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1、我国市政污泥处理现状与发展探析许晓萍 (江西新源环境工程有限公司, 江西 南昌 )摘 要: 我国市政污泥量每年至少 140万吨 (干泥 ), 超过 50 % 未经消化处理, 已给环境带来严重污染。目前, 国内采用的处理技术主要为生物处理, 其中包括厌氧和好氧消化。列举各种工艺优劣势。综述深井曝气污泥好氧消化工艺的流程及性能表现: 系统超过 50% 的氧气利用率; 去除 1kg挥发性有机固体耗电小于 1. 4kW# h, 对于城市污水而言,相当于每 m3水耗电 0. 06kW# h ; 占地面积仅为传统污泥处理工艺的 10% 20% 。可作为我国中小型污水处理厂和原有老厂增建污泥处理系统的合适选
2、择。关键词: 市政污泥 厌氧消化 好氧消化 深井曝气前言市政污泥是城市污水处理过程中产生的副产品。它是由机残片、 细菌菌体、 无机颗粒、 胶体等组成的极其复杂的非均质体。就我国的市政污泥性质而言,污泥中有机物含量超过 50% , 并含有大量的 N、 P等营养物质 (其中 N含量 1. 5 % 7. 0% , P含量 0. 8% 3% )。市政污泥的产量与污水的水质和处理工艺相关。一般来说: 污泥产量占污水处理量的 3j 5j (按含水率 96 % 计 )。据中国环境年鉴编委会统计, 至 2005年全国已有城市污水处理厂 764座, 日处理污水达 5220万 m3, 城镇生活污水的处理率达到 3
3、7. 4 % , 全年生活污水处理量达 108. 4亿 m3, 比 2004年增加了 26% 。目前, 我国污水处理厂每年排放的污泥量 (干重 )约 140万吨, 并且每年以 10% 的速度增长。综合来说, 我国的市政污泥产量庞大、 成分复杂。其中有机物的高含量致使其极易腐败, 产生恶臭, 从而造成严重的环境二次污染。但同时又使其具备了经稳定处理后作为农田肥料而资源化利用的潜力。1 污泥处理现状目前, 我国污泥处理与处置尚处于起步阶段, 在全国现有污水处理设施中有污泥稳定处理设施的还不到1/2, 处理工艺和配套设备较为完善的不到 1/10, 能够正常运行的为数更少, 并且主要集中在日处理量超过
4、150000m3的大型污水处理厂。全国城镇污水污泥中有55. 7 % 未经任何稳定化处理, 通过简单的污泥脱水后便直接进行填埋、 焚烧等方式处理。这就造成了:a . 污泥体积庞大, 造成污泥处置费用庞大;b. 污泥极不稳定, 污泥中有机成分一旦发生腐败变质对环境会造成严重的二次污染;c . 污泥中的有用资源未得到利用, 带来了资源的浪费, 不符合可持续发展的目标。以上海某污水处理厂为例, 污泥量为 250m3/d, 其含水率为 97% 。污泥经好氧消化处理后再脱水后填埋与直接脱水后填埋经济与环境效益比较。表 1 两种污泥处理处置工艺的经济性对比 /(元 /d)Tab 1 econo m ic
5、comparison bet ween the t wo sludge disposal processes项目好氧消化费用污泥脱水费用污泥运输费用污泥填埋费用运行费用合计运行一年投入 (万元 )环境影响好氧消化+ 脱水+ 填埋1453124322502245190189. 4污泥稳定程度高, 不易造成二次污染直接脱水+ 填埋) )248245004887473272. 8污泥不稳定, 易造成严重的环境二次污染注: 计算依据为: SS去除率为 50% , 两种工艺污泥脱水后的含水率为 80% , 好氧消化运行费用 5 . 81元 /吨污泥, 污泥运费 1 . 2元 /吨# 公里, 污泥填埋费
6、13元 /吨, 污泥脱水费用 9. 94元 /吨。24江 西 化 工2010年第 3期 从表 1可以看出, 市政污泥的处理无论从经济还是环境效益来说都极具深远意义。随着我国城市化进程的加快和污水处理率的提高, 以及环保认识的深入,污泥的处理已成为我国环境保护中面临的日益紧迫和严峻的问题。2 现阶段我国市政污泥处理目标及发展方向当前国内外污泥处理处置所依循的原则均是 /减量化、 稳定化、 无害化和资源化0。污泥稳定处理的要求是最终处置时对环境无害。根据我国 5城镇污水处理厂污染物排放标准6 (GB 18918)2002)中规定: 城镇污水处理厂的污泥应进行稳定化处理, 处理后应达到表 2中规定标
7、准:表 2 污泥稳定化控制目标Tab 2 sludgestabilization target稳定化方法控制项目控制目标厌氧消化有机物降解率 /% 40好氧消化有机物降解率 /% 40好氧堆肥含水率 /% 50蠕虫卵死亡率 /% 95粪大肠菌群菌值 0. 01减量化控制目标为: 城镇污水处理厂的污泥应进行污泥脱水处理, 脱水后污泥含水率应低于 80% 。污泥的/ 无害化0处理目标主要是针对污泥的最终处置。一般而言, 进行土地利用的污泥其病原体等必须符合相关的规定: 病原菌大肠杆菌数量必须小于1000MPN /g干污泥, 或者肠道病毒 99% ), 使得污泥无害化。c . 节能降耗: 厌氧消化工
8、艺不需要提供空气, 相对好氧消化省去了曝气所需的能量消耗; 厌氧消化过程中产生热值很高的污泥气 ( 5130Kcal/m3), 对于大型污水处理厂 (日处理量 150000m3)若能充分利用污泥气, 不仅可以满足厌氧消化过程的热量需要, 还可以供应污水处理厂其它方面的能源要求。B. 厌氧消化工艺缺点:a . 设备多、 工艺复杂, 前期投资大。b. 系统受环境条件变化影响较大, 并且一旦受到扰动后恢复缓慢。对操作人员的要求很高;c . 上清液水质不好富含 COD、 BOD、SS和氨;d. 可能产生臭气;e . 污泥气利用装置存在气体爆炸的安全性问题。3. 2 污泥好氧消化技术好氧消化技术在我国污
9、泥稳定化处理技术所占比例为 2. 81 % , 主要存在于是我国中、 小型污水处理厂 (日处理量 50000m3 150000m3)的污泥处理工艺。污泥的好氧消化基于微生物的内源呼吸原理, 即污泥系统中的基质浓度很低时, 微生物将会消耗自身原生质来获取自身生存的能量。消化过程中, 细胞组织将会被氧化或分解成二氧化碳、 水、 氨氮、 硝基氮等小分子产物, 从而成为气相和液相物质。污泥好氧消化完成后,剩余产物的能力水平将极低而成为很稳定的污泥。基于以上的好氧消化原理, 目前国内外学者已创造出很多的好氧消化工艺及其组合工艺。其中按照好氧消化温度条件可分为常温好氧消化 ( 20 30e )和高温自热式
10、好氧消化 ( 45 60e )。其中常温好氧消化包括26江 西 化 工2010年第 3期 传统污泥好氧消化工艺 (ConventionalA ir Aerobic D iges -tion , 以下简称 CAD)、 缺氧 /好氧消化工艺 (Anox ic/Aer -obic D igestion , 以下简称 A /AD); 高温自热式好氧消化以ATAD(Autother malAerobic Digestion)工艺为代表。3. 2 . 1 常温好氧消化工艺CAD工艺的工艺流程与传统活性污泥法相似, 但运行操作中, 需要在消化池中通过添加碱性药剂 (如石灰 )来补充伴随好氧消化过程的硝化作用
11、而消耗的碱度, 以此维持消化池内中性条件。A /AD工艺便是针对 CAD 工艺碱度消耗这一弊端而设计的改造工艺。其主要原理是在 CAD工艺基础上在好氧消化池前端附加一缺氧区, 利用污泥在该段发生的反硝化作用产生碱度来补偿好氧消化池内所消耗的碱度。常温好氧工艺的工艺流程见图 3 :图 3 常温好氧消化工艺流程Fig3 flo wsheet ofmesophilic aerobic digestion3. 2 . 2 自热式高温好氧消化工艺 (ATAD)ATAD工艺的设计在利用了微生物内源呼吸原理的同时还利用了好氧氧化过程的放热特性, 依靠污泥中有机物的生物降解代谢热来提高反应的环境温度,从而增强
12、微生物活性, 加快反应速率, 减少污泥停留时间, 提 高有 机物 去 除率 ( 一般 可 以达 到 45% 甚至70% )。ATAD工艺流程见图 4 :图 4 ATAD工艺流程Fig 4 ATAD flowsheet3. 2 . 3 传统好氧消化工艺的优缺点:A. 传统好氧消化工艺的优点:污泥中有机物降解率可以达到 40 % 60 % , 产生的最终产物在生物学上比较稳定、 无臭气、 无害;上清液水质较好, 所含 BOD 、 氨氮较少;好氧消化的污泥肥料价值比厌氧消化高;操作相对简单;前期投资较少;对毒性不敏感;环境卫生条件好。B. 传统好氧消化工艺的缺点:a . 由于供氧需要动力, 因此好氧
13、消化池的运行费272010年 9月我国市政污泥处理现状与发展探析 用比较高;b. 处理后污泥较难使用机械方法脱水;c . 消化过程受温度、 曝气池池容、 进泥性质 (污泥浓度、 有机物含量 )、 混合 /曝气设备以及反应器的制造材料等影响较大;d. 不能如厌氧消化一样产生有价值的副产品, 如沼气。3. 3 污泥好氧堆肥污泥好氧堆肥是利用污泥中的微生物进行发酵的过程。在污泥中加入一定比例的膨松剂和调理剂 (如秸秆、 稻草、 木屑或生活垃圾等 ), 利用微生物群落在潮湿环境下对多种有机物进行氧化分解并转化为稳定性较高的类腐殖质。污泥经堆肥处理后, 一方面植物养分形态更有利于植物吸收, 另一方面还可
14、以消除臭味,杀死大部分病原菌和寄生虫 (卵 ), 达到无害化目的, 且呈现出疏松、 分散、 细颗粒状, 便于储藏、 运输和使用。目前, 污泥堆肥的方法主要有好氧静态堆肥、 条垛式堆肥、 反应器堆肥等。好氧堆肥主要工艺流程见图5 :图 5 污泥堆肥工艺流程F ig5 flowsheet of composting污泥堆肥工艺的优点是: 工艺相对简单, 可在室外各种气候条件下进行。堆肥产品是一种对环境有用的资源, 能够加速植物生长, 能够保持土壤中的水分, 能够增加土壤中有机质含量, 有利于防止侵蚀。缺点是:迄今为止, 堆肥工艺效率低, 成本高。不适于大规模的污泥处理。3. 4 污泥石灰稳定技术石
15、灰稳定法是一种较为简单的污泥处理方法, 其主要作用是通过给污泥造成强碱性的环境条件, 使得微生物的活性受到强烈的抑制, 病原菌也由于强碱性条件以及生石灰加入污泥后释放的大量热量有杀菌作用而失去活力或死亡, 从而解决污泥的臭气问题和达到污泥的无害处理。3 . 5 污泥热处理技术污泥的热处理技术主要是通过高温、 高热的环境对污泥中的水分进行蒸发, 对有机物进行分解, 对病原体进行杀灭的过程。经污泥热处理后的污泥中有机物可以完全分解, 病原体可以完全杀灭并且可以最大限度的较少污泥体积。但其最大的缺点是设备造价高昂、 耗能大、 运行费用高昂、 燃烧尾气污染严重, 因此仅限于较小型的市政污泥处理。综合以
16、上污泥处理工艺的国内外研究现状, 对各种污泥处理工艺的综合比较见表 3:表 3 各类污泥处理工艺比较Tab 3 comparison bet ween various sludge digestion processes工艺 项目VSS去除率 (% )病原体杀灭环境影响污泥稳定性运行费用适用范围28江 西 化 工2010年第 3期 厌氧消化中温40 55杀灭率低产 臭气、 产泡沫稳定低日处理超过150000m3污 水处 理厂高温40 6599% 的杀灭率产 臭气、 产泡沫稳定低很少有应用好氧消化中温35 50杀灭率低可 能产 生泡沫稳定高日处 理为 20000 150000m3污 水处 理厂高温40 65杀灭效果好环 境卫 生条 件好稳定中日处 理为 50000 150000m3污 水处 理厂好氧堆肥35 45杀灭效果好可 产生 臭气、 粉尘稳定高日处理量 90%完全杀灭无稳定高日处理量 40 %国家标准 40%30江 西 化 工2010年第 3期 氧 摄 取 速 率(OUR) 1mgO2/( h# g)
