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关键词:市政工程;污泥处理;环境保护;生物处理;厌氧技术;好氧技术 文献标识码:A
中图分类号:X705 文章编号:1009-2374(2016)31-0066-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2016.31.034
在城市污水的处理中会出现大量的衍生品,市政污泥就是其中之一。通常,市政污泥由各种细菌菌体、胶体、有机残片与无机颗粒等组成,其结构非常复杂,是一种特殊的非均质体。从性质方面来看,其有机物所占比例往往超过一半,N、P等营养物质的含量非常高,其中N的含量大多为1.5%~7.0%,而P的含量则为0.8%~3%。城市污水的水质处理方式及应用技术会直接关系到市政污泥的产量。在污水处理的过程中,其所产生的污泥约占其总量的3‰~5‰。相关资料显示,截至2005年底,我国共建成764座城市污水处理厂,每日的污水处理能力达到5220万方。其中城市生活污水的处理率约为37.4%,年度污水处理总量超过108.4亿方。这之中其每年所产生的市政污泥量达到150万吨,且这一数量还在不断增长,年增长量约为10%。
从整体上来看,我国市政污泥具有结构复杂、产量大等特点,其大多富含有机物,极其容易腐蚀,散发出恶臭,给环境带来二次污染。我国市政污泥的这些特点恰恰使得其在处理后可以被用作肥料,具有非常高的利用潜力。
1 我国市政污泥的处理现状
同西方发达国家相比,我国市政污泥的处理水平相对低下,所采用的技术与装置等均处于初级水平。据不完全统计,我国当前能够对污泥进行有效处理的污水处理设备,还不到总量的一半。拥有较成熟工艺和相对完善的配套设施的仅仅为总量的10%。这其中,运行良好,能够具备良好处理效果的更是少之又少。大部分的优良设备都是集中于大型污水处理厂中的,而中小型污水处理厂则大多缺乏配套设施与处理装备。这直接导致我国大量的污水污泥没有经过充分处理,就采用脱水等简单办法处理,最终加以掩埋与焚烧。这种方式带来了诸多不利,具体体现在如下三个方面:一是由于所需要处理的量非常庞大,致使需要花费不少的成本来安置污泥;二是污泥的稳定性非常差,在土壤和空气中,其内在的有机成分会容易变质,从而给环境带来二次污染;三是污泥内的各种物质资源没有得到充分的利用,使得资源浪费。显而易见,这些都与可持续发展的目标背道而驰,亟待解决。
例如,上海的某一污水处理厂,其每日所产的污泥量约为250方,这些污泥的含水量约为97%。我们可以从经济与环境效益的角度考虑,将污泥好氧消化处理工艺下的效果和传统处理方式下的效果加以比对。好氧消化处理工艺通常要先经过好氧消化处理,再进行脱水,最后进行填埋;传统处理方式则只需要经过脱水,就进行填埋。经过对比发现,经过好氧消化处理工艺的处理,污泥具有非常强的稳定性,不会给环境带来二次污染;而在传统工艺技术下,污泥的稳定性极差,很容易威胁环境。也就是说,不管从经济成本方面还是环境效益上,市政污泥的处理都是具有显著效果的。从我国城市建设与经济发展的角度来看,我国亟需加大市政污泥处理设备的投入,全面提高污泥的处理效果。这将是我国加强环境保护工作的重要任务,具有非常强的紧
迫感。
2 我国市政污泥处理目标及发展趋向
目前,全球在进行污泥处理的过程中,大多遵循“减量化、稳定化、无害化、资源化”这一原则进行。整个污泥处理最终要达到对环境无危害的目的。从《城镇污水处理厂污染物排放标准》内的有关内容来看,城镇污水处理厂应先对污泥进行稳定性处理,使得其最终符合如下标准:一是在厌氧消化措施下,其最终的有机物降解率应达到40%以上;二是在好氧消化的措施下,其最终的有机物降解率应达到40%上;三是在好氧堆肥这一措施下,其含水量应低于65%,有机降解率应高于50%等。在减量方面,其控制目标设定为:所经过处理的污泥,其在脱水处理之后,含水量应少于80%;在无害化的要求之下,最终处理得到的污泥其所带有的病原体应该符合相关要求,常见的病原体主要包括大肠杆菌、肠道病毒、寄生虫卵等,其中蛔虫卵的死亡率必须高于95%。
尽管我国对污泥处理的最终结果设定了一系列标准,但是从实际状况来看,污泥处理场地附近仍出现了多种不良问题。很多新闻报道都曾提到过在污泥使用的过程中,居民出现了诸多不良症状,如全身红疹、嗓子痛、红眼病及肺病等。在未来我国将进一步加强污泥处理力度,对污泥中的病原体进行杀灭处理,使得其符合EPA的现行标准。在现有的检测技术之下,处理好的污泥应不带有病原体,这是ERA对于A类生物固体所设定的标准,这一标准将对我国污泥处理的发展指明方向。
随着我国经济水平的不断提升,人们的环境保护意识不断提高。在可持续发展观念的指引下,污泥的资源化处理也得到社会各界的关注。有关污泥资源化处理的理念主要有如下两方面:一是生物肥料等方面,这是将污泥处理成为可以再次利用的资源,使之能够变废为宝;二是经济效益方面,主要指的是节能与省耗,多侧重于处理工艺上。
3 我国市政污泥处理技术的应用现状
3.1 污泥脱水与浓缩技术
当前,污泥减容所采用的重要技术为污泥脱水与浓缩技术。在各种浓缩方法中,浮选浓缩与重力浓缩被应用得最为广泛。与西方国家相比,我国所采用浮选浓缩与重力浓缩办法效率非常低下,且其对占地面积有着非常高的要求,往往要投资不菲的工程成本,管理控制操作也存在非常大的难度。
在传统污泥脱水处理的过程中,其主要是借助自然干化来达到脱水目的。这种方式下,其往往对场地面积有着非常高的要求,且环境状况非常差,有二次污染。这种方式现在已经很少被使用了。目前使用的污泥脱水设备多包括板框压滤机、离心脱水机、带压压滤机、叠螺脱水机、真空过滤机等。针对不同理化性质的污泥,污水厂在建设与配套设置方面也会有所不同,其场地面积、投资成本会因实际状况而有所不同。
3.2 污泥消化稳定技术
相关数据显示,当前我国仅有3%的污水处理厂引入了污泥消化稳定设备,如污泥厌氧消化系统,其中能够正常运作的仅仅为1%。目前,在污泥消化稳定技术方面主要有厌氧消化与好氧消化两种技术。前者是目前应用得最为广泛的污泥生物处理技术,多见于大中型污水处理厂;后者则采用污泥高温微好氧消化技术与好氧堆肥技术。其中厌氧消化技术具有运行成本低、能耗小的特点,其处理得到的污泥具有非常强的稳定性,且能够得到沼气等副产品。该技术在处理污泥时往往需要25~30天的消化周期,能够减量30%的污泥量,清除30%~50%的有机物。最终得到的污泥可以被应用到农业生产中,具有非常强的经济价值。但是这种技术的总投资成本高昂,对技术与操作等方面都有着非常高的要求,所生产的甲烷等副产品也存在一定的安全隐患。
3.3 污泥处置技术
在对污泥进行脱水处理后,很多污水处理单位会采用卫生填埋的方法来处置污泥。相关资料显示,我国每年约有63%的污泥被填埋处理掉。在填埋过程中,污泥应具备一定的抗压强度与剪切力,其含水量必须要小于60%,有机物的含量必须低于30%。为了达到卫生标准,很多填埋场都引进了深度脱水设备与石灰稳定固化设备。这种污泥处置方式具有成本低廉的特点,但也非常容易造成环境污染,给地下水与土壤带来危害。随着土地资源的日益紧张,这种占地面积大的污泥处理方式已经逐步被淘汰了。
在对污泥进行无害化处理之后,可以对其进行土地利用,使其用于绿化、盐碱地改造等工程中。这种方式具有投资少、操作简单的特点。我国市政污泥具有富营养化的特点,氮磷钾等矿物元素的含量非常高,能够有效地改善土壤性质。经过无害化处理的污泥将成为优良的土壤改良剂,这将是我国污泥处理的未来发展方向。然而污泥中往往含有很多有害有毒物质,很难以被降解,对无害化处理技术有着非常高的要求。如果这些物质不能被有效去除,其一旦进入到土壤中,将会污染土壤,造成严重的后果。不仅如此,污泥中的很多重金属元素极其容易被植物吸收,使得人类的食物链遭到破坏,危害人类健康。当前,我国还没有针对该方面出具有效的标准,因此污泥土地利用要想真正实现,还需要经过相当长的发展时期。
将处理后的污泥再经过焚烧之后,可以运用到建材生产中。在西方发达国家,将污泥用作建材生产已经得以实现,有着非常良好的发展势态。在污泥减量化处理方面,焚烧是最有效的处理方式之一。我国市政污泥的含水量非常高,因此多采用干化焚烧的办法,所采用的工艺包括喷雾干化焚烧与硫化床工艺。在焚烧的过程中,所产生的能量可以用于发电。焚烧后所得的材料可以用于生产水泥等建材。这种处理方法需要高昂的投资成本,操作工艺非常复杂,对技术有着很高的要求。随着我国城市化进程的不断加快,这一处理方法将拥有更广阔的发展空间。
参考文献
关键词: 污泥干化锅炉焚烧体会与思考
Abstract: With the increase of city sewage treatment, sludge production also increases greatly, sludge disposal is a new problem facing the city. I work in a coal-fired thermal power enterprises, treatment and disposal in recent years engaged in the city sludge, have some understanding of city sludge treatment and disposal, and think about their own experience to talk about.
Key words: sludge drying incineration boiler experience and reflection
中图分类号:[TU992.3] 文献标识码:文章编号:
1 城市污泥的问题
随着我国城镇化水平不断提高,污水处理设施建设得到了高速发展,据(2013-2017年中国污泥处理处置深度调研与投资战略规划分析报告)统计2010年我国城镇污水处理厂已经建有2500多座,城市污水处理能力已达到每天1.22亿吨,为实现国家的减排目标和水环境改善,作出了巨大贡献。但是污水厂的建设及运行伴随产生了大量剩余污泥,以含水率80%计,全国年污泥总产量将很快突破3000万吨,污泥处理形势十分严峻。
由于人国污水厂在建设过程中,长期以来“重水轻泥”,我国城镇污水处理厂基本实现了污泥的初步减量化,但未实现污泥的稳定化处理。约80%污水厂建有污泥的浓缩脱水设施,达到了一定程度的减量化,约有80%的污泥未经稳定化处理,污泥 中含有恶臭物质、病原体、持久性有机物等机物等污染物从污水转移到陆地,导致污染物进一步扩散,合得已经建成投运的大污水处理设施的环境减速排效益大打折扣。据有关统计资料显示,目前处置方式中,土地填埋占63%、污泥好氧发酵+农用约占13.5%、污泥自然干化综合利用占5.4%、污泥焚烧占1.8%、污泥露天堆放和外运各占1.8%和14.4%。事实上,土地填埋、露天堆放和外运的污泥处理大部分属于随意处置,真正实现安全处置的比例不超过20%。制约污泥处理处置设施建设的因素很多,但国家对污泥处理处置总体路线不够明确是重要因素之一。城市污泥如何更好地处置是全社会关心的问题。
2 解决问题的对策
解决城市污泥的最终目标是实现减量化、无害化和安全稳定化。污泥燃烧是一项技术成熟、节约能源、符合国家能源政策的环保项目,是目前处理污泥的最有效办法。目前污泥焚烧技术已经成为污泥处置的主流,愈来愈受到重视。这是因为与其它污泥处理、处置方法(如将污泥先改性再经高压板式压滤成泥饼后填埋、所谓污泥肥料化等)相比较,具有突出的优势,能够实现减量化、无害化、资源化。污泥焚烧技术成熟不复杂,可利用现有热电厂锅炉,掺入煤中直接燃烧;污泥中的可燃气体及可燃物质作为热能可以回收;而采用燃烧的办法是减量化,避免污染转移的最好办法。
3 目前焚烧污泥的二种主要方式
方式1 脱水污泥直接加入流化床锅炉内与煤混烧 这种方式充分利用了流化床锅炉对多种燃料,特别是多水分、低热值燃料的适应性,只需在锅炉顶部或侧墙,开一个或几个孔,通过一套专用的输送设备,将含有约60%水份的污泥块直接送入炉内,利用污泥中的水份在高温下蒸发汽化,体积膨胀,污泥块爆破使污泥细化,参与炉内的流化过程,与煤混合燃烧。
方式2 将脱水污泥进一歩干化,使污泥的含水率低以40%成粉粒状掺入煤中(或与拉圾混合)进入锅炉焚烧。
比较上述二种方式:方式1污泥脱水工艺简单、脱水过程能耗少,但城市污泥热值不高且大于60%的含水率的入炉污泥燃烧价值不高,不仅不能提供热量,反而还要耗能(煤),影响锅炉燃烧工况;方式2污泥干化增加了干化工艺、干化过程需要耗能(所谓的利用光能、风能效率太低目前还不能实现产业化) ,但干化后的污泥热值提高,入炉后参以燃烧具有热能的价值。比较二种方式:方式2 对污泥处置的效率高,焚烧过程更可靠,资源再利用效果更明显。(南京、武汉、于津等地的专家对污泥不同含水率焚烧效果都有很好的分析和总结)
4 目前比较成熟的污泥干化工艺
一是以浙江绍兴中环建成的日处量2000吨湿污泥工程,采用空心浆叶机进行干化的方法。将含水率85%的湿污泥泵入空心浆叶机,以蒸汽(或导热油)为媒介间接加热污泥蒸发水汽的方法,使污泥中水份蒸发后含水率降到45%以下,成粉状或小颗粒状,送入锅炉与煤掺和焚烧。采用蒸汽利用空心浆叶干燥机对污泥干化,使污水厂经袋式过滤后含水率85%的湿污泥,通过空心浆叶干燥机干化使含水率降到45%及以下可以掺煤焚烧这种工艺方法已经在许多地方推行。
二是以苏州工业园区污泥处置资源化及综合利用工程为例的目前较为先进的“薄层蒸发加带机干化”工艺,也叫“二段法”工艺。所谓的“二段法”,即首先将含水率80-85%的湿 污泥输入第一段薄层蒸发器,利用蒸汽间接式加热,使湿污泥干化到含水率55%成泥饼,再经切碎机切成条型䢋入第二段带式干化机,经过第二次干化(这第二次干化采用的热媒来自第一段蒸发器的余热)使污泥的含水率降至10-20%,成为“干污泥”,输到热电厂的燃煤锅炉,与煤掺和焚烧。
二者比较:前者设备工艺简单、干化加工成本相对低,但能耗高,热能利用率低;后者设备工艺复杂、干化加工成本要高许多,相对能耗低,热能利用率高。笔者认为:从长远观点看、从能源价值看,应以“二段式干化”的方式推广和肯定,这里就有一个政府主导,环保理念与能源价值、社会效益与企业利益的关系
5 目前污泥干化---焚烧处置方法的思考
前面介绍了目前污泥干化---焚烧的二种工艺,其中前一种污泥干化工艺已在各地不同行业(如热电厂、污泥拉圾焚烧厂、拉圾焚烧发电行业、以及印染行业) 以不同规模逐步推广并已经开始走向产业化,各地政府要求已建成的拉圾焚烧发电厂增设污泥焚烧,对新建的拉圾发电厂必须配套污泥焚烧。这些企业具备了污泥干化所需的热能、污泥干化过程中产生的废汽可以通过密封管道送入锅炉处理,干化的污泥作为热源入炉燃烧,污泥干化过程中蒸汽疏水余热回收用于锅炉给水,所以它是目前城市污泥处置的有效方法,可以实现减量化和安全处置化。
但污泥毕竟是一种污染物,它含有大量有害细菌、可燃气体、重金属,干化过程中产生的大量废汽、废水如何有效处理,真正实现无害化还是应该认真探讨,不少小规模的污泥干化项目往往由于考虑加工成本,将干化过程中产生的废汽、废水直排、偷排,造成空气和地下水的二次污染;目前已经采取废汽入炉焚烧的,真正能做到烟气达标排放的还要做许多努力。正如一些专家但心的这种废汽经焚烧会产生新的更具有危害的毒性气体,新的问题出现,值得认真对待。国家有排放标准,也提出了相应的防治措施,关键在于如何来严格执行。笔者认为:城市污泥的处理和处置是社会的一项公益事业,政府处于主导地位,城市规划中明确采用集中污泥处置地,必须规范化、组织专家论证,明确技术方案,指导市场运作。本人亲历污泥处理走过的弯路,原先污泥处理采用的工艺,是将污水厂运来的含水率85%的湿污泥---加水淘洗---加药剂改性----经高压板式过滤机脱水生产出含水率接近于55%的泥饼,其结果烧又不能烧、填埋又不许的两难境地,最终未能实现污泥的处置,被迫放弃原已形成的一整套耗资几百万装备的作业线,再重新投资改造成目前采用蒸汽空心浆叶干燥,能将污泥干化至含水率低于43%的、日处理200吨湿污泥规模的示范生产线,实现了掺入煤中进入锅炉焚烧的成功,前期浪费的人力、物力和时间值得检讨引于为训。
关键词:污水处理厂 能耗降低 措施
中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2013)05(b)-0126-01
优化污水处理厂能耗降低措施,这不仅是实现上述污水处理任务的重要途径,更对我国环境资源的可持续利用具有重要意义。据此,该文将就这一问题进行研究探讨。
1 污水处理厂能耗构成分析
污水处理厂的能耗构成,如图1所示①。总体来讲,当前我国污水处理厂的能耗主要集中在曝气装置、污泥处理和提升以及其他设备的能耗上,因此,污水处理厂的能耗降低措施应该对上述部位进行优化。本文接下来提供的措施也将围绕这些部位展开。
2 基于能耗构成分析的污水处理厂能耗降低措施
利用时间顺序从处理前的能耗审核,到处理过程中的装置、工艺优化,到污泥处理后的回收利用三方面展开对能耗降低措施的研究。
2.1 处理前的能耗审核
新形势下,污水处理厂要改变过去那种传统的“蒙头干”的“无标准、无审核”的污水处理办法,对污水、污泥处理过程中的能耗降低要设计具体的方案和计划,以避免处理过程中的无计划、无准备的能耗和能源浪费。具体做法上,污水处理厂技术部门可采用生命周期分析法,对处理系统的各环节、各过程进行能耗数据分析,提前预见能耗,并在此基础上,形成降低能耗的提前的预处理办法,以备接下来的污水处理工作利用。同时监督部门要监督污水处理厂的装置维护和工艺优化、以及是否按照审核形成的书面要求开展“最经济、最成本”的能耗污水处理。
2.2 处理中的装置、工艺优化
2.2.1 优化曝气系统
由上面的能耗构成分析可知,曝气系统是当前污水处理厂一般工艺流程中能耗最大的环节,曝气系统是否经济优化是决定污水处理效果的重要部分,对曝气系统的节能优化措施包括:(1)精确设计曝气头,选用压力损失小的管材及局部构件。(2)选用微气泡空气扩散装置,可以考虑在单侧设曝气装置的同时安装自动调节装置,提高氧转移率。(3)采用混合效率更高的潜水搅拌器等来替代曝气设备。(4)使用变频调速风机,通过变频调速技术提高鼓风机运行效率。
2.2.2 优化污泥处理工艺
由上述的能耗构成分析同样可知,污泥处理环节也是当前污水处理厂能耗较高的部分。优化污泥处理工艺具体可按以下方法进行:
首先,在污泥浓缩、脱水前采用投加聚合物、无机化学药品或热处理方式调质污泥,要用天然高分子的改性絮凝剂如纤维素、淀粉、多糖类和蛋白质等代替传统的絮凝剂药品如聚丙烯酞胺、聚合氯化铝等,以避免二次污染。其中,热处理是最好的工艺选择之一,因为污泥经过热处理调质后,滤机可得含水率更低的固体滤饼,大大减轻了后续工艺的负荷。
其次,现有的污泥浓缩工艺有重力、浮选、离心浓缩等。重力浓缩不失为一种降低能耗的有效工艺。而污泥脱水的自然干化和机械脱水相比较来看,占地大,会污染环境。现在污水处理厂一般会采取能耗最低机械脱水――干化床法,在优化脱水工艺过程中要注重应用新能源,如使用太阳能作为辅助补充热源进行脱水,此外,要注重引进和研究浓缩脱水一体化设备。
2.3 处理后排放物的节能利用
通过上述的工艺流程,污水处理厂会产出废渣、污泥、出水等排放物,这其中,产量最少的是废渣,因此对其的利用措施也较简便,其他排放物的节能利用措施主要包括:(1)废渣直接铺路、制砖等。(2)利用污泥可采用:①集中厌氧消化污泥,污水处理厂利用其产生的CH4气体发电供照明、鼓风、曝气,污泥脱水等机械使用;②用作城市绿化花草肥料;③利用污泥中丰富的植物所需营养物质,改良矿区土地;④制造活性炭,制纤维板。(3)对出水的利用可采取:①冲洗机械设备、车间、道路和厂区绿化;②冷却发电厂,城市绿化,景观用水,建筑洗车及冲厕用水;③地下水回灌;④灌溉农田。
综上所述,本文运用时间顺序对污水处理厂的能耗降低途径给予分析和研究,具有很强的理论和实践意义。此外,污水处理厂在着重能耗降低措施的研究和开发过程中,也要注重对污水处理厂管理机制的优化措施的研究,通过过程控制和激励机制,实现污水处理厂的最大效率运作,从而为能耗降低提供巨大的支持。
参考文献
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关键词:三沟式氧化沟 污泥分布 浓度差
三沟式氧化沟属于合建式交替运行氧化沟,由三条同容积的环形沟并联组成,两侧边沟各有一方形连通孔与中间沟相连。运行时根据设定的时序,通过配水井向各沟配水,并控制各沟的反应状态。中间沟一直作曝气池,两侧边沟交替作缺氧池、曝气池、沉淀池和澄清池使用。三沟式氧化沟流程简单、构思巧妙,既有一般氧化沟工艺的处理效果好、耐冲击力强、处理设施少等优点,又具有SBR工艺的非稳态、适应性强的特性。然而,三沟式氧化沟工艺也存在一些缺点,如:设备利用率低、三沟的污泥浓度相差大、容积利用率低、除磷效率不高等。特别是研究污泥分布不均的成因、机理和改进方法,对三沟式氧化沟的设计和运行管理将起到十分重要的作用。
1 枣庄市污水厂简介
枣庄市污水处理厂位于市区东南部汇泉东路,是利用奥地利政府贷款建成的淮河流域第二座城市二级污水处理厂。该厂采用三沟式氧化沟处理工艺,处理能力为7×104m3/d。共设有两组氧化沟,每组氧化沟沟长为139 m,宽为65 m,水深为3.5 m,池容积为30530m 3,两侧边沟各设有5台双速曝气转刷,中间沟设有6台高速曝气转刷,根据溶解氧量控制转刷开启的数量,同时设有4台水下推进器,防止转刷开启数量过少时污泥发生沉积。工艺控制采用硝化—反硝化运行模式,8h为一个运行周期,每个运行周期分为8个阶段,各阶段运行情况见表1。
表1 硝化—反硝化运行模式 项目 运行时间(min) 配水堰板的升降 电机转速 出水堰板的升降 阶段 范围 设定值 侧边沟1 中间沟 侧边沟2 侧边沟1 中间沟 侧边沟2 侧边沟1 侧边沟2 A 60~150 90 低速 高速* B 45~105 75 高速 高速* C 60 60 高速* D 0~15 15 高速* E 60~150 90 高速* 低速 F 45~105 75 高速* 高速 G 60 60 高速* H 0~15 15 高速* 注:①表示堰板放下;表示堰板升起。②低速、高速分别意为电机在低速和高速状态下运转。③高速*表示电机在高速状态下运转,运转 的电机数量与中间沟溶解氧值有关。若运转电机少于3台,则启动搅拌器。A—D和E—H设置 的运行时间之和皆为4 h。
2 污泥分布试验
为了研究三沟式氧化沟中污泥浓度的变化情况,分别做了如下试验:
①一个周期内污泥浓度随时间的变化
利用便携式光电污泥浓度仪(测量精度为0.1 mg/L)对氧化沟正在运行的侧边沟(另一侧边沟正处于澄清状态)和中间沟混合液连续采样分析。由于三沟式氧化沟运行具有的对称性,只进行半个运行周期(14h)的取样分析即可。每隔10 min进行一次测量,采样点固定在液面下1m。试验结果见图1。
②运行阶段对污泥分布的影响
2000年2月和4月,分别把反硝化阶段的时间改为75 min和120 min。稳定运行一个月后,测定各沟的污泥浓度,结果见表2。
表2 运行阶段对污泥分布的影响 项目 2000年3月(ta=75 min) 2000年5月(ta=1 20 min) 侧边沟Ⅰ 中间沟 侧边沟Ⅱ 侧边沟 Ⅰ 中间沟 侧边沟Ⅱ MLSS(g/L) 7.9 2.7 8.1 5.3 2.7 4.7 Xm/Xs(实测) 0.34 1 0.33 0.51 1 0.57 Xm/Xs(计算) 0.33 1 0.33 0.53 1 0.53
3 试验结果分析
①侧边沟从反硝化阶段过渡到硝化阶段,污泥浓度有明显的增加。这说明曝气转刷低速运行时推动力不足,污泥不能完全混合,沟底部有一定积泥。
②侧边沟反硝化阶段在污泥达到一定浓度后基本稳定。这说明由于沟底部存泥的调节作用,进水的稀释作用并不明显。
③侧边沟和中间沟的污泥浓度相差较大,这是三沟式氧化沟配水不均匀所致。
设侧边沟反硝化阶段的污泥平均浓度为Xs,中间沟污泥的平均浓度为Xm,由于污泥产量和排泥量相对于沟间换泥量可忽略不计,则氧化沟运行稳定时,对于中间沟有如下关系:
进泥量=出泥量
式中 Q——进水量
ta——反硝化阶段时间
tb——硝化阶段时间
tc——沉淀时间
由此可见,解决三沟式氧化沟污泥分布不均的根本办法是优化氧化沟的设计,增加侧边沟反硝化阶段的时间。
④两侧边沟污泥浓度存在一定差别。这是由于中间沟向侧边沟通水时,水流中含有的较大能量推动侧边沟中的一侧混合液流动,而另一侧则基本静止,只有半边沟参与换水,因此造 成沉淀区部分区域的表面负荷过大,污泥不能得到充分沉淀,造成污泥流失,影响了出水水质。污泥流失又会导致两侧边沟污泥不均衡而使氧化沟的运行不稳定。侧边沟若换水不均匀,还会导致污泥分布不均匀,降低了处理能力。对于有三级处理的污水处理厂,还会加重三 级处理工艺的负担。
因中间沟水流为环形,对两侧边沟的水流推动方向不同。在侧边沟弯道方向因受弯道阻力,影响较小;而对另一侧边沟则为出水堰方向,影响较大,出水悬浮物高于前者。两者污泥浓 度相差程度与中间沟内的污泥浓度、流速和污泥形态有关。
有两个办法可以解决这个问题:一是取消循环池的设计,这样三沟式氧化沟工艺就转变为UNITANK工艺;二是在氧化沟之间的底部连通口安装导流栅板。导流栅板是一组平行且与水流方向有一定夹角的不锈钢板。当混合液通过导流栅板时,受到栅板的作用而改变了水流方向,从而大大减轻了对侧边沟混合液的推动作用,进一步提高了出水效果。导流栅板有固定式和活动式两种,可酌情选用。其中固定式如图2所示。
4 结论
①三沟式氧化沟的三沟污泥浓度相差较大是由三沟式氧化沟的运行模式和各运行阶段的时间分配造成的,增加反硝化阶段的时间可以大大降低污泥浓度的差异。
②侧边沟污泥浓度的差别产生于中间沟来水所携带的能量,易造成出水的不稳定和氧化沟负荷不均匀,可以通过安装导流栅板来解决这个问题。
③三沟式氧化沟侧边沟运行模式具有时序性,与SBR工艺相似,污泥浓度随运行状态改变,且与中间沟污泥浓度相差较大,在工艺设计上应予以充分考虑。
参考文献:
[1] 北京水处理技术与设备研究中心.三废处理工程技术手册.(废水卷)[M].北京:化学工业出 版社,2000.
[2]邓荣森,李伟民,王涛,等.从运行方式看氧化沟技术的发展[J].给水排水,2000,26(3):19-21.
关键词:污水污泥处置 分析 办法
污泥是指污水处理过程当中产生的固态、半固态与液态废弃物,含有大量的有机物,氮、磷等营养物,重金属以及致病菌和病原菌。城市污泥主要来源于排水系统、污水处理厂排水管道和泵站,其中以污水处理厂污泥为主。污泥是带有大量污染物的污水处理副产物,大量产生带来极严重的处置问题。本文针对污泥的处理处置方法与应用现状进行分析。
1 污泥填埋
污泥填埋有填地和填海造地两种。污泥消化后经脱水再进行填埋是目前国内众多大型污水处理厂中经常采取的方式,经过消化后的污泥中有机物含量减少,性能稳定,总体积减少,脱水后作填埋处置是一种比较经济的处理方式。污泥填埋场的渗滤液属高浓度有机污水,必须集中加以处理;污泥填埋场四周应设围栏,并采取相应的防蚊蝇、防鼠措施,未经干燥焚烧处理的污泥,宜小规模分层填埋,生污泥泥层厚度应小于0.5m,消化污泥泥层厚度应不大于3m,泥层上面铺砂土层为0.5m,彼此交替进行填埋,并设置通气装置。污泥焚烧灰渣填埋时,可不分层填埋。
2 土地利用
污泥的土地利用主要有农田回用、园林绿化、改良土壤、堆肥等。城市污水处理厂产生的污泥含有大量的有机物和N、P、K等丰富的营养成份,但经过脱水后,颗粒细微、含水率高,干化后呈硬块和粉灰状,直接施肥非常困难,国外常采用高温干化造粒或与工业废料、城市垃圾、农业桔杆混合发酵处理生产有机肥料。污泥堆肥采用的主要方法有:(1)生污泥堆肥;(2)熟污泥堆肥;(3)好气和厌气堆肥或综合堆肥。所谓生污泥即未经过好氧或厌氧消化处理的污泥,其有机物含量较高(大于55%),总碱度较低(小于pH6.5),含有大量活的寄生虫卵,病原菌等,需要补充的碳源较少。污泥好气堆制的肥料不仅适用农业等用肥,还适用于家庭用肥。为减少占地面积,加速制肥速度,可综合厌气堆肥成本低和好气堆肥时间短的优点,进行综合堆肥。
3 污泥焚烧
污泥焚烧主要可分为两大类:一类是将脱水污泥直接送焚烧炉焚烧,另一类是将脱水污泥先干化再焚烧。第一类直接焚烧工艺可焚烧含水率为75%~80%的污泥。第二类干化焚烧是将机械脱水后的污泥先进行加热干燥,降低其水份,提高入炉污泥的热值,使焚烧炉在运行过程中不需要辅助燃料。
污泥焚烧后,大大减量化。焚烧法有三个优点:(1)是大大地减少了污泥的体积和重量,因而最终需要处理的物质很小,有时焚烧灰可制成有用的产品;(2)是可以回收能量用于发电和供热。(3)是污泥处理速度快,不需长期储存。焚烧法的缺点主要是能耗太大。如日本污泥焚烧耗能量占污泥处置耗能量的70%,每年因此耗重油3.9×105m3,且焚烧装置设备复杂,建设和运用费用高于一般污泥处理方法。现在,由于焚烧技术有了很大的提高,使得焚烧费用与其他处理方法相比越来越具竞争力。但是它是一种减少污泥体积的处置方法。在我国城市污水处理厂不断发展的今天和将来,城市污水处理厂污泥的无害化、减量化和资源化势在必行。据预测,未来十年内,污泥的焚烧将成为污泥处置的最主要方式之一。
4 建材利用
污泥可用于制砖和制纤维板。污泥制砖有干化污泥直接制砖和污泥灰渣制砖两种方法。用干化污泥直接制砖时,当污泥与黏土按质量比1∶10时,污泥砖可达普通红砖的强度;利用污泥灰渣制砖时,灰渣的化学成分与制砖黏土的化学成分是比较接近的,制砖时只需添加黏土与硅砂,比较适宜的配料质量比灰渣∶黏土∶硅砂为100∶50∶(15~20)。污泥制纤维板,主要是利用活性污泥中含有的粗蛋白(有机物)球蛋白(酶)能溶解于水及稀酸、稀碱、中性盐的水溶液这一性质,在碱性条件下加热、干燥、加压后,发生蛋白质的变性作用,从而制成活性污泥树脂,使之与漂白、脱脂处理的废纤维压制成板材,其质量优于国家三级硬质纤维板。同时,污泥还可以用来生产水泥。
5 利用污泥生产沼气
[关键词]石油污水,污泥膨胀,溶解氧,COD
中图分类号:F407.22 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)24-0394-01
含油污水的来源广泛,若直接排放将会严重污染人们的生产生活环境,对环境保护和可持续发展及生态平衡造成极大的危害。其主要污染方式如下:油类物质漂浮在水面,形成一层薄膜,致使水体中浮游生物等因缺氧而死亡,也妨碍水生植物的光合作用,甚至使水质变臭。此外,在原油生产过程中加入的破乳剂、水质稳定剂、浮选剂、防腐剂等,都造成水质成分的复杂化,增加了污水治理的难度,其COD浓度高,难被微生物降解。目前许多污水的治理合格率低,都是由于这些污染物造成的。
按照国家环保部的有关要求,国内涉及到废水排放的企业,必须严格执行相关污水处理及排放标准的规定。本文中以中国石油大港油田公司所属的南一联合站污水处理生化池为研究对象,主要论述运用微生物技术处理石油污水的过程。
1.污水生化池处理工艺概况
生化处理工艺流程:日处理水量40m3/h――125m3/h之间,设计处理能力3000m3/d,设计出水质化学需氧量为120mg/L。该生化池由2座500m3调节池,4座400m3厌氧池,4座300m3好氧池,2座200m3的二沉池,2座180m3的一沉池,1座125m3深度处理池,5座90m3曝气生物滤池,1座80m3的清水池。
生化处理前后参数指标对比:COD处理前浓度为375.4mg/l ,处理后浓度为76,处理效率达到79.8%;氨氮处理前浓度为73.4,处理后浓度为6.6,处理效率为91%;石油类处理前浓度为19.6,处理后浓度:2.2,处理效率为86%。其他各项指标均符合国家外排水质标准。
2.控制影响水质处理的主要因素及过程
2.1 控制稳定进入生化池的进水量,在生物降解处理能力的范围内,保持水量平稳。流量控制在 80m3/h左右为最佳。能够有效提升微生物处理效率。
2.2 控制进水水质组分,经过前期粗虑,细虑处理水质质量,达到微生物生物降解所能承受的范围内。
2.3 控制微生物生长环境需求:水温控制在20℃--35℃,PH值控制在4.0--11.0。维持曝气池合适的溶解氧,一般控制1-4mg/l,正常状态下监测曝气池出水端DO为 2mg/l为宜,保持水中合适的营养比,C(BOD5)?N?P=100?5?1 维持系统中污泥的合适数量,控制污泥回流比,依据不同运行方式,回流比在0-100%之间,一般不少于30-50% 。
3.生化池常见问题处理方法:
3.1 生化池泡沫的形成
生化池所产生的泡沫主要分两大种类,化学泡沫和生物泡沫。化学泡沫是由污水中的工业用表面物质在曝气的搅拌和吹脱作用下形成的。生物泡沫是由某些因素变动造成丝状菌和放线菌等微生物的异样生长,导致泡沫的产生。生物泡沫粘度大,呈黄褐色,具有稳定、持续、较难控制的特点。另外,活性污泥系统出现了缺氧或厌氧状态,会出现灰黑色泡沫。其中生化池生物泡沫最为常见,生物泡沫的产生主要原因是大量丝状菌的繁殖。
3.1.1 抑制生化池泡沫的有效方法
消除化学泡沫方法:运用高速喷洒的水流或水珠能打碎浮在水面的气泡。增加污泥浓度也可进行有效去除。投加机油、煤油、活性炭粉末、消泡剂。把阳离子聚丙烯酰胺投加于沉淀池进水管中,通过回流污泥进入曝气池吸附污水中表面活性剂及表面活性物质。
抑制生物泡沫办法:改变微生物生长环境,抑制容易产生泡沫的丝状细菌的繁殖。控制水温,增加排泥,逐渐更新系统中的老污泥,降低污泥龄,污泥的更新过程需要持续几天时间。如果出现灰黑色泡沫,重点需要对溶解氧进行综合判断。如果出现区域DO小于0.5mg/L,需要考虑区域污泥是否存在沉淀死区,然后加以清除解决。
3.2 抑制污泥膨胀对策与方法
污泥膨胀主要是由丝状菌膨胀引起的。影响丝状菌污泥膨胀的因素有很多。首先应该认识到的是活性污泥是一个混合培养系统,其中至少存在着30种可能引起污泥膨胀的丝状菌。而丝状菌在与活性胶团系统共生的关系中是不可缺少的一类重要微生物。它的存在对净化污水起着很好的作用。它对保持污泥的絮体结构,保持生化处理的净化效率,及在沉淀中起着对悬浮物的过滤作用等都有很重要的意义。研究表明在丝状菌与菌胶团细菌平衡时是不会产生污泥膨胀,只有当丝状菌生长超过菌胶团细菌时,才会出现污泥膨胀现象。
溶解氧浓度同样会对污泥膨胀产生影响,微生物对有机物的降解过程实质上就是对氧的利用过程。溶解氧在活性污泥法的运行中是一个重要的控制参数,曝气池中DO浓度的高低直接影响着有机物的去除效率和活性污泥的生长。低DO浓度一直被认为是引起丝状菌污泥膨胀的主要因素之一。丝状菌由于具有较大的比表面积和较低的氧饱和常数,在低DO浓度下比絮状菌增殖得快,从而导致丝状菌污泥膨胀。
3.3 沉淀池污泥上浮成因及解决方法
污泥上浮主要是由污泥腐化和反消化作用所导致的。污泥腐化,曝气量过小,污水在沉淀池的停留时间较长或沉淀池排泥不畅,沉淀池底部污泥可能由于缺氧而腐化,即污泥发生厌氧分解, 产生大量气体, 最终使污泥上升。反消化作用是污水中含有硝酸盐,在反硝化菌作用(DO≤0.5mg/L)下,还原成氮气,导致污泥上浮。
3.3.1 污泥腐化解决方法是增加污泥回流或及时排泥,减少沉淀池内污泥 ;保证沉淀池无死区。
3.3.2 反消化作用解决方法是增加污泥回流或及时排泥,减少沉淀池内污泥;提高出水端溶解氧的含量。
4 结论
影响生化池处理效果的因素,取决于微生物活性及其所需要的生存环境,控制好影响微生物生长的各项指标,控制好源头水的水质组成成分,处理好生化池遇到的各种问题,才能保障生化池最优化运行,处理水质才能达到最好。
参考文献
【关键词】:水厂处理脱水方式探讨
中图分类号:V444.3+7 文献标识码:A文章编号:
一、我国水厂处理脱水方式概况
在过去的城市给水厂排泥水工作中,脱水处理一直是一个被人们忽视的一个环节,人们更多的是关注于工业生产的排污处理。在各国所采取的给水厂排泥水处理设施中,主要是沿用给水厂来进行污水和脱水的处理方法,其他则主要采用污泥水塘与干化场来处理脱水问题。我国的给水厂排水处理和处置工作起步较晚。给水厂的脱水过程,一般是在处理中增添了一些絮凝剂,尤其是对环境害影响较小的优先。到目前为止,绝大数净水厂的排水还是直接排入水体,可是随着我国政府对水资源工作的日益重视,尤其是城市规模的不断的扩大,用水量持续激增,给水厂的排泥水的脱水工作显得更为重要。给水厂的排泥水的处理受到有关部门的密切注视,在《中华人民共和国水法》等一系列水资源保护法律法规的颁布实行,我国对水厂污泥水水的脱水处理已成为目前国内城市供水行业的重要工作。
我国水厂处理脱水的主要采取的工艺
(一)机械脱水处理方式
机械脱水主要采用真空过滤、离心脱水等方法。机械脱水的优点是不受自然条件的影响,脱水效率和自动化程度比较高,但是运行费用也相对较高。通过对各种机械脱水方式的实际运行,可以使离心机脱水比较适合于给水厂排泥水的处理。给水厂排泥水的脱水组成主要是由粘土类矿物质及氢氧化铝等无机物组成,这种方式比较适宜于采用离心机脱水。离心机脱水具有结构紧凑的优势。例如,在其它设备很少的情况下,由于工作环境一般,离心机维护具有方便有效和长期自动连续运行的特点。离心机设计选型时,鼓直径、长径比、转速等是重要的参考因素。这反出了离心机的性能和规格,但是离心机的脱水体积和分离液的时间的长短也是其能力的突出反映。离心机的脱水体积其实就等于的工作体积,这就决定了物料在离心机内的停留时间受到限制。分离液的停留时间主要是指液体从进入转鼓到排出前所保持的时间,停留的时间愈长,固液分离的所出现的效果就越好。离心脱水机进泥水含固率一般不超过百分之三,对于每日产污泥水近半吨的给水厂,其湿污泥水量有一个上线,选用处理能力较高的设备,可以有效的提高机械脱水处理的能力。
(二)国内净水厂采用的机械脱水工艺
机械脱水具有真空吸滤、板框压滤等特点。其中真空吸滤因为能耗高、投入大已逐渐被社会所淘汰。而新出现的螺旋压滤在工程上尚未得到普及的运用。目前在工程上得到广泛应用的脱水设备是离心机与板框压滤机和带式滤机相结合。离心机是能连续运行的转筒式离心机,也称卧螺离心机。当经过高分子絮凝剂调质处理的污水进入离心机转向后,在强有力的离心力作用下,体积较大的固体颗粒快速沉降在转筒内壁上从而形成泥饼,分离出的水分在泥饼表面则可以形成液体层。转筒内的螺旋状输送器与转筒之间存在在速度的差别,使泥饼被螺旋输送器叶片挤压到转筒的锥形出口处,使当分离出的水分从转筒的圆柱端流出。压滤机的工作机能是,多种组滤板串联排列,经油压机紧密相连形成一连串的封闭空间滤板,并且两侧多覆有多孔的滤布。污泥水泵将污泥水压入相邻滤板之间的空袭内,污泥水中的水分透过滤布被排出,固体颗粒被截留从而形成泥饼。目前污泥水脱水中使用的压滤机,主要是膜式压滤机,除此之外,还有板框压滤和带式压滤机的工作机器等。
(三)截留池的运行控制模式
截留池主要是用来收集沉淀池排泥水和离心脱水机的分离水,主要是由输送泵将排泥水从截留池输送至浓缩池。给水厂普遍采用了智能化泵吸—虹吸排泥方式,排泥时间和排泥水量会大大的使得原水的浊度和泥沙降低。在截留池中安装一个液位仪,充分利用一个搅拌器,有利于均匀池中的泥水浓度,从而不让泥沙沉淀下来。通过截留池液位的高和低来控制输送泵和控制池中搅拌器的开始和停止。为了对进入浓缩池的排泥水量进行监控,在排泥水输送道上安装了一个流量计,用来反映进入浓缩池的排泥水水量的大小,并且采用变频器实施对输送泵的流量控制,以达到对浓缩池进水流量进行控制的目的。
三、我国水厂处理脱水的采用的主要办法
(一)污泥水干化处理
污泥水干化法是主要利用露天干化场,将浓缩后的排泥水和污泥水输送到干化场,使其形成一定的叠层。当污泥水中的水分经过蒸发、渗透等作用后会逐渐变干,从而使污泥水体积减少,达到便于运输和处理的目的。污泥水干化场是给水厂中脱水处理最普通、最有效的方法,基础建设和运行费用都要求不高,但是在使用上会受到气候条件的限制,会出现处理效果不稳定等情况。在经过混凝、沉淀、过滤等正常工艺条件下,每日产干污泥水量会出现不同的状况,经收集浓缩后含水率会降低。采用污泥水干化法处理,需要大面积的干厂化的场地。
(二)平衡池的自控设计
平衡池是一个缓冲池,主要作用是确保进入离心脱水机的污泥水浓度稳定。对它的控制主要有两点:①池中污泥水要均匀,无论大小还是质量;②池中污泥水水不能溢出,也不能没有,所以在池中安装一个液位仪和一个搅拌器,以保证其搅拌的充分和自然。搅拌器的作用是均匀池中浓缩污泥水浓度,不使泥沙沉淀下来。
(三)配制自动化
高分子絮凝剂一般为颗粒状或粉末状的固体物,但是它还不能直接投放到污泥水水中,必须采用一系列的调制。该过程可以分为五个部分:①粉末储存器,用以储存足够多的固体物;②螺旋投加器,由两个大小型螺旋输送杆组成,利用均匀地搅拌将固体送入斗型输送器,它的出口开启、关闭会受到时间的制约;③斗型输送器与水射器,用来承接固体物,并使之与水均匀混合而后送至搅拌熟化池;④搅拌熟化池,用以搅拌固体物与水的混合液,让固体物与水充分混合熟化;⑤投加池,用以承接搅拌熟化池来的固体物溶液,以供固体物投加泵投入离心机中。整个配制系统在正常的运行下:首先要确定配制浓度,计算出投加固体量和所需要的投加时间,而后通过时间继电器确定来保证正常的完成。一旦固体投入漏斗后,则自来水将与固体料进行混合,并由压力水通过水射器送至搅拌池搅拌熟化,搅拌池溶液达到某一固定的液位时,水源自动关闭。当投加池固体物溶液用到某低液位时,系统将自动打开搅拌池的投放出口,配制好的固体物溶液由搅拌池送至投加池,然后系统自动再配制溶液,整个系统循环往复自动配制溶液以用于离心脱水机的固体物絮凝剂来进行投放。
(四)离心脱水机及加药量的自控
离心脱水机的作用是将浓缩污泥水进行固液分离,这是固液分离好坏的关键步骤之一,要使泥与水能很好地分离,除了离心机的转速、差速这些因素控制之外,固体物的投加量的自动控制是十分有必要的。投加量的控制关系到进泥量、进泥浓度等不同元素的选定。对这些问题解决的办法是:①对泥浓度进行监测,在平衡池中安装了一个污泥水浓度计,以检测进入离心机的浓缩污泥水的浓度;②对进泥量进行监控,在进泥管道上安装一个流量计,在污泥水泵上加一个变频器控制,以控制进泥量进出;③加注量则采用计量加注泵来控制固体物絮凝剂的加注,固体物絮凝剂则完全由固体物的自动配制系统供应,这样可以很好地实施离心脱水机和加药量的有机的结合。
(五)浓缩池的自控设计
浓缩池的作用是将较低浓度排泥水变成较高浓度的污泥水,而后送到平衡池,以平衡其浓度的高低。如何对较高浓度的污泥水进行自动排放是浓缩池能实现自我运行的关键。由于浓缩池运行时间和进浓缩池的排泥水量的时间是不确定的,所以排放污泥水是行不通的方法;由于浓缩池液位稳定,所以可以不用液位仪。这里需要变化的是浓缩污泥水的浓度,因此在浓缩池中设计安装一个浓度计,用污泥水浓度数值的高和低来自动控制排泥泵初和止,也就是浓缩污泥水的排放。
三、结语
综上所述,多数污染物可以经过给水厂去处理,常规工艺的除污染能力是必要的,特别是要重视脱水这一环节,这是提高水处理系统除污染能力的关键步骤之一。加强常规工艺是有效解决饮用水污染问题的一种经济有效的手段。在污染程度较低的情况下,可以通过强化常规工艺来解决除污染的问题;如果是污染情况较重的时候,就可以利用常规工艺去除大部分污染物,从而减轻专项除污染工艺的负荷,以此降低水处理费用的问题。
【参考文献】:
[1] 谢志平,合肥:安徽科学技术出版社[M],2008年9月
关键词:污水处理厂;节能降耗;措施
中图分类号:TK01 文献标识码:A
1.概述
污水处理是一个世界性的难题,近年来,随着全球经济的迅速发展,污水处理厂的规模越来越大,因此产生能耗问题也越来越严峻。据统计,处理活性污泥的系统中,其运行成本但能耗成本就占到总成本的30% ~ 80%。美国有官方数据表明:城镇的污水处理厂所耗费的电能占全国总用电量的3%。其还有数据预测,由于人口的不断增长与污物处理的标准越来越高,在未来的15~20年内,污水处理厂的能耗成本将增加20%以上。我国目前经济发展迅速,城镇化进程不断推进,全国大部分的城镇都增加了污水设施,在提升了污水处理率的同时,能耗率也随之上升。在未来的几年,为了适应经济发展的需求,同时也响应国家的号召,污水处理的规模将会越来越大,使得全国范围内的电力资源紧缺日益突出。因此,对污水处理厂的能耗管理和节能降耗措施进行研究,达到节能降耗的目标,这对我国的社会稳定与经济发展都存在极其重要的意义。
2.污水处理厂的能耗分析
2.1国外污水处理厂的能耗分析
西方发达国家比较早产生能源危机意识,这是有其历史渊源的。从上个实际70年代开始,西方欧美等发达国家相继爆发了能源危机,这个局面直接导致欧美等国发达国家在20世纪末能源价格开始飙升。鉴于此,在工业领域内最先由美国掀起了节能技术的研究。此后美国一直引领工业节能技术的潮流,包括对污水处理厂的节能技术研究。美国的污水研究人员曾对全国的公共污水处理设备进行了关于单元过程与单元操作的能耗情况的调查,并在做了一次详尽的污水处理设备能耗分析报告。当时这次调查覆盖了几乎全部的城镇污水处理的生物、物理和化学等方式,甚至对建筑物附属的制冷、制暖等设备也进行了调查。在此基础上,也详尽计算了可回收利用的能量。此后,美国另外几位研究人员E.J.Middlebrooks、C.H.Middlebrooks等根据Wesner的研究结果,估算了每个污水处理系统的最小能耗量。最后,在其分析报告中指出,随着经济规模的扩大以及能源价格的提升,每年用于污水处理的能耗开支将大幅度上升,而选择低流量的污水处理工艺将作为节能能源开支的重要的手段。接着,另外两名研究人员Roberts与Hagan通过分析处理100 mgd 较具典型性的活性污泥污所需要的总能量,研究出了污水处理厂能源消耗的结构,并且首次提出对污水处理厂进行节能降耗,需要建立在资源管理与综合平衡利用的基础上,而不仅仅依靠节省能源的技术。
2.2国内污水处理厂的能耗分析
在上个世纪七八十年代经济刚刚复苏的阶段,我国的污水处理规模尚小,随着改革开放的深入,各类型的工厂如雨后春笋,纷纷屹立在神州大地上,不可避免地产生了污水污染问题,随着能源的消耗越老越多,国家不能不考虑对污水处理厂实施节能降耗的措施。但是,因为我国正处于经济发展的上升阶段,一直以来对此问题的重视程度不够,相关的调查研究也较少。当前,我国城镇污水处理厂处理污水普遍采用生物处理工艺。这种工艺以二级处理或者三级处理为主体,处理的内容通常包括污水、污染物的预处理、生化处理及污泥处理三个部分。而消耗的能源主要是燃料、药剂和电能。
通过国内外许多污水处理厂的数据指出,污水的提升泵、污泥处理设备与曝气系统是主要的耗能设备。从事排水工程的工程师羊寿生曾设计了一个试验,对我国典型一级、二级污水处理厂各单元操作过程作了电能耗费估算,污水厂规模按25000m3Pd,二级处理厂的电能耗值为0.266kWhPm3,用处理单位体积污水的耗电量(kWhPm3)表示估算的结果。结果显示,我国城市污水处理厂能耗主要用于污水、污泥的提升,生物处理的供氧,以及污泥处理这几个工艺过程,其中在二级处理工艺中,污水提升泵的用电量在总用电量的10%~20%之间,污泥加热设备的用电量占总用电量的10% ~25%之间,而曝气系统则占总用电量的50%~70%。三者用电量相加,高达总用电量的70%以上。所以,对污水处理厂进行节能降耗,重点在于降低污水提升泵、污泥处理设备以及曝气系统的用电率,借此实现节能降耗的目标。
3.污水处理厂耗能现状分析
随着人民生活水平以及经济水平的提高,国家不断提高污水处理厂的水质,以满足经济生活的需求。现行的污水处理耗能标准达到0.15~0.28(kW・h)/m3污水,全国污水处理的成本开支平均为0.8元/m3,而且这样的成本价格呈现上涨的趋势。相关的部门面对如此高的污水处理成本,正想方设法利用新技术,结合各个地区的特点与各个处理厂的优势,努力探明单元过程的能量需求(energy requirements),做出污水处理厂的有效运转和管理规划,首先在污水处理厂的规划、设计阶段体现节能目的,然后通过选择污水处理的适合工艺、设别和途径进行节能降耗,国家法律部门加紧制定相关节能减排的规定,对不执行法律法规的个别单位进行严惩警告,切实际落实好污水处理厂的节能降耗工作,以维持国家经济发展的可持续发展过程。
4.污水处理厂节能途径与措施
4.1污水处理厂能量利用审核
传统的污水处理厂进行处理活动时,缺乏利用能量的具体方案和规划,由此造成无节制的能源消耗,甚至能源浪费。针对此问题,相关部门对能量的使用进行审核管理,监督污水处理厂开始提前制定能量利用规划,由管理部门作出审核结果。审核管理不但可以提供使污水处理厂正常运转的数据,还能对污水处理厂的工艺选择以及处理方案有一定的指导性。使用生命周期分析成本的办法,对各单位的组件以及处理系统进行数据分析,并且优化其结构,以此满足降低能耗的要求,节省成本;构建科学的能源利用审核程序和评估标准,用这套程序和标准对各厂的污水处理所需能量进行审核,同时要监督污水处理厂对设备进行维护,对于老旧、存在隐患的设备进行更新换代,对其设备的升级和更换提出建议和方案。通常审核能源利用的程序分为两步:一是研究工程的可行性,包括处理方案的评估;初步的设计方案;项目的工作范围、成本以及财务评价等;二是详细的设计流程,包含施工、试营运、职业培训、运正式行和维护等内容,正常营运一段时间后,依据运行能耗数据检验系统的效率和成本开支。这个审核的过程从工程的预备阶段一直持续到工程运行后的维护、检测阶段,这样可以明确具备节能降耗的单元。
4.2选择恰当的工艺
当前我国城镇的污水处理厂采用最普遍的工艺是:传统的活性污泥法(ASP)、SBR法、AB法、A/O、氧化沟A2/O以及BAF等。在具体选择哪一种工艺时,必须首先对以上这些工艺的特点进行思考,并且结合工程所在地区、气温、地形、电能价格、征地开支、处理厂的规模、出水的达标情况、原来水质情况、对污泥的处置情况等综合思考,然后制定一套技术上有优势、方便管理、成本较低,运行效度高,并且近期利益与远期利益都能兼顾的工艺方案。这样的方案可使污水处理的能耗降到最小值。
一般中小规模的污水处理厂适用SBR法和氧化沟,在节能降耗方面优势较明显;大型的污水处理厂则首选活性污泥法(ASP),与此同时,还可以根据当地的实际情况,尝试新的节能降耗工艺,例如综合式曝气系统的氧化沟工艺或厌氧处理办法,处于土地资源丰富的中小城镇还可考虑采用人工湿地处理方式,不但管理起来便捷,而且征地费用很低,还可以建构独特的生态景观区,从实际的工程案例来看,是可以达到一定的改善生态环境的作用。目前,我国成功建成的用于污水处理的人工湿地系统,它的成本投入只需要城市常规二级污水处理厂的十分之一,而运营开支为二分之一,甚至更少。例如深圳白泥坑人工湿地处理系统的运行开支只为传统活性污泥法的十分之一。
4.3排放物的资源化实现产出物节能
一般的污水处理厂其产出物为污泥、处理水、残渣等,但是残渣比较少,这方面也比较好处理;而污泥的产出量较大,在处理污泥上则存在一定的问题,其处理的过程和效果对整个污水处理的效果产生极大的影响。通常那些设计水量超过20×104m3/d的大型污水处理厂工程,其污泥的产量也是很大的。针对这种情况,可以采用厌氧消化的办法对污泥集中处理;而对于中小型的污水处理厂,则可采用污泥浓缩脱水一体机进行处理,这样能够降低设备的占地面积,方便管理,有足够的地方储存污泥进行消化。拥有广阔土地,也能够用来让污泥堆肥、干化床和种植植物等,以此来完善低成本的处理系统。浙江某大学的翁焕新教授提出了一种处理污泥的新技术,就是把排出的污泥制造成一种团粒,再依照一定的比例将其与黏土均匀拌合,利用污泥的热值制作轻质节能砖。为了在厌氧消化的过程中产生更多的CH4,尽量对污水中的有机碳实行污泥消化,相比于传统的通过外部能量将有机碳转化为CO2这种方式更节约能源,同时减少曝气环节而降低CO2的排放,实现减排的目标。通常BNR的工艺中,会使用一些反硝化除磷的菌种,这些菌种在进行脱氮除磷的过程中,可抑制消耗化学需氧量,而多出来的化学需氧量将会与污泥一起进行消化,然后转化成CH4;对于污水处理过程中的出水,一般不直接排放,按照城镇的用水需求,将其进行无害化处理,例如重复利用到农业灌溉、工业洗涤、市政工程、建筑工程等方面,这一方面降低了污水的排放率、节省了干净水源;另一方面可以从中产生经济效益,降低污水厂的投资成本,实现可持续发展战略。
4.4采用高效的节能装置
前面提到污水处理厂各个环节的能耗费用相加高达70%以上,所以对设备进行节能降耗改良式势在必行的。污水处理厂的主要耗能设备是污水提升泵、污泥加热设备和曝气系统。其中污水提升泵的用电量在总用电量的10%~20%之间,污泥加热设备的用电量在总用电量的10%~25%之间,而曝气系统则占总用电量的50%~70%。三者用电量相加,高达总用电量的70%以上。所以,对污水处理厂进行节能降耗,重点在于降低污水提升泵、污泥处理设备以及曝气系统的用电率,借此实现节能降耗的目标。
4.4.1污水提升泵的组成设施包括首次提升泵、污泥回流泵、剩余污泥泵、内回流泵和出水提升泵。目前针对节能需求,污水处理厂大多采用从国外进口的高效潜污泵,其工作效率高达80%以上,而且用电量比较低。水泵的有效功率为Ne=rQH,当r、Q一定时,Ne和H成正比,由此看出,降低水泵的扬程可以节能降耗。
具体通过降低水泵扬程进行节能降耗的办法有:(1)根据污水处理厂设计规模的工程量明确提水泵的类型和数量,而且质量上要选择流量和扬程都要达到安全生产标准的。这种高效的潜污泵相比普通的离心泵,更便于安装,而且因为比普通离心泵少了辅助启动的设备和吸水竹,总耗能也较之低很多。(2)科学设置液位控制。由于提水泵的耗电量与其扬程是成正比的,也就是说,扬程高,耗电量也大。因此科学合理地设置液位,尽可能利用竹网的高水位,就能减扬程,实现泵站节能。
4.4.2在出水处理的设备中,曝气池是厂区内最大的耗能物,要在此环节实现节能降耗,关键要选用氧转移率相对较高的曝气装置。进口的硅橡胶管膜式微孔曝气器长度为750mm,出气量为8m3/(m.h),氧利用率为23%,输氧动力效率2.5=3.5kg/ (kW.h)。与传统曝气器比较,这种新型的曝气器具备氧利用率高、布气均匀、动力效率高以及寿命长等优势,能够极大地降低了能耗。
4.4.3传统的多级低速离心鼓风机效率大概在60%,而进口的单级高速离心鼓风机效率大都在80%以上,由此看来,选用进口单级的高速离心鼓风机要比传统的多级低速离心鼓风机更节能。而且进口的单级高速离心鼓风机可以根据好氧池中混合液溶解氧浓度的变化,自动调节进风日导向叶片角度,从而改变出风量的大小,利于节能。
4.4.4对曝气设备的供氧量进行自动调节。通过鼓风机对系统进行自动控制,由溶解氧探测仪对空气电动蝶阀自行调节,借此控制鼓风机的风量。风量得到控制,好氧的出水DO就可控制在2.0mg/的水平。一般认为自动DO控制是控制曝气系统运行的最好措施,因为它能解决曝气过少或者过度的问题,这样就能对曝气设备的能耗量进行控制。通常采用自动控制的曝气设备可以节能超过25%。
4.5无害高效的药剂实现原料节能
在众多的水处理药剂中,例如杀菌剂、凝聚剂、缓蚀剂、消泡剂、阻垢剂、脱色剂、清洗剂以及絮凝剂等,大部分都是化学方法合成的有机高分子体。目前我国生产水处理药剂的厂家有230家,品种超过100个,平均年总产量达20万吨。在选择药剂的品种和用量时,要根据所要处理污水、污染物的浓度、酸碱值、性质、温度以及杂质等因素而定,与此同时,还要考虑到药剂的高效性、经济成本及其使用时是否会产生二次污染等,力求用最经济的价值获取最高效的效益。比如在使用胶体颗粒处理污水时,混合利用有机混凝剂和无机混凝剂,该药剂并用模式能够将污泥的含水量降到最低,还能提升污泥的脱水性能,这样不但能节约药剂用量,还能提高混凝的效果,同时其投入成本大大降低;调整污泥性能的过程中,可考虑加入PAM和氯化物,但是要注意会不会产生二次污染现象。因为PAM在使用时,会产生聚合单体丙烯酰胺,这是一种强致癌物。运用氯化物去除磷,虽然效率很高可是,需要投入比较高的费用,还会在池子和管道设备生成硬状结垢,给后面的处理工作带来不便,增加了人工费用和设备费用,与节能降耗目标不相符。虽然当前我国污水处理厂使用的有机絮凝剂与无机凝聚剂都是比较经济又便捷的材料,但在处理污水的过程中,存在着耗能高的问题。专门针对节能目的研究的生物絮凝剂,弥补了传统药剂的缺陷。
结语
综上所述,我国污水处理厂的节能降耗工作取得一定的进展,但是在该领域内,最大程度地节能降耗目标尚未能达到,还需要相关专业人员进一步研究,努力的重点方向如下:化工热力学、生物热力学、及能源工程学与污水处理领域基础学科,建构一个较完善的研究体系,从根本上解决水处理能量研究滞后于实践活动的问题,获取科学的、可靠的处理工艺能耗能效的分析评价方法,推动各类研究成果的全面应用。
参考文献
关键词: 污泥处理, 离心机 ,潜水搅拌机 ,处理系统
Abstract: aiming at the west of cixi city of sludge treatment of the problem of system was analyzed, and the sludge into the mud and stirring, balance pool, take off mud type selection, sludge treatment proposed the corresponding reform plan.
Keywords: sludge treatment, centrifuge, submersible mixer, processing system
中图分类号:K826.16文献标识码:A 文章编号:
一、城西水厂简介
城西水厂位于慈溪市宗汉街道新界村,西三环西侧,三北大街西延南侧。城西水厂于2001年7月通水,日处理能力为6万m3,占地67亩,是慈溪第一个境外引水工程,水源采用余姚梁辉水库经30Km长距离DN1000输水管线引至城西水厂。
根据水库水质及生活饮用水标准,采用常规处理工艺流程。工艺流程如下:
二、污泥处理系统扩建工程的必要性
水厂从水库取水,经过传统的混凝、沉淀、过滤、消毒等工艺处理后,在生产出符合生活饮用水卫生标准的水的同时,也产生了大量的沉淀池排泥水和滤池反冲洗水,这此生产废水中包含大量的泥沙和混凝剂,如果水源受至污染,这些生产废水中还可能含有较多有机物以及藻类、致病微生物等。
随着城市的发展,西三环及三北大街西延的贯通,周边高档小区的建设,以及慈溪西部城市的规划发展,环保要求也提到新的高度,当前环保已不容许水厂排泥水直接外排,因为水厂排泥废水的直接外排,会造成环境二次污染,又达不到城市污水管网排放标准,因此进行了污泥处理系统扩建工程。
三、污泥处理系统工艺介绍
城西水厂设计采用污泥处理工艺流程为:
1、排泥池
排泥池在原回用水池基础上进行改造,用于接收沉淀池排泥水,共两格,每格有效容积270m3,经潜水泵提升至浓缩池。
2、排水池
新建排水池,用于接收滤池反冲洗水,分两格,每格有效容积190m3,经潜水泵提升回用至稳压井。
3、浓缩池
新建两座浓缩池,池径12m,有效容积为1000m3,池内设中心传动污泥浓缩机,污泥设置停留时间为12h左右,一天按12h工作,工作时间可根据原水具体情况进行调整,在高浊度期间相应增加浓缩池工作负荷。
4、平衡池
新建平衡池,用于调节浓缩池出水,平衡池长10.8m,宽3.5m,有效水深2.2m,有效容积83.2m3,池内设置两台水下搅拌机。
5、脱水机房
新建脱水机房,内设脱水机、药库、泥棚、控制室和值班室。污泥脱水设备采用卧式螺旋离心脱水机。流量为5~20m3/h,两台,一用一备。工作时间为8h,具体根据污泥情况安排,脱水后的污泥含水率为75~80%。
四、污泥处置
由于自来水厂污泥处理工作在我国尚属起步阶段,对于脱水后的泥饼处置还没有确定的成熟的处置方式,一般有几种处理方式:①渣土管理所调运处置;②垃圾填埋场作覆土;③资源化利用。④焚烧处理。
污泥处置方式比较表
水厂污泥成份中以原水中的泥土及投加的混凝剂产生物质居多,有机物所占比例相对较小,因此在排泥水处理过程中及处理后的脱水污泥基本不会产生恶臭,对周围环境影响较小。
水厂脱水污泥含固率一般可达20~40%(根据处理工艺不同),具有一定强度的固态,可用作堆填土或作为绿化用土。
结合上述情况,水厂干污泥处置方案有两种:
①污泥通过车辆运至杭州湾开发区,宁波大自然新型墙材有限公司作陶粒砖原料之一。
污泥处理费160元/吨,运费40元/吨,合计200元/吨。
②干污泥通过车辆运至杭州湾开发区电厂焚烧处置,处理费合计210元/吨。
经过两者比较后污泥运送至陶粒砖厂处置。
五、存在问题分析及解决办法
1、污泥浓缩池:
⑴ 浓缩池的稳流筒内没有安装环形布水管,进水时引起局部冲击负荷,污泥没有进入阻滞区而在澄清区随上清液溢出,出流余浊大。适当选择潜污泵并调整环形布水管符合均匀进水的要求。
⑵ 浓缩池直径大,力臂长,扭矩就大,底泥行程长,造成排泥不彻底,容易板结增大阻力;中心传动污泥浓缩机的机械部件的梗阻与摩擦加大阻力。因此,需适当控制污泥浓缩池的直径,一般小于12米,对传动部件的底座增设装置,减少机械的摩擦阻力。
⑶ 水厂污泥同污水厂污泥的污泥性质存在较大差异,水厂污泥的污泥颗粒的76%为粘粒,有机物组分为22.6%,根据对污泥的脱水性能试验研究得出的结果,适当投加PAM可以降低污泥比阻,改善脱水性能,PAM的最佳投加率为0.5‰,此时上清液余浊低,污泥比阻小。
2、污泥在管道中流动的情况与水流大不相同,污泥的流动阻力随其流速的大小而变化,在层流状态时,污泥粘滞性大,悬浮物又易于在管道中沉降,因此污泥流动的阻力比水流大,当流速提高到紊流状态时,由于污泥的粘滞性能够消除边界层产生的旋涡,使管壁的粗糙度减少,污泥流动的阻力反比水流小,含水率越低,污泥粘滞性越大,上述状态就越明显,含水率越高,污泥粘滞性小,其流动状态就越接近水流。浓缩池底泥初期排放时,管中污泥含水率低,阻力大,极易堵塞。因此,在排泥管上开设三通安装冲洗管,加大初期排泥时的扰动,便于污泥排放。另外,使污泥浓缩池与平衡池的高差能保证排放时有合适的流速。
3、平衡池结构为方型,搅拌机单边设计,搅拌力传递不够,扰动性差,产生死水区,污泥容易沉淀,时间一久形成淤积区,占用了平衡池的容积,调节容量减少,浓缩池污泥不能一次排空,影响浓缩池运行。为防止积泥,在原搅拌机的对角位置增设一台搅拌机,解决积泥问题。
4、首先螺旋输送机的传输能力与叶片的角度具有密切的关系,现场的两台螺旋输送机产品性能规格一样,但由于安装角度不同,前面的角度小,后面的角度大,使输送能力产生差异,大角度的输送量减小,当大角度机的输送量达到满负荷时,小角度的输送量超额部分就在连接处累积,造成接口堵塞。其次螺旋输送机的传输量根据离心脱水机的额定干泥量及泥的含水率进行设计 ,在实际运行时,由于进泥含固率、PAM的投加量、离心脱水机的差转速、扭矩等参数不同,干泥的含水率会发生变化,一般在70%-80%之间。假如按70%的含水率设计,当含水率为80%时,干泥的体积将增加50%,超出螺旋输送机的额定传输量,造成接口堵塞。建议在设计时螺旋输送机不分段安装并应放大尺寸留有余量。
5、离心脱水机是靠高速旋转产生高离心力,加速沉降分离,随着内腔污泥的固液分离,失去动平衡,加剧震动引发噪声,离心脱水机的噪声往往超过90分贝,绝大部分人在90分贝的环境中都有不良影响。创造良好的工作环境需要增设隔噪降声的措施,在设计时要把离心脱水机安装在独立的封闭房间,增设吸音材料, 防震减震等措施,控制声源的噪声辐射。
六、结论
污泥脱水系统在自来水厂的应用日渐推广,根据污泥不同的性能选用恰当的处理设施和设计参数,摸索出最佳的管理模式,同时使污泥脱水系统发挥更大的社会效益。
参考文献