥置换白泥,可以改善型煤高温下的内孔结构,提高型煤的气化反应性,减少燃烧后灰中残炭,提高碳转化率。同时在高温气化炉中对污泥进行处理,可有效防止二次污染。实验表明,在煤中加入20%左右的城市污泥(含水率80%)不会影响煤的燃烧特性,相反,提高和改善了煤的燃烧性能。

(2)污泥制吸附剂

活性炭是一种常见的高效吸附剂,但制备商用活性炭的原料昂贵,是活性炭生产成本高的原因之一。理论上,几乎所有含碳物质都可以作为制备活性炭的原料,城市污泥中含有丰富的有机碳。以含碳生化污泥为原料,在一定高温下可化学制成含碳吸附剂,可用于污水处理。

4.污泥的其他回收利用

(1)污泥制动物饲料

污泥中含有大量有价值的营养物质,粗蛋白占28.7%/40.9%,灰分占26.4%/46.0%,纤维素占26.6%/44.0%,脂肪酸占0%/3.7%。污泥蛋白含有家畜饲料所需的几乎所有氨基酸,氨基酸相对平衡,可将纯化后的污泥加工成污泥饲料。结果表明,采用污泥饲料喂鱼,可以提高鱼的产量。同时,与普通饲料相比,污泥饲料与普通饲料(混合比为9:1)饲喂的雏鸡体重有所增加,污泥饲料和普通饲料饲喂的雏鸡体重也有一定程度的提高。产蛋率也有所提高。然而,如果将污泥制成未经预处理的污泥饲料,动物饲料中有毒物质的积累可能会造成潜在的危害,其影响还有待进一步研究。

(2)污泥裂解和产油

污泥低温裂解制油研究始于20世纪80年代,已成功应用于城市污泥处理。含水量约65%的污泥在厌氧条件下加热至4500℃,污泥中的脂肪族烃在催化剂作用下转化为油、碳、不凝性气体和反应水。

污泥热解油技术的产物,如天然气和石油,具有较高的热值,是潜在的燃料。目前,这项技术已用于国外的生产实践。加拿大正在进行一项试验。澳大利亚珀斯建造了世界上首个工业规模的污泥精炼厂,处理了多达25吨/天的污泥。目前国内污泥热解技术还停留在实验室阶段。

城市污泥处置技术及资源化应用进展

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