污水处理厂的污泥处置费用问题
张义安,高 定,陈同斌*,郑国砥,李艳霞
中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心,北京 100101
摘要:以北京市为例,估算不同电价及运输距离下填埋、焚烧及堆肥等方式的城市污泥处理处置成本,在此基础上讨论各种处理处置方案的前景,展望北京市污泥处理处置出路。污泥填埋在一定时期内还将是主要处理处置方式,但所占比例将逐渐下降;堆肥是经济上较为可行的处理处置方式,适合大力推广;随着经济实力与技术水平提高,焚烧法可以适用于个别特殊地点。同时,分析了政府补贴对污泥处理处置效益的影响。
关键词:城市污泥;处理处置成本;填埋;焚烧;堆肥
中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2006)02-0234-05
城市污泥是污水处理的副产物,以含水率97%计算,体积占处理污水的0.3%~0.5%[1],深度处理产泥量还将增加50%~100%。目前我国每年排放的干污泥大约1.3×106 t,并以大约10%的速率在增加。
北京市全区域规划污水排放量为330×104 m3/d,其中2003年市区污水排放量约为230×104 m3/d[2]。规划建设14座污水处理厂,2015年污水处理能力预计将超过320×104 m3/d,处理率将超过90%。到2008年,北京市将新增9座中水处理厂,深度处理能力将由目前的1×104 m3/d提高到47.6×104 m3/d,届时每年产生含水率 80% 城市污泥超过80×104 m3。北京市最大的污水处理厂——高碑店污水处理厂污泥外运运输费用占到全厂运行费用的1/3[3]。
城市污泥的大量产生,已引起日益严峻的二次污染,并成为城市污水处理行业瓶颈。污泥处理处置率低,其中非常重要的一个原因就是投资和运行成本方面的限制。但到目前为止,还未见关于不同污泥处理处置方案的经济分析,导致不同单位和设计人员在方案的选择上存在较大的盲目性。本文以北京为例,对几种典型的城市污泥处理处置方式进行经济分析,以便为城市污泥处理处置技术的选择提供参考依据。
1 城市污泥处理处置成本估算
1.1 估算方法
以1 t干污泥(DS)为计算基准,综合成本=运行成本+设备折价成本。运行成本以目前较为成熟的处理处置方式进行估算。
北京市污泥机械脱水效果通常在80%左右。各方案中的成本估算涉及或包括焚烧、运输、填埋等3个流程;设备折价成本取15 a使用年限,年折旧7%,社会利率10%,即年折价17%,设备年工作时数以8000 h计。因此,设备折价=设备价格×指数×0.17/8000。
1.2 估算细则
(1)单位成本
填埋:生活垃圾卫生填埋的成本约60~70 ¥/t,污泥填埋时按照压实生活垃圾∶土∶污泥容重比为0.8∶1∶1,污泥填埋成本为48~56 ¥/t,取52¥/t。
干化:干燥能耗与脱水量成正比。燃气加热效率85%、锅炉热效率70%、过程热损失5%时,水的蒸发能耗为150 (kW•h)/t,每小时去除1 t水的设备投资为180×104¥[4]。
焚烧:目前多采用流化床技术,每h焚烧1 t干化污泥的设备成本为528×104¥,污泥按干质量减量60%。焚烧的运行费用24¥/t,烟气处理消耗NaOH量约为37 kg/t,折价约128¥/t [5]。
电价:北京市工业电价高峰期、平段区、低谷期分别为0.278、0.488、0.725¥/(kW•h)。按不同补贴方案,将电价设定为0.30、0.60¥/(kW•h)。
运费:北京市运输价格在0.45~0.65¥/(t•km)之间,污泥为特殊固体废物,需特殊箱式货车运送,价格处于高端。另外,近年运输价格有上涨趋势。因此,运费取0.65 ¥/(t•km)。
此外,干化及焚烧均按设备成本添加30%物耗人工管理费及土建配套费。
(2)污泥含水率
污泥的有机质和水分含量较高,填埋存在一系列问题,当前主要关心的是土力学性能,当含水率高于68% 时需按m(土)∶m(污泥)=0.4~0.6的比例混入土 [6-8]。含水率降低时污泥性状存在突变,因此填埋脱水目标设定为80%、30%。
含水率是污泥焚烧处理中的一个关键因素。有机质含量高、含水率低利于维持自燃,降低污泥含水率对降低污泥焚烧设备及处理费用至关重要。一般将污泥含水率降至与挥发物含量之比小于3.5时,可形成自燃[9]。北京市污泥有机物含量在45% 以下,因此使污泥维持自燃焚烧的水分含量应小于61.2%。朱南文总结了几种国外污泥热干燥技术,可以将污泥干燥至10%含水率[10]。污泥焚烧综合成本随干燥程度动态变化,干化程度越高,干化能耗升高,焚烧设备及运行费用随之下降。简化起见,本文以污泥保持热量平衡燃烧为估算前提,不再进行高水分下加入重油的成本估算。因此污泥焚烧的干化目标定为:60%和10%。
表1 北京市填埋场概况[11]及离污水处理厂的最近距离
Table 1 Description of landfill sites and wastewater treatment plants
填埋场 填埋场位置 处理规模/(t•d-1) 预计关闭时间 最近的污水处理厂 最近直线距离/km 1)
北神树 通县次渠乡 980 2006 高碑店 20
安定 大兴区安定乡 700 2006 小红门 36
六里屯 海淀区永丰屯乡 1500 2017 清河 15
高安屯 朝阳区楼梓庄乡 1000 2018 高碑店 15
阿苏卫 昌平区小汤山乡 2000 2012 清河、北小河 40
焦家坡 门头沟区永定镇 600 2011 卢沟桥 15
1) 最近距离数据为作者实测
综上所述,污泥的处理处置方式计有:堆肥,分别干燥至含水80%、30% 时填埋,干燥至含水
60%、10%时焚烧。
1.3 填埋成本
填埋成本=能耗成本+运输成本+填埋场成本+设备折价成本
能耗成本=[1/(1-η0)-1/(1-ηe)]×150×α×Pele
运输成本=0.65×L /(1-ηe)
填埋场成本=βPf /(1-ηe)
设备折价=[1/(1-η0)-1/(1-ηe)]×180×α× 0.17×104/8000
其中,η0、ηe分别为处理处置始、末的含水率;Pele为电价,¥/(kW•h);L为运输距离,km;α为土建及人工配套费指数,1.3;β为体积系数,含水率≥68%时在1.4~1.6之间,取1.5,含水率<68%时取1;Pf为填埋场填埋价格,40~60¥/t,取52¥/t。
污泥填埋运输距离:北京市现有填埋场容量不足以满足生活垃圾处置需求,即使规划中的填埋场建成之后,富余填埋能力也很有限,污泥填埋需另外觅地新建填埋场。随着城市发展及填埋场地质条件要求,运输距离也将越来越远,参照表1,污泥
填埋的运输距离将在40 km以上,因此在估算今后的填埋成本时,分别取50、100 km作为近期及远期填埋场运输距离。
1.4 堆肥成本及收益
城市污泥经过堆肥无害化处理之后进行土地利用,是国际上普遍采用的处理处置方式。强制通风静态垛堆肥处理是泥堆肥主流技术,其处理成本与污泥初始含水率、处理规模、堆肥厂与污水处理厂之间距离以及设备原产地等因素相关。堆肥厂宜建在污水处理厂周围,运输成本计为0,堆肥成本主要由鼓风、烘干、筛分能耗,调理剂及设备折价成本组成。目前,堆肥产品的市场销售价格为350~500¥/t,扣除15%含水率后取500¥/t DS。
利用CTB堆肥自动控制系统[12,13]进行强制通风静态垛堆肥在河南省漯河市城市污泥堆肥厂的应用结果表明,当污泥含水率不高于80%时,鼓风能耗在40~60 (kW•h)/t DS之间,取60 (kW•h)/t DS。CTB调理剂价格为300 ¥/t,损耗率一般为5% [14]。经过10~14 d堆肥,污泥干物质减量30%,含水45%。采用热干燥技术烘干至含水15%,脱水负荷0.45 t/t DS;调理剂在烘干前筛分后自然晾干,需筛分能耗;筛分负荷共9.3 t/t DS,筛分能力1 t/h,功率3 kW。全程能耗95 (kW•h)/t DS,考虑到未知能耗,取100 (kW•h)/t DS。
设备折价:处理干污泥能力为 0.3×104 t/a的污泥堆肥厂设备投资约700万¥,设备折价182 ¥/t DS(含占地成本),取200¥/t DS。
1.5 焚烧成本
考虑到焚烧废气排放等问题,外运30 km以上焚烧为佳,取30 km;焚烧按干物质减量60%,烧余物需运至填埋场填埋,运输距离取50 km。参考表3可知,干燥至10%焚烧成本较干燥至60%低。干燥程度越高,焚烧厂占地面积也越小,因此焚烧前以干化至10%为宜。
1.6 干化农用成本
未经稳定化处理污泥存在施用安全危险,考虑到干化的稳定效果较差,安全性有限,不再估算。
2 讨论与分析
2.1 处理成本和经济效益
表2 处理处置1 t城市污泥(干质量)所需的成本及其效益
Table 2 Comparison of the estimated cost and benefit of sewage sludge treated and/or disposed by different ways
填 埋
干化 运输 填埋 综合成本/¥
目标 能耗/¥ 设备折价/¥ 距离/km 运费/¥ 填土比例 费用/¥
80% 0 0 50 163 50% 390 5531),5532)
30% 2091),4182) 178 50 46 0 74 5071),7162)
80% 0 0 100 325 50% 390 7151),7152)
30% 2091),4182) 178 100 93 0 74 5541),7632)
焚烧
干化 焚 烧 烧余物 综合成本/¥
目标 能耗/¥ 设备折价/¥ 运行/¥ 设备折价/¥ NaOH/¥ 运费/¥ 填埋/¥
60% 1461),2932) 124 60 365 128 13 20 8561),10022)
10% 2281),4552) 193 27 162 128 13 20 7711),9982)
堆 肥
能耗/¥ 设备折价/¥ 调理剂损耗/¥ 总成本/¥ 销售/¥ 总效益/¥
391),782) 200 75 3141),3532) 410 961),572)
1) 电价取0.30 ¥/(kW·h);2) 电价取0.60 ¥/(kW·h)
各种处理方式处理成本估算过程及结果如表2所示。由表2可知,污泥处理处置以堆肥方式成本
最低,约300~350¥/t DS;填埋方式约500~760¥/t DS。焚烧方式成本最高,约800~1000¥/t DS。堆肥成本低于填埋方式,显著低于焚烧方式,随运输距离增加填埋成本显著高于堆肥成本。此外,污泥焚烧处理一次性投资大,运行维护费用最高。
各种处理方式中,污泥填埋没有资源回收,效益为零;考虑到污泥热值水平,回收焚烧热能可能性较低,对净效益影响不大;污泥干化可以起到脱水的效果,但稳定化的效果有限,加之干化过程中容易产生爆炸和肥效缓慢等问题,不宜提倡;在产品销售良好情况下,按电价不同,堆肥处理可以盈利50~100¥/t DS。
2.2 各种处理处置技术的优缺点
现有的大部分填埋场设计建造标准低、缺乏污染控制措施,存在稳定性差等问题,导致散发气体和臭味,污染地下水,不能保证填埋垃圾的安全,只是延缓污染但没有最终消除污染。一些国家为了把上述问题降低到最小程度,制定了待处理污泥物理特性的最低标准,使污泥填埋的处理成本大大增加。例如德国要求填埋污泥干基含量不低于35%。为避免污泥中有机物分解造成的地下水污染,1992年德国发布了《城市废弃物控制和处置技术纲要》,要求从2005年起,任何被填埋处理的物质其有机物含量不超过5% [15],这意味着污泥即便是经过干燥也不满足填埋的要求。污泥填埋面临填埋场地、公众及法规等多重压力,填埋成本将逐步升高,近年来国外污泥填埋处理方式比例越来越小[6]。
是否推广堆肥处理城市污泥,首先应切实评估施用污泥堆肥的潜在环境风险。杜兵等[16]研究表明,同国外相比北京市某典型污水处理厂酚类、酞酸酯类、多环芳烃类均处于污染程度较低的水平。堆肥处理的持续高温可以确保杀灭病菌,保证污泥的农用安全。陈同斌等[17]对中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势的研究结果表明,我国城市污泥中平均含量普遍较低,金属含量基本未超过农用标准[18],且呈现逐渐下降的趋势。近年相关研究也证明:科学合理地进行城市污泥农用不会造成土壤和农产品的重金属污染问题[19]。我国城市污泥的土地利用重金属环境风险并不像人们想象的那样严重。
焚烧减量最为显著,含水80%的污泥焚烧后减容率超过90%。然而,污泥含有多种有机物,焚烧时会产生大量有害物质,如二恶英、二氧化硫、盐酸等,受国内焚烧技术的限制,二恶英污染问题尚未很好解决,重金属烟雾与燃烧灰烬也可能造成二次污染。此外,焚烧浪费了污泥中的营养物质。对比三种处理处置方式,污泥焚烧占地面积最小,但综合成本最高,设备维护要求高,环保风险较大,这些不利之处都限制了污泥焚烧技术的广泛应用。
综上所述,堆肥处理实现污泥的资源化利用,科学合理施用下可以保证卫生安全及重金属安全,同时较为经济可行,是污泥处理处置技术的主要发展方向。但是,从市场销售的角度来看,污泥堆肥产品的销售渠道有待改善。各种处理方式优缺点概括于表3(下页)。
2.3 电价影响及政府补贴
电价影响到污泥处理处置成本。电价从0.60¥/(kW•h)降低到0.30 ¥/(kW•h),各种处理方式的综合成本分别降低40~230 ¥/t DS。如电价取至用电低谷期电价或者更低,成本可以进一步降低。
表3 各种处理处置技术优缺点对比
Table 3 Comparison of landfill, composting and incineration for sewage sludge
处理处置方式 收支平衡/(¥•t-1) 1) 技术难度 场地要求 能否资源化 无害化程度
填埋 -507~ -763 简单 大 不能 延缓污染, 没有最终消除污染风险
堆肥 57~96 较简单 较小 能 重金属低于农用标准时可以达到无害化要求
焚烧 -771~ -1000 技术设备要求高 小 不能 尾气可能带来二次污染
1) 运输距离100 km、电价0.60 ¥/(kw•h)时, 以80%含水率填埋成本略低于30%含水率填埋, 但其占地为后者5.25倍, 综合考虑采取30%填埋
污泥含水80%及60%下填埋占地分别为30%下填埋的5.25倍、1.75倍。政府通过补贴如降低电价等调控手段,将污水处理投入合理分配到其中的污泥处理单元,可以降低污泥处理单元的焚烧成本、填埋占地,降低堆肥成本。政府补贴可以发挥经济杠杆作用,调控污泥处理行业投入产出状况,有利于污泥处理处置行业的健康发展。总之,污泥处理处置应该有适宜的政府补贴。
3 结论
(1)污泥堆肥成本随电价变化约300~350 ¥/t DS,堆肥销售可以补偿部分处理成本,使污泥堆肥达到微利水平。合理施用堆肥可以提供养分和有机质,是污泥处理处置技术的重要方向。
(2)污泥填埋操作简单,但其成本约500~760 ¥/t DS,高于堆肥处理。考虑到土地资源日益稀缺及二次污染问题,且从发达国家的经验来看污泥填埋将逐步受到限制,因此其应用比例应逐渐减少。
(3)污泥焚烧减量效果最明显,但其初始投资及运行费用最高,综合成本约771~1000 ¥/t DS。其设备维护复杂,如果对尾气处理不当会造成二次污染。
参考文献:
[1] Edward S R, Cliff I D. 工程与环境引论[M]. 北京: 清华大学出版社, 2002.
Edward S R, Cliff I D. Introduction to engineering & the environment [M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2002.
[2] 柯建明, 王凯军, 田宁宁. 北京市城市污水污泥的处理和处置问题研究[J]. 中国沼气, 2000, 18(3): 35-36.
KE Jianming, WANG Kaijun, TIAN Ningning. Disposal of excess sludge from urban wastewater treatment plant in Beijing city [J]. China Biogas, 2000, 18(3): 35-36.
[3] 彭晓峰, 陈剑波, 陶涛, 等. 污泥特性及相关热物理研究方向[J]. 中国科学基金, 2002, 5: 284-287.
PENG Xiaofeng, CHEN Jianbo, TAO Tao, et al. The specialties of sludge and associated thermal physical issues [J]. China Science Fund, 2002, 5: 284-287.
[4] 何品晶, 邵立明, 宗兵年. 污水厂污泥综合利用与消纳的可行性途径分析[J]. 环境卫生工程, 1997, 4:21-25.
HE Pinjing, SHAO Liming, ZONG Bingnian. The feasible way analysis on comprehensive utilization and outlet of sludge in sewage treatment plant [J]. Environmental & Sanitary Engineerin,. 1997, 4:21-25.
[5] 邓晓林, 王国华, 任鹤云. 上海城市污水处理厂的污泥处置途径探讨[J]. 中国给水排水, 2000, 16(5): 19-22.
DENG Xiaolin, WANG Guohua, REN Heyun. Discussion at the treatment and disposal of the sewage sludge in Shanghai wastewater plants [J]. China Water and Wastewater, 2000, 16(5): 19-22.
[6] 国家建设部. CJ 3025 城市污水处理厂污水污泥排放标准[S]. 1993: 2.
Ministry of Construction of PR China. CJ 3025 Wastewater and sludge disposal standard for municipal wastewater treatment plants[S]. 1993: 2.
[7] 国家建设部. CJJ 17城市生活垃圾卫生填埋技术规范[S]. 2001: 20.
Ministry of Construction of PR China. CJJ 17 Technical Code for Sanitary Landfill of Municipal Domestic Refuse[S]. 2001: 20.
[8] 赵乐军, 戴树桂, 辜显华. 污泥填埋技术应用进展[J]. 中国给水排水, 2004, 20(4): 27-30.
ZHAO Lejun, DAI Shugui, GU Xianhua. Application headway of sewage sludge landfill technique [J]. China Water & Wastewater, 2004, 20(4): 27-30.
[9] 高廷耀. 水处理手册[M]. 北京: 高教出版社, 1983: 288-289.
GAO Tingyao. Handbook of water treatment [M].Beijing: Higher Education Press, 1983: 255-289.
[10] 朱南文, 徐华伟. 国外污泥热干燥技术[J]. 给水排水, 2002, 28(1): 16-19.
ZHU Nanwen, XU Huawei. Overseas technique of thermal drying sewage sludge [J]. Water Supply and Drainage.2002, 28(1): 16-19.
[11] 刘建国, 聂永丰. 京城垃圾处置[J]. 科技潮, 2004,7: 32-35.
LIU Jianguo, NIE Yongfeng. Treatment of waste in Beijing [J]. Technological Tides, 2004, 7: 32-35.
[12] 陈同斌, 高定, 黄启飞. 一种用于堆肥的自动控制装置: 中国, 0112522.9[P].
CHEN Tongbin, GAO Ding, Huang Q F. A servomechanism for composting: 中国, 0112522.9[P].
[13] 高定, 黄启飞, 陈同斌. 新型堆肥调理剂的吸水特性及应用[J]. 环境工程, 2002, 20(3): 48-50.
GAO Ding, HUANG Qifei, CHEN Tongbin. Water absorbability and application of a new type compost amendment [J]. Environmental Engineering, 2002, 20(3): 48-50.
[14] 高定. 堆肥自动测控系统及其在猪粪堆肥中的应用[D]. 北京: 中国科学院地理科学与资源研究所, 2002: 78.
GAO Ding. The Development of Measuring and Controlling System and Its Application to Swine Manure Composting [D]. Beijing: Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, 2002: 78.
[15] 李美玉, 李爱民, 王志, 等. 发展我国污泥流化床焚烧技术[J]. 劳动安全与健康, 2001, 8: 20-23.
LI Meiyu, LI Aimin, WANG Zhi, et al. Develop sewage sludge fluidized bed incineration technique in our country [J]. Safety & Health at Work, 2001, 8: 20-23.
[16] 杜兵, 张彭义, 张祖麟, 等. 北京市某典型污水处理厂中内分泌干扰物的初步调查[J]. 环境科学, 2004, 25(1): 114-116.
DU Bing, ZHANG Pengyi, ZHANG Zulin, et al. Preliminary investigation on endocrine disrupting chemicals in a sewage treatment plant of Beijing [J]. Environmental Science, 2004, 25(1): 114-116.
[17] 陈同斌, 黄启飞, 高定, 等. 中国城市污泥的重金属含量及其变化趋势[J]. 环境科学学报, 2003, 23(5): 561-569.
CHEN Tongbin, HUANG Qifei, GAO Ding, et al. Heavy metal concentrations and their decreasing trends in sewage sludge of China [J]. Transaction of Environmental Science, 2003, 23(5): 561-569.
[18] 国家环境保护总局. 城镇污水处理厂污染物排放标准: 中国, 18918-2002[S]. 北京: 中国环境出版社, 2002: 5.
State Environmental Protection Agency. Discharge Standard of Pollutants for Municipal Wastewater Treatment Plant: China, 18918-2002[S]. Beijing: China Environment Press, 2002: 5.
[19] 田宁宁, 王凯军, 柯健明. 剩余污泥好氧堆肥生产有机复混肥的肥分及效益分析[J]. 城市环境与城市生态, 2001, 14(1): 9-11.
TIAN Ningning, WANG Kaijun, KE Jianming. Evaluation of organic complex fertilizer made of excess sludge from municipal wastewater treatment plant [J]. Urban Environment & Urban Ecology, 2001, 14(1): 9-11.
废品回收利用的目的是什么?
废品回收利用的目的是;以节省资源,促进资源的循环利用。
现代生活中,废纸可谓无处不在。然而,当我们随手丢弃一页页废纸的时候,我国每年正从国外进口再生纸达1000多万吨,花费着大量的外汇!为此,国内许多专家认为,废纸的回收和利用是一篇大文章,不仅节约资源保护生态环境,还有不少商机在里面。
绿色造纸潜力大
回收一吨废纸能生产0.8吨好纸,可节约三立方米木材(相当于少砍17棵成年大树)、一吨标准煤、200立方米的水、600度电,此外,还可以减少三立方米的垃圾填埋空间和约100立方米污水和大量废气。这笔经济账和产生的社会效益在造纸行业几乎人人皆知。
我国对再生纸的推广使用也受到政府和各方面的高度关注。大力发展循环经济已作为国策写入政府工作报告。
再生纸市场正在迅速扩展。以北京市为例,北京市用纸量全年已达300万吨,计划到2008年再生办公用纸要达全市办公纸用量的50%,而目前再生办公纸的生产量仅为1.5万吨,差距甚远。与急速扩张的需求相比,国内“绿色造纸”却显得跟不上需要。目前国内用废纸作原料的企业大部分只能用来生产较低档的茶版纸、瓦楞原纸、箱纸板等。全国第一家环保型办公文化用再生纸的生产企业诞生在北京,但年产量仅为一万吨,规模小。近年来,国内造纸厂规模不断扩大,而用废纸生产高档办公文化用纸的企业却不多。就是上海这样的大城市,每年纸张消费量超过200万吨,造纸年产量超过了80万吨,但也没有生产高档办公文化用再生纸的企业。上海在申办世博会活动中按国际要求采用再生纸,不得不从国外进口。
纸渣泥中有“黄金”
利用废纸造纸可以节约自然资源,但废纸造纸过程中又排出大量的废渣污泥,对环境造成污染。据有关部门测定,每生产一吨再生纸,就产生含水量约65%左右的污泥700公斤。根据去年我国废纸浆用量1600万吨计算,我国将面临1100万吨污泥处理的严峻问题。
过去处置造纸污泥采用的是两种方法,一种是焚烧法,但设备投资大、耗能高,还产生大量废气;另一种是目前普遍采用的填埋法,但浪费土地资源,地下水也将受污染。能否将它变废为宝呢?上海挪亚环境资源开发有限公司经过近五年的研究开发,成功地把造纸污泥变成了“黄金”。
谁帮我想一个关于污泥处理的先进论文 要
污泥的处理和处置
一、污泥的分类与性质
按成份分:有机污泥(污泥):主要成分为有机物,是处理有机废水(包括生活民污水)的产物。有机污泥中常含有肥料成分,但必须注意某些工业废水污泥中可能含有有毒物质,而生活污水、肉类加工等废水污泥中以含有病原微生物和寄生虫卵等。
无机污泥常称为沉渣,主要成分为无机物,一般是用自然沉淀和化学法处理无机废水或天然水的产物。无机污泥中有时也会含有有毒物质和一定量的有机污染物,所以也应进行适当处理。
按来源分:初次沉淀池污泥,含水率为95-97%;
剩余污泥:来自活性污泥二次沉淀池的排泥,含水率为99.2-99.6%;
腐殖污泥:来自生物膜法二次沉淀池的排泥,其性质与剩余污泥相同,含水率为97%左右;
厌氧污泥:上述三种污泥经消化后的污泥也称消化污泥,或熟污泥,废水厌氧处理装置排出的污泥一般称为厌氧污泥。含水率为97%左右。
化学污泥:用混凝沉淀处理天然水或工业废水所排出的污泥。
污泥性质参数
含水率P:污泥中所含水分的重量与污泥总重量之比的百分数。
湿污泥比重:湿污泥重量与同体积水重量的比值,湿污泥重量等于其中含水分重量与干固体重量之和。当污泥的含水率>95%时,湿污泥的比重接近于1。
挥发性固体(VS)和灰分
VS:能近似代有污泥中有机物含量,以称灼灼烧减量,灰分则表示无机物含量,以称灼烧残渣。
二、污泥处理方法
污泥好氧消化法
污泥的热处理法
污泥的厌氧消化污
1、 污泥好氧消化:通过长时间的曝气使污泥固体稳定,好氧消化最常用于处理来自无初沉淀池废水处理系 统和剩余活性污泥。延时曝气和氧化沟排出的剩余污泥已经好氧稳定,不必再进行厌氧或好氧消化。
与厌氧消化处理比较,好氧消化的主要优点是:消化温度相同时,所需消化时间较短;出水的BOD浓度较低:无臭气;污泥的脱水性能较好;运行较方便;设备费用少。
好氧消化的缺点:需要供氧,动力费用一般较高;无沼气产生;去除寄生虫卵和病原微生物的效果较差。污泥好氧消化法一般公适用于中小型污水厂。我国目前尚无污水厂的污泥处理采用此法。
2、 污泥热处理:是一种使污泥稳定化和改善污泥性能的有效方法。污泥在一定压力下加热可以杀死污泥中的微生物和寄生中虫卵,破坏有机物,并使污泥易于脱水。
湿式氧化法(湿烧法)
无火焰燃烧
浸没燃烧
湿式氧化法的基本原理是在液相的水中,溶解的或悬浮的可燃物质在有氧或其它氧化剂存在下进行氧化的一种化学反应。由于被处理物含有大量水分,常压下温度只能达到100度,所以必须加压才能取得氧化反应所需需温度,同时,在加压状态下,又能把有机物的氧化温度降低,一般干烧湿度需750-1000度左右,而在加压为10MPa左右的条件下,湿式氧化温度只需200-300度左右。
湿式氧化法的优点:在液态水存在的情况下进行氧化,可以处理未经脱水的湿污泥。处理后的污泥残渣脱水性能好。脱水后的滤渣含水率仅为50%左右。由于有机物在氧化过程中能放出大量热能,本法的能耗很低,甚至可以回收一部分能量。因处理系统是密闭进行,基本上不产生臭味、粉尘和煤烟,处理后病原微生物已被全部杀灭。
湿式氧化法的缺点:技术设备复杂,要在高压下操作,一次性投资大。此法在国内生上尚未采用,国外采用的也不多。
三、污泥浓缩
作用:是去除污泥中大量的水分,从而缩小其体积,减轻其重量,以利运输和进一步处置和利用。
当污泥中含有大量水分时,在进行厌氧消化处理前需要浓缩,如剩余污泥,含水率一般在99%以上,为了提高消化效果,在进入厌氧处理前必须先进行浓缩。在污泥进行脱水前,如含水率太高,一般也要进行浓缩。
方法:重力浓缩
气浮浓缩
1、 重力浓缩:利用重力将污泥中的固体与水分离而使污泥的含水率降低的方法。
处理构筑物为污泥浓缩池,类似沉淀池的构造。如竖流式或辐流式污泥浓缩池。浓缩池可以间歇运行(用于小厂),也可连续运行(用于大厂)。重力浓缩池可以用于浓缩来自初沉池污泥或初沉污泥和来自二沉池的剩余污泥的混合污泥,或初沉池污泥与生物膜法二沉池污泥的混合污泥,浓缩池也可直接浓缩来自曝气池的剩余污泥。
2、 气浮浓缩法:一般用于浓缩活性污泥,也有用于生物膜的。能把含水率99.5%的活性污泥浓缩到94-96%,其浓缩效果比重力浓缩法好,但是运行费用较高。
四、污泥脱水
目的:是对浓缩后的污泥进一步减少含水率,经机械脱水后的污泥含水率为50-70%。
方法:过滤法
真空过滤机
板框压滤机
带式压滤机
离心法
污泥机械脱水的基本原理:以过滤介质(如滤布)两面的压力差为推动力,使污泥中的水(滤液)被强制地通过过滤介质,而固体(滤饼)则被截留在介质上,从而使污泥达到脱水的目的。机械脱水的动力,可以是在过滤介质的一面形成负压(如真空压滤机),或在过滤介质的一面加压污泥把水压过过滤介质(如压滤)或造成离心力(如离心脱水)等。
污泥脱水前的预处理:化学混凝法:投加混凝剂,可使污泥中的胶体物质凝聚成大颗粒,因此容易脱水过滤,不易堵塞滤布。
常用的混凝剂有:三氯化铁、三氯化铝、硫酸铝、碱式氯化铝,石灰、高分子絮凝剂等。
投加石灰的目的是为了中和污泥中的碱度,减少混凝剂的用量,提高污泥的脱水性能。
陶洗—化学混凝法:将污泥预先进行淘洗,可使混凝剂用量大大降低,可降至3%左右。一般可用三氯化铁50-80%,并可不加石灰。
陶洗所以能减少混凝剂用量,是由于污泥中的一部分碱度随沟洗水带走,还可去除污泥中大部分细小的污泥颗粒,有利于提高污泥的过滤性能。
机械脱水设备:
1、 过滤法脱水设备
A、 真空滤机(真空转筒滤机也称转鼓式真空滤机)
滤布常用合成纤维如绵纶、涤纶、尼龙等制成。
缺点:能耗太大,在污泥脱水中,有被淘汰的趋势。
B、 板框压滤机:是一种较老式的脱水设备,但由于它使用了较高的压力和较长的加压时间脱水效果比真空滤机和离心机好,压滤过的污泥含水率可降至50-70%。过滤液水质很差,应重新送至污水处理装置处理。
C、 带式压滤机:有辊压型和挤压型,其脱水方法的特点是把压力施加在滤布上,用滤布的压力或张力使污泥脱水,而不需要真空或压缩机械。滤带可以回旋,脱水效率高,噪音小,动力消耗省,操作管理维修方便,已在国内外得到广泛应用。
2、 离心法脱水设备:
离心机
五、污泥干化
自然干化法:是利用天然的蒸了、渗滤、重力分离等作用,使泥水分离,达到脱水的目的,是污泥脱水中最经济的一种方法。常采用污泥干化场。通过自然干化,污泥的含水率可降低到75%左右。污泥体积大大缩小,干化后的污泥压成饼状,可以直接运输。污泥自然干化比机械脱水经济,但占地面积很大,卫生条件差。它适用于气候比较干燥、有废弃的土地可资利用以及环境卫生容许的地区。
烘干法:污泥脱水后,仍含有大量水分。其重量与体积仍较大,并仍可继续腐化。如用加热烘干法进一步处理,则污泥的含水率可降低至10%左右,这时污泥的体积很小,包装运转也很方便。加热至300-400度时,可杀死残留的病原菌。污泥烘干,要消耗大量能源,费用很高,只有当干化污泥作肥料或回收的价值能补偿烘干处理运行费用时,或有特殊要求时,才有可能考虑此法。
六、污泥的最终处置
综合利用:A、污泥用作农肥,生污泥不宜直接用作农肥,必须经消化或堆肥后使用,污泥中不能含有有害成分。B、废水或沉渣中含有工业原料及产品时,应尽量设法予以回收利用。
弃置:填地
投海
焚烧:当污泥含有大量的有害污染物质,如含有大量重金属或有毒有机物,不能作农肥利用,而任意堆放或填埋均可对自然环境造成很大的危害,这时往往考虑采用焚烧法处理。污泥焚烧前必须首先进行脱水和干化。干污泥焚烧所需的热量可以由干污泥自身所含热量提供,只有当干污泥自身所含热值不能满足自身燃烧时才要外界提供辅助燃料。
有关污泥处理最为经济的方法
没有“最经济”的方法。
污泥处理都是耗能的,只能根据项目特点进行选择优化,使得投入、产出、环境综合因素达到一个比较令人满意的结果。
举几个例子:
1、如果附近有便宜的废热热源,比如热电厂、水泥厂等,可以利用热源进行干化,或者直接混合掺烧(有一定比例)。
2、如果附近有填埋条件,并且有木屑、矿渣等固体骨料,可以混合后,使含水率达到60%一下(国标要求),再去填埋。
3、如果附近需要大量园林栽培土,可以考虑堆肥。
等等