摘要:主要介绍了污泥脱水技术(干化、焚烧、超声波、热水解、电渗析、混凝沉淀和其它常用技术)的基本原理和影响因素,分析了它们的优缺点和适用条件,并结合应用情况对它们的发展趋势作了展望。2004年,全国废水排放总量为482.4亿t,其中工业废水221.1亿t,城镇生活污水261.3亿t,废水中COD排放量1 339.2万t[。1]如果65%的污水用生物法处理,按万t废水产生2.7 t(干质量)污泥计算,则全国将产生污泥847万t(干质量),若折合含水80%,则污泥为4 233万t,由此可看出,污泥的处理成为污水处理厂面临的又一难题。污泥处理处置的成本主要包括场内传输费用、场外运输费用和填埋费用,而影响成本的最主要因素是污泥的量,如果污泥的含水率减少一半,则全国可以减少污泥2 116万t,至少可以减少一半的填埋用地和运输费用,大大降低管理成本,所以污泥脱水技术有着重大的应用价值。
1污泥减量化的途径
污泥的主要成分是水分(99%左右)和有机物,还有少量的氮化物、磷化物、多环芳烃、农药残留、病原体和重金属离子等。常见污泥处理工艺流程如图1。从污泥的组成成分和处理流程看,污泥减量有两个途径,一是减少有机物的量(消化、焚烧),二是降低污泥的含水率(浓缩、脱水、干燥、焚烧)。第二个途径较第一个简单易行,所以主要介绍污泥的脱水技术。图1一般污泥处理流程。
2干化脱水技术
2.1干化脱水工艺流程
干化是一种利用热能将污泥中水分快速蒸发的处理工艺,根据热能的来源和加热方式的不同,可分为流化干燥、间壁干燥、过热蒸汽干燥、红外辐射干燥、对撞流干燥等。中国目前还没有污泥干化厂建成运行,现在国外常见的干化工艺有流化床干化、盘式干化、转鼓干化。
(1)流化床干化工艺中污泥不需要预处理,直接送入流化床干燥器,以蒸汽为热能,由热转换器将热能传递给污泥。整个系统为封闭循环系统,气体中的含氧量极低,基本惰性化。污泥的水分以气态形式进入空气,气体经冷凝除水后才能再进入循环,否则污泥易粘结。污泥在流化床内通过激烈的流态化运动形成均匀的污泥颗粒,细颗粒被旋风除尘器收集,又与少量湿污泥混合重新回污泥干燥器,这样可提高干燥效率。干化颗粒经冷却送入充满惰性化气体的干颗粒储存料仓,产生的少量废气被送入生物过滤器除臭后排入大气。流化床干化工艺流程示图2。
(2)盘式干化工艺先用外部热源加热一个油炉,再通过油体将热能传送到干燥盘。干燥盘有5～7层圆盘,污泥首先被均匀摊在顶层的圆盘上,主轴上的耙子将污泥颗粒从内推向外沿,送到下一层圆盘上,如此依次下滑。为了充分利用污泥颗粒本身的热量,在每层都有新污泥涂在污泥颗粒表面,颗粒不断增大,干燥后的颗粒一部分再返回盘式干燥器,另一部分粒径合格颗粒冷却后送入颗粒储存料仓。气体冷凝除水后经高温焚烧,彻底去除气味后高空排放。盘式干化工艺流程如图3。
(3)转鼓干化工艺以天然气或沼气为能源,以空气为传热介质。湿污泥和部分干化颗粒在混合器中混合,由气流把它带入转鼓干燥器,污泥在转鼓干燥器中随气流以稳定的速度旋转前进,由内筒向外筒转移,污泥逐渐被干化成颗粒。被干燥的污泥颗粒与气体分离,经分级筛,粒径合格颗粒进入储料仓,粒径不合格的颗粒返回与湿污泥混合。气体处在一个循环系统中,通过转鼓干燥器的气体与污泥颗粒分离,再经冷凝器冷凝再次进入循环,少量废气经生物过滤器除臭后排出。转鼓干化工艺流程见图4。
2.2干化脱水技术的应用分析
干化脱水技术从20世纪40年代出现以来,经不断改进,干化过程中污泥性状稳定、不易产生沼气、不易粘结,产生的气体难燃不易爆,干化后污泥含水率低于10% ,减量率很高,占地少,易控制,安全,稳定。其缺点是投资和运行费用较高,对管理和操作技术的要求也较高,适用于土地紧张的大型污水处理厂或较集中的多个中小型污水处理厂污泥的集中处理。
3流化床焚烧技术
3.1流化床焚烧脱水工艺流程
流化床焚烧炉为圆筒形,气体由底部通入,经配气板均匀送入炉堂,炉膛的最下端为一次燃烧区,在稳定的气流吹动下,污泥在配气板上方呈悬浮态,状似液体沸腾,故称之为“流化态”。污泥干化后质量减轻,开始上浮进入二次燃烧区,此区温度为850 ℃左右,二口恶英可被分解。烟尘从炉顶排出,进入余热锅炉,二口恶英易在300 ℃左右生成,故炉温须保持在210 ℃以下。然后再进入烟气洗涤塔,去除重金属、灰尘和硫、氯、氟、氮氧化物等有害物质,汞只有用HOK(膛式炉焦炭)气流吸附法和经碱洗池(添加药剂TMT 15)处理才能去除。
3.2流化床焚烧脱水技术的应用分析
污泥经一次燃烧区的干燥处理后,含水率达50% ,可自行燃烧,焚烧后水分去除率能达100%。流化床焚烧脱水技术耗能少、节省运输成本、水分去除率高、杀灭病原体、处理能力强、速度快、危险性小等,但造价高、燃烧产生的二口恶英和烟气中的重金属处理困难。与填埋和堆肥相比,成本更低、对环境的影响更小。
20世纪60年代,美国开始污泥的焚烧研究,1962年,美国Lynnwo Washington建成了世界上第一台焚烧污泥的流化床锅炉,目前污泥焚烧在德国、日本、奥地利、丹麦、比利时、法国、荷兰、瑞士等国已成为污泥处理的主要手段。中国仅浙江大学、清华大学等开展了污泥焚烧处理研究。中国的污水处理厂的污泥大部分都是作填埋和堆肥处理,污泥焚烧在北京和深圳的污水处理厂有小规模应用。
随着土地资源的紧缺和人们用堆肥对土地污染认识的深化,污泥的焚烧处理将逐渐被重视。
4超声波脱水技术
4.1超声波脱水原理
污泥中所含的水可以分为自由水( 70% ) 、菌胶团包含水( 27% ) 、毛细管水( 2% ) 和结合水(1% ) 。自由水的去除较为容易,毛细管水和结合水虽然较难去除,但含量很少,可以忽略。菌胶团中心为固体颗粒,周围吸附了大量的微生物极其代谢的产物(糖类、脂类、有机酸和蛋白质等) ,这些吸附物在菌胶团的外层形成疏水膜,包裹在有机质疏水膜中的水分称为菌胶团包含水,这部分水分很难去除,且量较大。
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