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Abstract: There is an important research subject of deepening and utilization mode of disposal of sludge, which is of positive significance to protect environment. To avoid extreme waste of resources and rational use of sludge science has very important practical significance and economic value to society. This article mainly elaborated the city sludge treatment and disposal method for reuse, effectively promoted the process of the environmental protection of city sludge treatment.
Key words: city sludge; treatment; resource utilization
中图分类号:[TU992.3]文献标识码:A 文章编号:
城市污泥是一种常见的固态污染物,但是如果将其进行合理的加工,则会成为一种有用的资源。传统城市污泥处理方式并没有一定的规范化的污泥处理工艺以及科学化的污泥治理制度。 但是污泥堆积不仅会影响城市的面貌也会不利于环保工程的建设。 为此,我国推出了一系列的污泥处理处置措施、法规及标准,本文综合讲述了污泥的预处理措施及资源再利用的方式,为污泥处置研究提供了有力的依据。
1.污泥的预处理
污泥主要来源于污水处理厂, 刚排出的污泥中含有诸多的有害成为,且体积庞大,如果直接处理会有一定的难度,因此在对污泥进行环保化处理之前会对其进行预处理, 污泥的预处理方法主要包括污泥的稳定化、消化、热处理、脱水等处置方式,最终达到降低污泥中微生物含量、杀菌减量化的目的。 此外,经过预处理的污泥的成分、性质发生改变,有利于后续能源和资源的再利用。
1.1 污泥的稳定化
常用的 3 种污泥稳定的方法有:消化法、碱性稳定化和热处理法。
1.1.1 污泥的消化
污泥的消化是指在人工控制下, 利用好氧或厌氧微生物的代谢作用将污泥中的有机物质分解为气体和残余稳定物, 主要包括好氧消化和厌氧消化。 好氧消化法的降解程度高,易脱水,运行管理简单,但运行费用高,消化污泥量少,随温度波动污泥的降解程度的波动较大,故相较之下厌氧消化较常用,该方法可以显著减少污泥体积,消除恶臭,较易脱水,污泥性质稳定,更宜作肥料。
1.1.2 碱性稳定法
碱性稳定法最主要的目的就是控制污泥的酸碱度,当污泥的 PH 值调节到 11.0~12.0 是,可以直接作为农田中的肥料。 具体的处理方法为:向城市污泥中加入一定量得强碱物质,如石灰、水泥窑灰等。 另外,这种处理方法也能够杀灭污泥中所包含的病原体,抑制微生物的活性,降低恶臭和钝化重金属。
1.1.3 污泥的热处理
热处理方法能够是污泥趋于稳定化,污泥中含有大量的水分,通过热处理工艺的完成能够是污泥固化,破坏污泥中结合水的结构,对污泥的热处理的方式包括常压下 30~75℃和 75~190℃两个处置阶段。 此外,污泥经过热处理工艺后,可以杀灭其中的微生物和寄生虫,且能够除去臭味。 经过热处理后的污泥能够达到减量的目的。 但是经该方法处理后,部分可溶性有机物质、有毒重金属及 NH3-N 易溶出回流到原污水中,从而造成处理出水水质下降。
1.2 污泥的浓缩和脱水
为了便于对污泥的运输管理, 必须对污泥进行必要的浓缩和脱水处理。 污泥的浓缩技术主要包括重力压缩、、气浮浓缩、离心浓缩、转鼓机械浓缩、带式浓缩机浓缩等,经过浓缩后污泥的含水率可达到 95%~97%,经过浓缩处理后的污泥大大降低了自身的质量。
经过浓缩处理后的污泥,污泥大部分的质量源于其中所含的水分,因此脱水处理时污泥减量化的最佳途径。 具体的脱水措施主要包括两种:自然干化和机械脱水。 自然干化需基于气候干燥的条件下才能够发挥作用。 事实上,机械脱水是一种常见的污泥脱水处理方式,相对于自然干化,机械脱水的处理效率较高。
2.污泥的处理处置方法
污泥处置是根据污泥的最终去向,将污泥进行利用或无害化处理,传统上大多采用填埋、投海和弃置堆放、焚烧方式,虽然简单易行,但是会带来占用土地、污染地下水或海洋环境、填埋场渗水等问题,并未从根本上解决环境问题,给生态环境埋下安全隐患,这些方法也逐渐被环境法案和国际公约等制约。 为避免污泥对环境的二次污染,人们已认识到污泥处理的优先顺序是减容、利用、废弃,污泥的利用和资源化成为研究主流。 污泥的有效利用可分为土地利用和热能利用,具体方法主要包括污泥堆肥、焚烧、生物沥浸等。 以下我们以污泥焚烧为例做简要说明。
3.污泥的资源化利用方案
从传统的意义上讲,污泥是一种废弃物,但是清洁生产的理论中没有废物的概念,所谓废物实际是放错了位置的资源。 如果对污泥进行合理的处理利用,污泥也可以成为其他过程的原材料,即污泥的根本出路是化害为利、 实现资源化污泥处理方案时需要因地制宜。 目前污泥的资源化利用方式主要包括土地利用、建材利用、环保材料、热能利用等。
3.1 土地利用
污泥的土地利用是一种积极、安全有效的污泥资源化处置方式,主要有农田利用和城市园林绿化或林地利用。
3.2 建材利用
污泥是一种黏土质资源, 同时含有大量的 Si,Al,Ca,Fe 等成分,将其干化、磨细后与黏土或粉煤灰按一定比例掺和,在高温下烘焙烧结可使污泥稳定化,并用于制成建筑材料。 该法可达到处置污泥和创造经济效益的双重目的。 以污泥制砖为例,其原理是利用污泥焚烧灰的成分与黏土的化学成分相似。 目前,国内外比较常见的城市污泥制砖技术主要有两种,一种是城市污泥焚烧灰添加适量辅料成型烧结制砖;另一种方法是直接将城市污泥干燥、 利用方式主要包括土地利用、 建材利用、环保材料、破碎后与黏土或粉煤灰等辅料以一定比例混合,烧结制砖,同时还可利用污泥的潜在热值,节约制砖成本。
3.3 环保材料
3.3.1 污泥制吸附剂
对于含碳较多的生化污泥, 在一定高温下, 以污泥为原料通过化学途径将其制成含碳吸附剂, 为生化污泥的处置和利用提供了一条新途径。 制得的吸附剂可用于去除污水中的悬浮物和有机物,COD 去除率高,是一种性能良好的有机废水吸附凝聚剂。 吸附饱和的吸附剂若不能再生,还可以在一定条件下用作燃料进行燃烧,污泥中有害成分被彻底氧化分解。 如日本以脱水污泥滤饼为原料,经过高温碳化脱水, 酸洗去杂质, 碱活化后制成了高性能的活性炭,其细孔比常规活性炭比表面积大, 吸附能力强。 也有研究者利用石化污泥成功制备用于吸附溢油的吸附剂,经过碳化和活化处理后,去油率可达 99.6%。
3.3.2 污泥制絮凝剂
从剩余活性污泥中提取一些可絮凝的微生物菌种, 通过微生物技术对其进行发酵、抽取、精制,合成一种生物高分子化合物,此种高分子絮凝剂能够将城市污水处理厂的剩余活性污泥消化掉, 此种物质不仅能够容易加工处理,而且具有很好的经济性。
4.结 语
污泥经过处理处置后,可以根据不同的情况进行资源化利用。 上述的几种污泥处理与资源化方法基本上囊括了现今主流的资源化利用处理方法,涵盖面广,对各种不同组分组成的污泥具有很强的适应性。 此外污泥的处理还应兼顾环境生态、社会和经济效益平衡,尽可能地提高污泥处理与资源化利用的效率。 所以今后在开发污泥处理处置与资源化方法的同时应考虑环境的承载能力、 工程施工的可能性和经济上的可行性,尽可能使污泥被资源化利用。
【参考文献】
李兵,尹庆美,张华等.污泥的处理处置方法与资源化[J].安全与环境工程.2004,11
谭江月,龙炳清,朱明等.城市污水处理厂污泥的处理处置及有效利用[J].新疆环境保护,2003,25
【关键词】污泥;处置技术;资源化
污水处理过程中产生的沉淀物质以及从污水表面漂出的浮沫中所得的残渣称为污泥,属于一种固体废弃物。随着国内污水处理事业的发展,污水厂总处理水量和处理程度将不断扩大和提高,产生的污泥量日益增加,污水污泥的处理处置问题日益突出。据记载 ,一个城市污水厂每天产生污泥的体积约为污水处理量的 0. 5 %~1. 0 % ,其处理费用约占城市污水总运行费用的 20 %~50 %。污泥成复杂,其中虽含有大量氮、磷、多种微量元素和有机质等可利用成分,也含有毒、有害、难降解的有机物、病原菌、寄生虫(卵)及重金属等,且常伴有恶臭,处置不当会对生态环境和人类造成很大的危害,因此探讨并寻求经济有效的适合我国国情的污泥处置技术,具有重要的现实意义。
1 市政污泥处理现状
市政污泥的处理方式可分为四种:填埋、排海、农用和焚烧。在我国污泥处理处置的主要方法中,污泥农用约占44.8%、陆地填埋约占31.0%、其它处置约占10.5%、未经处置约占13.7%。由此可见我国城市污泥的处置方法一直以农用为主 。
2 污泥性质
污泥的颗粒较细,密度较小,含水率高且不易脱水,并且有机物含量较高,容易腐化发臭。污泥中含有植物生长所需的养分和有机质, 其中植物养分氮、磷、钾等可供植物的生长发育, 而有机质可以用来改良土壤, 防止土壤板结和增加地力。然而,污泥中又含有潜在有害物如重金属或病原体等, 它们的农用必须建立在重金属等有害物质的含量和病原体数量控制在不会对人类造成危害的基础上。城市污水中还混有医院排水和工业废水,污泥中常常含有寄生虫卵、细菌和重金属等有害物质。干燥污泥具有一定量的热值,可以燃烧。干化污泥作为燃料,开发潜力很大。
3 污泥处置技术
3.1 农用
污泥农用是各国较为关注的处置方法 ,它与其他方法相比 ,不仅能耗低 ,而且还可回收利用污泥中大量的植物养分。污泥中含有丰富的有机营养成分,如氮、磷、钾等和植物所需的各种微量元素,其中有机物的浓度占40%~70%,其含量高于普通农家肥,能够改良土壤结构,增加土壤肥力,促进作物生长。影响其推广的因素是可能引起的病原体扩散和重金属污染。因此各国先后出台了农用污泥重金属许可浓度标准和严格的卫生无害化要求 ,并对单位面积污泥使用量作了限制。为减少或消除污泥直接施于农田可能产生的不良影响 ,需对污水厂的进水水质进行控制并对污泥进行预处理。鉴于污水厂设计流量大 ,所产生的污泥量也较多 ,试图通过化学方法去除重金属离子几乎是不可能的。因此只有限制排放重金属离子污染源的污染物排放总量 ,使污水厂污泥达到农用标准。同时还应对污泥进行堆肥预处理 ,以消除污泥中的大量生化有机物及病原菌。
3.2 卫生填埋
城市污泥经过简单的灭菌处理直接倾倒于低地或谷地制造人工平原是污泥填埋处置的基本方式。它的优点一是污泥无毒无害化处理成本低,不需要高度脱水(自然干化),二是既解决了污泥出路问题,又可以增加城市建设用地。从总体上看 ,填埋是一项比较成熟的污泥处置技术。然而 ,污泥卫生填埋也存在很多问题,如污泥中含有的有毒有害物质经雨水的浸蚀和渗漏会污染地下水。尽管如此 ,在将来的发展中,填埋仍是垃圾和污泥处置中不可避免的方法。对于不能资源化而必须从使用循环中排出的废物 ,填埋是目前唯一的最终处置途径。
3.3 污泥的焚烧
污泥减容的主要方法是浓缩、脱水以及焚烧。一般大型污水处理厂的污泥均通过焚烧达到无害化处理处置,污泥减容减量化程度高,而且产生的热能可回收利用,如利用热交换装置(如余热锅炉)将产生的蒸汽用作供热采暖或驱动汽轮机发电等。
该方法既解决了污泥的出路问题又充分利用了污泥的能源,而且污泥不需要做灭病原菌的处理。在所有的污泥处置中 ,焚烧方法产生的剩余物最少 ,且无异味。其缺点是处理设施投资大,处理费用高(是其他工艺的 2 倍~4 倍) ,有机物燃烧会产生二垩英剧毒物质。
3.4 排海
某些沿海地区,处置污泥采用污泥投海的方式,但近年来受到强烈反对,主要是因为其危害海洋生态系统,引发全球环境问题。
4 污泥的资源化展望
4.1 污泥农用
污泥直接施用于农田和牧场。南京农业大学和湖南农学院对田间施用污泥作了大量试验,发现施用污泥能显著增产,稻麦籽粒和秸秆平均增产分别为38%和41%,蔬菜可食用部分则平均增产11.7%。研究表明,施用污泥后土壤中植物所需的许多营养元素的含量都显著增加,牧草产量明显提高。
4.2 烧制建材制品
污泥中含有大量的灰分、铝、铁等成分 ,是建筑材料中不可缺少的添加剂。将污泥(85%含水率)与粉煤灰以1:3比例混合,烧制建材制品。制成品性能优良,无臭味,基本符合卫生标准,且重金属含量大为降低,接近土壤。
4.3 污泥制动物饲料
污泥中含有大量有价值的有机质(蛋白质和脂肪酸等) 。其中 70 %的粗蛋白以氨基酸形式存在 ,各种氨基酸之间相对平衡 是一种非常好的饲料蛋白。但如何将污泥中的营养成分转化成饲料蛋白 ,目前研究得还不够深入 ,长期利用污泥蛋白产生的有毒物质在动物体内累计 ,造成的潜在危害和长远影响还有待于进一步研究。
4.4 污泥改性制吸附剂
污泥中含有大量有机物 ,它具有被加工成吸附剂的客观条件。在一定高温下 ,以生化污泥为原料 ,通过化学改性活化处理可制得含碳吸附剂。含碳吸附剂对 COD 及某些重金属离子有很高的去除率 ,是一种优良的有机废水处理吸附絮凝剂。污泥制活性碳絮凝剂的研究在我国刚刚开始 ,许多方面的工作还有待深入。
5 结语
根据我国国情,污泥的处理应着眼于污泥的综合利用,化害为利,变废为宝,所以污泥资源化应是我国处置污泥的未来发展的主要方向。为实现污泥的资源化和商品化利用,需要注重有关污泥堆肥制造有机和无机复合肥,污泥制造建筑材料,污泥热能利用以及在环保方面的应用等关键技术的研究和相关设备的研制开发,对成分日趋复杂、数量不断增多的污泥进行更有效、更经济的处理。
参考文献:
[1]严熙世. 水和废水技术研究[ M ]. 北京 :中国建筑工业出版社 ,
【关键词】城市污水处理厂;污泥处理处置;现状;方法;探讨
随着经济科学的飞速发展,人们开始认识到科学和经济的快速进步某种程度上就是对环境和社会资源的一种损耗,而后来的温室效应、环境大气污染、各种能源短缺、可利用水资源减少等等问题都充分证明了这一点。对此全球各个国家也都快速做出了反应,针对温室效应,环境保护、污水治理等等环境保护和和可持续发展战略政策的提出都朝着改善生存环境的方向前进。对此,我国政府也逐步退出了诸多政策,积极宣传教育环保生态思想,倡导绿色健康无污染生活,并同时进一步落实科学发展观,发展生态循环经济体系,并加速我国资源节约型和自然环境友好型城市建设。城市污水处理厂也因此快速发展,尤其是随着城市污水处理设施和技术的不断普及提升,其污泥的产量越来越多,这对城市而言也是一个新问题,因此城市污水处理厂污泥的处理处置就成为当前乃至今后我们迫切需要解决的重任,下面笔者就对城市污水处理厂污泥处理利用进行深入探讨。
1 我国城市污泥处理状况及问题
众所周知,城市污水处理厂在处理污水过程中不可避免会产生污泥,虽然污泥占有量只有0.3%~0.5%,但是由于我国城市化发展步伐的加快,城市污水处理厂所产出的污泥量也与日俱增。目前我国废水排放大约400多亿吨,干污泥年排放约为600万吨,城市污泥处理问题日益凸显。此外,在污泥处置方面,绝大部分城市污水处理厂都是采用较为简单的填埋或者是胡乱堆放,甚至部分城市将污水处理厂污泥简单用于城市绿化和土地填埋中,或者用于配比制作成复合肥,这些都导致城市污水处理厂污泥处理工作不尽人意。据有关资料统计,我国大部分城市污水处理厂处理的污泥里面微生物、寄生虫卵、重金属、有毒有机物质、臭气、病原菌等众多,这些成分已经成为城市环境卫生的首害。为了改善这一问题,我国从2000年以来绝大部分城市都陆续出台执行有关污泥处理处置的政策方案和规划,但就目前处理状况来看,简单粗暴的填埋弃置和堆放只能够为后续城市发展埋下隐患,尤其是近些年来污水处理厂日益增多,处理的污泥量也越来越多,只有及时进行科学的、系统的、合理的深度处理,使得污泥能够稳定化,最终达到减量、无害、再利用的程度才是最佳的、完善的污水处理循环链,才能够使得污泥处理处置工作产生效果。
2 城市污水污泥处理处置方法工艺
城市污水厂污泥处理处置主要包括两个阶段,前阶段要对污泥进行初步处理,然后再在此基础上根据污泥成分比例和性质特点来采取不同的处置方式,最终使得污泥能够达到无害化。
2.1 污水厂污泥处理方法
对污水厂污泥进行初步处理,主要包括污泥调理、污泥浓缩、污泥脱水、污泥消化等几个步骤。
污水处理厂利用化学或物理方法调理完污泥后,就进行污水浓缩,就是利用重力浓缩方法、气浮浓缩方法、离心浓缩方法等等方式来除去污泥的间隙水,然后进行污泥脱水,利用自然干化、造粒脱水、机械脱水等方式来将污泥转化为半固体或者固体形态。最后进行污泥消化,也就是对污泥进行厌氧消化和好氧消化,前者使污泥降解为甲烷和稳定的污泥,后者利用微生物发酵,采用好氧堆肥、反应器堆肥等方式进行污泥堆肥,使得污泥最终成为稳定性较高的类腐殖民质。
2.2 污泥处置利用
目前对污泥进行深层次的处置主要有热干燥处理、土地利用、卫生填埋、污泥焚烧、投海和综合利用等等方式,如下图。
第一,土地利用。我国是农业大国,对污泥进行土地利用能够有效处置多余污泥,尤其是污水处理厂污泥理念含有丰富的有机成分,且经过实践证明采用这些污泥栽种作物产量更好,甚至比施农家肥的土地作物长的更好,因此有机含量高、营养成分丰富的污泥就可以充当土壤改良剂,当然也要进行土地利用要注意污泥重金属、放射性元素等问题,从而避免土壤作物二次污染。
第二,卫生填埋。这种方法工艺简单,成本低廉,见效快,应用颇为广泛,有筑堤法、平面填埋发,混合填埋法等,其缺点在于占填埋场地大、运输成本高、污泥力学性能要求高,并要注意产生渗滤液和沼气,防止地下水污染。
第三,污泥焚烧法。污泥高温下燃烧,能够充分将污泥分解为砌体、焦油以及其他飞灰残渣,这种处理方法速度快,无害化、减量化效果彻底,而且污泥冉寿热量高,可以充当劣质煤,但是污泥焚烧设备投资大,燃烧不良有可能产生剧毒物质。
第四,早期污水处理厂对污泥污染认识不足,大量污泥被投入海中,这对海洋生态环境造成了巨大的损害,目前这种方法已经限制和禁止。
第五,近来国内外把污水处理处置眼光放到了资源化的层面上,希望通过适当处理然后再利用,这是现代社会环境保护和资源可持续发展的必然需要。欧美等国家已经在探索污泥制油的工艺,希望通过加热、无氧、催化剂、干馏、热分解来产热解油,而且污泥中的大量灰分可以作为建筑添加剂,不少研究专家将污泥作为水泥原料,例如在粘土中深入污泥在高温下烧成生态砖等等。除了上述几种方法之外,还有多种污泥综合有效利用方式,而这些都需要相关人员不断努力尝试研究,这样长期下去,相信总会有化废为宝,化污泥为有效资源物质的污泥处理模式。
3 结束语
虽然目前我国城市污水处理厂在污泥处理处置方面已经取得了一定的成效,但是在污泥处理处置这条道路上还有很远的路要走,当前这些污泥处理方面还存在很多未尽人意之处,对此,我国相关工作人员和城市污水处理同行也必须要进一步落实科学发展观,并不断努力尝试、实践,努力寻找更佳、更有效的处理方式和工艺技术,相信随着人们对污水污泥处理设备的不断改进和完善,我国城市污水处理方面会取得更好的效益。
参考文献
[1]杨芳.关于城市污水处理厂污泥处理处置的探讨[J].城市建设理论研究(电子版),2011(21).
[2]白杨.城市污水处理厂污泥处理处置技术方法[J].绿色科技,2014(6).
关键词:污水污泥处理处置 污泥处理工艺 污泥土地利用 污泥堆肥
表1 国内已建城市污水处理厂污水污泥处理工艺
序号
污泥处理流程
应用比例
1
浓缩池 最终处置
21.63%
2
双层沉淀池污泥 最终处置
1.35%
3
双层沉淀池污泥 干化场 最终处置
2.70%
4
浓缩池 消化池 湿污泥池 最终处置
6.76%
5
浓缩池 消化池 机械脱水 最终处置
9.46%
6
浓缩池 湿污泥池 最终处置
14.87%
7
浓缩池 两相消化池 湿污泥池 最终处置
1.35%
8
浓缩池 两级消化池 最终处置
2.70%
9
浓缩池 两级消化池 机械脱水 最终处置
9.46
10
初沉池污泥 消化池 干化场 最终处置
1.35%
11
初沉池污泥 两级消化池 机械脱水 最终处置
1.35%
12
接触氧化池污泥 干化场 最终处置
1.35%
13
浓缩池 消化池 干化场 最终处置
1.35%
14
浓缩池 干化场 最终处置
4.05%
15
初沉池污泥 浓缩池 两级消化池 机械脱水 最终处置
1.35%
16
浓缩池 机械脱水 最终处置
14.87%
17
初沉池污泥 好氧消化 浓缩池 机械脱水 最终处置
2.70%
18
浓缩池 厌氧消化 浓缩池 机械脱水 最终处置
1.35%
注:表中未注明的污泥均为活性污泥。
表2 几种浓缩方法的比能耗和含固浓度
浓缩方法
污泥类型
浓缩后含水率(%)
比能耗
干固体(Kw·h/t)
脱除水(Kw·h/t)
重力浓缩
初沉污泥
90~95
1.75
0.20
重力浓缩
剩余活性污泥
97~98
8.81
0.09
气浮浓缩
剩余活性污泥
95~97
131
2.18
框式离心浓缩
剩余活性污泥
91~92
211
2.29
无孔转鼓离心浓缩
剩余活性污泥
92~95
117
1.23
从表中可以看出,初沉污泥用重力浓缩法处理最为经济。对于剩余污泥来说,由于剩余活性污泥浓度低,有机物含量高,浓缩困难,采用重力浓缩法效果不好,而采用气浮浓缩、离心浓缩则设备复杂,费用高,也不适合中国国情。所以,目前国内推行将剩余活性污泥送回初沉池与初沉污泥共同沉淀的重力浓缩工艺,利用活性污泥的絮凝性能,提高初沉池的沉淀效果,同时使剩余污泥得到浓缩。国内污水厂对此进行了试验研究,表明这种工艺的初沉池出水水质好于传统工艺[4]。因此,国内当前将重力浓缩法作为主要的污泥浓缩方法,图1为国内污水厂所采用的污泥浓缩方法情况。
由于国内经济状态和资金短缺,且污泥中有机物含量低,所以重力浓缩法仍然将是国内今后主要污泥减容手段。
1.1.3 污泥稳定
国内目前常用的污泥稳定方法是厌氧消化,好氧消化和污泥堆肥也有部分被采用,并且污泥堆肥正处于不断研究阶段,而热解和化学稳定方法或者是由于技术的原因或者是由于经济、能耗的原因而很少被采用[5]。图2为上述几种污泥稳定方法在国内所占的比例。
1.1.4 污泥脱水
国内现有的污泥脱水措施主要是机械脱水,而干化场由于受到地区、气候条件的限制很少被采用。图3为几种污泥脱水技术在国内所占的比例。
1.2 国内城市污水污泥处理中存在的问题
国内城市污水污泥的处理起步较晚,其中也存在许多问题,主要表现在以下几个方面:
1.2.1 污泥处理率低、工艺不完善
我国存在着重废水处理,轻污泥处理的倾向。很多城市未把污泥的处理作为污水厂的必要组成部分,往往是污水处理厂建成后,相当长的时间后才建污泥处理系统,造成我国城市污水污泥处理率很低。从表1的工艺中也可以看出,国内城市污水厂的污泥处理工艺是很不完善的。污泥经过浓缩、消化稳定和干化脱水处理的污水厂仅占上述城市污水厂的25.68%。这说明我国70%以上的污水厂中不具有完整的污泥处理工艺。不具有污泥稳定处理的污水厂占55.70%,大量未经过稳定处理的污水污泥将对环境产生严重的二次污染。不具有污泥干化脱水处理的污水厂约占48.65%。污泥经浓缩、消化后,尚有约95%~97%含水率,体积仍然很大。这样庞大体积的污泥如果不经过污泥的干化脱水处理,将为运输及后续处置带来许多不便。
1.2.2 污泥处理技术设备落后
当前我国有些污水处理厂所采用的污泥处理技术已经是发达国家所摈弃的技术,其水平还停留在发达国家的70、80年代的水平,有的甚至是国外的60年代的水平。而且有些污泥处理技术根本不合乎国内的污水污泥特性,对所采用的技术缺乏必要的调查研究。污泥处理设备也比较落后,性能差、效率低、能耗高,专用设备少,未能形成标准化和系列化。因此,限制了我国污泥处理技术的提高和发展。
1.2.3 污泥处理管理水平低
很多已建成的污泥处理设施不能正常运行,除技术水平外,管理水平低也是重要因素。大部分污水厂的管理人员和操作人员的素质较差,缺乏管理经验,不能有效地组织生产,加上技术人员少,各个专业不配套,所以一旦生产上出现问题,不知如何处理,有的污水处理厂的污泥处理系统只好长期停止运行。提高污水厂的管理水平,早日实现科学管理是保证污水厂污泥系统长期运转的关键所在。
1.2.4 污泥处理设计水平低
我国排水事业有很大发展,积累了较为丰富的污水处理设计经验,并培养了大批设计人材。但在污泥处理方面,我国还缺乏实践经验和设计经验,尤其是污泥处理系统的整体水平还比较低,从已建成的污水处理厂的污泥处理装置看,运行工况不佳,不能保证长期运行,很多厂的装置建成后,又进行较大的技术改造,造成人力、物力和财力的极大浪费。
1.2.5 污泥处理投资低
国内污泥处理投资只占污水处理厂总投资的20%~50%,而发达国家污泥处理投资要占总投资的50%~70%。
1.3 我国城市污水污泥处置的状况及分析
城市污水污泥的处置途径包括土地利用、卫生填埋、焚烧处理和水体消纳等方法,这些方法都能够容纳大量的城市污水污泥,但因国家的不同而应用情况有所不同。我国自80年代初第一座污水处理厂天津纪庄子污水处理厂建成投产后,污泥即由附近郊区农民用于农田。其后北京高碑店等污水处理厂的污泥也均用于农田。随着城市污水污泥产生量和污水处理厂的逐渐增多,目前我国已开始将污水处理厂污泥用于土地填埋和城市绿化,并将污泥作基质,制作复合肥用于农业等。但在国内,总的状况还是以污泥土地利用的形式为主,将污泥用于农业。可由于国内在污泥管理方面对污泥所含病原菌、重金属和有毒有机物等理化指标及臭气等感官指标控制的重视程度还不够高,因此限制了对污泥的进一步处置利用,图4为几种污泥处置技术在国内所占的比例。
国内的污泥处置,即最终出路存在严重问题,从上图可以看到仍有13.79%的污泥没有任何处置,这将为环境污染带来巨大危害。污泥散发的臭气污染空气,病原菌对人类健康产生潜在威胁,重金属和有毒有害有机物污染地表和地下水系统。造成这种现象的原因可以归纳如下:由于国内污泥处理处置的起步较晚,许多城市没有将污泥处置场所纳入城市总体规划。造成很多处理厂难以找到合适的污泥处置方法和污泥弃置场所;我国污泥利用的基础薄弱,人们对污泥利用的认识存在严重不足,对污泥的最终处置问题缺乏关注,给一些有害污泥的最终处置留下了隐患;污泥的利用率不是很高,仍有一部分的污水厂污泥只经贮存即由环卫部门外运市郊直接堆放,尤其是国内一些南方城市很多采用这种方式。这样的处置方式既影响了污水厂的正常运行,同时污泥的随意堆放又可能产生二次污染,也造成污泥资源的浪费。因此,我国当前面临的问题是尽快发展污泥处置技术来解决不断增长的污水污泥。
2 我国城市污水污泥处理处置对策
2.1 我国城市污水污泥处理途径
从国内今后的发展趋势来看,其城市污水处理将形成以国家投资的大型污水处理厂为主,各地区根据经济发展状况投资兴建的不同规模污水处理厂并存的局面,因此对污水厂污泥的处理应根据污水厂所处的环境位置、处理规模、资金来源、经济技术水平来确定适合中国国情的工艺方法和技术设备等。
污泥处理的目的是使污泥减容化、稳定化、无害化及综合利用。对于国内城市的各类污水处理厂来说,应该不断完善其污水污泥处理工艺,选择包括污泥浓缩、厌氧消化、脱水等较完善的污泥处理工艺,并积极开发性能良好的、国产的污泥浓缩、稳定和脱水的装置和机械,以提高污泥的含固率,使后续的污泥处置和综合利用能顺利进行。就选择污水污泥浓缩技术来说,由于国内城市污水污泥中有机物含量低,所以采用重力浓缩仍然是一种经济、有效的污泥减容方法。污泥脱水的方法主要包括自然干化和机械脱水,而自然干化由于受到气候、地区的限制而很少被采用。污泥的机械脱水能有效降低污泥体积,为污泥的后续处置打下良好基础。现在常用的机械脱水技术有板框压滤脱水、带式压滤脱水和离心脱水等,在实际运行中各有其优缺点,同时污泥的性质对脱水效果影响很大,因此对机械脱水方法的选择应根据污水厂工艺、运行的特点和污泥处理处置的要求而定。污泥处理时采用不同的稳定方法对整个污水处理的工艺选择和技术经济比较有举足轻重的影响,典型的稳定方法有厌氧消化、好氧消化和堆肥等的生物稳定法及投加石灰的化学稳定法。对目前国内现有的情况来说,应考虑采用基建投资少、运行管理费用低、简易高效的污泥稳定方法。污泥的中温厌氧消化法为国内的部分污水处理厂所采用,它不仅能将污泥中的有机物降解,同时杀死部分病原菌和寄生虫(卵),从而使污泥达到稳定化以及部分无害化,而且消化产生的沼气还可作能源回收。不过该法投资大,操作管理严格,对工艺技术及安全运行的要求也较高,这对国内大型的污水处理厂来说是可行的,而对于国家缺乏技术经济优势的小型污水处理厂,采用污泥厌氧消化作为污泥稳定、无害化措施是不可行的。笔者认为,对于小型污水处理厂,一是在选择污水处理工艺时,可选择延时曝气法(如采用氧化沟),由于该工艺产生的污泥随着泥龄的增长,有机物分解趋于完善,挥发分含量随之减少,其能量也逐渐降低,污泥趋于稳定。当污泥龄足够长时,其好氧稳定的结果与厌氧消化稳定的结果很接近[6]。二是采用生污泥直接脱水后进行好氧堆肥的方法,好氧堆肥是利用微生物的作用,将污泥转化为类腐殖质的过程,可消除污泥恶臭,堆肥后污泥稳定化、无害化程度高,是经济简便,高效低能耗的污泥稳定化无害化替代技术。
2.2 污泥堆肥是符合中国国情的污泥稳定技术
污泥农用前最好进行堆肥化处理,目的是经过生物降解作用,使植物养分形态更有利于植物的吸收,另一方面还可消除臭味、杀死病原菌和寄生虫。
目前世界各国普遍采用的堆肥方法有静态和动态堆肥两种,如自然堆肥法、圆柱形分格封闭堆肥法、滚筒堆肥法、竖式多层反应堆肥法以及条形静态通风等堆肥工艺,这些方法都在不断发展和完善。
近年来,国内先后建成了一些机械化程度较高的堆肥厂,如无锡、杭州、武汉、上海等地的机械化堆肥技术包括较完整的前处理、发酵、后处理工艺和设备,其堆肥技术在产品质量、运行操作可控性、环境质量等方面的指标都达到了较高水平。天津市污水处理研究所在纪庄子污水处理厂进行的污泥高温堆肥的试验和研究中,探索出了一套少加甚至不加调节剂、简单而便于操作管理的污泥堆肥工艺,同时提出了工艺流程和技术参数,为生产线的设计与建设提供了技术依据。以堆肥处理前、后消化污泥的提取液为试验液,以草履虫为试验对象所进行的综合毒性研究表明,两者的半致死浓度相差近10倍,说明堆肥对毒性有机物的降解效果是显著的[7]。
1997年北京市环境保护科学研究院总结多年研究成果,吸取国内外各类机械堆肥装置的优点设计、研制了污泥动态发酵器,该装置效率高、能耗低,便于操作管理和设备化。根据所研制的设备,提出以污泥动态发酵器为核心的污泥制复合肥新工艺路线,建成了1条年产5000t复合肥生产的装置。生产线包括污泥动态发酵器、混合搅拌器、圆盘造粒机、烘干机、筛分机等组成,运行以后设备稳定可靠、经济效益明显。该研究提出的污泥动态发酵无害化及污泥制肥工艺,将在北京市高碑店等污水处理厂的污泥处理处置中得到应用,对于解决北京市的污水污泥处置问题,会起到很好的作用。可以说,该项技术的成果转化和推广应用已经有了良好的开端[8]。
2.3 污泥土地利用是符合中国国情的处置方法
一般来说,各国家对于污泥处置方式的选择应兼顾到环境生态效益与处置成本、经济效益之间的平衡。一种有效的、适合本国具体情况的污泥处置方法应该是在环境上卫生、社会上被接受及经济上有效的方法。污泥土地填埋对污泥的土力学性质要求较高,需要大面积的场地和大量的运输费用,地基需作防渗处理以免污染地下水,填埋场的废气可能污染环境等,近年来污泥填埋处置所占比例越来越小;焚烧法的技术和设备复杂、耗能大、费用较高,并且有大气污染问题;污泥投海受到地理位置和国际海洋有关公约的限制以及对海洋生态系统和人类食物链已造成威胁,中国政府已于1994年初接受三项国际协议,承诺于1994年2月20日起不在海上处置工业废物和污水污泥;污水污泥用作建材是近年处于研究阶段的新课题,尚有许多技术难题需要解决。因此,上述几种方法的使用在我国受到限制。
从污泥的成分看,其中有机物、氮、磷等的含量均高于一般农家厩肥,还含有钾及其它微量元素[9]。若施用于土地中,对土壤物理、化学及生物学性状有一定的改良作用。污泥中的有机物质可明显改善土壤的结构性,使土壤的容重下降,孔隙增多,土壤的通气透水性和田间持水量提高[10 11],从而改善土壤的物理性质。施用污泥也可提高土壤的阳离子交换量,改善土壤对酸碱的缓冲能力,提供养分交换和吸附的活性位点,从而提高土壤保肥性[12]。污泥中丰富的各种养分,明显地增加土壤氮、磷养分,并能有效地向植物提供养分[11],减少化学肥料的施用量,从而可降低农业生产的成本。此外,污泥可以使土壤中微生物量增加和代谢强度提高而改变土壤的生物学性状,所以污泥土地利用是适合我国目前的经济发展状况是一种积极的、生产性的污泥处置方法[13 14]。同时,我国是一个发展中的国家,又是一个农业大国,其广阔的土地资源是发展污水污泥土地利用的天然优势。因此,无论从经济因素还是从肥效利用因素出发,污泥的土地利用特别是污泥的农用都是一种符合中国国情的处置方法。这种处置方法一方面可以为国内污水厂污泥找到一条根本出路,另一方面还可缓解我国农村资源的短缺。
2.4 污泥土地利用应注意的问题
2.4.1 加强病原菌和寄生虫的控制
城市污水处理厂污泥中含有大量的病原微生物和寄生虫,如不加以控制,则污泥在土地利用或使用过程中会对人畜的健康造成危害。因此污泥在处置或利用前进行高、中温好氧法或厌氧法处理或采用辐射处理是不可或缺的环节。
2.4.2 重视对污泥中重金属及有毒有机物的控制
污水污泥中的重金属和有机污染物含量已成为污泥土地利用的重要限制因素,污泥中往往含有大量的铜、镍、镉、铅、锌、汞等重金属和许多种有毒有机物,若农田中长期施用会导致土壤污染,它们被农作物吸收后又通过食物链进入人体,从而影响人体健康。尽管国内城市污水厂的污水以生活污水为主,但国内城市污水污泥中重金属含量还是有部分超过农用标准[2 15]。因此,将污泥作土地利用时,应特别注意污水污泥中重金属超标问题。污泥中有机污染物的研究工作已经在发达国家开展了很多年,但我们在这方面的研究工作还不是很多。然而,很少研究工作并不意味着我国的污水污泥中不含或少含有机污染物。北京高碑店污水处理厂的污泥中已经检测到35种含氮芳香族化合物,并有7种已经定量化[16]。因此,在污水污泥中有机污染物与重金属这两个领域的研究工作还有很多要做,包括污泥中有机污染物和重金属的表现形式以及污泥处理过程中它们的变化及对土壤-污泥系统的影响。这样才可以很好地解决污泥中污染物对环境及人类健康造成的影响。然而,污泥质量根源于污水厂处理的污水的质量,因此也要从污染源着手,降低进入城市污水的重金属及其它有毒物质的浓度,即必须使排入城市污水管道的工业废水水质符合《污水排入城市下水道水质标准》(CJ18-86)。
2.4.3 污泥的施用量
污水污泥的农业利用,不仅可以消除污泥对环境的污染,也可使其资源化而提高作物产量。但是,不合理的施用污泥,很可能导致土壤中重金属元素的积累,造成土壤资源的污染和危害人类的健康。一般来说某块农田适用污泥数量有一定限度,当达到这一限度时,污泥的农用就应停止一段时间后再继续进行。具体的污泥施用量应在调查研究的基础上,根据气候条件、地理环境、作物种类及土壤同化能力制定适合本地区特点的污泥施用额定负荷量,以确保污泥的农田施用安全。
2.4.4 制定完善标准和法律法规,推广与普及环境知识
许多发达国家已对污泥的处置利用制定了法律法规,对污泥的标准、施用地点的选择、水源的保护、病原菌的控制、重金属的允许施入量、运输等都作了相应的规定。目前,我国关于污泥施用的标准和法律法规还不健全,比如污泥农业利用中关于重金属的控制标准只是在研究小麦的基础上建立起来的,很明显这样会存在片面性,因此这样的标准有待于在科学研究的基础上进一步完善。另一方面是要向社会各界大力传播环保知识。污泥土地中的一个重要问题是,要让广大的污泥用户了解科学施用污泥的利益和盲目施用污泥的危害,自觉地遵守污泥土地利用的环境法律法规和科学施用技术规范。
3 结语
随着我国工业和城市的发展,污水处理率的提高,其产生量必然越来越大。从目前情况来看,国内污泥处理利用技术还比较落后,污泥处理率还比较低,人们对污泥处理处置必要性认识还不够,污泥的处理处置存在严重的不足,许多问题亟待解决。同时,我国是一个农业大国,将经过堆肥稳定化后的污泥进行土地循环利用,应该是国内污泥处置利用较有发展前景的一种途径。为了解决国内污泥处理处置中存在的问题,充分利用污泥这种资源,减少环境公害,我国必须大力发展污泥处理处置和利用的各种技术。
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关键词:焦化废水 生化法 环境污染
1 引言
随着现代工业和城市建设的发展,我国环境污染特别是水污染问题日趋严重。焦化废水是指煤在高温干馏、煤气净化以及化工产品精制过程中所产生的废水,其来源主要有两个方面:一是剩余氨水,约占焦化废水总量的一半以上,它是炼焦及煤气冷却过程中产生的废水;二是工艺过程中产生的废水,主要是来自煤气净化和化工产品精制过程中产生的分离水。就目前而言,通过改革焦化工艺完全消除污染物的排放或使其达标排放是不可能的,因此有必要寻求经济合理、技术可行的焦化废水处理方法。
2 焦化废水处理技术简介
焦化废水中有多种有机物,如有酚、芳香族化合物、含氮硫氧的杂环化合物等。而无机物主要是氨盐、硫氰化物、硫化物、氰化物等。由此可知,焦化废水污染很严重,处理起来也十分困难,必须采用多种方法组合联用处理才能达到排放标准。焦化厂对废水的处理方法有很多种,但是归纳起来可以分为物理法、化学法、生物法以及这3种方法的之间的相互组合处理废水。目前,国内企业大多采用生化法处理焦化废水。生化法在废水处理工艺中处于中间关键环节,主要有传统活性污泥法、A/O、A2/O、SBR、生物膜法等。然而,绝大多数焦化企业对焦化废水处理效果不理想,物化法在去除废水毒性和生化法出水COD含量均很高,达不到排放标准。
3 焦化废水中各种生化法处理比较分析
目前,焦化废水处理主要采用一级预处理和二级生化处理。一级预处理的目的是去除漂浮物和大的悬浮物,均和水质水量,一级预处理主要有隔油、气浮、调节、沉淀等方法。二级生化处理通常采用活性污泥法与生物膜法,主要采用的工艺有传统活性污泥法,A/O(缺氧/好氧),A2/O(厌氧/缺氧/好氧),A/O2(缺氧/好氧/好氧)、SBR及固定化高效微生物处理技术(3T-AF/BAF)等。
3.1 活性污泥法
活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。活性污泥法是向废水中连续通入空气进行曝气,经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群,具有很强的吸附与氧化有机物的能力。该方法利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用,以分解去除污水中的有机污染物。然后使污泥与水分离,大部分污泥再回流到曝气池,多余部分则排出活性污泥系统。
3.2 序列间歇式活性污泥法
SBR是序列间歇式活性污泥法的简称,是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术,又称序批式活性污泥法。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作,与传统污水处理工艺不同,SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式,非稳定生化反应替代稳态生化反应,静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。
3.3 生物膜法
生物膜法是与活性污泥法并行的一种好氧型生物废水处理方法。使污水连续流经固体填料,在填料上就能够形成污泥垢状的生物膜,生物膜上繁殖大量的微生物,吸附和降解水中的有机污染物,能起到与活性污泥同样的净化污水作用。从填料上脱落下来死亡的生物膜随污水流入沉淀池,经沉淀池被澄清净化。生物膜主要有微生物细胞和它们所产生的胞外多聚物组成,通常具有孔状结构,含有大量被吸附的溶质和无机颗粒。因此,生物膜也可认为是由有生命的细胞和无生命的无机物组成的。基于微生物细胞分泌的胞外多聚物及其纤维状缠结结构,微生物细胞在水体中极易附着在载体表面,所组成的复杂有机结构既可以自然形成又大又密的颗粒,也可以在静止的固体或悬浮载体表面附着生长和繁殖。
3.4 厌氧生物处理法
厌氧生物处理法是利用兼性厌氧菌在无氧条件下降解有机污染物,主要用于处理高浓度难降解的有机工业废水及有机污泥。厌氧微生物体内,具有易于诱导、较为多样化的健全开环酶体系,使杂环化合物和多环芳烃易于开环裂解。
3.5 缺氧型生化法
缺氧型生化法从需氧的角度来说,它介于好氧型生化法和厌氧型生化法之间,缺氧是指在少氧并不无氧的环境下,可以是少氧环境也可以是含氧化合物存在于环境之中参与反应,是焦化废水处理重要的组成部分。
3.6 传统活性污泥法
A/O,A2/O,SBR在预处理时需要稀释,进水稀释到一定浓度运行相对稳定,对氨氮有一定的去除率,BOD去除率高,但抗冲击能力差和脱氮效果差,投资大,氨氮达标困难。然而,生物膜法虽然对预处理要求较高,但进水不需要稀释,占地面积小,污染物负荷高,出水水质稳定,运行费用低,流程简单,管理方便,有良好的脱氮效果。
4 生化法处理焦化废水新技术的进展
由于我国对焦化废水处理的研究起步比较晚,目前国内大多数焦化厂主要采用的是传统活性污泥法,对于现行的新型微生物技术来说,与活性污泥法相比,其投资巨大,可行性不高,但占地面积小、生物相对丰富、生物链长、水力停留时间较短,可存活世代时间长的微生物,有利于营养物的去除;一般不需要污泥回流,无污泥膨胀,不需要调整反应器内污泥量和剩余污泥排放量,易于运行管理。因此对新型微生物处理技术的研究改进是我国焦化废水治理的主要研究对象。
5 结语
焦化废水目前所用的生化处理工艺,很难使COD,NH-3N同时达标。一些焦化厂在生化处理系统后又加了物化处理设备,也有的用大量清水稀释,才使系统出水达标。为了减轻工艺的复杂程度,降低处理成本,可以通过以下几个方面进行研究改进。
(1)培养对难降解有机物的优势微生物,并能应用于工程中。
(2)提高预处理工艺的效果,以减轻核心处理工艺的负荷,为生化处理达标提供切实的基础条件。
(3)研究改进生化处理工艺,特别是对填料,曝气技术及设备等方面,不断降低成本、提高使用寿命、改善其处理效果和经济可行性。
(4)尽可能的采用多级处理相结合的处理技术,使得对COD和NH-3N的去除率到达预期目的,确保处理后的焦化废水到达国家相应的排放标准。
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关键词:电镀污泥;危害;重金属;固化稳定化;生物技术
Abstract: Electroplating sludge containing high chromium, cadmium, zinc and other heavy metals, to the pollution of the environment, at home and abroad in recent years on electroplating sludge treatment technology of solidification stabilization technology, a landfill and stacking, heavy metals, recycling technology. The main processing technology undertook an analysis, think biology technology will make the future treatment of electroplating sludge within the field of an important research direction.
Keywords: Electroplating sludge; harm; heavy metal; solidification stabilization; Biotechnology
中图分类号: V261.93+1 文献标识码:A文章编号:
电镀污泥是指电镀行业中废水处理后产生的含重金属污泥废弃物,被列入国家危险废物名单中的第十七类危险废物。作为电镀废水的“终态物”,虽然其量比废水要少得多,但由于废水中的铜、镍、铬、锌、铁等重金属都转移到污泥中,电镀污泥对环境的危害要比电镀废水严重。如果对这种危害性极大的电镀污泥不作任何处置,其对生态环境的破坏是不言而喻的,另一方面,如果对电镀污泥中品位极高的重金属物质不加以回收利用,也意味着资源的巨大浪费。因此,对电镀重金属污泥进行无害化处置和资源化综合利用具有重大意义。
1 来源
电镀生产工艺如下图
在整个电镀生产过程中,在清洗过程中产生大量废水,去油除锈产生大量酸碱废水,电镀后的清洗废水中含有金属元素如:铜、铬、镍、锌、镉和有机金属光亮剂等。
电镀废水处理工艺主要采用化学法,而此办法处理电镀废水后形成许多的沉淀物,统称为电镀污泥。由于电镀废水自身含有Cr、Zn、Cu、Ni等重金属离子,在处理过程中又加入NaClO、Na2S、FeSO4、NaOH、Ca(OH)2等各种化学药剂,因此电镀污泥的成分十分复杂。
2 危害
电镀污泥是一种废渣,属于危险废物,因此,必须按照国家有关危险废物管理办法,进行妥善处置,否则将造成二次污染。电镀废水处理过程中产生的污泥含有有害重金属,它具有易积累、不稳定、易流失等特点,如不加以妥善处理,任意堆放,其直接后果是污泥中的铜、镍、锌、铬等这些重金属在雨水淋溶作用下.将沿着污泥一土壤一农作物一人体的路径迁移,并可能引起地表水、土壤、地下水的次生污染,危及生物链和人体健康,造成严重的环境破坏。
3 电镀污泥处置技术
尽管污泥的总量比废水小,但要处理好污泥却比处理废水还困难难。针对电镀污泥的特点及其危害性.从环境污染防治和资源循环利用的角度考虑,电镀污泥的处理有以下两个原则:一是经过处理后,污泥不会引起二次污染,即无害化处置;二是对污泥中的重金属资源进行综合回收,即资源化利用。
3.1 固化稳定化技术
固化过程是利用添加剂改变废物的工程特性(例如渗透性、可压缩性和强度等)的过程,主要包括:水泥固化、石灰固化、热塑性固化、熔融固化、自胶结固化。常用的固化剂有水泥、沥青、玻璃、石灰和热塑料物质等。其中水泥固化[1]是最常用的固化技术,水泥固化具有对电镀污泥等重金属废物处理十分有效、投资和运行费用低、原料廉价易得,操作简单,固化体稳定等优点。但它也存在占地面积大。固化体内重金属不稳定等缺点。针对这一问题,近年来提出了用高效稳定剂进行无害化处理的概念[2]。
3.2 填埋和堆放
填海曾经是电镀污泥处置的一条途径[3],但为了保护海洋,美国和欧美都相继禁止了固体废物填海处置,因此目前电镀污泥等固体废物的主要处置办法为安全填埋。电镀污泥的主要污染成分Cr(OH)3,当暴露于空气中,能在碱性条件下,被空气中的O2氧化,使Cr3+可逆性转变成Cr6+,电镀污泥若不加处理而任意堆放填埋,受到风吹雨淋,会致使污染扩散,给环境带来更加严重的后果。
3.3 回收电镀污泥中的重金属
在电镀污泥中回收重金属的方法主要有[4-6]:浸出-沉淀法、电解法、熔炼法、氢还原分离法等。
浸出-沉淀法主要有酸浸和氨浸两种工艺。酸浸法的主要特点是对铜、锌、镍等有价金属有较好的浸出效果,但对杂质的选择性较低;氨浸法则对铬、铁等杂质有较高的选择性,但对铜、锌、镍的浸出率较低。目前国内外主要采用氨浸。氨浸法主要利用在弱酸条件下NH3-(NH4)2SO4体系中金属元素生产的不同的产物将其分离[7]。采用氨络合分组浸出-蒸氨-水解渣硫酸浸出-溶剂萃取-金属盐结晶回收工艺,可从电镀污泥中回收绝大部分有价金属,铜、锌、镍、铬、铁的总回收率分别大于93%,91%,88%,98%,99%[8]。
电解法主要针对含Fe(OH)3和Cr(OH)3组分的污泥,武汉冶炼厂将一定量的水和H2SO4加入到污泥中,沸腾后静止、过滤,滤液移至冷却槽,在滤液中加入1~2.5倍的硫酸铵,生成Cr2(SO4)3和Fe2(SO4)3,根据铬矾和铁矾溶解度的不同而达到铬、铁的分离,可回收90%以上的铬。
熔炼法主要以回收电镀污泥中的铜、镍为目的[9],以煤炭、焦炭为燃料和还原物,辅料有铁矿石、铜矿石、石灰石等。熔炼以铜为主的污泥,炉温在1300℃以上;熔炼以镍为主的污泥,炉温在1455℃以上。
3.4 材料化技术
电镀污泥的材料化技术是指利用电镀污泥为原料或辅料生产建筑材料,制作肥料,或者其它材料的过程。
烧砖法是真正能够大量消纳污泥的电镀污泥处置和利用方法。龙军等人[10]将电镀污泥与黏土按一定比例制成红砖和青砖并对样品进行浸出实验,结果表明青砖浸出液中午Cr6+检出,是安全可行的,但要采用合适的配比,否则其它金属的浓度可能超过国家标准。
含锌、铜的氢氧化物污泥可以加工制成锌、铜复合肥[11].研究表明,锌、铜复合肥能促进早稻的前期生长,而且能够提高水稻叶片中叶绿素含量,对减轻早稻僵苗,有明显作用。
4 分析与展望
电镀污泥的成分和性质十分复杂,其有效处理一直是研究的重点和难点,目前通行的固化污泥的做法,存在着再次污染环境的危险。因此,开发适应可持续发展的电镀污泥处理方法是迫切的,而电镀污泥资源化利用是进展最为迅速的。其中生物技术在环境污染治理方面已显现强大的优势,生物方法将为电镀污泥处理提供新的发展方向。
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作者简介:
参考文献:污泥污水污泥处理厂;生物泡沫;形成机理
中图分类号:TU992.3] 文献标识码: A 文章编号:
当前,大部分污水污泥处理厂都利用了活性处理技术进行污水污泥处理,这也是当前最为广泛是用的生物污水污泥处理工艺,而在活性污泥工艺的应用过程中,往往容易出现表面泡沫问题,产生的气泡会全部覆盖曝气池,一旦出现外泄情况,则会造成整体环境以及使用设备的污染,造成发臭、恶化的环境这就为污水污泥处理厂进行实际的运行以及操作带来了困难,对污水污泥出水水质造成影响,因此,对活性污水污泥处理厂泡沫的产生机制以及处理方法加强研究意义重大。
一、活性污水污泥处理厂生物泡沫的成因分析
污水污泥处理厂实际的生产过程中会产生三种泡沫,一是开始运转阶段产生的泡沫,二是脱氮环节产生的泡沫,三是由于表面活性剂的作用产生的泡沫,第四种就是论文论述的生物泡沫。生物泡沫的形成机理主要包括以下几部分。
与产生泡沫息息相关的元素,如微生物的形态多呈现出树枝状或者丝状,容易形成网状结构,这些网状结构容易捕捉到气泡或者微粒,保持在水面漂浮的状态,而被丝状包围的气泡,其表面的张力也不断增大,则这些气泡不容易被打破,形成了较为稳定的泡沫;
同生物泡沫有直接联系的,多是含有脂类相关物质的微生物,例如,M.parvicella物质包含了高达36%的脂类含量,与水的密度比较,该类微生物密度偏小,因此容易在水面漂浮。
在产生曝气气泡的过程中,形成泡沫的重要动力来源于气浮作用,水中质量低、形体小、疏水性良好的颗粒通过气泡的气浮作用漂浮,因此, 一旦水中含有脂类物质、油类物质或者微生物,容易出现生物泡沫现象。
生物泡沫的形成细菌种类中,丝状菌的浓度显示为最高,用数学公式进行表示,生物气泡主要是由絮粒、气泡以及丝状微生物共同构成,当前生物泡沫产生的主要菌种包括放线菌:枝状菌丝——革兰氏阳性,Rhodococcus sp以及松枝状菌丝——Nocardia pinesis,革兰氏阳性等。
二、活性污水污泥处理厂控制生物泡沫的措施研究
在水中添加特别性质的微生物
通过对生物泡沫中物质的研究发现,其中存在多种特殊的菌种,如原生动物的肾型虫,能够有效消除活性菌的活性,具有拮抗特性以及捕食特性的部分微生物也能有效控制生物泡沫中细菌的活力。
在水中添加消泡剂消除泡沫
可以通过添加消泡剂的方法控制生物泡沫,这些消泡剂包括市面上出售以硅酮、聚乙二醇为原材料的消泡剂或者以臭氧、氯气以及过氧化物为原料氧化性较强的生物杀菌剂,还可以利用铜材酸与氯化铁混合的药剂。在使用药剂的过程中,须明确其只能抑制泡沫的增长,而无法直接消除泡沫,但是由于当前污水污泥处理厂广泛应用的杀菌消泡剂存在一定的副作用,所以一旦投放的位置不正确或者用量过大,反而会大大降低处理过程中微生物的数量以及絮成菌的总量。
降低处理过程中污泥的泥龄
活性污水污泥处理厂常见的生物泡沫控制方法是减少污泥在曝气池内的对应停留时间,由于放线菌生长周期较长,这一方法通常用以实现抑制放线菌生长的目的,通过实践操作可以发现,一般污泥在曝气池中保持5天至6天的停留时间,则能最大程度上抑制Nocardia一类菌种,达到避免生物泡沫产生的效果。但事实上,通过降低污泥泥龄的方法控制生物泡沫还需要在多种方面进行强化研究:如在进行硝化过程中,一旦出现外界环境温度较低的情况,则污泥基本的停留时间须保持在6天以上,这就与上文提到过的最佳停留时长产生矛盾;而在污水污泥中仍存在部分丝状菌以及部分其他微生物产生生物泡沫时,不会受到泥龄长短的直接影响,这也是下一阶段实现这一方法提升的关键问题。
4.污水污泥处理厂消化池实现回流厌氧清液
处理厂中消化池实现清液回流的工艺能对曝气池进行表面气泡实现有效抑制,消化池实现回流厌氧清液在对污水污泥中的Rhodococcus生物菌进行有效抑制的过程中,降低了气泡的产生数量。不过由于实验室与污水污泥处理厂的实际情况不同,利用这一工艺最终获得生物泡沫控制结果也会有所差异,厌氧池具有浓度较高的氨氮以及氧化物质,对出水的质量影响较大,使用该工艺须对整个流程的操作细节要求较高。
三、结语
通过实验可以发现,活性污水污泥厂生物泡沫多是由丝状微生物产生异样生长之后形成,实现对生物泡沫的有效控制须在对生物泡沫形成机理的研究基础上进行,除了论文提到的几种泡沫控制工艺之外,还须进行更为广泛深刻的研究,通过更加科学合理的控制方法有效抑制生物泡沫的生长,确保活性污水污泥处理厂有效的运转。
参考文献:
[1]李探徽,彭永臻,陈志根.活性污泥法的生物泡沫形成和控制[J].中国给排水工程,2004(04).
【关键词】污水处理厂;污泥;综合利用;资源化
目前,我国污水处理率达到80%,污泥产生量随之越来越多。根据《中国污泥处理处置市场分析报告(2013)》预测,到2015年,全年城镇污水处理厂湿污泥(含水率80%)产生量将达到3359万吨,即日产污泥9.2万吨。现阶段,我国污水处理厂污泥处置仍以原始粗放的填埋为主,数以千亿的污水处理的投资是否换来“污染转移”备受各界媒体关注,由此,污泥的安全处置引来热议。污泥处理不当排入环境,不仅造成资源浪费,也会产生二次污染,危害人类。
全国范围内污泥的处置方式主要有污泥土地利用、焚烧与协同处置、建材利用、填埋。填埋是我国当前处理污泥的常见方法,污泥是一种资源,如何加以利用变废为宝,实现污泥资源化将成为污泥处置领域的重点发展技术。污水处理厂污泥不含Pb、Ag、Hg、Cd、Cu、Pb、Bi、As、Cr、Ni、Co、Ba等,其组成成分具体如表1:
表1 污水处理厂污泥组成成分表
1 污泥土地利用资源化
几十年来受重金属风险影响,污泥制成的有机肥曾一度被农业部禁止施用农田,只能用作填埋土、路基土、绿化土。我国污水处理厂污泥处理方式技术成熟,经过高温好氧发酵后各项指标是经得起考验的,而且转化成有机肥后腐殖质、有机质能有效改善土壤。污泥的土地利用能促进土壤有机质的回归。
2 缩减污泥处理处置成本
“重水轻泥”思想仍然存在,污泥的处理处置是每个污水处理厂正常运营过程中的一项重要难题,由于污泥处理未列支于污水处理费用,一般的污水处理厂能够实现正常运转主要依靠政府补贴。降低污泥处理处置成本方式是考虑辅料的选择,行业内先后选择锯末、花生壳、玉米须以及加工粉碎后的玉米棒等均不理想,最终采用腐熟物料作为新的辅料,成本降低了将近三分之一。
3 污泥产品及应用
由于下游产业链不完善,业外人士对污泥产品认识不清,污泥产品的去向令人堪忧。实际上,污泥的高温好氧发酵处理有效的杀灭病虫卵、杂草种子、稳定有机质、脱除水分,而且各项指标均符合《城镇污水处理厂污泥处置 林地用泥质》标准,可以用于园林绿化和处理,根据需要进一步处理也可用于生产有机复混肥料用于农业生产。随着各项合作,污泥作为绿化土,作为肥料,得到有效推广使用,实现了增收。2014年世界园艺博览会也采用了污泥产品作为栽培基质,尤其是名贵苗木的栽培基质各项指标要求较高,污泥完全符合该指标要求,世园会的植物栽培、育种都选择了污泥产品作为栽培基质,并给与了充分肯定,植物长得好,又节约了资源,可谓经济效益、社会效益和环境效益的大丰收。
污泥产品已经得到广泛使用,污泥与垃圾混合堆肥具有经济简便的优点;污泥消化制沼气有效减少了污泥数量;污泥燃料化技术主要采取HERS与SF法制成燃料;污泥的建材利用减少了建设焚烧炉的投资,利用自身的热值节能了能耗;污泥产品作为粘结剂将无烟煤加工成型煤,降低了灰渣中的残炭,防治了污染;污泥制成可降解塑料,有效地解决了“白色污染”;污泥低温热解制成燃料油是一个能量自给有余的过程,有客观的发展前景;污泥生产灭火剂是经济效益很好的项目得到了推广及应用。
污泥资源化技术也不免存在各种各样的问题,因此,污泥产品在使用过程中要注意一些问题,比如土地利用方面,利用前应进行无害化处理,不能在同一地点长期超量施用污泥。
4 结语
污泥的处置一直是处理处理厂正常运行的障碍,在资源和能源日益短缺的今天,能够将污泥综合利用资源化将是一件利国利民的重大举措。土地利用是符合我国现状的主要利用方式,因此,污泥成分中对重金属等各项指标的控制尤为重要,各种有机肥的生产能够消化大量的污泥,亦能够产生较好的经济效益。在实际应用过程中应污泥处置标准的出台将能够带动污泥综合利用产业的规范化、规模化发展,从而实现污泥的集约化处理。
【参考文献】
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【关键词】污泥;处理;现状;措施
改革开放以来我国城市建设的发展速正在不断加快,城市化进程也在进一步推进,城市人口数量也不断增多,由此引发了一系列的社会问题,为城市管理工作带来的极大的不便,增加了城市管理工作的难度,同时也为我国城市化建设造成了严重的负面影响。城市生活人口的不断增多必然导致城市生活垃圾与生活污水的增多,污泥也随着污水处理量的增多而日渐增多,由此导致了污染物处理工作量上的增加。在城市污染物处理当中,污泥处理工作因污泥的主要特性而具有一定的难度。污泥中含有大量的有毒有害物质,近年来污泥中所富含的物质变得更加复杂,这又增加了污染物处理的难度系数与复杂性。污水处理厂在对污泥进行处理的过程中如果处理不当,很容易对水体和土地造成严重的污染,为此如何有效对污水处理过程中所产生的污泥进行处理,已经成为摆在污水处理厂各项工作面前中的重点,是污水处理厂不得不正视的问题,下面主要从笔者在多年的实际工作经验中对我国污泥处理现状的认识进行阐述,并提出了城市污泥厂处理与控制污泥的几种方法。
1 现阶段我国污水处理厂处理污泥的实际状况
1.1 污水处理厂对污泥的处理工作不够重视
污泥通常状况下都是伴随着污水处理而产生的,污泥中含有所中有毒有害物质,处理不当将造成严重的后果。但在现实的污水处理厂中,将工作的重点集中到污水处理中,污泥处理工作却被忽视了。污水处理厂的工作人员往往不认为污泥处理是其工作的内容之一,对产生的污泥视而不见,大量的污泥被任意的堆放着,甚至进行了随意的处理。
1.2 开展污泥处理工作的基础设施不够健全
城市污水处理厂将工作的重点集中到污水处理当中,为了污水处理工作投入了大量的人力、物力、财力,污水处理设施相当完善,处理工艺和技术也比较成熟。然而我国污水处理厂对污泥处理工作缺乏足够的认识,污泥处理工作的起步也比较晚,处理技术还不够成熟,进行污泥处理的设备还没有在污水处理厂得到普遍运用,目前国内仅几个一线城市的污水处理厂拥有污泥处理设施。我国进行污泥的无害化处理还有很长的一段路要走。
1.3 对污泥处理工作缺乏有效地管理
现阶段我国污泥处理工作还处在初级阶段,污泥处理工作的各种管理机制还没有得到充分的落实。针对污泥处理工作所实施的各种管理措施并没有真正意义上的建立起来,污水处理厂要在今后的工作中不断提高对污泥处理工作的重视程度,规范污泥的处理工作,对污泥的堆放与处理进行严格的控制,成立专门的管理机构实施管理,同时还有确保对污泥进行无害处理后方可重新应用到农业生产当中。避免没有经过有效处理的污泥被用于农业生产中,给农作物造成污染,给农民造成不必要的经济损失。
2 城市污水处理厂进行污泥处理的有效措施
2.1 通过污泥熔化的手段进行污泥处理
污水处理厂所处理的污水绝大部分是工业废水或是农业污水,这些污水中富含了非常多的有毒有害物质和重金属,在污水处理过程中,部分有毒有害物质被沉淀在污泥当中,为此决定了污泥的成分当中含有大量的有毒有害物质和重金属成分可以采用污泥融化处理技术。污泥熔化处理技术的主要是用过对污泥进行高温分解处理,通过高温加热的手段,使污泥中的工业化合物与工业金属发生反应,并对其实施剥离,这种方法可以对污泥中的有用重金属进行重新的回收利用。污泥中的重金属被剥离后,污泥经过进一步无害处理后,可以重新的投入使用,提高了污泥的回收利用率,是对土地资源进行节约利用的重要手段。
2.2 城市污水处理厂可以采用污泥消化的手段实施污泥处理
在残留的污泥中,经过技术人员的分析,含有大量的有机物质,这些有机物质中含有大量的碳、硫、氢、氧等元素,针对这一特点,技术人员可以采用污泥消化的技术,对污泥进行处理。污泥消化是指在人工控制下,通过微生物如酶、细菌等物质的新陈代谢的作用下,使污泥中有机物质被逐渐的分解消化,这其中包括有氧消化和无氧消化两种消化方式。
有氧消化法是将酶或者细菌注入污泥当中,再将这些污泥平摊在室外的处理池内,使其充分的与空气接触,最大程度的刺激酶或者是细菌的生物活性,再依靠他们的有氧代谢和微生物内源代谢,有效的稳定和分解消化污泥中的有机物质。有氧消化法的优点在于对污泥中的有机物质降解程度很高,易脱水,且产生的肥份很高,运行管理简单,但是运行费用却很高,而且由于微生物本身的活性有限,所以,能够消化污泥量比较少,降解程度随温度波动大。而无氧消化是当前污泥消化处理常用的消化方法,微生物在无氧的条件下,不断进行无氧代谢,分解消化污泥中的有机物,使其最终分解成一些无机物和气体,通过无氧消化,污泥的体积会显著的减小,而污泥的质量也会变成黑色粒状结构,容易脱水,性质比较稳定。
2.3 对污泥实施土地利用,提高污泥的回收利用率
出于对我国经济和环境的考虑,同时,也是对于我国资源利用率的考虑,污泥土地利用是当前比较合理比较经济也比较实用的处理方法,而该方法在发达国家已得到证实,是一条健康环保的处理途径。根据我国的实际情况,污泥的土地利用是适合国情及经济发展状况的一种积极的、生产性的处置方法,包括农用、森林、园艺、生活垃圾填埋极盖土及废弃矿场土地改良等等,当然污泥的土地利用也存在着一定的风险与限制,其中重金属是限制污泥土地利用的最主要的因素之一。
2.4 对污泥实施建材利用,充分挖掘污泥的多种用途
污泥建材利用,是比较高科技的利用方法,污泥中存在的大量的重金属的确对于工业的回收利用有着很大的作用,但是,由于国内的条件仍然不成熟,所以,该方法没有得到普遍的采用。在进行污泥建材利用是,技术人员应当首先建立一个严密的使用、管理、监测和监控体系,关注区域内的土壤、地下水、地表水、作物等相关因子的状态和变化,以确保污泥使用的安全有效。有些工业废水和生活污水混排处理后的污泥含有机废物、重金属和一些有害微生物,可用于制造砖块、生态水泥、陶粒、填料等。
3 总结
虽然目前我国污泥处理工作还不被重视,污泥处理技术还不够成熟,但相信随着人们对污泥处理工作认识程度的不断提高,我国的污泥处理工作在不久的将来一定会在全国范围内得到重视,并将列入污水处理厂处理工作的内容当中。我们要不断完善我国污泥处理工作的相关制度建设,提高处理污泥的水平,加大对污泥处理工作的重视程度与各种资源投入,为有效地开展污泥处理工作提供必备的经济支持和物质保障。政府部门要加强对污泥处理工作的规范与引导,协助污水处理厂处理好污泥处理工作,确保我国污泥处理工作的顺利、健康发展。
参考文献
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