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国际上常用的污泥处置方法大总结

- 2019-07-04-

污泥主要是水,从液体污水中除去较少量的固体物质。初级污泥包括在初级澄清器中初级处理期间除去的可沉降固体。在二级澄清池中分离的二级污泥包括来自二级处理生物反应器的处理过的污水污泥。

污泥处理的重点是减少污泥重量和体积,以降低处置成本,并降低处置方案的潜在健康风险。除水是重量和体积减少的主要手段,而病原体破坏通常通过在嗜热消化,堆肥或焚烧期间加热来实现。

污泥处理方法的选择取决于产生的污泥量,并比较可用处置方案所需的处理成本。风干和堆肥可能对农村社区具有吸引力,而有限的土地供应可能使有氧消化和机械脱水成为城市的首选,规模经济可能会鼓励大城市地区的能源回收替代方案。

在厌氧消化或干污泥焚烧过程中,可以通过沼气生产从污泥中回收能量,但输出的能量通常不足以蒸发污泥中的水分或为脱水所需的电动鼓风机、泵或离心机提供动力。粗一、二级污泥可能包括通过吸附在澄清池污泥中的固体颗粒而从液态污水中去除的有毒化学品。减少污泥体积可能会增加污泥中某些有毒化学品的浓度。

01 生物固体

“生物固体”是一个常用于污水工程出版物和当地水务部门公共关系工作的术语,当污泥经过适当的处理过程后,他们希望将重点放在污水污泥的再利用上。事实上,生物固体被定义为有机废水固体,可在稳定过程(如厌氧消化和堆肥)后重复使用。

“生物固体”一词由美国水环境联合会于1998年提出。然而,有些人认为,这个术语是一种“宣传”(或至少是委婉的说法),用来隐藏这样一个事实:当将处理过的污泥用于环境时,污水污泥中也可能含有对环境有害的物质。土地,如环境持久性药物污染物。

02 处理过程

1、浓缩

浓缩通常是污泥处理过程的第一步。可以搅拌来自初级或二级澄清器的污泥(通常在添加澄清剂之后)以形成更大,更快的沉降聚集体。初级污泥可以增稠至约8或10%固体,而次级污泥可以增稠至约4%固体。增稠剂通常类似于添加搅拌机制的澄清剂。固体含量低于10%的稠化污泥可以进行额外的污泥处理,而液体增稠剂溢出回到废水处理过程。

2、脱水

通过离心,过滤和/或蒸发可以降低污泥的含水量,以降低处理的运输成本,或改善堆肥的适用性。离心可以是减少污泥体积以用于随后过滤或蒸发的预备步骤。过滤可以通过沙子干燥床中的渗透物或作为带式压滤机中的单独机械过程进行。通常将滤液和浓缩物返回污水处理过程。脱水后,污泥可以作为含有50%至75%水的固体处理。具有较高水分含量的脱水污泥通常作为液体处理。

3、侧流处理技术

污泥浓缩或脱水污泥处理技术有两种产品:增厚或脱水污泥、称为污泥处理溶液的液体部分、污泥脱脂、液体、浓缩(如果来自离心机)、过滤器(如果它来自带式过滤器)或类似的东西。这种液体由于氮和磷含量高,需要进一步处理,特别是在污泥已被厌氧消化的情况下。处理可以在污水处理厂本身进行(通过循环液体到处理过程的开始)或作为一个单独的过程。

4、磷回收

处理污泥脱脂的一种方法是使用同样用于磷回收的方法。污水处理厂操作人员处理污泥以回收磷的另一个优点是,它可以减少堵塞的鸟粪形成管、泵和阀的大小。这些障碍可能是维护头痛,特别是对于污水污泥中磷含量升高的生物营养去除设备。

例如,加拿大公司Ostara Nutrient Recovery Technologies正在推广一种基于流化床反应器中磷的受控化学沉淀的方法,该反应器从污泥脱水流中回收晶体颗粒形式的鸟粪石。得到的结晶产品以注册商品名“Crystal Green”出售给农业,草坪和观赏植物作为肥料。

5、消化

许多污泥通过各种消化技术进行处理,目的是减少固体中有机物的含量和引起疾病的微生物的数量。最常见的处理方法包括厌氧消化、好氧消化和堆肥。通过将污泥体积减少近50%,并将沼气作为一种宝贵的能源,污泥消化提供了显著的成本优势。

1)厌氧消化

厌氧消化是一种没有氧气的细菌过程。该过程可以是嗜热消化,即污泥在槽中以55°c的温度发酵,或在中等温度下以36°c左右的温度发酵。虽然允许较短的滞留时间(因此允许更小的罐),但就加热污泥的能耗而言,热消化更昂贵。

嗜温厌氧消化(MAD)也是处理污水处理厂产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,以使消化过程进行消化污泥所需的四个阶段。这些是水解,产酸,产乙酸和产甲烷。在这个过程中,复杂的蛋白质和糖被分解形成更简单的化合物,如水,二氧化碳和甲烷。

厌氧消化产生高比例的甲烷和甲烷,可用于加热罐和运行发动机或其他现场工艺的微型涡轮机。甲烷的形成是厌氧过程的一个关键优势。主要的缺点是这个过程需要很长的时间(长达30天)和很高的资本成本。许多大型场地使用沼气加热能源和电力,并使用发电机的冷却水将消化设备的温度维持在所需的353摄氏度。这样,就可以产生足够的能量来产生比机器需要的更多的电能。

2)好氧消化

好氧消化是一种细菌在有氧的情况下进行的消化过程,类似于活性污泥法的延续。在有氧条件下,细菌迅速消耗有机物并将其转化为二氧化碳。当有机物缺乏时,细菌死亡,并被其他细菌用作食物。这一阶段的过程称为内源性呼吸。在这一阶段会发生固体还原。由于好氧消化比厌氧消化快得多,好氧消化的资金成本较低。然而,好氧消化的运行成本更具特点,这是因为鼓风机、泵和电机向工艺中添加氧气所消耗的能量。然而,最近的技术进步包括使用天然气进行曝气,而不是机电式非电动曝气过滤系统。

还可以通过使用扩散系统或射流曝气器氧化污泥来实现好氧消化。细泡扩散器通常是更具成本效益的扩散方法,然而,由于沉积物沉积到较小的孔中,堵塞通常是一个问题。粗泡扩散器更常用于活性污泥池或絮凝阶段。选择扩散器类型的关键部分是确保它产生所需的氧气转移率。

6、堆肥

堆肥是混合污泥和碳的农业副产品来源,如木屑、稻草或好氧木屑。在氧气存在下,细菌消化污水污泥和植物材料产生热量,杀死致病微生物和寄生虫。

维持氧气含量为10至15的有氧状态需要填充物,使空气在细污泥固体中循环。硬材料,如玉米芯,坚果壳,砍碎的树木,木材或造纸厂树皮可以更好地分离污泥通风,而不是柔软的叶子和剪草。粉碎轮胎等轻型、生物惰性填料可用于提供作为主要碳来源的小型、柔软植物材料的结构。

通过将预堆肥污泥的绝缘毯放置在充气堆肥堆上,可以有助于均匀地分布病原体的杀灭温度。堆肥混合物的初始含水量应为约50%;然而,温度可能不足以减少病原体,并且湿污泥或沉淀将导致堆肥具有大于60%的水分含量。堆肥混合物可堆叠在具有内置空气管道的混凝土垫上,并由一层未混合的填料覆盖。通过使用曝气鼓风机将真空抽吸通过堆肥管线,通过下面的管道,并在水分含量达到70%时排出先前堆肥的污泥过滤器,可以使气味最小化。蓄积在涵管中的液体可以返回污水处理厂;

在缩短了病原菌的堆肥间隔后,可对堆肥进行筛选,以回收未消化的填料进行再利用,通过筛网过滤的堆肥固体可作为土壤改良材料,其效益与泥炭相似。堆肥混合物的最佳初始C/N比为26-30:1;但是,通过将污泥中有毒化学品的浓度稀释到预期堆肥使用的可接受水平,可以确定农业副产品的堆肥比。

虽然大多数农业副产品的毒性很低,但郊区的草堆可能含有有害于某些农业用途的残留除草剂;含有新鲜堆肥的木材副产品可能含有植物毒素,阻止幼苗发芽,直到土壤真菌解毒。

7、焚烧

由于空气排放问题和燃烧低热值污泥和蒸发残余水所需的加油(通常是天然气或燃料油),污泥焚烧不太常见。在干固体基础上,污泥的燃料值范围从大约9,500 Btu /磅(980 cal / g)未消化污水污泥到2,500 Btu每分钟消化的初级污泥(260 cal / g)。

台阶式多焚烧炉和高停留时间的流化床焚烧炉是最常用的污泥焚烧系统。在城市垃圾发电中,工厂偶尔会发生共燃,假设固体废物已经存在,不需要辅助燃料,这种选择是便宜的。

焚烧往往使剩余的固体灰烬中的重金属浓度最大化,需要进行处理;然而,将湿式洗涤废水返回污水处理过程的选择可以通过提高污水处理厂废水中溶解盐的浓度来减少空气排放。

8、干燥床

简单的污泥干燥床在许多国家使用,特别是在发展中国家,因为它们是一种廉价且简单的污水污泥干燥方法。必须捕获排水;干燥床有时被覆盖但通常没有被覆盖。在干燥过程的初始阶段转动污泥的机制也可在市场上获得。

干燥床通常由四层砾石和沙子组成。第一层是15至20厘米厚的粗砂砾。其次是10厘米厚的细砂砾。第三层是沙子,可以在10到15厘米之间,用作污泥和砾石之间的过滤器。污泥干燥,水渗透到第一层,第一层收集所有层下面的排水管。

9、新兴技术

从污水污泥或污泥脱水流中回收磷已引起越来越多的关注,尤其是在瑞典、德国和加拿大,因为磷是一种有限的资源(也称为“峰值磷”),它需要用作肥料来满足日益增长的世界人口。废水或污泥中的磷回收方法可根据所用物质(废水、污泥、消化或未消化的污泥、灰)的来源或回收过程的类型(沉淀、湿-)进行分类。化学萃取沉淀,热处理。自2003年以来,瑞典和德国对污水污泥中磷的回收进行了研究。然而,由于目前磷在世界市场上的价格,目前正在开发的技术并不具有成本效益。

全向处理器是目前正在开发的用于处理污水污泥的过程以及如果输入材料具有正确的干燥水平则可以产生的剩余电能。

热解从加热到250摄氏度并压缩到40兆帕的污泥中产生轻烃。

水解是将污泥高压沸腾与快速减压相结合的两阶段过程。这种组合可以溶解污泥,使其更具生物降解性,从而提高消化性能。消毒可破坏污泥中的病原体,使其超过土地使用(农业)的严格要求。欧洲、中国和北美的污水处理厂都有热水解系统,可以产生电力和高质量的污泥。

10、处置或用作肥料

当产生液体污泥时,可能需要进一步处理以使其适合于最终处置。通常将污泥浓缩和/或脱水以减少在场外运输以进行处置的体积。一种降低含水量的方法包括在干燥床中进行泻湖以产生可以施加到地面或焚烧的蛋糕;压榨,通过布筛机械过滤污泥,产生坚固的蛋糕;离心固体和液体以使污泥变稠。污泥可以通过液体注入土地或通过填埋处理进行处理。

没有办法完全消除处理经处理的污水污泥的需要。

来自商业或工业地区的大量污泥受到工业加工排放到下水道的有毒物质的污染。此类物质浓度的上升可能使污泥不适合农业使用,因此可能需要焚烧或处置到垃圾填埋场。

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