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污泥处理处置技术规范_污泥处理处置技术政策解读及案例分析

来源:管理论文 时间:2019-04-30 点击: 推荐访问:工程事故案例分析论文

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摘 要 我国近年来城镇污水处理厂污泥产量急剧增加,即将突破3000万t。目前全国城镇污水处理厂污泥只有小部分进行卫生填埋、土地利用、焚烧和建材利用等,而大部分未进行规范化的处理处置。本文针对污泥处理处置的相关技术政策进行解读,同时结合随州市污泥处理处置的案例对污泥处理处置技术的选择及工程设计进行了详细分析。
  关键词 污泥 处理 处置 深度脱水
  中图分类号:TU992 文献标识码: A
  一、污泥处理现状与发展趋势
  1 国外污泥处理处置的现状及发展趋势
  发达国家经几十年的发展,污泥处理处置技术路线已相对成熟,相关的法律法规及标准规范已比较完善。
  欧洲污泥处置最初的主要方式是填埋和土地利用。二十世纪90年代至今,由于填埋场地选择越来越难,继而转向建设了大量污泥干化焚烧设施。由于污泥干化焚烧投资和运行费用较高,同时污泥中有害成分又逐步减少,使污泥土地利用重新受到重视,成为污泥处置方案的重要选择。近几年总的趋势是土地利用的比例越来越高,欧盟及绝大部分欧洲国家越来越支持污泥的土地利用。目前,德国、英国和法国每年产生的污泥(干重)分别为220万t、120万t和85万t,作为农用方向土地利用的比例分别已达到40%、60%和60%[1]。
  北美的土地资源比较充足,但是卫生填埋比例不高,污泥处理处置一直是农用为主目前,美国16000座污水处理厂年产710万t污泥(干重)中约60%是厌氧消化或好氧发酵处理成生物固体,作为农田肥料。另外,有17%填埋,20%焚烧,3%用于矿山恢复的覆盖。
  日本由于土地限制,污泥处理处置的主要技术路线是焚烧后建材利用为主,农用与填埋为辅。近年来,日本开始调整原有的技术路线,更加注重污泥的生物质利用,逐步减少焚烧的比例[2]。
  由此可见,欧美主要将土地利用作为污泥处置的主要方式和鼓励方向。主要包括三种利用方式:(1)作为农作物、牧场草地肥料的农用;(2)二是作为林地、园林绿化肥料的林用;(3)三是作为沙荒地、盐碱地、废弃矿区改良基质的土壤改良。由于运输距离、操作难度等客观因素,污泥农用量又远高于林用和土壤改良。另外,欧美普遍采用厌氧消化和好氧发酵技术对污泥进行稳定化和无害化处理。其中50%以上的污泥都经过了厌氧消化处理[3]。
  2 中国污泥处理处置现状
  随着我国城镇污水处理率的不断提高,城镇污水处理厂污泥产量也急剧增加。2009年,全国投入运行的城镇污水处理厂1992座,处理污水量280亿m3,产生含水率80%的污泥约2005万t。随着城镇化水平和污水处理量的增加,污泥量将很快突破3000 万t。据不完全统计,目前全国城镇污水处理厂污泥只有小部分进行卫生填埋、土地利用、焚烧和建材利用等,而大部分未进行规范化的处理处置。污泥含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质,未经有效处理处置,极易对地下水、土壤等造成二次污染,直接威胁环境安全和公众健康,使污水处理设施的环境效益大大降低[4]。
  二、污泥处理处置相关技术规范与原则要求
  1 污泥处理处置相关政策及技术规范
  表1 污泥处理处置技术政策与规范
  表2 污泥泥质标准
  2 污泥处理处置的原则
  污泥处理处置应包括处理与处置两个阶段。处理主要是指对污泥进行稳定化、减量化和无害化处理的过程。处置是指对处理后污泥进行消纳的过程。污泥处理设施的方案选择及规划建设应满足处置方式的要求。
  按照《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策》(试行)的要求,参考国内外的经验与教训,我国污泥处理处置应符合“安全环保、循环利用、节能降耗、因地制宜、稳妥可靠”五大原则。
  三、污泥处理处置工艺介绍
  1 污泥处置
  (1)土地利用
  ①原理
  污泥无害化、稳定化处理后,以肥料、营养土等形式用于农业、林业、园林绿化及土壤改良等
  ②.应用原则
  必须经过厌氧消化、好氧发酵等稳定及无害化处理后才能进行土地利用
  ③特点
  a、不同土地利用方式泥质要求不同
  b、根据当地土地资源及肥料供求情况选择适宜的土地利用方式
  c、涉及的成本及经济效益因不同的用途而异,同时受肥料消纳渠道局限
  d、中长期而言是一种推荐的处置方式
  (2)焚烧与协同处置
  ①原理
  利用污泥自身热量和外加辅助燃料,燃烧实现污泥无害化处置
  ②应用原则
  a、充分利用余热或污泥自身热值
  b、环保至关重要
  ③分类
  a、单独焚烧:与热干化设施联建
  b、协同处置:与水泥窑、热电厂、垃圾焚烧厂协同处置
  ④特点
  a、投资运行成本高(干化加焚烧投资50-70万元/t,运行200-300元/t),处理规模大才会有规模效益,在经济发达、有余热热源区可考虑此种方式
  b、减量化明显,但衍生污染物处理需加强技术研发和监管机制
  (3)建材利用
  ①原理
  以污泥为原料制造建筑材料,例如制水泥熟料、轻骨料、陶粒
  ②应用原则
  a、不宜用于人居及公共建筑
  b、重金属浸出毒性等环保应达标
  ③特点
  a、产品质量要求高,达到使用要求至关重要
  b、重金属易造成污染,控制应严格
  c、投资成本类似于污泥协同处置,经济效果受市场影响,取决于当地市场接受度
  d、可审慎使用此种方式   (4)填埋
  ①原理
  经过前处理后作为固体废弃物进行填埋处置
  ②应用原则
  a、必须改性、稳定、卫生化处理
  b、环保至关重要
  ③分类
  a、单独填埋:应用极少
  b、混合填埋:与垃圾合并填埋或作为垃圾填埋场覆盖土
  ④特点
  a、含水率≤60%,若作为覆盖土则≤45%,污泥与生活垃圾重量比≤8%
  b、投资按填埋场算,约合15-20万元/t,运行成本100-125元/t
  c、可作为近期应急措施
  2 污泥处理
  (1)浓缩脱水
  ①原理
  通过重力或机械方式去除水分,减小含水率和体积(80%以下)
  ②应用原则
  根据污水处理工艺、污泥特性、场地面积、投资运行费用等综合确定,后续一般填埋处置
  ③分类
  a、重力浓缩、机械浓缩、气浮浓缩,目前深度脱水核心是机械浓缩
  b、机械浓缩包括离心浓缩、带式浓缩、板框浓缩,深度脱水板框浓缩较多
  ④特点
  a、深度脱水成功关键在于调理剂效果和压滤性能
  b、投资15-20万元/t,运行成本70-120元/t
  c、此工艺用地小,建设快,可作为应急处理,长远来看大量占用填埋资源
  (2)厌氧消化
  ①原理
  利用兼性、厌氧菌分解污泥有机质,实现污泥稳定化、减量化,沼气利用
  ②应用原则
  处理规模大综合效益明显
  运行调试控制较复杂
  一般作为脱水的前处理工段
  ③分类
  a、中温厌氧消化,35 ℃ ±2℃ ,停留时间大于20d
  b、高温厌氧消化, 55 ℃ ±2℃ ,停留时间10~15d
  ④特点
  a、控制要点:系统启动、进出料控制、温度、pH、毒性、碱度和挥发酸
  b、安全管理:沼气防爆和H2S中毒
  c、投资20-40万元/t,运行60-120元/t (不含浓缩、脱水),需与其他工艺配合进行污泥处理
  (3)好氧发酵
  ①原理
  通过好氧微生物生物代谢,使有机物转化成稳定腐殖质,实现污泥资源化、稳定化、无害化
  ②应用原则
  作为土地利用前处理手段,也可作为将低含水率、提高热值的预处理手段
  ③特点
  a、辅料来源应经济易行、稳定可靠
  b、产品质量能够满足土地利用要求,且有稳定消纳渠道
  c、控制:温度、含水率、碳氮比、通风供氧
  d、恶臭气体处理需重点考虑
  e、投资25-45万元/t,运行成本120-160元/t
  f、此工艺符合资源化趋势,值得污泥处理长远规划时推广
  (4)热干化
  ①原理
  通过污泥与热媒之间的传热,脱除水分,降低含水率
  ②应用原则
  根据处置需要选择,与余热利用相结合,充分利用沼气热能、热电、垃圾焚烧余热
  ③分类
  流化床、带式、桨叶式、卧式转盘式、立式圆盘式、喷雾式
  ④特点
  a、选择不同干化类型原则:投资运行成本较低、污泥形态对污泥输送、给料及后续设备的适应性
  b、投资30-50万元/t(不含后续焚烧等费用),运行成本工艺不同差异大
  c、技术类型众多,争议最多,前景看好
  (5)石灰稳定
  ①原理
  投加生石灰,反应生成氢氧化钙和碳酸钙
  ②应用原则
  可作为填埋等方式的前处理
  ③特点
  a、需考虑石灰来源的稳定性、经济性
  b、考虑粉尘、有毒有害气体的控制
  c、投资5-10万元/t,运行成本80-150元,主要为石灰消耗
  d、增大污泥体积,给后续处置(例如填埋)增加负担,建议此种处理方式只作为应急处理方式考虑
  (6)其他工艺
  ①热解处理
  有机质缺氧条件下加热裂解
  产物:油、气、碳
  ②水热处理
  热水解、湿式氧化等
  作为脱水或厌氧消化等的前处理
  ③其他技术
  3 主流污泥处理处置工艺比较
  表3 污泥处理处置工艺比较
  四、污泥处理处置案例分析
  1 工程简介
  (1)随州污水厂处理规模10万m3/d,污泥干泥10.6tds/d,折算成含水率80%的污泥为53tws/d。
  (2)污泥处理工程要求脱水前含水率 80%,要求脱水后含水率 ≤60%
  2 处置工艺选择
  1、随州建有垃圾填埋场,日处理垃圾420吨,库容量为160万m3,2001年启用,可使用超过20年,污泥具备采用填埋处置的硬件基础
  2、污泥处理规模较小且当地经济实力限制,暂不具备污泥焚烧的能力
  3、建材利用当地尚在调研找项目阶段,尚未建立起较完善的技术体系
  4、土地利用存在肥料销售出路和或土壤改良剂消纳难题
  最终选择污泥处置工艺为填埋。
  3 处理工艺选择
  根据“处置工艺定处理工艺的原则”,选择深度脱水为污泥处置前的污泥处理工艺。
  4 主要设备
  本工程最终选用“深度脱水+填埋”的污泥处理处置工艺,工程只针对污泥处理展开设计,污泥处置工程不在设计范围内。污泥处理主要设备如下:
  表4污泥处理主要设备表
  5 投资及运行成本
  本工程总投资约1100万元(不含征地费用),运行成本110元/t(不含处置费用,污泥按照含水率80%计算)。
  五、结语
  (1)目前欧美发达国家污泥处置出路在土地充裕的情况下,一般以农用和土地利用为主,日本等土地资源紧张的国家则以焚烧和建材利用为主;
  (2)国内污水处理厂的污泥极小部分进行了少量简易填埋、或土地利用,大部分未做到规范化的处置,污泥处理处置尚有极大提升空间;
  (3)对于国内污泥处理处置的技术路线选择,应秉承《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策》(试行)中确立的五大原则,按照““处置工艺定处理工艺”的原则,因地制宜地进行选择。
  参考文献:
  [1]李华锋.污泥与石油焦的成浆性及流变特性实验研究[D],东南大学,2012年
  [2]曹仲宏.城市污水处理厂污泥处理处置方案选择[J] 2013年全国给水排水技术信息网年会暨第41届技术交流会,2013年
  [3]王洪臣.我国污水处理业的发展历程与未来展望[J]《环境保护》,2012年
  [4]曹国强. 城镇污水处理厂污泥产生情况与处置方法选择[J]《城市建设理论研究》,2011年

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