市政及工业污泥生物沥浸干化技术.doc

市政及工业污泥生物沥浸干化技术 北京中科国通环保工程技术有限公司 薛静 张卫华根据住房和城乡建设部统计，截至2011年3月，我国市、县累计建成城镇污水处理厂2996座，污水处理能力达 到1.33亿立方米/日。预计“十二五”结束后，我国污水处理 能力将再翻一番。按80%污泥含水率计算，预计我国每年污 泥的产生量会达到3000多万吨。但一直以来，人们习惯于紧 盯高排污的工矿企业废水、生活污水等，污泥的处理和二次 污染则似乎被忽略，全国污泥安全处置率不足10%，大量的 湿污泥随意外运、简单填埋或堆放，致使许多城市“污泥围污泥减量化、无害化的一种先进的污泥处理手段，并能为污泥的最终处置及资源化利用创造有利的条件。本文对生物沥浸干化技 术原理及工艺进行介绍，并结合实际工程经验，表明生物沥浸技 术的经济可行，真正实现节能环保，值得广泛推广应用。污泥的危害及处置城镇污泥主要来自城镇自来水厂、生活污水处理厂和工业废市政及工业污泥处理处置已成为我国大部分污水处理厂亟待解决的一个难题。本文介绍 了污泥生物沥浸干化技术的原理、工艺、适用范围、经济效益，以及本技术的工程化应用实 例，指出其具有先进性、可行性，是一条兼顾环境效益、经济效益和社会效益的污泥处理处 置的新途径。市政污泥主要由自来水厂和生活污水厂产生，污泥以有机物和腐殖质为主，主要含泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝 结的絮状物，由多种微生物形成的菌胶团及其吸附的有机物、重 金属元素及盐类、氮磷等营养物质，病原微生物、寄生虫卵等综 合固体物质。市政污泥呈胶体液状，难于脱水，含水率可达99% 以上；有机物含量高，容易腐化发臭；并含有寄生虫卵及大量病 原微生物，易造成传染病的传播；但其重金属含量较少，属于轻 度污染物。工业污泥是指工业废水经处理后，沉淀分离出的污浊物质。目 前， 主要的工业污泥有电镀污泥、炼钢炼铁污泥、炼氧化铝污泥（赤泥）、建筑污泥、油田与炼油厂含油污泥、造纸污泥、印染污 泥、制革污泥等。工业污泥一般都含有毒有害物质，如果不经处理， 随处堆放或直接填埋，将沿着污泥土壤农作物人体的路径迁 移，并会对地下水、生态环境等造成二次污染。工业污泥按其性质分 为中度及重度污染物。归结起来污泥的特性存在三大问题：一是污泥的含水率高， 二是污泥的重金属污染，三是恶臭和病原菌污染。污泥含水率 高造成污泥产生量大，填埋体易变形，无法碾压作业，热干化成 本高，土地利用施用不便；重金属等污染物严重影响污泥土地利 用，并危及食物链安全；有恶臭和病原物影响所有处置方式，特 别是制砖和土地利用等，随风向扩散的恶臭严重影响周边居民生 活。目前常规污泥脱水工艺，产生的泥饼含水率高达80%以上， 污泥减量化有限，重金属问题也未得到实际有效的解决，污泥后 续处置利用受到严重限制。因此，寻求一条能够同时解决污泥三 大问题，经济可行，同时不影响后续资源化利用的污泥处理新途 径具有十分重要的意义。污泥生物沥浸干化技术是南京农业大学研发，并由北京中 科国通环保工程技术有限公司推向生产应用的污泥处理新技术。 该技术采用专利微生物菌群处理浓缩污泥，可大大促进其脱水性 的改善，在此基础上不加任何絮凝剂即可采用常规板框压滤机脱 水到含水60%以下，且不改变污泥有益成份，处理市政污泥的直 接运行成本约100120元/吨湿污泥（含水80%）。同时可节省 絮凝剂及常规脱水机等相关直接费用5070元/吨湿污泥（含水80%）。该方法还同时具备灭活病原菌、消除恶臭的功效。对于 重金属超标的工业污泥，该方法还可通过适当调整菌剂和工艺条 件以实现高效去除和回收污泥中重金属。生物沥浸污泥处理技术 成功的解决了污泥含水率高、病原菌危害、重金属污染的三大难题，并为其后续资源化利用创造了很好的条件。下，进行污泥改性处理，中和了污泥胶团的表面电荷，降低了胞外聚合物（EPS），释放了污泥中的束缚水，使污泥的浓缩沉淀 性能和脱水性能大幅度提高；生物反应处理后污泥通过自然重力 浓缩到含水90%92%，然后在不外加任何絮凝剂（PAM）的情 况下，经板框式压滤机脱水，污泥含水率直接降至60%以下。对 于重金属超标的工业污泥，本技术通过强化专利微生物菌群的作 用和适当调整工艺条件，可溶出污泥中含有的重金属，使重金属 以离子态进入上清液中，重金属溶出率达80%以上，然后可方便 的通过化学方法将重金属从上清液中沉淀分离出来，从而达到去 除和回收重金属的目的。反应的同时污泥恶臭消除，病原微生物 灭活，获得高干度的“洁净”污泥。（2） 技术优势生物沥浸干化技术系统灵活，根据不同的污泥处理规模和 污泥性质可以提供不同的处理参数，是一种污泥处理新的理念， 实现了污泥处理的技术创新。干化后污泥可以实现自平衡焚烧处 置，还可以进行城市绿化等土地利用处置，是经济可行、稳定、 可靠的处理处置方式，极具市场推广的前景。该技术优点如下：反应全过程常温常压下进行，运行安全，无二次污染 风险。实现深度脱水，机械脱水至含水率60%以下，自然放置一 天后含水率可进一步下降至40%45%左右。污泥“洁净”化，黑色污泥改变成土黄色，污泥恶臭消 失，不产生沼气、氨、硫化氢等可燃或有毒有害气体，病原菌灭 活率99%以上。可去除重金属，重金属去除率或回收率达80%以上。干化泥饼的有机质不降低，热值高，可实现自持燃烧；干 化泥饼可直接做园林用途和盐碱土壤改良，真正实现污泥多途径 资源化利用。脱水无需加絮凝剂、石灰等药剂，节省了絮凝剂的高额费 用，避免了药剂对土壤的二次污染破坏。投资和运行成本低，可节约50%以上的运输费用和后续的 处置费用。反应迅速，处理时间不超过2天。反应设备、脱水设备和焚烧设备成套化、系列化、自动 化，运行稳定，操作简便 。2、生物沥浸技术适用范围生物沥浸干化技术的适用性非常广泛，包括：市政污水处理厂 污泥；制革、毛纺与印染行业污泥；制药、造纸、化工行业污泥； 食品加工、酿造业等污泥；养殖类行业污泥；电镀、IT、机械加 工，冶炼等行业含金属污泥和其他行业难脱水生化有机污泥。生物沥浸技术对市政污泥及多类工业污泥都能够进行处理处 置。并且由于生物沥浸反应能够打破污泥的絮凝结构，因此越是有 机质含量高的污泥（如化工类），加入絮凝剂难以沉降的，用生物沥浸技术后脱水效果更加显著 (见图1) 。生物沥浸干化技术1、生物沥浸干化技术原理及优势（1） 技术原理生物沥浸干化技术利用专利微生物菌群直接作用于浓缩液态 污泥（含水率95%98%），在供应少量专用微生物营养剂条件-12 图1 生物沥浸技术处理效果展示 (A：市政污泥处理前后对照；B：工业污泥处理前后对照；C：化工污泥刚处理后及自 然放置2天后泥饼对照)图2 污泥生物沥浸干化处理工艺流程图（重金属不超标）图3 污泥生物沥浸干化处理工艺流程图（重金属超标）-12 3、工艺流程浓缩污泥通过多种专用微生物菌类在好氧的情况下，改变污泥的絮凝 结构，改善污泥的沉降和脱水性能，然后使用机械挤压的形式实现污泥的 半干化至含水率60%以下，达到污泥深度脱水的目的，明显实现污泥的减 量化。对于重金属超标的工业污泥，在原工艺中加入重金属处理环节，利 用特殊的微生物菌群将其分离，重金属以离子状态进入上清液中，再利用 化学工艺将重金属提取加以回收利用（工艺流程图见图2和图3）。4、生物沥浸技术运行设备及主要工艺参数（1） 生物沥浸技术工艺设备该技术生产线经历污泥输送、沥浸反应、沉淀和压滤等过程，其中 设备主要包括液态污泥输送泵、生物沥浸反应池、生物沥浸污泥沉淀池、 均质池、防堵塞曝气系统、营养剂投加系统、隔膜厢式压滤机及其配套设 备、泥饼输送系统、鼓风机和自控系统。其关键的核心设备为生物沥浸反 应池和高压隔膜厢式压滤机。进泥系统主要设备为隔膜泵(或螺杆泵)。（2） 生物沥浸技术主要运行参数生物沥浸。将含水率95%99%的污水二沉池剩余污泥，直接升送 入生物沥浸反应池，反应时间一般在1.5d左右，反应后污泥有黑色变为土黄 色，恶臭消失，病原菌杀灭率99%以上。上清液分离回流至污水处理系统。沉淀浓缩。生物沥浸反应后污泥进入沉淀池进行沉淀，随后进行固 液分离，上清液回流入污水处理厂，沉淀后浓缩污泥含水率约90%，进入 脱水系统。压滤脱水。沉淀污泥进入高压隔膜压滤机进行压滤脱水，产生泥饼 含水率为50%60%。泥饼放置12天，含水率会再降低10%以上。其原因是在未加絮凝剂的情况下，泥饼中的污泥颗粒之间的水份很容易自然蒸发。变废为宝，因此不仅有经济效益，还有极为明显的社会和环境效益。生物沥浸技术先进性、可行性分析生物沥浸技术是一项全新的污泥脱水技术。该技术应用复合微生物菌群对城市污泥、化工污泥、制革污泥进行反 复试验；先后进行了菌种的训化、改良，生物反应器的设计 和优化，从小试到中试，最终实现了工程化应用。国际上也 有此类微生物的研究，但都仅在实验阶段。本项技术把该类 复合微生物应用到工程上，尤其是污泥改性上，实现污泥干 化，在国际上也尚属首例，具有先进性、可行性。1、实现源头控制。传统污泥处理是在污水处理厂的 尾端，处理含水80%左右的污泥；本技术是在污水处理工 艺的中端开始，从浓缩污泥直接处理。2、不再需要添加聚丙烯酰胺（PAM）等絮凝剂，经生 物沥浸处理后的污泥可直接机械脱水到含水率60%以下， 且压滤水COD、氨氮等指标符合进污水处理厂管网条件。3、泥饼有机质和热值等有益成分并不因生物沥浸处 理而损失，为后续污泥资源化利用（直接自持焚烧、土地利用、和作为建材）提供了物质基础。5、生物沥浸技术运行成本分析（1） 直接成本。整套系统投资成本大约为1520万元/吨污泥（含 水80%污泥）。直接运行约100120元/吨污泥（含水80%污泥）。（2）额外收益。污泥产生量比含水80%污泥减少超过一半，节约污 泥运输费50%以上；节约PAM及常规脱水直接费用（PAM+电耗+人工+维 修等）大约为5070元/吨污泥；污泥易于资源化利用，可做园林用土、 焚烧、建材等，可节省后续处置费。生物沥浸技术的实施不但从根本上解决了污泥的处置出路，杜绝了污泥不合理处置可能产生的次生污染，而且还可将污泥资源化，化害为利，图4 生物反应池 、沉淀池 图5 生物沥浸+板框压滤后的半干化泥饼图6 待处理的制革污泥 图7 从制革污泥中回收的金属铬4、当污泥中重金属超标时，还可同步去除或回收污泥重金属，同步实现污泥减量化和无害化的 双重目标。5、从污水厂原址解决污泥干化问题，大大降 低污泥运输成本；避开对热源的依赖，占地面积 小，适合建在污水处理厂；便于运输，可以集中化处理污泥。5万吨生活污水所产生的污泥，采用污泥生物沥浸法半干化处理资源化利用（循环流化床焚烧、土壤改良剂）工艺，直接处理浓缩液态污泥（含水 率98%）。装配有完整的进泥系统、生物沥浸反应系统，专用厢式压滤脱水 系统、焚烧系统、以及风机房、配电房、实验室、办公用房等辅助设施。该 项目入选全国污泥处置联盟“2011年度污泥处理处置特别关注案例”。生物沥浸干化技术鉴定及专利授权本技术前后通过近10年攻关，2004年在南京试验基地建设完成批处理20吨的中试工程（市政、 制革、化工污泥），取得可喜的效果。2006年该 技术的中试工程就通过我国著名环保专家的鉴定；2007年先后获得国家环境保护科学技术奖和江苏省 建设科学技术一等奖；并于2010年7月在江苏无锡 太湖新城污水处理厂建立起国内外第一座污泥生物 沥浸处理工厂及附属的污泥焚烧热能利用系统 工程，可以成功处理所有太湖新城污水处理厂所有 的浓缩污泥，实践应用证明了其效果的稳定性和经 济可行性，急待产业化推广。生物沥浸技术取得的国家发明专利（部分）： (1) 用于污泥和垃圾混烧的CFB焚烧锅炉，专利号：ZL200820122828.4；(2) 自平衡污泥焚烧方法及系统，专利号： ZL200110113411.7；(3) 一种用于污泥中重金属生物脱除工艺的系 列设备，专利号：ZL200410014801.X；(4)一种耐酸性红酵母菌及其用于污 泥中重金属的生物脱除的方法，专利号： ZL200410044843.8；(5) 空气提升式生物沥浸反应器（实用新型专利），专利号：ZL200520072316.8。工程实例2：浙江海宁制革污泥处理项目（重金属超标）该项目为中试工程项目，2005年开始运行，处理规模为日处理20吨制 革污泥，采用生物沥浸处理技术，回收污泥中的铬并实现污泥深度脱水。 设有生物沥浸反应器、沉淀池、金属回收池、脱水机房、焚烧系统、风机 房等设施。结论污泥生物沥浸干化技术是一项具有创新性、可行性的污泥治理新技术，适用广泛，兼具环境效益、经济效益、社会效益。1、生物沥浸干化技术对市政污泥、工业污泥，特别是有机质含量高的 化工污泥都有极好的处理处置效果。2、生物沥浸干化技术能够将污泥脱水至60%以下，消除恶臭、病原菌 杀灭率99%以上，对于超标污泥可去除重金属80%以上；干化泥饼有机质含 量、热值不受影响，可以实现自平衡焚烧处置，可做绿化用土、建材原料等 资源化利用。3、生物沥浸干化技术脱水过程无需PAM等絮凝剂、石灰药剂，节省絮 凝剂费用；污泥生物沥浸技术投资运行成本低，且资源化利用能增加额外的 污泥处置收益，经济效益显著。4、生物沥浸技术具有先进性、可行性，在国内外都处于领先地位，已 获得国家先进技术认证，并取得多项发明专利。5、污泥生物沥浸技术已有成功工程应用实例，入选全国污泥处置联盟“2011年污泥处理处置特别关注案例”并受到广泛关注，是经济可行、稳定生物沥浸技术应用工程实例污泥生物沥浸技术作为一种新型微生物法污泥处理工艺，在国家”863计