污泥的處理和處置-歐洲一些高效工藝的回顧

1、污泥的處理和處置歐洲一些高效工藝的回憶摘要：由于城市污水和工業(yè)污水截留率的進(jìn)步和污水處理效率的改良如化學(xué)法除磷可使污泥量增加30%，使得在世界范圍內(nèi)污泥總量戲劇性地增加。關(guān)鍵詞：污泥的處理和處置歐洲高效工藝1污泥的挑戰(zhàn)由于城市污水和工業(yè)污水截留率的進(jìn)步和污水處理效率的改良(如化學(xué)法除磷可使污泥量增加30%)，使得在世界范圍內(nèi)污泥總量戲劇性地增加。土地應(yīng)用仍是污泥處置中可持續(xù)開(kāi)展的一條出路，主要理由如下：碳和營(yíng)養(yǎng)物的回用；農(nóng)業(yè)用地的有無(wú)和遠(yuǎn)近；低投入和運(yùn)行花費(fèi)；嚴(yán)格的法律規(guī)定和控制程序以保證平安和有肥效。然而，根據(jù)一些情況或當(dāng)?shù)匾?guī)定，污泥消費(fèi)者在土地應(yīng)用前不得不進(jìn)展高級(jí)，更昂貴的處理以滿足進(jìn)一步

2、的要求，如堆肥、高溫消化處理或高溫消毒。但是，很大一部分污泥因?yàn)轱@而易見(jiàn)的原因此不能用于農(nóng)業(yè)，如微污染物、病菌超標(biāo)或缺乏肥效、間隔 太遠(yuǎn)等等。有時(shí)可能由于公眾的不信任。這樣，污泥或者被填埋或者通過(guò)高溫氧化銷(xiāo)毀。2污泥處理和處置的可持續(xù)性戰(zhàn)略在進(jìn)展任何技術(shù)研究之前，應(yīng)先對(duì)公眾是否承受進(jìn)展估計(jì)。即使是從技術(shù)，本錢(qián)和環(huán)境影響方面來(lái)講都是最好的處理方法，也可以由于沒(méi)有向鄰居進(jìn)展很好的解釋而遭到否認(rèn)。不管最終處理方法是什么，應(yīng)該記住的是將來(lái)的處理應(yīng)是平安，環(huán)保(保護(hù)人，動(dòng)物植物)并且應(yīng)當(dāng)增值(物質(zhì)和或能源的回收)。為了這些目的，污泥處理應(yīng)減小污泥體積，改良污泥質(zhì)量，減少公害的排放。在這篇文章中，我們將簡(jiǎn)

3、介一些重要工藝，以滿足運(yùn)行者的需要，并且涉及到其他技術(shù)或法規(guī)約束問(wèn)題。2.1土地應(yīng)用的可持續(xù)開(kāi)展戰(zhàn)略作為一個(gè)起始條件，污泥應(yīng)當(dāng)至少是穩(wěn)定的，在實(shí)際運(yùn)行上既是要求沒(méi)有臭味。當(dāng)?shù)氐囊蠡驅(qū)?lái)的法律可能會(huì)更高：污泥可能被要求消毒巴式除菌。消毒要求一個(gè)強(qiáng)迫的結(jié)果：即根據(jù)法國(guó)的規(guī)定，病源體如腸道病毒，傷寒菌，線蟲(chóng)，寄生蟲(chóng)卵等在處理后的樣品中應(yīng)當(dāng)檢測(cè)不到。巴式除菌成為一種趨勢(shì)：如丹麥實(shí)行在70度條件下一小時(shí)。根據(jù)處理方法(生物、化學(xué)或物理方法)和污泥的狀況(液體或粘狀物)，不同的工藝描繪如下：表1穩(wěn)定(消毒)污泥的工藝處理方法處理目的聲威迪的處理工藝液態(tài)(濃縮后)粘著態(tài)(脫水后)生物處理根據(jù)控制的生物工藝

4、處理?yè)]發(fā)性污泥厭氧消化(AD)自熱好氧消化ATADBiPasteurTADBither(ADtherphili)堆肥或共同堆肥IPS化學(xué)處理抑制腐敗揮發(fā)性有機(jī)物的降解酸性亞硝酸鹽SAPHYR石灰物理處理抑制腐敗揮發(fā)性有機(jī)物的降解干化通過(guò)熱氧化去除揮發(fā)性污泥濕式空氣氧化法ATHS污泥燃燒PYRFLUID這些工藝大部分都有穩(wěn)定和消毒，但是消毒的程度取決于一些參數(shù)如HRT(水力停留時(shí)間)或化學(xué)投加量。顯然熱氧化工藝遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了污泥穩(wěn)定，消毒和巴式消毒的要求。因?yàn)橛袡C(jī)物被完全或幾乎完全消解(這些工藝將在下一節(jié)介紹)。下面對(duì)一些工藝做專(zhuān)門(mén)介紹：(1)液態(tài)(濃縮后)我們最熟悉和傳統(tǒng)的污泥處理方法是消化，它可

5、以減少產(chǎn)泥量。無(wú)論好氧或厭氧，它都涉及到很多的能量?？紤]到多數(shù)較大的處理廠或地區(qū)污泥中心，此種工藝還是在數(shù)量上領(lǐng)先的。然而，其他一些操作或在消化前或在消化后，提供了增強(qiáng)的處理才能，以滿足法律的要求。厭氧消化厭氧消化是一種有效的減少污泥量的方法，因?yàn)樗褤]發(fā)性固體轉(zhuǎn)換成沼氣。它可以在中溫范圍(一般HRT1520天，35度)或高溫范圍(一般HRT1012天，55度)。中溫范圍：聲威迪水務(wù)在世界范圍內(nèi)有幾百個(gè)業(yè)績(jī)。一般用沼氣攪拌，但是也有機(jī)械攪拌。因?yàn)樵谥袦胤秶爸挥形勰喾€(wěn)定，眾所周知，我們不在此過(guò)多描繪。高溫范圍：在80年代，在丹麥，水處理工藝的進(jìn)步增加了污泥的體積。他們通過(guò)增加污泥齡和池子的體積

6、來(lái)穩(wěn)定二沉污泥。并且，考慮到二沉污泥的低能量和它不易在重力濃縮池中濃縮，它被排除在厭氧消化池之外。很多消化池被停用，或他們只被用來(lái)消化初沉勰啵中溫范圍運(yùn)行的系統(tǒng)(停留時(shí)間為2030天，在3335攝氏度)可以轉(zhuǎn)成高溫消化工藝(1015天，在5355攝氏度)。這意味著用于處理初沉污泥的消化池，只要有足夠的容積也可以處理剩余污泥，假如從中溫轉(zhuǎn)換成高溫。當(dāng)消化池有足夠的容積，改裝成高溫消化池的費(fèi)用可以根據(jù)污泥處置的費(fèi)用，在幾年內(nèi)收回。另一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)是與傳統(tǒng)的中溫消化相比，較小的占地面積。消化產(chǎn)生的沼氣通常用來(lái)發(fā)電和加熱。工藝消耗的熱量應(yīng)盡可能的減小，用熱交換器可以保證部分熱量回收。圖1介紹典型的高溫

7、厭氧消耗的流程和熱回收系統(tǒng)。50到70的熱量在泥泥熱交換器中從消化的污泥中回收。排放的污泥量減少35%。在Hlbk污水廠，對(duì)污泥中病原體的含量在換成高溫消化前后進(jìn)展測(cè)量。結(jié)果見(jiàn)表2：表2Hlbk(Denark)污水處理廠污泥中病原體的含量工程消化前的污泥中溫消化后高溫消化后丹麥對(duì)“控制污泥的要求傷寒菌數(shù)量每100l10020001002502(檢測(cè)極限)不能有糞鏈球菌數(shù)量每l30003000025040010100根據(jù)其他廠的經(jīng)歷，如布拉格中心污水處理廠的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，由于把消化池從中溫消化改高溫消化后泡沫的問(wèn)題得到明顯改善。2)粘著態(tài)污泥(脫水后)：堆肥堆肥是現(xiàn)有的唯一可以把污泥從廢物變成產(chǎn)品的

8、工藝，并被很多嚴(yán)格規(guī)定或標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可。因?yàn)槲勰嘧兂梢环N輕產(chǎn)品，容易操作(可堆積)而無(wú)味，消毒良好和較枯燥。這種工藝越來(lái)越流行。另一方面，由于它不減少最終的體積，需要很大的占地面積，并且需要較多人員。而且，為了滿足新規(guī)定中(臨時(shí)EU標(biāo)準(zhǔn)或EPAA級(jí))關(guān)于消毒和氣味的要求，需要更先進(jìn)的工藝如“攪拌式反響廊道它影響最終的花費(fèi)，與傳統(tǒng)的“粗糙工藝如曝氣靜態(tài)堆相比。在這個(gè)工藝中，一個(gè)挪動(dòng)的輪子攪拌并推動(dòng)混合物，同時(shí)鼓風(fēng)機(jī)在曝氣。加速的生物降解產(chǎn)生一個(gè)均勻的堆。總的停留時(shí)間可以減小到2周，消毒效果非常好。污泥的化學(xué)穩(wěn)定包括一個(gè)投加化學(xué)藥劑的裝置，以防止發(fā)酵和氣味。大計(jì)量投加可使病原體衰減。如此這樣的工藝一般投

9、資廉價(jià)并且容易操作。另外，固體的減少是不可能的，并且運(yùn)行費(fèi)用也是可觀的。兩個(gè)可能的工藝，但他們不是競(jìng)爭(zhēng)者，因?yàn)樘盥裢恋氐馁|(zhì)量決定了工藝：顯然假如土壤是酸性的，那么可以選擇加石灰，否那么SAPHYR工藝可能更合適，因?yàn)樗┬泻?jiǎn)單，廉價(jià)。(1)液態(tài)：亞硝酸鹽穩(wěn)定NitritestabilisatinSAPHYR工藝由聲威迪公司開(kāi)發(fā)，它基于Nx在酸性條件下的作用(一般pH23)使污泥穩(wěn)定和消毒，此外污泥的脫水性能也得到改良。并且，無(wú)需投加其它固體。最后，處理后的污泥在不能用于農(nóng)業(yè)用處時(shí)可以燃燒，相反，投加石灰的污泥不能燃燒。(2)粘性態(tài)污泥：石灰這還是最常用的穩(wěn)定污泥的方法，特別是在法國(guó)，但是農(nóng)民的

10、要求(提供免費(fèi)石灰)和消毒的要求使投加量可高達(dá)50%或者在有些情況下更多?？菰飔heraldrying照片2Tuluse污水處理廠直接枯燥器(處理能量4噸蒸發(fā)小時(shí))加熱枯燥包括通過(guò)熱驅(qū)動(dòng)力除去剩余的自由水和鍵連接的水。加熱的媒介或者是氣態(tài)(直接加熱)在高溫和湍流狀態(tài)下流過(guò)枯燥器，或者用加熱液體(通常是蒸汽或加壓的水)傳遞熱量給污泥，通過(guò)枯燥器的加熱壁(間接枯燥)。加熱枯燥的目的是到達(dá)下游污泥燃燒的熱持續(xù)性(一般3035%)或者得到團(tuán)狀物(60%)或枯燥的容易處理和儲(chǔ)存的污泥。假如要到達(dá)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定(幾個(gè)月)，干固體含量應(yīng)到達(dá)90%或更多(最終枯燥)，而且，一種顆粒的狀態(tài)是容易操作的(包括農(nóng)田應(yīng)

11、用)。另一個(gè)終級(jí)枯燥的優(yōu)點(diǎn)是它可以方便的等待各種最好的處理方法，如農(nóng)田應(yīng)用、燃燒后用于水泥消費(fèi)、或城市垃圾燃燒。它的缺點(diǎn)：第一是花費(fèi)，尤其是能源消耗，一般在熱枯燥中，每蒸發(fā)一噸水需要3400J的熱量。但在脫水步驟中，除去一噸水只要6J(電力)；第二需要很多工作人員來(lái)去除死角中的粉末以防止火災(zāi)。2.2可持續(xù)性熱氧化戰(zhàn)略燃燒照片圣彼得堡的PYRFLUID的三維圖象流化床燃燒爐(FBF)就工藝性能來(lái)講，被證明是燃燒污泥最好的方法(湍流方式，燃燒后高達(dá)850度的溫度)。而且它運(yùn)行可靠(在爐內(nèi)沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部分)。因此聲威迪已經(jīng)在世界范圍內(nèi)40年的時(shí)間里建了幾十座流化床燃燒爐(歐盟、俄羅斯、土耳其)。通常，在

12、穩(wěn)定狀態(tài)不需要添加額外的燃料。熱平衡的持續(xù)性是可以到達(dá)的。假如污泥的熱值LV太低(低揮發(fā)性固體和/或固體含量)，尾氣氣熱交換器應(yīng)該足夠大以增加風(fēng)室的溫度。假如達(dá)不到(如延時(shí)曝氣的污泥含20%DS)那么需要在前面加熱枯燥。注：在圖4中粘性污泥直接進(jìn)入FBF燃燒爐，圖5中在沙泥混合器中進(jìn)展污泥予枯燥以合適中等處理才能。因?yàn)樗?00度的條件下已經(jīng)除去，熱量需求減少，因此在低DS含量時(shí)可獲得熱平衡。如以前提到的，需要有效的尾氣處理，包括：()通過(guò)熱交換器回收熱量用于予熱空氣或其它目的(預(yù)枯燥加熱、建筑取暖、下游處理)；()通過(guò)除塵器除去灰塵(污泥的礦物部分在這一步除去)；()通過(guò)濕式設(shè)備捕獲酸性化合

13、物(噴淋洗滌器)；()后續(xù)處理包括如催化去除Nx和反煙羽加熱器。很多污水廠的分析說(shuō)明，結(jié)果很好的符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。關(guān)于干灰的處置，對(duì)于沒(méi)有工業(yè)污染的純市政污泥，重金屬不是問(wèn)題。因?yàn)榛沂且匝趸镄问酱嬖?，他們浸透性不?qiáng)，所以可以回用作水泥，用于工業(yè)和道路建立。最后的副產(chǎn)物是酸步驟的去除。由于重金屬的污染，他們只能填埋在特殊的地方，但數(shù)量很校燃燒為了減少投資，城市垃圾和市政污泥通常用一個(gè)燃燒爐。通常，一個(gè)人口當(dāng)量每天產(chǎn)生150250克的脫水后粘性污泥和13公斤的垃圾。根據(jù)燃燒爐的設(shè)計(jì)，可以通過(guò)1025%(泥垃圾)的粘性污泥來(lái)控制爐子的溫度。為了到達(dá)最優(yōu)化的燃燒，并且不會(huì)由于未燃燒的有機(jī)污泥污染熟

14、料,可以用處理才能為13h的Pyrix設(shè)備，通過(guò)壓縮空氣把污泥轉(zhuǎn)成滴狀污泥。實(shí)際上，這種運(yùn)行方式只有在污水廠離城市垃圾燃燒爐較近時(shí)有利，否那么處理運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用將很高。此時(shí)污泥只在系統(tǒng)需要時(shí)作為控制流使用。聲威迪水務(wù)系統(tǒng)研發(fā)的ATHS在“中性溫度(240度)和壓力(45巴)條件下被證明是高效的。80%的總D被氧化，剩下20%是可溶的和高度可生物降解的。不需要后續(xù)脫水步驟，廢氣沒(méi)有毒性，固體礦物副產(chǎn)品包含重金屬是以一種不可浸透形式存在的。他們可以用于道路建立。而且液態(tài)部分，含有可生物降解的D，可以很方便的用作污水廠的反硝化的碳源。污泥中的有機(jī)氮先降解成可溶性的氨。這些氨，部分被吹脫后通過(guò)催化反響轉(zhuǎn)換

15、成氮?dú)膺M(jìn)入大氣。這種工藝可以應(yīng)用于中等大小的污水廠，由于沒(méi)有污染物排放，所以容易被公眾承受。2.3先進(jìn)的處理工藝這些工藝交融了傳統(tǒng)的和革新的工藝，以正在建立的布魯塞爾北污水處理廠污泥流程為例(規(guī)模1.1PE)。此流程包含了一座濃縮后污泥(脫水后達(dá)16%)的脫水裝置，然后經(jīng)熱水解(一般180度半小時(shí))反響以降低粘度，增強(qiáng)潛在可消化性。消化后的污泥含固率為8%(不是傳統(tǒng)消化的5%)D含量為50gl。D可以滿足濕式氧化單元的熱平衡要求而不用添加其它燃料。這樣整個(gè)處理系統(tǒng)足以自己提供能量，而且即沒(méi)有煙氣，也沒(méi)有飛灰。它滿足客戶的特殊要求，即不愿意燃燒，也不用填埋。最后，與傳統(tǒng)的布局相比，大大減小了占地

16、面積。3結(jié)論劇烈的競(jìng)爭(zhēng)，嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境的要求迫使像聲威迪這樣的公司開(kāi)發(fā)新的工藝或用更為有效的工藝(包括來(lái)自美國(guó)的工藝)。對(duì)每個(gè)工程，通過(guò)對(duì)工藝的適當(dāng)合理安排可以滿足用戶的要求。需要考慮的是保護(hù)群眾和環(huán)境，優(yōu)化物質(zhì)和能源的回收利用，以到達(dá)可持續(xù)性的開(kāi)展。參考文獻(xiàn)1atthes,P.,AglbalatlasfasteatersludgeandbislidsuseanddispsalIAQsientifiandtehnialreprtN.4(1996)2EvansTi,Assessingtherisksfreylingtland,aterEnvirnent,septeber/98pp.27-303

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