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談城市污水處理中污泥處理的可持續(xù)性分析
摘要:作為一個先決條件,污泥至少應當是穩(wěn)定的,在實際運行上即是要求沒有臭味。當?shù)鼗驅淼姆煽赡芤髸?污泥可能被要求消毒/巴氏除菌。消毒要求達到一個強制的目標:病原體如腸道病毒、傷寒菌、線蟲、寄生蟲卵等在處理后的樣品中應當檢測不到。
關鍵詞:污泥;處理;工藝;分析
1 污泥處理的思路
由于城市污水和工業(yè)污水收集率的提高和污水處理效率的改進(如化學法除磷可使污泥量增加30%),使得在世界范圍內污泥總量急劇增加。
土地應用仍是污泥處置中可持續(xù)發(fā)展的一條出路,主要取決于如下因素:
碳和營養(yǎng)物的回用;
周圍有無農(nóng)業(yè)用地及其距離;
低投入和運行花費;
嚴格的法律規(guī)定和控制程序以保證污泥安全和有肥效。
然而,根據(jù)實際情況或當?shù)匾?guī)定,污泥生產(chǎn)者在土地應用前不得不進行高級,更昂貴的處理以滿足進一步的要求,如堆肥、高溫消化處理或高溫消毒。
但是,很大一部分污泥因為顯而易見的原因不能用于農(nóng)業(yè),如微污染物、病菌超標或缺乏肥效、距離太遠等等。有時也可能由于公眾的不信任而不被接受。這樣,污泥或被填埋或通過高溫氧化硝毀。
2 污泥處理的可持續(xù)性戰(zhàn)略
在進行任何技術研究之前,應先對公眾是否接受進行評估。即使是從技術、成本和環(huán)境影響方面來講都是最好的處理方法,也可能由于沒有很好的向公眾進行解釋而遭到否定。不管最終處理方法是什么,能確定的是將來的處理應是安全、環(huán)保(保護人和動植物)并且應當增值(物質和/或能源的回收)。為了這些目的,污泥處理應減小污泥體積,改進污泥質量,減少有害物的排放。
本文將簡介一些重要工藝,以滿足運營者的需要,并且其中涉及到其他技術或法規(guī)約束問題。
2.1 土地應用的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略
為一個先決條件,污泥至少應當是穩(wěn)定的,在實際運行上即是要求沒有臭味。當?shù)鼗驅淼姆煽赡芤髸?污泥可能被要求消毒/巴氏除菌。消毒要求達到一個強制的目標:病原體如腸道病毒、傷寒菌、線蟲、寄生蟲卵等在處理后的樣品中應當檢測不到。
生物處理。利用生物工藝處理揮發(fā)性污泥。如厭氧消化(AD)、自養(yǎng)好氧消化(ATAD)工藝。
化學處理。抑制腐敗揮發(fā)性有機物的降解。如酸性亞硝酸鹽SAPHYRTM工藝。
物理處理。抑制腐敗揮發(fā)性有機物的降解。如污泥焚燒。
這些工藝大部分都有穩(wěn)定和消毒,但是消毒的程度取決于一些參數(shù)如HRT(水力停留時間)或化學投加量。
顯然熱氧化工藝遠遠超出了污泥穩(wěn)定、消毒和巴氏消毒的要求。因為有機物被完全或幾乎完全消解。
污泥的生物穩(wěn)定
液態(tài)(濃縮后):消化
我們最熟悉的是傳統(tǒng)的污泥處理方法——消化,它可以減少產(chǎn)泥量。無論好氧或厭氧,它都涉及到很多的能量。目前多數(shù)較大的處理廠或地區(qū)污泥中心都是采用該種方法,此種工藝在數(shù)量上還是領先的。同時,其他一些操作或在消化前或在消化后,也提供了強化的處理能力。
附著態(tài)污泥(脫水后):堆肥
堆肥是現(xiàn)有的唯一可以把污泥從廢物變成產(chǎn)品的工藝,并被很多嚴格規(guī)定或標準認可。因為污泥變成一種新產(chǎn)品,容易操作(可堆積)而無味,消毒良好并且較干燥。這種工藝越來越流行。另一方面,由于它不減少最終的體積,需要很大的占地面積和較多人員。而且,為了滿足新規(guī)定中(臨時EU標準或EPA A級)關于消毒和氣味的要求,與傳統(tǒng)的“粗糙”工藝如曝氣靜態(tài)堆相比,需要更先進的工藝如“攪拌式反應廊道”,它影響最終的運行費用。
這個工藝主要是通過一個移動的輪子攪拌并推動混合物,同時鼓風機在曝氣,加速的生物降解產(chǎn)生一個均勻的泥堆�？偟耐Ａ魰r間可以減小到2周,消毒效果非常好。
污泥的化學穩(wěn)定。污泥的化學穩(wěn)定主要是通過一個投加裝置對待穩(wěn)定污泥投加化學藥劑,以防止發(fā)酵和氣味。大計量投加可使病原體衰減。這種工藝一般投資便宜并且容易操作。但是,泥量不會減少,并且運行費用較高。
這兩種工藝不相互排斥,填埋土地的性質決定著工藝的選用:如果土壤是酸性的,則可以選擇加石灰,但如果土壤是堿性的,則SAPHYRTM工藝可能更適合,因為它操作簡單,運行費用省。
污泥的物理穩(wěn)定——加熱干燥。加熱干燥主要是通過熱驅動力除去剩余的自由水和鍵連接水。根據(jù)加熱的媒介的不同,加熱干燥可分為兩可分為兩種:一種是氣態(tài)在高溫和湍流狀態(tài)下流過干燥器(直接加熱),一種是用加熱液體(通常是蒸汽或加壓的水)傳遞熱量給污泥,通過干燥器的加熱壁(間接干燥)。加熱干燥的目的是使到達下游的污泥具有焚燒的熱持續(xù)性(一般30~35%)或者是容易處理和儲存的干燥污泥(60%)。如果要達到長時間的穩(wěn)定(幾個月),干固體含量應達到90%或更多(最終干燥),而且顆粒的狀態(tài)也是容易操作使用的(包括農(nóng)田應用)。另一個最終干燥的優(yōu)點是它可以方便的面對各種最終的處理方法,如農(nóng)田應用、焚燒后用于水泥生產(chǎn)、或城市垃圾焚燒。它的缺點:第一是運行費用高,尤其是能源消耗,一般在熱干燥中,每蒸發(fā)一噸水需要3400MJ的熱量。但在脫水步驟中,除去一噸水只要6MJ(電能);第二需要較多工作人員來清除死角中的粉末以防止火災。
2.2 可持續(xù)性熱氧化戰(zhàn)略
焚燒。流化床焚燒爐(FBF)就工藝性能來講,被證明是焚燒污泥最好的方法(湍流方式,燃燒后高達850度的溫度)。而且它運行可靠(在爐內沒有轉動部分)。在40年的時間里,威望迪公司已經(jīng)在全世界范圍內建造了幾十座流化床焚燒爐(如歐盟、俄羅斯、土耳其)。
通常,在穩(wěn)定狀態(tài)不需要添加額外的燃料,熱平衡的持續(xù)性是可以達到的。如果污泥的熱值LCV太低(如低揮發(fā)性固體和/或固體含量),尾氣/氣熱交換器應該足夠大以增加風室的溫度。如果達不到(如延時曝氣的污泥含20%DS),則需要在前面加熱干燥。
關于干灰的處置,對于沒有工業(yè)污染的純市政污泥,重金屬不是問題。因為灰是以氧化物形式存在,他們滲透性不強,所以可以回用作水泥,用于工業(yè)和道路建設。
最后的副產(chǎn)物是酸步驟的清除。由于重金屬的污染,他們只能填埋在特殊的地方,但數(shù)量很小。
與城市固體廢物共同焚燒。為了減少投資,城市垃圾和市政污泥通常用一個焚燒爐。通常,一個人口當量每天產(chǎn)生150~250克的脫水后粘性污泥和1~3公斤的垃圾。根據(jù)焚燒爐的設計,可以通過10~25%(泥/垃圾)的粘性污泥來控制爐子的溫度。為了達到最優(yōu)化的燃燒,并且不會由于未燃燒的有機污泥污染熟料, 可以用處理能力為1m3/h的 PyromixTM 設備,通過壓縮空氣把污泥轉成滴狀污泥。實際上,這種運行方式只有在污水廠離城市垃圾焚燒爐較近時有利,否則處理運輸?shù)馁M用將很高。此時污泥只在系統(tǒng)需要時作為控制流使用。
濕式空氣氧化法。威望迪水務系統(tǒng)研發(fā)的ATHOSTM設備在“中性”溫度(240度)和壓力(45巴)條件下被證明是高效的。80%的總COD被氧化,剩下20%是可溶的和高度可生物降解的。不需要后續(xù)脫水步驟,廢氣沒有毒性,固體礦物副產(chǎn)品包含重金屬是以一種不可滲透形式存在的。它們可以用于道路建設。而且液態(tài)部分,含有可生物降解的COD,可以很方便的用作污水廠的反硝化的碳源。
污泥中的有機氮先降解成可溶性的氨。這些氨,部分被吹脫后通過催化反應轉換成氮氣進入大氣。
結論
激烈的競爭、嚴格的規(guī)范和環(huán)境保護的需要要求不斷開發(fā)新的工藝或用更為有效的工藝。對一個具體的項目,通過對工藝的合理選用可以滿足用戶的要求,需要考慮的是該工藝要能保護環(huán)境,造福于人,要能優(yōu)化物質和能源的回收利用,以達到可持續(xù)性的發(fā)展的目的。
參考文獻
[1]李玉祥.污泥處理工藝技術分析《城市供排水》,2005.08.
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