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國際上常用的污泥處置方法大總結
- 2019-07-04 -

污泥主要是水,從液體污水中除去較少量的固體物質。初級污泥包括在初級澄清器中初級處理期間除去的可沉降固體。在二級澄清池中分離的二級污泥包括來自二級處理生物反應器的處理過的污水污泥。

污泥處理的重點是減少污泥重量和體積,以降低處置成本,并降低處置方案的潛在健康風險。除水是重量和體積減少的主要手段,而病原體破壞通常通過在嗜熱消化,堆肥或焚燒期間加熱來實現。

污泥處理方法的選擇取決于産生的污泥量,并比較可用處置方案所需的處理成本。風幹和堆肥可能對農村社區具有吸引力,而有限的土地供應可能使有氧消化和機械脫水成為城市的首選,規模經濟可能會鼓勵大城市地區的能源回收替代方案。

在厭氧消化或幹污泥焚燒過程中,可以通過沼氣生産從污泥中回收能量,但輸出的能量通常不足以蒸發污泥中的水分或為脫水所需的電動鼓風機、泵或離心機提供動力。粗一、二級污泥可能包括通過吸附在澄清池污泥中的固體顆粒而從液态污水中去除的有毒化學品。減少污泥體積可能會增加污泥中某些有毒化學品的濃度。

01 生物固體

“生物固體”是一個常用于污水工程出版物和當地水務部門公共關系工作的術語,當污泥經過适當的處理過程後,他們希望将重點放在污水污泥的再利用上。事實上,生物固體被定義為有機廢水固體,可在穩定過程(如厭氧消化和堆肥)後重複使用。

“生物固體”一詞由美國水環境聯合會于1998年提出。然而,有些人認為,這個術語是一種“宣傳”(或至少是委婉的說法),用來隐藏這樣一個事實:當将處理過的污泥用于環境時,污水污泥中也可能含有對環境有害的物質。土地,如環境持久性藥物污染物。

02 處理過程

1、濃縮

濃縮通常是污泥處理過程的第一步。可以攪拌來自初級或二級澄清器的污泥(通常在添加澄清劑之後)以形成更大,更快的沉降聚集體。初級污泥可以增稠至約8或10%固體,而次級污泥可以增稠至約4%固體。增稠劑通常類似于添加攪拌機制的澄清劑。固體含量低于10%的稠化污泥可以進行額外的污泥處理,而液體增稠劑溢出回到廢水處理過程。

2、脫水

通過離心,過濾和/或蒸發可以降低污泥的含水量,以降低處理的運輸成本,或改善堆肥的适用性。離心可以是減少污泥體積以用于随後過濾或蒸發的預備步驟。過濾可以通過沙子幹燥床中的滲透物或作為帶式壓濾機中的單獨機械過程進行。通常将濾液和濃縮物返回污水處理過程。脫水後,污泥可以作為含有50%至75%水的固體處理。具有較高水分含量的脫水污泥通常作為液體處理。

3、側流處理技術

污泥濃縮或脫水污泥處理技術有兩種産品:增厚或脫水污泥、稱為污泥處理溶液的液體部分、污泥脫脂、液體、濃縮(如果來自離心機)、過濾器(如果它來自帶式過濾器)或類似的東西。這種液體由于氮和磷含量高,需要進一步處理,特别是在污泥已被厭氧消化的情況下。處理可以在污水處理廠本身進行(通過循環液體到處理過程的開始)或作為一個單獨的過程。

4、磷回收

處理污泥脫脂的一種方法是使用同樣用于磷回收的方法。污水處理廠操作人員處理污泥以回收磷的另一個優點是,它可以減少堵塞的鳥糞形成管、泵和閥的大小。這些障礙可能是維護頭痛,特别是對于污水污泥中磷含量升高的生物營養去除設備。

例如,加拿大公司Ostara Nutrient Recovery Technologies正在推廣一種基于流化床反應器中磷的受控化學沉澱的方法,該反應器從污泥脫水流中回收晶體顆粒形式的鳥糞石。得到的結晶産品以注冊商品名“Crystal Green”出售給農業,草坪和觀賞植物作為肥料。

5、消化

許多污泥通過各種消化技術進行處理,目的是減少固體中有機物的含量和引起疾病的微生物的數量。最常見的處理方法包括厭氧消化、好氧消化和堆肥。通過将污泥體積減少近50%,并将沼氣作為一種寶貴的能源,污泥消化提供了顯著的成本優勢。

1)厭氧消化

厭氧消化是一種沒有氧氣的細菌過程。該過程可以是嗜熱消化,即污泥在槽中以55°c的溫度發酵,或在中等溫度下以36°c左右的溫度發酵。雖然允許較短的滞留時間(因此允許更小的罐),但就加熱污泥的能耗而言,熱消化更昂貴。

嗜溫厭氧消化(MAD)也是處理污水處理廠産生的污泥的常用方法。将污泥送入大型罐中并保持至少12天,以使消化過程進行消化污泥所需的四個階段。這些是水解,産酸,産乙酸和産甲烷。在這個過程中,複雜的蛋白質和糖被分解形成更簡單的化合物,如水,二氧化碳和甲烷。

厭氧消化産生高比例的甲烷和甲烷,可用于加熱罐和運行發動機或其他現場工藝的微型渦輪機。甲烷的形成是厭氧過程的一個關鍵優勢。主要的缺點是這個過程需要很長的時間(長達30天)和很高的資本成本。許多大型場地使用沼氣加熱能源和電力,并使用發電機的冷卻水将消化設備的溫度維持在所需的353攝氏度。這樣,就可以産生足夠的能量來産生比機器需要的更多的電能。

2)好氧消化

好氧消化是一種細菌在有氧的情況下進行的消化過程,類似于活性污泥法的延續。在有氧條件下,細菌迅速消耗有機物并将其轉化為二氧化碳。當有機物缺乏時,細菌死亡,并被其他細菌用作食物。這一階段的過程稱為内源性呼吸。在這一階段會發生固體還原。由于好氧消化比厭氧消化快得多,好氧消化的資金成本較低。然而,好氧消化的運行成本更具特點,這是因為鼓風機、泵和電機向工藝中添加氧氣所消耗的能量。然而,最近的技術進步包括使用天然氣進行曝氣,而不是機電式非電動曝氣過濾系統。

還可以通過使用擴散系統或射流曝氣器氧化污泥來實現好氧消化。細泡擴散器通常是更具成本效益的擴散方法,然而,由于沉積物沉積到較小的孔中,堵塞通常是一個問題。粗泡擴散器更常用于活性污泥池或絮凝階段。選擇擴散器類型的關鍵部分是确保它産生所需的氧氣轉移率。

6、堆肥

堆肥是混合污泥和碳的農業副産品來源,如木屑、稻草或好氧木屑。在氧氣存在下,細菌消化污水污泥和植物材料産生熱量,殺死緻病微生物和寄生蟲。

維持氧氣含量為10至15的有氧狀态需要填充物,使空氣在細污泥固體中循環。硬材料,如玉米芯,堅果殼,砍碎的樹木,木材或造紙廠樹皮可以更好地分離污泥通風,而不是柔軟的葉子和剪草。粉碎輪胎等輕型、生物惰性填料可用于提供作為主要碳來源的小型、柔軟植物材料的結構。

通過将預堆肥污泥的絕緣毯放置在充氣堆肥堆上,可以有助于均勻地分布病原體的殺滅溫度。堆肥混合物的初始含水量應為約50%;然而,溫度可能不足以減少病原體,并且濕污泥或沉澱将導緻堆肥具有大于60%的水分含量。堆肥混合物可堆疊在具有内置空氣管道的混凝土墊上,并由一層未混合的填料覆蓋。通過使用曝氣鼓風機将真空抽吸通過堆肥管線,通過下面的管道,并在水分含量達到70%時排出先前堆肥的污泥過濾器,可以使氣味最小化。蓄積在涵管中的液體可以返回污水處理廠;

在縮短了病原菌的堆肥間隔後,可對堆肥進行篩選,以回收未消化的填料進行再利用,通過篩網過濾的堆肥固體可作為土壤改良材料,其效益與泥炭相似。堆肥混合物的最佳初始C/N比為26-30:1;但是,通過将污泥中有毒化學品的濃度稀釋到預期堆肥使用的可接受水平,可以确定農業副産品的堆肥比。

雖然大多數農業副産品的毒性很低,但郊區的草堆可能含有有害于某些農業用途的殘留除草劑;含有新鮮堆肥的木材副産品可能含有植物毒素,阻止幼苗發芽,直到土壤真菌解毒。

7、焚燒

由于空氣排放問題和燃燒低熱值污泥和蒸發殘餘水所需的加油(通常是天然氣或燃料油),污泥焚燒不太常見。在幹固體基礎上,污泥的燃料值範圍從大約9,500 Btu /磅(980 cal / g)未消化污水污泥到2,500 Btu每分鐘消化的初級污泥(260 cal / g)。

台階式多焚燒爐和高停留時間的流化床焚燒爐是最常用的污泥焚燒系統。在城市垃圾發電中,工廠偶爾會發生共燃,假設固體廢物已經存在,不需要輔助燃料,這種選擇是便宜的。

焚燒往往使剩餘的固體灰燼中的重金屬濃度最大化,需要進行處理;然而,将濕式洗滌廢水返回污水處理過程的選擇可以通過提高污水處理廠廢水中溶解鹽的濃度來減少空氣排放。

8、幹燥床

簡單的污泥幹燥床在許多國家使用,特别是在發展中國家,因為它們是一種廉價且簡單的污水污泥幹燥方法。必須捕獲排水;幹燥床有時被覆蓋但通常沒有被覆蓋。在幹燥過程的初始階段轉動污泥的機制也可在市場上獲得。

幹燥床通常由四層礫石和沙子組成。第一層是15至20厘米厚的粗砂礫。其次是10厘米厚的細砂礫。第三層是沙子,可以在10到15厘米之間,用作污泥和礫石之間的過濾器。污泥幹燥,水滲透到第一層,第一層收集所有層下面的排水管。

9、新興技術

從污水污泥或污泥脫水流中回收磷已引起越來越多的關注,尤其是在瑞典、德國和加拿大,因為磷是一種有限的資源(也稱為“峰值磷”),它需要用作肥料來滿足日益增長的世界人口。廢水或污泥中的磷回收方法可根據所用物質(廢水、污泥、消化或未消化的污泥、灰)的來源或回收過程的類型(沉澱、濕-)進行分類。化學萃取沉澱,熱處理。自2003年以來,瑞典和德國對污水污泥中磷的回收進行了研究。然而,由于目前磷在世界市場上的價格,目前正在開發的技術并不具有成本效益。

全向處理器是目前正在開發的用于處理污水污泥的過程以及如果輸入材料具有正确的幹燥水平則可以産生的剩餘電能。

熱解從加熱到250攝氏度并壓縮到40兆帕的污泥中産生輕烴。

水解是将污泥高壓沸騰與快速減壓相結合的兩階段過程。這種組合可以溶解污泥,使其更具生物降解性,從而提高消化性能。消毒可破壞污泥中的病原體,使其超過土地使用(農業)的嚴格要求。歐洲、中國和北美的污水處理廠都有熱水解系統,可以産生電力和高質量的污泥。

10、處置或用作肥料

當産生液體污泥時,可能需要進一步處理以使其适合于最終處置。通常将污泥濃縮和/或脫水以減少在場外運輸以進行處置的體積。一種降低含水量的方法包括在幹燥床中進行瀉湖以産生可以施加到地面或焚燒的蛋糕;壓榨,通過布篩機械過濾污泥,産生堅固的蛋糕;離心固體和液體以使污泥變稠。污泥可以通過液體注入土地或通過填埋處理進行處理。

沒有辦法完全消除處理經處理的污水污泥的需要。

來自商業或工業地區的大量污泥受到工業加工排放到下水道的有毒物質的污染。此類物質濃度的上升可能使污泥不适合農業使用,因此可能需要焚燒或處置到垃圾填埋場。