污水處理廠污泥減量化技術
發(fā)布時間：2023-8-9 11:16:42 來源： 作者：
污水處理廠污泥的主要來源及性質，明確污水處理廠污泥減量化、無害化工作急需一套完整的處理體系，無論是在水處理環(huán)節(jié)，還是污泥處理環(huán)節(jié)，均應加強對污泥減量化技術的研究和落實。
在污水處理過程中通過外加酶水解技術、機械處理技術、熱處理技術、熱化學水解技術、電處理技術等技術手段使得細胞破裂，釋放細胞內物質，然后回流到活性污泥池，進一步降解細胞破裂產生的溶解產物，從而實現(xiàn)污泥減量。后污泥減量技術是在污泥產生后，通過污泥厭氧消化、污泥濃縮脫水、污泥干化、污泥焚燒等處理工藝，進一步減少污泥產生量及處置成本。
通過各種污泥減量技術的比選，明確每種技術的優(yōu)缺點，為其他污水處理廠污泥減量工作提供可借鑒意義。 隨著我國城市污水處理率逐步提高和新污水處理廠數(shù)量的增加，污泥產生量也逐漸增大，與此同時，污泥處理的難題也逐漸凸顯出來。我國污泥處理起步較晚，早期的污水處理廠存在“重水輕泥”現(xiàn)象，污泥處理單元不夠完善，污泥的處理、處置是我國水污染控制領域的薄弱環(huán)節(jié)。生物處理是目前污水處理廠采用較多的污水處理方式，該方式會產生大量剩余污泥，這些污泥必須及時有效地進行處理，做到減量化、無害化和綜合利用，從而保證污水處理廠的正常運行，防止污泥造成二次污染。 1 污水處理廠污泥來源及性質 在污水的處理過程中產生大量沉淀物質，包括固體物質、懸浮物、微生物菌體、膠體物質等，這些物質統(tǒng)稱為污泥，因為污泥的不斷產生促進了污染物與水的分離、凈化。通常污泥產生量很大，一般占處理水量的0.3%～0.5%。污泥產生途徑主要有：一是初沉污泥，來源于初沉池，是可沉降固體的物理分離，總固體質量分數(shù)一般為2%～7%。二是二沉污泥，是泥水分離后的濃縮污泥，是微生物生長和惰性有機難降解物質積累的產物，總固體質量分數(shù)一般為0.5%～1.5%。三是化學污泥，由特殊物質（例如磷）或懸浮固體沉降產生。以化學除磷為例，這一過程須要投加一些鹽類，額外產生15%左右的污泥，化學污泥的性質取決于投加的混凝劑類型。四是“三泥”，主要是石油石化企業(yè)污水處理場產生的含油污泥、氣浮浮渣以及剩余活性污泥。含油污泥以及氣浮浮渣因含有一定量的油、黏度大，不容易進行自然沉淀濃縮、脫水;而剩余活性污泥因其含有大量鮮活的微生物，沉降性能較好，易濃縮脫水。 污泥因其含有一定的毒性物質，也被視為危險廢物。衡量污泥的性能指標主要有：含水率、有毒物質、燃燒值、可消化程度、灰分含量等。一般剛產生的污泥含水率在98%～99%左右，難以直接處置，需要先進行污泥濃縮、消化、脫水等初步處理，可使污泥體積大為減少。如含水率在99%的污泥，經濃縮脫水處理后含水率可降到80%，其體積會降到原來體積的二十分之一。通常情況下，含水率在85%以上時，污泥呈流動狀態(tài);含水率在65%～85%之間時，污泥呈塑態(tài);含水率低于60%時，污泥呈固體狀態(tài);含水率低于40%時，污泥呈粉末狀。 2 污水處理廠污泥減量概述 污泥減量是指采用物理方法、化學方法以及微生物法，減少污水處理廠產生的污泥量。污泥減量可在不同污水處理階段進行，在污水處理過程中通過調整生化系統(tǒng)工藝運行參數(shù)以及對部分回流污泥采取減量措施，可稱為原位污泥減量。對污水處理工藝產生的排出系統(tǒng)之外的污泥，可通過污泥濃縮、污泥消化、污泥脫水、污泥干化、污泥焚燒等系統(tǒng)裝置進行污泥減量，此過程稱為后污泥減量。
污泥減量技術按照反應原理的不同大致可分為：胞溶和隱性增長、解偶聯(lián)代謝、內源代謝、微生物捕食等。解偶聯(lián)代謝主要是指，在污泥中投加化學解偶聯(lián)劑如氯代苯等物質，這些解偶聯(lián)劑可以穿過細胞的磷脂層，促進細胞的分解代謝，減少細胞的合成代謝，從而減少污泥產量。內源代謝主要是指，利用較長時間的曝氣或較小的有機物負荷，使細胞分解，產率減少。微生物捕食主要是指，固態(tài)污泥被微生物捕食、消耗，污泥為微生物生長繁殖提供能量，實現(xiàn)污泥減量。胞溶和隱性增長是指，通過外加一定的技術手段，使得細胞壁破裂，細胞內營養(yǎng)物質被釋放，用于相同數(shù)量微生物生長的過程。胞溶和隱性增長是污泥減量使用廣泛的機理，其中迫使細胞壁破裂的技術手段包括：添加或不添加酶制劑的酶水解技術，球磨攪拌、高溫均質等機械處理技術，超聲波處理技術，40～220 ℃熱處理技術，酸、堿或伴隨升溫的化學、熱化學水解技術，臭氧、H2O2或加氯氧化技術，電處理技術等。污泥減量化的效果主要取決于胞溶的效率。 2.1 原位污泥減量 原位污泥減量就是在污水處理工藝中減少污泥產生量，而不是污泥產生后進行末端處理。一般工藝是沉淀池產生的活性污泥，一部分回流到活性污泥曝氣池繼續(xù)參與生化反應，另一部分活性污泥通過外加酶水解、機械處理、熱處理、熱化學水解、電處理等污泥減量技術手段使得細胞破裂，釋放細胞內物質，然后回流至活性污泥曝氣池，進一步降解細胞破裂產生的溶解產物，從而實現(xiàn)污泥減量。 2.2 污泥濃縮 污泥濃縮是指減少污泥的含水率，使污泥濃稠，縮小污泥體積，是污泥脫水前的必要過程。污泥濃縮主要是去除污泥中的間隙水，含水率99.8%的剩余活性污泥，經過濃縮后污泥含水率可降到96%左右，可大大減少污泥的體積和后續(xù)污泥處理難度及費用。污泥濃縮的常用方法有重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮。 重力濃縮主要依靠水與污泥間的密度差，污泥下沉到罐（池）底部排出，水分從泥中分離出來由罐（池）上部排出。重力濃縮是污泥自然壓縮沉淀過程，一般需要較長時間，特別是黏度大污泥濃縮效果較差。對此，一般污水處理廠經常采用污泥加溫的方式，可加速污泥沉淀過程及效果，實現(xiàn)泥水的良好分層。常見的重力濃縮池有二沉池、污泥濃縮罐等。對于密度與水密度接近的污泥，不易實現(xiàn)重力濃縮，可選用氣浮濃縮。氣浮濃縮主要依靠加壓空氣釋放微小氣泡與污泥作用，在混凝劑的作用下，污泥與氣泡黏附形成較大顆粒，懸浮于池體表面，通過刮渣機去除。對于難于脫水的污泥，可采用離心濃縮法。離心濃縮是利用污泥中固體物質與水的比重不同，利用離心力使泥水分離。離心濃縮處理效率遠遠高于重力濃縮，重力濃縮池內十幾個小時達到的濃縮效果，離心濃縮幾分鐘即可達到，且離心濃縮出泥含水率可達94%以下。為提高離心濃縮效果，一般須要加入聚丙烯酰胺等絮凝劑。 2.3 污泥消化 污泥消化其原理主要依靠好氧或厭氧消化的內源代謝作用。內源代謝主要是指當外部可利用的基質消耗殆盡時，一部分細胞出現(xiàn)死亡和溶解，其細胞內存儲的有機物被活細胞利用來維持生命的現(xiàn)象。好氧消化是在有氧的條件下，通過細胞的內源代謝作用，將污泥轉化為二氧化碳和水，以實現(xiàn)污泥減量。厭氧消化是在無氧條件下，通過細胞的內源代謝作用，將污泥轉化為甲烷，以實現(xiàn)污泥減量。一般厭氧消化應用比較普遍。厭氧消化的水解過程緩慢，為此須要提高初始階段的污泥水解作用，加快反應進度，需要在厭氧消化前設置預處理工藝來克服。主要的預處理工藝有：酶水解技術、機械破解、超聲波破解技術、熱解處理、臭氧氧化技術、化學和熱化學水解、強氧化劑氧化技術、電處理技術等。厭氧消化污泥減量的主要工藝流程為，剩余污泥先經過污泥濃縮池，進行泥水分離濃縮，提高污泥濃度，再經過預處理工藝提高初始階段污泥的水解作用和污泥降解速率，然后再進入厭氧消化池，通過內源代謝作用減少污泥產量，最后經過污泥脫水機脫水，減少污泥含水率。 厭氧消化不僅可以減少剩余污泥的污泥量，還可以產生沼氣來回收能源，具有一定的經濟效益。厭氧消化可在中溫條件（33～35 ℃）或高溫（53～55 ℃）條件下進行，通過預處理工藝提高污泥的水解率后，促進了污泥的減量和沼氣的產生。在中溫厭氧消化中可降解約40%～45%的有機質，TSS的降解率約為30%。 2.4 污泥脫水 污泥經濃縮、消化處理后其污泥含水率仍然在95%以上，體積很大，須要對污泥進行進一步脫水操作。脫水主要是去除污泥中的吸附水和毛細水，脫水后污泥含水率可達到60%～85%，形成泥餅，失去流動性。 污泥脫水的方法有自然干化法和機械脫水法。自然干化既是將污泥平鋪于地面，依靠滲透和蒸發(fā)使污泥干化的方法。根據污泥的性質和氣候條件的不同，污泥經過一周到幾周的自然干化后，含水率可降到70%。自然干化法能耗較低，但因占地面積大、存在大氣污染、受氣候條件影響較大等問題，使自然干化法的推廣受到限制。目前采用較多是機械脫水法，如選用真空過濾脫水、壓濾脫水、離心脫水。機械脫水法須要對污泥進行脫水前的預處理。預處理的方法有很多，其中應用廣泛的是加藥調理。加藥調理是指向污泥中投加化學藥劑，使污泥改變膠體結構，減少污泥與水的親和力，提高污泥的脫水性能。機械脫水法占地面積小，脫水效果穩(wěn)定，可實現(xiàn)連續(xù)生產運行。實際生產中，常將污泥濃縮與機械脫水組合使用，可大大提高污泥脫水效果，減少后續(xù)污泥處理難度。 2.5 污泥干化 經機械脫水后的污泥含水率一般在60%～85%，若直接外運處理則需要很高的處置費用，因此須要對脫水后的污泥進行干化處理，使其污泥含水率減少到40%以下，以提高污泥熱值，減少污泥總質量，為下一步污泥外運或污泥焚燒奠定基礎。 污泥干化是污泥深度脫水的一種形式，是污泥焚燒的預處理裝置。污泥干化主要是去除污泥中的間隙水、毛細結合水、表面黏附水和內部水，采用的能源主要是熱能。根據熱介質的不同可分為，電能污泥干化法、熱水干化法、蒸汽干化法、太陽能干化法、天然氣干化法、爐窯煙氣余熱污泥干化法。實際生產中蒸汽干化法應用比較廣泛。蒸汽干化法是利用蒸汽作為能源，使污泥中的水分蒸發(fā)，減少污泥含水率，實現(xiàn)污泥減量目的。不同污泥干化技術，均有其不同的特點，但普遍存在的是現(xiàn)場異味問題，須進行氣味回收處理。某化工廠選用傘式蒸汽干化技術，處理污水處理場60%～85%脫水后污泥，污泥處理量2t·h-1。經過近兩年來的運行，污泥干化后含水率可達到30%左右，基本實現(xiàn)了最初的設計目的。但現(xiàn)場運行中仍存在以下問題，值得借鑒：①蒸汽采用低壓蒸汽，溫度低，換熱效率低，特別是對于含水率高的污泥處理效果不理想;②干料污泥螺旋輸送機故障率高，主要是污泥堵塞螺旋軸，造成軸彎曲、故障停機;③現(xiàn)場及周邊環(huán)境臭味污染嚴重，須進行VOCS處理;④干污泥裝卸袋、車粉塵污染嚴重，須考慮密閉的機械化裝車方式。 2.6 污泥焚燒 污泥焚燒是使污泥在高溫下燃燒，將污泥中的水分、有機物全部去除的方法。焚燒后，污泥本身變?yōu)榛覡a，S、N、金屬和其他元素被轉變成各種產物，污泥含水率為零。該方法不但大大減少了污泥的體積和質量，而且殺死一切病原體，使污泥不再具有污染能力，實現(xiàn)了污泥的無害化。爐內停留時間、燃燒溫度、氧含量以及污泥水分和污泥熱值是污泥焚燒的主要控制因素，對污泥焚燒的效果有很大影響。 1）停留時間。為保證污泥的充分燃燒，必須使污泥在燃燒室中有足夠的停留時間，具體可根據污泥的含碳組分、熱值等情況確定。 2）溫度。燃料只有達到著火溫度，才能與氧氣反應燃燒，因此燃燒室溫度必須保持在燃料起燃溫度以上。 3）氧氣。氧氣是污泥燃燒的助燃物質，氧氣含量越高，污泥越易燃燒。 4）污泥水分。污泥焚燒時水分受熱蒸發(fā)，水分不斷置換，能量消耗增多。 5）污泥熱值。污泥熱值的高低由可燃質的含量決定。污泥的可燃成分越多，熱值越高，燃燒效果越好。 目前，污泥的焚燒方式有單獨焚燒、混合焚燒兩大類。單獨焚燒須要對含水率高的污泥進行熱干化處理，否則污泥焚燒困難，需要在爐內停留較長時間?；旌戏贌m用于污泥熱值較低污泥，可通過摻雜富氧空氣、富余的干氣等輔助燃料，提高焚燒效率。 污泥焚燒設備主要是焚燒爐，主要有流化床爐、回轉爐、立式爐及立式多段爐等多種爐型。國內現(xiàn)已運行的污泥焚燒爐多為流化床焚燒爐，其能夠滿足物料混合要求，提供充足熱量，實現(xiàn)徹底燃燒。嚴格控制焚燒時間及焚燒溫度，可以有效控制有毒氣體的產生?；以俏勰喾贌蟮漠a物，可以再次利用制成建筑用磚等，從而實現(xiàn)了污泥這一危險廢物的零污染、零排放，完成了污泥處置的良性閉環(huán)管理。 污泥處理是保證污水處理廠良好運行的重要環(huán)節(jié)，減少污泥產量，使污泥能夠穩(wěn)定化、無害化及綜合利用是企業(yè)追求的目標。但在中國無害化及綜合利用缺乏處置手段，研究發(fā)現(xiàn)污泥農用、污泥堆肥等方法因土地板結、肥效低下等問題，在國內并沒有得到推廣，中國目前主要的污泥處置方式為污泥填埋（占90%），而隨著污泥產量的增加，填埋場地問題也越來越突出，大多城市已經出現(xiàn)無地填埋的尷尬處境，導致污泥處置的費用越來越高，所以污水處理廠污泥減量化急需一套完整的處理體系，無論是在水處理環(huán)節(jié)，還是污泥處理環(huán)節(jié)，均應加強對污泥減量化技術的研究和落實，推動污泥資源化進程。污泥焚燒可以作為污泥減量化、資源化的一種技術手段，可根據污泥熱值情況，進行單獨焚燒或者混合摻燒。但污泥焚燒還存在一些弊端，需要市場反復的驗證，以及更深一步的研究與探討。