生化剩余污泥减量与无害化新技术

1生化剩余污泥大幅减量

与无害化技术李本高(石油化工科学研究院)2主要内容研发背景生化污泥的基本性质SMR装置技术原理SMR装置技术工艺SMR装置运行效果经济技术分析结论一、研发背景

生化剩余污泥产生量大当前我国城市污水实际处理量约600亿m3/a，产生含水98％的生化剩余污泥约3.6亿m3/a，今后10年剩余污泥产量将以年均15%左右的速度继续增长1000万t/a级炼油厂，产生剩余含水污泥约1万t/a

生化剩余污泥对环境危害大

微生物、病毒、寄生虫、有机物、氮、磷、恶臭…一、研究背景

现有生化剩余污泥处理工艺脱水：含水率最降低到80%～84%，残留量仍然很庞大，污染物无减量焚烧：减量效果好，但投资和运行成本高，操作复杂，且产生飞灰危物，烟气处理困难消化：处理成本较低，但仅能去除部分有机物，且污泥减量不显著我国城市污泥处理处置现状二、生化污泥的基本性质中国石化某炼厂生化剩余污泥主要组成项目名称分析结果项目名称分析结果含水率/%97.6-98.2TN/mg•L-11,639-1,906pH6.6-6.8TP/mg•L-1375-404COD/mg•L-120,480-24,912TPN/mg•L-18,142-9,005BOD5/COD0.07-0.10TCH/mg•L-1841-1,110SS/mg•L-118,554-23,640CST/s≥150.3VSS/mg•L-113,344-17,090SRF/m•kg-1

≥1.67×10136项目数值pH6.8-8.35SS/mg•L-18,035-14,435VSS/mg•L-15,408-9,637VSS/SS/%0.66-0.73中国石化某石化浓缩污泥主要组成二、生化污泥的基本性质污泥含水率高，达到98.6%-99.2%；污泥VSS/SS比值大，在0.66-0.73之间，为典型的有机质污泥。7项目结果pH6.8SS/mg•L-121,030VSS/mg•L-114,610VSS/SS/%0.695某市政污水处理厂浓缩污泥主要组成二、生化污泥的基本性质污泥含水率98.1%，污泥VSS/SS比值0.695，为典型的有机质污泥。二、生化污泥的基本性质主要成分：水、微生物、微生物代谢物、无机固型物，其中含水达到98%～99%含水形态：自由水、间隙水、表面水和结合水生化剩余污泥成分与含水形态二、生化污泥的基本性质自由水：占总含水约70%，不与污泥附着或结合，分离较容易，可重力分离间隙水：因毛细管现象而保持的水，分离较难，需使用离心、真空等方法表面水：通过氢键附着在胶体表面，分离困难，经调理后才能用机械方式脱除结合水：通过化学键与污泥结合，约占总含水4%，分离十分困难，采用一般物理化学方法难以分离，是构成脱水污泥的主要成分内部水：细胞内的水，水量很少，脱除更难三、SMR装置技术原理生化剩余污泥体积庞大的原因是含水率高，造成含水率高的根本原因是污泥中存在具有特殊性能的高分子有机物，是这些高分子有机物导致间隙水、表面水和结合水存在。研发降低和消除污泥中高分子有机物方法，是生化剩余污泥实现大幅减量的关键。污泥脱水困难的原因三、SMR装置技术原理通过催化方法将污泥中固形高分子有机物降解，使其转变为水溶性小分子有机物；固形高分子有机物降解后，消除了间隙水、表面水、结合水存在条件，使泥水容易分离，从而使污泥实现大幅减量；产生的降解污水，生化性好，生物方法可使COD、氨氮等污染物实现彻底无害化处理。技术原理处理前处理后12三、SMR装置技术原理降解温度与VSS去除率的关系13三、SMR装置技术原理降解温度对COD存在形态的影响14三、SMR装置技术原理降解温度对污泥降解液B/C的影响15三、SMR装置技术原理降解温度对蛋白质和糖的影响16三、SMR装置技术原理降解温度对氮存在形态的影响17三、SMR装置技术原理反应温度/℃甲酸/mg•L-1乙酸/mg•L-1丙酸/mg•L-1丁酸/mg•L-1合计/mg•L-112018156103187150395385607591518079295213424421222006341,1801621692,1452204671,3342091172,127降解温度与降解液中有机酸浓度的关系18三、SMR装置技术原理降解温度对污泥脱水性能的影响19四、SMR装置技术工艺SMR装置工艺流程反应器分离器生化含水污泥减量剂换热固相脱水外排液相资源利用SMR工艺工业化撬装式装置20五、SMR装置运行效果项目结果试验条件ⅠⅡ处理前含水率/%98.197.8SS浓度/mg•L-119,87021,100VSS/mg•L-114,10014,650VSS/SS/%71.069.4处理后SS浓度/%6,4709,080SS去除率/%67.457.0VSS浓度/mg•L-17102,640VSS去除率/%95.082.0SMR装置不同条件对SS和VSS的去除效果污泥仅SMR装置处理后，SS和VSS均较处理前大幅降低，去除率分别达到67.4%和95.0%。21SMR装置消解液沉降分离曲线五、SMR装置运行效果污泥经SMR装置处理，产生的降解液沉降性能好。22污泥残渣脱水泥饼含水率残渣泥饼外观五、SMR装置运行效果污泥经过降解，残渣脱水性能好，脱水泥饼含水率达到40%-50%。23分析项目分析结果/mg•L-1GB5085.3-2007指标/mg•L-1Ni<0.15Cu<0.1100Pb<0.15Zn<0.1100Ba<0.1100Cr<0.115Cd<0.11污泥经SMR装置处理残渣重金属浸出结果五、SMR装置运行效果污泥残渣脱水泥饼中的重金属稳定，浸出浓度均小于0.1mg/L，远低于国标指标，满足一般固废要求。24项目氮磷钾/%有机质/%污泥残渣（工艺条件Ⅰ）10.240.3污泥残渣（工艺条件Ⅱ）4.119.2建设部行业标准（农用泥质）≥3≥20建设部行业标准（林地用泥）≥2.5≥18国家标准（园林绿化用泥）≥3≥25国家标准（土地改良用泥）≥1≥16经SMR不同工艺处理的残渣养分指标五、SMR装置运行效果污泥残渣脱水泥饼的氮磷钾、有机质含量分别符合农、林等利用要求。SMR工艺的减量效果十分显著，污泥体积、TCOD和TN分别减量高达98.8%、95%和93%，减量效果近次于焚烧工艺。几种工艺处理含水污泥的效果对比污泥指标处理前处理后SMR机械脱水热干化焚烧体积/m310,0001201,18033070含水率/%9850834010TCOD/t1939.71901800TN/t18117160五、SMR装置运行效果六、经济技术分析几种工艺处理含水污泥运行成本对比（元•t-1）工艺名称药剂费燃动费外委费合计备注SMR486030138投资较低机械脱水510235250投资低，不减污染物热干化320166270投资高，不减污染物焚烧327314290投资较高，产生废气注：污泥含水按98%计，残留固废外委费按2000元•t-1计SMR的处理费用最低，脱水和热干化工艺处理费用最高。七、结论表3污泥处理成本对比（单位：元/吨，以SS=1%的污泥计）1、SMR装置对生化剩余污泥减量效果显著。对含水98%的生化剩余污泥，经SMR装置处理，残留污泥脱水泥饼含水率＜50%，污泥体积减量＞98.8%，对10000t含水污泥，经SMR装置处理，残留污泥仅120t。2、SMR装置可使生化剩余污泥实现无害化。剩余污泥经SMR装置处理，COD和氨氮分别减少95%，重金属稳定。可根据资源化要求，通过改变操作条件，很方便得到不同性质的无害残渣，可满足制砖、铺路、农用和林用等