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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(gè)先決條件,污泥至少應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)定的,在實(shí)際運(yùn)行上即是要求沒有臭味。當(dāng)?shù)鼗驅(qū)?lái)的法律可能要求會(huì)更高:污泥可能被要求消毒/巴氏除菌。消毒要求達(dá)到一個(gè)強(qiáng)制的目標(biāo):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(yīng)當(dāng)檢測(cè)不到。
關(guān)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(jìn)(如化學(xué)法除磷可使污泥量增加30%),使得在世界范圍內(nèi)污泥總量急劇增加。
土地應(yīng)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(yíng)養(yǎng)物的回用;
周圍有無(wú)農(nóng)業(yè)用地及其距離;
低投入和運(yùn)行花費(fèi);
嚴(yán)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(shí)際情況或當(dāng)?shù)匾?guī)定,污泥生產(chǎn)者在土地應(yīng)用前不得不進(jìn)行高級(jí),更昂貴的處理以滿足進(jìn)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?yàn)轱@而易見的原因不能用于農(nóng)業(yè),如微污染物、病菌超標(biāo)或缺乏肥效、距離太遠(yuǎn)等等。有時(shí)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(guò)高溫氧化硝毀。
2 污泥處理的可持續(xù)性戰(zhàn)略
在進(jìn)行任何技術(shù)研究之前,應(yīng)先對(duì)公眾是否接受進(jìn)行評(píng)估。即使是從技術(shù)、成本和環(huán)境影響方面來(lái)講都是最好的處理方法,也可能由于沒有很好的向公眾進(jìn)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(lái)的處理應(yīng)是安全、環(huán)保(保護(hù)人和動(dòng)植物)并且應(yīng)當(dāng)增值(物質(zhì)和/或能源的回收)。為了這些目的,污泥處理應(yīng)減小污泥體積,改進(jìn)污泥質(zhì)量,減少有害物的排放。
本文將簡(jiǎn)介一些重要工藝,以滿足運(yùn)營(yíng)者的需要,并且其中涉及到其他技術(shù)或法規(guī)約束問(wèn)題。
2.1 土地應(yīng)用的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略
為一個(gè)先決條件,污泥至少應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)定的,在實(shí)際運(yùn)行上即是要求沒有臭味。當(dāng)?shù)鼗驅(qū)?lái)的法律可能要求會(huì)更高:污泥可能被要求消毒/巴氏除菌。消毒要求達(dá)到一個(gè)強(qiáng)制的目標(biāo):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(yīng)當(dāng)檢測(cè)不到。
生物處理。利用生物工藝處理?yè)]發(fā)性污泥。如厭氧消化(AD)、自養(yǎng)好氧消化(ATAD)工藝。
化學(xué)處理。抑制腐敗揮發(fā)性有機(jī)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(jī)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(shí)間)或化學(xué)投加量。
顯然熱氧化工藝遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了污泥穩(wěn)定、消毒和巴氏消毒的要求。因?yàn)橛袡C(jī)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(wú)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(lǐng)先的。同時(shí),其他一些操作或在消化前或在消化后,也提供了強(qiáng)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(yán)格規(guī)定或標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可。因?yàn)槲勰嘧兂梢环N新產(chǎn)品,容易操作(可堆積)而無(wú)味,消毒良好并且較干燥。這種工藝越來(lái)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(shí)EU標(biāo)準(zhǔn)或EPA A級(jí))關(guān)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(jìn)的工藝如“攪拌式反應(yīng)廊道”,它影響最終的運(yùn)行費(fèi)用。
這個(gè)工藝主要是通過(guò)一個(gè)移動(dòng)的輪子攪拌并推動(dòng)混合物,同時(shí)鼓風(fēng)機(jī)在曝氣,加速的生物降解產(chǎn)生一個(gè)均勻的泥堆�？偟耐Ａ魰r(shí)間可以減小到2周,消毒效果非常好。
污泥的化學(xué)穩(wěn)定。污泥的化學(xué)穩(wěn)定主要是通過(guò)一個(gè)投加裝置對(duì)待穩(wěn)定污泥投加化學(xué)藥劑,以防止發(fā)酵和氣味。大計(jì)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(huì)減少,并且運(yùn)行費(fèi)用較高。
這兩種工藝不相互排斥,填埋土地的性質(zhì)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?yàn)樗僮骱?jiǎn)單,運(yùn)行費(fèi)用省。
污泥的物理穩(wěn)定——加熱干燥。加熱干燥主要是通過(guò)熱驅(qū)動(dòng)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(guò)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(guò)干燥器的加熱壁(間接干燥)。加熱干燥的目的是使到達(dá)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(chǔ)存的干燥污泥(60%)。如果要達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定(幾個(gè)月),干固體含量應(yīng)達(dá)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(yīng)用)。另一個(gè)最終干燥的優(yōu)點(diǎn)是它可以方便的面對(duì)各種最終的處理方法,如農(nóng)田應(yīng)用、焚燒后用于水泥生產(chǎn)、或城市垃圾焚燒。它的缺點(diǎn):第一是運(yùn)行費(fèi)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(lái)清除死角中的粉末以防止火災(zāi)。
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(lái)講,被證明是焚燒污泥最好的方法(湍流方式,燃燒后高達(dá)850度的溫度)。而且它運(yùn)行可靠(在爐內(nèi)沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部分)。在40年的時(shí)間里,威望迪公司已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)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(dá)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(yīng)該足夠大以增加風(fēng)室的溫度。如果達(dá)不到(如延時(shí)曝氣的污泥含20%DS),則需要在前面加熱干燥。
關(guān)于干灰的處置,對(duì)于沒有工業(yè)污染的純市政污泥,重金屬不是問(wèn)題。因?yàn)榛沂且匝趸镄问酱嬖?他們滲透性不強(qiáng),所以可以回用作水泥,用于工業(yè)和道路建設(shè)。
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(gè)焚燒爐。通常,一個(gè)人口當(dāng)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(shè)計(jì),可以通過(guò)10~25%(泥/垃圾)的粘性污泥來(lái)控制爐子的溫度。為了達(dá)到最優(yōu)化的燃燒,并且不會(huì)由于未燃燒的有機(jī)污泥污染熟料, 可以用處理能力為1m3/h的 PyromixTM 設(shè)備,通過(guò)壓縮空氣把污泥轉(zhuǎn)成滴狀污泥。實(shí)際上,這種運(yùn)行方式只有在污水廠離城市垃圾焚燒爐較近時(shí)有利,否則處理運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用將很高。此時(shí)污泥只在系統(tǒng)需要時(shí)作為控制流使用。
濕式空氣氧化法。威望迪水務(wù)系統(tǒng)研發(fā)的ATHOSTM設(shè)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(shè)。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(jī)氮先降解成可溶性的氨。這些氨,部分被吹脫后通過(guò)催化反應(yīng)轉(zhuǎn)換成氮?dú)膺M(jìn)入大氣。
結(jié)論
激烈的競(jìng)爭(zhēng)、嚴(yán)格的規(guī)范和環(huán)境保護(hù)的需要要求不斷開發(fā)新的工藝或用更為有效的工藝。對(duì)一個(gè)具體的項(xiàng)目,通過(guò)對(duì)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(hù)環(huán)境,造福于人,要能優(yōu)化物質(zhì)和能源的回收利用,以達(dá)到可持續(xù)性的發(fā)展的目的。
參考文獻(xiàn)
[1]李玉祥.污泥處理工藝技術(shù)分析《城市供排水》,2005.08.
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