谈城市污水处理中污泥处理的可持续性分析

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摘要:作为一个先决条件,污泥至少应当是稳定的,在实际运行上即是要求没有臭味。当地或将来的法律可能要求会更高:污泥可能被要求消毒/巴氏除菌。消毒要求达到一个强制的目标:病原体如肠道病毒、伤寒菌、线虫、寄生虫卵等在处理后的样品中应当检测不到。

关键词:污泥;处理;工艺;分析

1 污泥处理的思路

由于城市污水和工业污水收集率的提高和污水处理效率的改进(如化学法除磷可使污泥量增加30%),使得在世界范围内污泥总量急剧增加。

土地应用仍是污泥处置中可持续发展的一条出路,主要取决于如下因素:

碳和营养物的回用;

周围有无农业用地及其距离;

低投入和运行花费;

严格的法律规定和控制程序以保证污泥安全和有肥效。

然而,根据实际情况或当地规定,污泥生产者在土地应用前不得不进行高级,更昂贵的处理以满足进一步的要求,如堆肥、高温消化处理或高温消毒。

但是,很大一部分污泥因为显而易见的原因不能用于农业,如微污染物、病菌超标或缺乏肥效、距离太远等等。有时也可能由于公众的不信任而不被接受。这样,污泥或被填埋或通过高温氧化硝毁。

2 污泥处理的可持续性战略

在进行任何技术研究之前,应先对公众是否接受进行评估。即使是从技术、成本和环境影响方面来讲都是最好的处理方法,也可能由于没有很好的向公众进行解释而遭到否定。不管最终处理方法是什么,能确定的是将来的处理应是安全、环保(保护人和动植物)并且应当增值(物质和/或能源的回收)。为了这些目的,污泥处理应减小污泥体积,改进污泥质量,减少有害物的排放。

本文将简介一些重要工艺,以满足运营者的需要,并且其中涉及到其他技术或法规约束问题。

2.1 土地应用的可持续发展战略

为一个先决条件,污泥至少应当是稳定的,在实际运行上即是要求没有臭味。当地或将来的法律可能要求会更高:污泥可能被要求消毒/巴氏除菌。消毒要求达到一个强制的目标:病原体如肠道病毒、伤寒菌、线虫、寄生虫卵等在处理后的样品中应当检测不到。

生物处理。利用生物工艺处理挥发性污泥。如厌氧消化(AD)、自养好氧消化(ATAD)工艺。

化学处理。抑制腐败挥发性有机物的降解。如酸性亚硝酸盐SAPHYRTM工艺。

物理处理。抑制腐败挥发性有机物的降解。如污泥焚烧。

这些工艺大部分都有稳定和消毒,但是消毒的程度取决于一些参数如HRT(水力停留时间)或化学投加量。

显然热氧化工艺远远超出了污泥稳定、消毒和巴氏消毒的要求。因为有机物被完全或几乎完全消解。

污泥的生物稳定

液态(浓缩后):消化

我们最熟悉的是传统的污泥处理方法——消化,它可以减少产泥量。无论好氧或厌氧,它都涉及到很多的能量。目前多数较大的处理厂或地区污泥中心都是采用该种方法,此种工艺在数量上还是领先的。同时,其他一些操作或在消化前或在消化后,也提供了强化的处理能力。

附着态污泥(脱水后):堆肥

堆肥是现有的唯一可以把污泥从废物变成产品的工艺,并被很多严格规定或标准认可。因为污泥变成一种新产品,容易操作(可堆积)而无味,消毒良好并且较干燥。这种工艺越来越流行。另一方面,由于它不减少最终的体积,需要很大的占地面积和较多人员。而且,为了满足新规定中(临时EU标准或EPA A级)关于消毒和气味的要求,与传统的“粗糙”工艺如曝气静态堆相比,需要更先进的工艺如“搅拌式反应廊道”,它影响最终的运行费用。

这个工艺主要是通过一个移动的轮子搅拌并推动混合物,同时鼓风机在曝气,加速的生物降解产生一个均匀的泥堆。总的停留时间可以减小到2周,消毒效果非常好。

污泥的化学稳定。污泥的化学稳定主要是通过一个投加装置对待稳定污泥投加化学药剂,以防止发酵和气味。大计量投加可使病原体衰减。这种工艺一般投资便宜并且容易操作。但是,泥量不会减少,并且运行费用较高。

这两种工艺不相互排斥,填埋土地的性质决定着工艺的选用:如果土壤是酸性的,则可以选择加石灰,但如果土壤是碱性的,则SAPHYRTM工艺可能更适合,因为它操作简单,运行费用省。

污泥的物理稳定——加热干燥。加热干燥主要是通过热驱动力除去剩余的自由水和键连接水。根据加热的媒介的不同,加热干燥可分为两可分为两种:一种是气态在高温和湍流状态下流过干燥器(直接加热),一种是用加热液体(通常是蒸汽或加压的水)传递热量给污泥,通过干燥器的加热壁(间接干燥)。加热干燥的目的是使到达下游的污泥具有焚烧的热持续性(一般30~35%)或者是容易处理和储存的干燥污泥(60%)。如果要达到长时间的稳定(几个月),干固体含量应达到90%或更多(最终干燥),而且颗粒的状态也是容易操作使用的(包括农田应用)。另一个最终干燥的优点是它可以方便的面对各种最终的处理方法,如农田应用、焚烧后用于水泥生产、或城市垃圾焚烧。它的缺点:第一是运行费用高,尤其是能源消耗,一般在热干燥中,每蒸发一吨水需要3400MJ的热量。但在脱水步骤中,除去一吨水只要6MJ(电能);第二需要较多工作人员来清除死角中的粉末以防止火灾。

2.2 可持续性热氧化战略

焚烧。流化床焚烧炉(FBF)就工艺性能来讲,被证明是焚烧污泥最好的方法(湍流方式,燃烧后高达850度的温度)。而且它运行可靠(在炉内没有转动部分)。在40年的时间里,威望迪公司已经在全世界范围内建造了几十座流化床焚烧炉(如欧盟、俄罗斯、土耳其)。

通常,在稳定状态不需要添加额外的燃料,热平衡的持续性是可以达到的。如果污泥的热值LCV太低(如低挥发性固体和/或固体含量),尾气/气热交换器应该足够大以增加风室的温度。如果达不到(如延时曝气的污泥含20%DS),则需要在前面加热干燥。

关于干灰的处置,对于没有工业污染的纯市政污泥,重金属不是问题。因为灰是以氧化物形式存在,他们渗透性不强,所以可以回用作水泥,用于工业和道路建设。

最后的副产物是酸步骤的清除。由于重金属的污染,他们只能填埋在特殊的地方,但数量很小。 湿式空气氧化法。威望迪水务系统研发的ATHOSTM设备在“中性”温度(240度)和压力(45巴)条件下被证明是高效的。80%的总COD被氧化,剩下20%是可溶的和高度可生物降解的。不需要后续脱水步骤,废气没有毒性,固体矿物副产品包含重金属是以一种不可渗透形式存在的。它们可以用于道路建设。而且液态部分,含有可生物降解的COD,可以很方便的用作污水厂的反硝化的碳源。

污泥中的有机氮先降解成可溶性的氨。这些氨,部分被吹脱后通过催化反应转换成氮气进入大气。

结论

激烈的竞争、严格的规范和环境保护的需要要求不断开发新的工艺或用更为有效的工艺。对一个具体的项目,通过对工艺的合理选用可以满足用户的要求,需要考虑的是该工艺要能保护环境,造福于人,要能优化物质和能源的回收利用,以达到可持续性的发展的目的。

参考文献