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城市存量污泥处理处置技术及案例介绍

  来源:城建水业 缪周伟 | 发布时间:2019-03-07

  北斗智库环保管家网讯:随着城市人口的不断集聚和污水处理量的不断提高,近年来我国正不断加大对城镇污水处理设施建设的投资力度,但随着污水收集处理率的不断攀升,污泥处理设施建设相对滞后,污泥的储存、处理处置及资源化利用已成为一个重要的环境和社会问题。近年来污泥不规范处置造成环境污染的事件频频出现。
 
  由于暂存污泥通常污泥体量大、污染物复杂,不规范的倾倒填埋将会对大气、土壤乃至地下水造成污染,危害环境安全及公众健康,因此对暂存污泥的处理处置已成为环境保护工作的重要内容。
 
  存量污泥治理难点
 
  1、污泥性质差异大,技术选择困难
 
  由于存量污泥填埋管理不规范,填埋周期长,涉及不同时、不同来源的污泥,导致污泥性质十分复杂。此外,污泥出厂时已投加较多絮凝剂,污泥性质差别大,药剂用量和效果差别明显,导致污泥处理技术选择困难。同时污泥坑污泥经过长期厌氧发酵,具有腐蚀性大、污泥渗透率低、流变性强、有效处理深度浅、沉降变形大等特点,导致后续处理处置工艺难度加大。
 
  2、存量污泥安全性差
 
  污泥的长期非正规存储会导致在库区形成“沼泽地带”,污泥由于含水率高、强度低,基本不具有承载力,设备或人员误入库区后极易引发安全事故。此外,污泥长期处于厌氧状态,微生物发酵产生甲烷气,如果臭气甲烷气不及时处理或者突发事件,极易产生甲烷气爆炸或者膨胀导致污泥库发生喷涌等问题。
 
  3、污泥脱水废液处理困难
 
  污泥脱水废液主要是污泥深度脱水后的污水,主要有以下特点:
 
  1)大分子有机物含量高,COD浓度高,且波动范围大,可生化性较差;

       2)污泥脱水废液氨氮浓度高,处理难度大;
 
  3)污泥脱水前期、后期水量波动范围大,水质变化大。
 
  目前,针对污泥脱水污水还没有形成规范化的工艺,且污水处理可生化性大、排放标准高、处理费用高。
 
  存量污泥处理处置技术
 
  由于存量污泥通常体量大、环境敏感性高、污染复杂,针对存量污泥的处理处置需要采用高效、二次污染可控的技术,从而保证污泥处理的时效性及安全性。
 
  1、污泥异位深度脱水—填埋
 
  异位深度脱水即对存量污泥进行开挖,挖出污泥采用机械脱水工艺进行处理,按照相关标准、规范要求进行卫生填埋。
 
  常用过滤机方式为板框压滤机、带式压滤机及土工管袋等。板框压滤在高压下(0.29~0.69 MPa)使污泥脱水,得到含水率较低的污泥饼,工作时,依靠压力使滤板固定,滤板外面有滤布,压紧时就形成了连续相邻的泥室,泥水进入泥室后,在高压力的作用下,液体部分称为滤液被挤出滤布流走,固体物质由于颗粒较大被滤布挡住,存在泥室里面,从而达到脱水目的。
 
  带式压滤机是连续运转的固液分离设备,是将化学调节好的污泥放在两条滤带间,污泥经絮凝、重力脱水、低压脱水和高压脱水后,形成含水率较低的泥饼,泥饼随滤布运行到卸料辊叶落下。
 
  
  图1板框压滤机结构示意图
 
  
  图2带式压滤机示意图
 
  该技术在传统简单填埋利用自然环境消纳的同时,通过工程手段和环保措施,使得污泥得到安全的消纳并逐步达到充分稳定无害。卫生填埋对前期的污泥处理技术要求较低、处理容量大、见效快,但是对存量暂存污泥开挖过程易造成二次污染,污泥机械脱水设备投资大,填埋处置需要大面积的场地。
 
  2、污泥原位深度脱水—填埋
 
  污泥原位深度脱水填埋是指不对污泥进行开挖,采用原位真空预压工艺对污泥进行深度脱水,并按相关规定进行封场填埋。
 
  真空预压是在需要加固的软粘土地基、淤泥、污泥中设置竖向排水体,在土体表面铺设密闭层,其上覆盖密封膜与大气隔绝,用真空泵进行抽气抽水,从而达到加固地基或淤泥/污泥减容的目的。
 
  近年来,真空预压技术被广泛运用于处理软土、超软土地基,处理后土体强度提高、含水量明显降低。原位真空预压工艺过程包括污泥调质、排水系统建设、密封系统建设和真空预压实施等。
 
  由于原位污泥深度脱水技术难度大,需对污泥进行调理,包括物理、化学和生物调理,不同泥质其调理药剂的选择也不尽相同,通常需要通过试验确定。排水系统主要由水平及垂直排水结构组成,主要起到排水和传递真空度的双重作用。
 
  表1几种典型污泥调理技术比较
  
 
  这一技术的特点是原位处理,脱水过程不需要开挖污泥库区,不易造成臭气的二次污染问题;此外,原位深度脱水技术还具有整体工程规模小,投资成本低,实施周期短等优点。
 
  但是,原位深度脱水填埋技术由于压力载荷较低,且通常不同深度污泥性质不均匀,因此通常需要采取污泥调理、工艺增压等改进措施,对施工技术要求较高。
 
  
  图3污泥原位真空预压脱水施工
 
  3、污泥异位深度脱水—再利用
 
  异位深度脱水即对暂存污泥进行开挖,挖出污泥采用机械脱水等深度脱水工艺进行处理,使达到相关的再利用标准后再利用,目前污泥再利用途径主要有土地利用及建材利用。
 
  1)土地利用
 
  土地利用能使污泥中的有机物重新进入自然环境。污泥中含有丰富的有机营养成分和植物所需的各种微量元素(如Ca、Mg、Cu、Zn、Fe等),可用于园林绿化、森林土地施用、农田施肥、垦荒地和贫瘠地的修复及改良等。在改良土壤结构,增加土壤肥力,促进作物的生长的同时,污泥农用实现了污泥的减量化、稳定化和资源化利用的目的。
 
  污泥一方面含有氮磷等营养物质和大量的有机质,但是另一方面又含有大量病原菌、寄生虫(卵)和生物难降解物质,特别是含有工业废水时,污水中含有较多的重金属、有机物等有害有毒化学物质,这些物质随污泥的土地利用进入到土壤中,可能会对土壤-植物系统、地表水和地下水系统产生影响,造成环境和人类健康风险,限制了这种处置方式的应用。
 
  因此,为有效指导污泥土地利用在我国的具体实施,我国先后制定了《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(CJ 248-2007)、《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》(CJ/T 291-2008)、《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》(CJ/T 309-2009)、《城镇污水处理厂污泥处置林地用泥质》(CJ/T 362-2011)等标准,采取土地利用途径处置的污泥必须满足上述标准要求。
 
  2)建材利用
 
  污泥建筑材料利用是指将污泥作为制作建筑材料部分原料的处置方式,主要利用方式有水泥掺合料、制砖、制纤维板、制轻质骨料等。
 
  污泥制砖有与粘土拌合制砖和污泥粘土灰制地砖两种方式。对于禁用粘土制砖的地区,粘土拌合制砖方式不适用;污泥粘土灰制地砖,由于污泥中有机物、钙和水分含量较高,烧成品易出现丝状裂痕影响质量,限制了其发展。
 
  在上述方式中,利用水泥窑炉资源处置城镇污水处理厂的污泥,即城镇污泥水泥窑协同处置,受到越来越多关注。该方式是污泥在水泥窑中高温条件下完全燃烧,焚烧产物经固化最终进入水泥熟料中,从而达到水泥的安全处置。我国在充分借鉴国外先进经验的基础上,城镇污泥水泥窑协同处置方式也进行了探索实践,先后建成了若干个污泥水泥窑协同处置项目,并取得了较好的经济环境效益。
 
  4、污泥异位脱水干化焚烧
 
  污泥焚烧是指高温下,污泥中的可燃物与空气中的氧气发生燃烧反应,使有机成分全部氧化分解为稳定的无机物,并回收燃烧产生的能量的过程。污泥焚烧主要分为两类:(1)将脱水污泥直接用于焚烧炉焚烧;(2)将脱水污泥先干化再焚烧。焚烧最大优点是可以迅速和较大程度地使污泥的减量化和无害化(通过焚烧,污泥的减容可达到95%左右;焚烧产生的高温可使有机物全部炭化,杀死病原体),而且在恶劣的天气条件下不需存储设备,能够满足越来越严格的环境要求和充分地处理不适宜于资源化利用的部分污泥。
 
  污泥焚烧处置工程周期长、基建投资和运行费用高、气体排放污染、低热值或高水分污泥需干燥和添加辅助燃料燃烧等。
 
  案例介绍
 
  1、上海老港污泥暂存库区处理处置工程
 
  自2011年起,在上海启动了生活污泥暂存库应急处理项目,在老港垃圾填埋场建设污泥暂存库区,暂时存储城镇污水处理厂含水率小于80%的污泥,基本解决中心城部分污泥的出路。截止2015年12月,暂存库区填埋单元个数共122个、库容量约128万m3,目前已无库容量,填埋场空间已用到极限,难以满足污水厂污泥填埋需求。
 
  随着环保要求的不断提高,为寻求暂存库污泥的最终处理方式,探索对老港污泥暂存库区全面处理处置工程的技术方案,并积累相关的工作经验,2015年起先后在老港污泥暂存库区开展了污泥原位固化、真空预压减容试验工程。
 
  为提高老港污泥暂存库的污泥无害化处理水平,全面达到《城镇污水处理厂污泥处置混合填埋用泥质》(GB/T23485-2009)的相关要求,同时有利于今后的填埋场地利用规划,需对现有污泥暂存库进行整治。
 
  本项目主要对14400m2范围,最深处约5m的4个污泥暂存库填埋单元采用真空预压主体工艺进行脱水减容,使污泥处理后的含水率不大于60%,无侧限抗压强度≥50kN/m2,抗剪强度≥25 kN/m2,pH值5-10,满足填埋规范要求。真空预压脱水达标后,对沉降后的污泥库进行封场覆土,封场结构包括排气层、防渗层设计、排水层设计、植被层设计等。同时对施工过程中的臭气及污水进行治理,保证老港填埋场周边臭气环境满足相关要求。
 
  2、沈阳祝家堆存污泥处置项目
 
  2007年5月至2013年5月期间,沈阳市污水处理厂产生的约150万吨污泥全部堆存在浑南区祝家污泥临时堆放场,曾填满11个大泥坑,占地31.2公顷。为了妥善解决污泥堆存的历史问题,沈阳市政府在2014年投资建设完成了1000吨/日祝家堆存污泥处理项目。
 
  2017年4月,为加快推进污泥处置进程,沈阳市政府决定由国电环保公司作为主体实施祝家150万吨堆存污泥的综合治理工作,为了确保祝家污泥处置项目的技术可行及顺利进行,前期开展了应急污泥处置工作。应急处置工作按照多渠道方式处置污泥,分别采取了ESP石灰干化、好氧发酵处置、电厂掺烧三种工艺方式,经过1个月试运行及电厂试烧,考虑产物出口、处置价格、处置能力及环境影响等因素,经过国内环保专家论证,最终主要选择了电厂污泥掺烧方式进行应急处置。
 
  由于泥坑中的污泥十分粘稠,含水量很高。所以通过机械打捞上来之后要先经过前端改性过程,通过压滤机将污泥的含水率降至60%,从粘稠的污泥变成泥饼,再静止晾晒3天左右后把含水率降低到40%。随后还要经过电厂掺烧或者砖窑掺烧,通过前一种方式,污泥可以变成燃料用来发电;通过后一种方式,污泥将成为砖胚原料。
 
  总结
 
  近年来,随着生态文明要求的提高及城市存量污泥污染问题的日益暴露,存量污泥的处理处置正逐步受到重视,由于存量污泥体量大、性质复杂、脱水困难且臭气难以控制等特点,给存量污泥的处理处置增加了很大的难度。目前存量污泥处理的主要技术包括异位深度脱水填埋、原位深度脱水填埋、异位深度脱水再利用以及异位脱水干化焚烧等,总体上异位深度脱水技术相对成熟,而原位深度脱水由于施工难度大,对施工技术要求高,随着施工技术的逐步积累近两年也逐渐得到了应用。目前,城市存量污泥处理处置逐渐受到各地政府重视,相关技术要求也将进一步提高并逐步规范,因此,开展存量污泥处理处置的集成技术研发及工程实践是十分必要的。
 
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关键词: 污水处理   环保技术   环保管家  

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