污泥脱水干化工艺的技术探讨

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1、污泥脱水、干化工艺的技术探讨污泥的产生在人类活动过程中是不可避免的。污水处理产生的大量污泥的任意堆放和投弃 对环境造成了新的污染，如何妥善处置这些污泥已成为全球共同关注的课题。一、污泥概述污泥 （sludge） 是由水和污水处理过程所产生的固体沉淀物质。1. 污泥的分类 根据其来源，污泥可以划分为：1 ）市政污泥 （sewage sludge） ，主要指来自污水厂的污泥，这是数量最大的一类污泥。 此外，自来水厂的污泥也来自市政设施，可以归入这一类。2 ）管网污泥，来自排水收集系统的污泥。3 ）河湖淤泥，来自江河、湖泊的淤泥。4 ）工业污泥，来自各种工业生产所产生的固体与水、油、化学污染、有机质

2、的混合物。 在非特指环境下，污泥一般指市政排水污泥。污水处理厂的污泥根据处理的工艺级别不同，又可以分为以下几种：1 ）初沉污泥 （Primary） ：只经过物理 -化学处理2 ）二沉污泥 （Secondary） ：生物处理后的污泥3 ）三沉污泥 （Tertiary） ：脱磷 /脱氮后的污泥 根据污泥的性质，又可以区分为：1 ）未消化生污泥（ undigested ）2 ）消化污泥 （digested）污泥的消化又有好氧消化与厌氧消化之分。 各个级别的污泥的物理化学性质不同， 消化 和未消化污泥的性质差别更大。很多后端处理工艺必须了解前端污泥的性质才能确定其处理方 式。2. 污泥的主要成分因污泥

3、成分不同， 未消化的市政污水污泥的有机物含量可能占到干物质的60% 75%，高效消化处理后减半。有机硝酸盐是污泥中的主要有效成分。施用到土壤里，硝酸盐经生物降解可改善土壤。 污水厂污泥具有很强的流动性，这是因为其含水率很高，一般在95%以上，这是污泥本身的性质决定的。根据分析，污泥与水分子的结合非常紧密，并具有不同的相态：1 ）自由态水：可经重力沉淀和机械作用去除；2 ）物理性结合水：须更多能量去除（如加热），包括毛细管/间隙水、胶态 / 表面吸附水。3 ）化学性结合水：只有打破化学键才能去除，被称为“平”，包括细胞的水、分子水。3. 污泥处理、处置存在的问题1 ）污泥处置：污泥的处置指的是给

4、污泥一个最终的归宿：要么作为肥料施用到农田、 绿化等土壤中，成为土壤的一部分；要么加以资源化利用，形成有用的材料，如铺路的渣土、 水泥、制砖等；要么填埋，未加任何利用，且耗费土地资源而弃置。2 ）污泥处理：任何不能达到最终安置的过程，都可以算作处理。比如污泥堆肥，杀灭 细菌和熟化后才能产生安全的肥效；焚烧最终还会产生灰烬，这部分的数量要占到原干物质质 量的 40以上，因此还要考虑填埋或利用；干化是为了去掉泥饼中的大部分水份，节约运输成 本，减少占地，少付填埋费，并为其它的最终处置方案提供减量、卫生化和经济性条件。污泥处理的主要目的是减少水分，为后续处理、利用和运输创造条件；消除污染环境的 有毒

5、有害物质；回收能源和资源。污泥的处理工艺包括污泥的浓缩、消化、脱水、干化及焚烧 等方法以及最终处理。由于污泥是一种有潜在危险的物质，所以污泥处理面临以下的问题：1 ）干污泥中一般含有 65%的有机物和 35%的无机物。 在中国，污泥中的有机物含量较低。2 ）湿污泥中含有各种各样的细菌、病毒和寄生生物，病菌在其量繁殖。3 ）污泥中还含有锌、铜、铅和镉等重金属化合物，有毒的有机化合物，杀虫剂等等， 所有这些一旦进入食物链将会导致严重的健康问题。对于工业发达的大中城市，这个问题尤其 突出。在欧洲，根据欧盟规定：截止到 2005 年，有机物含量超过 5%的废弃物将被禁止填埋； 在美国，根据国家环保局的

6、 503 污泥卫生法规定，只有经过灭菌处理，达到细菌或病毒无法检 出的A级污泥才可以在市场出售；而B级污泥的使用则必须满足特殊的使用条件，即污泥的细菌或病毒含量不会对公众和环境造成影响。而特级污泥，即污泥的细菌或病毒和重金属的含量 都满足要求，其使用所受到的限制与普通的肥料一样。由于A级污泥没有对重金属的含量有任何限制，因此国家环保局的 503 污泥卫生法不是很严格。目前，在新泽西州，在加利弗尼亚， 华达和亚利桑那州的部分县已经立法禁止污泥的填埋；佛罗里达洲等一些州的立在进行。4. 污泥的脱水与干化污水处理所产生的污泥具有较高的含水量， 由于水分与污泥颗粒结合的特性， 采用机械 方法脱除具有一

7、定的限制，污泥中的有机质含量、灰分比例特别是絮凝剂的添加量对于最终含 固率有着重要影响。 一般来说， 采用机械脱水可以获得 20%-30%的含固率， 所形成的污泥也被称 为泥饼。泥饼的含水率仍然较高，具有流体性质，其处置难度和成本仍然较高，因此有必要进 一步减量。此时，在自然风干之外，只有通过输入热量形成蒸发，才能够实现大规模减量。采 用热量进行干燥的处理就是热干化。污泥干化是水分蒸发的过程。为了进行干化项目的调研，以确定减量处理的规模，必须 了解有关污泥项目的一些经济参数，这些参数包括：? 机械脱水后的湿泥含固率? 最终处置的目的、类型? 当地能够找到的廉价热能及其价格指数污泥成分是根据污水

8、厂的来水水质变化的， 当然在很大程度上也会受到污水处理工艺的 影响。最终会对干化工艺产生重大影响的容则是絮凝剂添加量。对干化工艺来说，以下容值得 注意，这些容通常是通过试验来确认其干化效果的：? 污泥中絮凝剂含量；? 污泥的粘度、弹性；? 有机物在干物质中的比例；? 磨蚀性成分的比例（如沙、石等）；? 腐蚀性成分的浓度（如氯、硫等）；? 油脂类物质的百分比。污水中的污染物和营养成分在大量繁殖的细菌作用下，在化学药剂的作用下形成聚集， 逐渐增大的团粒结构最终在水中沉淀下来，形成污泥。进一步添加高分子絮凝剂，采用物理方 法浓缩，可以脱去大部分或一部分所谓的自由态水，形成我们所见到的脱水污泥。因此经

9、生物处理所得到的污泥，其有机物构成主要就是这些微生物细菌。二、污泥的主要处理、处置途径1. 污泥处理、处置的工艺路线污水厂污泥的处理和处置主要遵循以下的途径：1）污泥的浓缩。污泥浓缩的目的是使污泥初步脱水、缩小污泥体积为后续处理创造条 件。浓缩脱水方法有重力沉降浓缩、上浮浓缩以及其他浓缩方法。2）污泥消化。为了减少污泥量，防止污染环境和提高利用价值，一般需经过消化处理。 污泥消化即是借助微生物的代作用，使污泥中有机物质分解成稳定的物质，去除臭味，杀死寄 生虫卵，减少污泥体积回收利用消化过程中所产生的沼气。3）污泥脱水与干化。 污泥经浓缩和消化之后， 其含水率仍在 96左右， 体积很大， 不便

10、于运输和使用，需要进一步脱水干化处理，其主要方法有自然蒸发法和机械脱水法两种。4）污泥焚烧。污泥干化后含水仍达 10%-20%，体积仍较大，通过焚烧可将污泥中水分 和有机杂质完全去除并杀灭病原微生物。有些污泥含有有毒物质而不宜作农肥，或因其他原 因使污泥难以利用时，为防止污染也采用焚烧方法。焚烧污泥的装置为焚烧炉。5）污泥的最终处理。污泥含有重金属离子等有毒物质时，还须做最终处理，深埋或投弃 海洋。2. 污泥处置方式 污泥的主要处置方式有1 ） 投海。由于对环境的负面影响（环境和生物受到污染的危险），在美国已经被法律所禁止。在 中国，相信在将来也不能采用污泥海洋投弃法作为处置方式。2 ）填埋。

11、 脱水泥饼直接填埋本身是对资源的严重浪费，此外，还可能对填埋场形成诸多困难： 填埋场一般是一层固废一层覆土，然后进行碾压，以确保更好的空间利用。污泥的高含 水率、高粘度经常使得碾压机械打滑甚至深陷其中，给填埋操作带来困难。污泥的流变性使得填埋体易变形和滑坡， 成为人为的“沼泽地”， 给填埋场带来极大安 全隐患。污泥的高含水率大大增加了填埋场渗滤液处理量，由于污泥细小， 经常堵塞渗滤液收集 系统和排水管，加重了固废坝的承载负荷，给填埋场安全和管理带来困难。清理收集系统的费 用极为昂贵。填埋资源有限，必然导致填埋成本的上升。 填埋法将受到越来越严格的的限制， 在今后数年美国将关闭大部分的污泥填埋场

12、。 直接 填埋污泥浆，所占用的土地非常多，而且由于存在病原体继续繁殖、臭味等问题，尤其在人口 非常稠密的地区这种方法并不实际。因此这种处理方式在中国的沿海发达地区也将行不通。3 ）堆肥化 堆肥是稳定和卫生的产品，但是大规模污泥堆肥存在着许多限制： （ 1）污泥本身不是一个非常好的堆肥物料，降解性差，孔隙率低，含水率高，须添加 大量调理剂来松散污泥，堆肥化处理污泥的量相对很低（经堆肥化处理的大部分是大量的调理 剂），不适合多雨的南方地区。（ 2）堆肥化过程没有实现体积减量化，而且处理、储存、缓冲区占地面积很大。（ 3）臭味处理过程复杂，系统庞大。对于南方多雨的气候，储存和堆肥化的场地和设 施要求

13、高，同样也增加了投资。（4）运行费用较高：供氧、通风和气味处理所需的耗电量大，除虫所需的化学剂量大， 购买大量蓬松调理剂，运输和储存费用大。污泥堆肥不适应于大型处理项目，而且没有大型处理项目在成功运行实例。目前世界上成功运 行的最大的污泥堆肥场，其处理能力为10，000 吨/年。4 ）焚烧焚烧是一个很好的解决方案，尤其：（ 1）污染严重的污泥（例如重金属含量或化学污染物超标的工业污泥）：污泥最终要 实现完全矿化。（ 2）处理规模大（大于 50 000 吨（泥饼） / 年）：规模大，投资省。（ 3）污泥焚烧的投资和运行费用要高于干燥 / 造粒，这是因为：焚烧运行温度高（焚烧 850C，干燥100

14、C）；工艺复杂（还未实现完全自动化运行，需要更多人工，严格的排放限制， 高额的最终二次固废填埋费用）。（ 4）在一些国家公众对焚烧技术的接受程度较低（负面印象：可能对人们身体健康造 成危害的高风险的心理负担）。多级焚烧炉由于其本身固有的缺陷，尾气排放超标，需要补充辅助燃料。因此许多多级 焚烧炉已经被流化床焚烧炉所取代。 即使对于流化床焚烧炉， 只有当水分含量小于为 25%，干污 泥的有机物含量为 75%，即绝干污泥的低位发热值为 4155 Kcal Kg, 并且需要将燃烧空气预热 到 650 度以上时，才无需辅助燃料。但对于中国的市政污泥，其有机物含量大约为50 到 65%，热值为 2400

15、到 3600Kcal/KG 。很显然，如果直接采用现有的流化床焚烧炉来焚烧中国的市政污 泥，补充辅助燃料是不可避免的，只是补充辅助燃料的多少不同，取决于湿污泥的具体的水分 含量和发热值。目前，仅在美国，就有近2 0 0家污水处理厂采用焚烧的方式来处理污泥，处理的污泥 量占全美的总产量的 20。5 ）干燥干燥的优点是非常明显的（ 1）大幅度减小体积，从而减小了储存，处置和运输费用（2）用途灵活：最终产品用途广泛（既可用来做肥料也可用于其它工业工艺过程中的 燃料）（3）最终产品资源化利用：如果干燥污泥本身的重金属和有机污染物等指标达标，污 泥颗粒可用于肥料和土壤改良剂，是干燥厂的主要收入来源之一。（ 4）安全、高效、投资和运行成本低。（5）安全高效的工艺意味着最终产品完全干燥（含固率90%，无尘、无菌、硬度高、密度大的球形颗粒。这样可以确保安全、卫生和低成本的运输、处置、长时间的储存和最终使 用。但干燥也有其问题：（ 1）对于重金属含量高的污泥，如果用做肥料，会带来土壤污染的问题；（2） 污泥作肥料的市场问题。由于污泥的N P、K的含量比化肥低许多，并且公众担 心其危害，市场需要开发。即使在美国，经过多年的宣传，推广，污泥作肥料的市场仍然困难 很大。加拿大的多伦多的干燥污泥要船运到佛罗里达销售；（3） 价格问题。由于以上问题，在美国，吨干污泥的出厂价仅为10到 2