国外污泥干化技术的发展动态
早在20世纪40年代,日本和欧美就已经用直接加热鼓式干燥器来干燥污泥。进入80 年代末期,由于污泥在农用、填埋、投海的各种限制条件和不利因素逐渐突出。同时,由于污泥干化技术的不断改进,设备性能日趋完善,使污泥干化技术在西方工业发达国家得到很快推广。例如,在20世纪80年代初,欧盟只有数家污水处理厂采用污泥热干化设备处理污泥,但到1994年底已有110家污泥干化处理厂,并且还在逐年增加。据估计,在未来10年内,欧洲采用热处理的污泥量将翻番。英国在2001年7月,颁布了第一个与污泥热处理厂设计、运行、管理密切相关的标准《hse847 /9污泥干燥厂的健康和安全控制》,随着近几年大型污泥干燥厂的投产运行,目前英国污泥干化处理量已达到污泥总量的30%。而在北美,污泥热干化的市场增速很快,平均年增长率为7% ～10% (同期污泥产量的增加率约为1. 5% ) 。目前在纽约、密尔沃基、波士顿等地都有年设计生产能力在350 000 t干质量以上的大型污泥加热干燥工厂[ 2 ] 。
欧美常见的污泥干化方法比较
目前主要运用的干化模式有: 传统热能污泥干化和太阳能污泥干化。
传统热能污泥干化是指利用污泥热干化集成设备对污泥实现干化处理。按照热介质与污泥的接触方式, 干化设备又可分为直接干化、间接干化和直接- 间接联合式干化等工艺类型。
其中直接加热污泥干化厂最具有代表性的是欧洲最大的污泥干化厂———英国的b ransands (可蒸发水量为7 ×5 000 kg/h) ;间接加热干化厂最具代表性的是西班牙的巴塞罗那(可蒸发水量为4 ×5 000 kg/h) 。欧美常见的干化工艺一般以转鼓干化、流化床干化、盘式干化为主。
太阳能污泥干化处理
太阳能污泥干化是指利用太阳能为主要能源对污泥进行干化处理。该工艺借助传统温室干燥技术, 结合当代自动化技术的发展, 将其应用于污泥处理领域, 主要目的是利用太阳能这种清洁能源作为污泥干化的主要能量来源。其实际商业化应用最早见于1994年德国南部的污水处理厂ist anlagen2bau gmbh[ 1 ] 。近几年, 随着污泥产量的不断攀升以及相关环境卫生政策的出台制约了传统的污泥处置途径(如: 填埋、农用等) , 在欧洲尤其在法国和德国, 该技术得到了进一步推广和运用, 如威立雅和得利满等水处理公司都相继开发了自身的专利技术solia工艺和helantis工艺。
太阳能污泥干化与传统的热干化技术相比, 其优点主要在于: ①能耗小, 运行管理费用低(在无附加除臭系统的条件下, 蒸发1 t水耗电量仅为25～30kwh, 而传统的热干化技术需耗电为800～1060kwh) ; ②处理后污泥体积减少可达3～5倍,实现稳定化并仍保留其原有的农业再利用价值(低温干化) ; ③系统运行稳定安全, 温度低, 灰尘产生量小; ④操作维护简单、使用寿命长; ⑤系统透明程度高, 环境协调性好; ⑥可同时解决污泥存储的需要; ⑦利用可再生能源太阳能作为主要能源来源, 满足可持续发展的需求。其主要缺点在于: ①占地面积大, 需要在污水处理厂有足够可利用的场地空间; ② 处理效果受天气和季节性条件约束; ③在密闭空气条件下作业; ④在大多数情况下, 需要设置除臭设备。
太阳能污泥干化处理是污泥处理工艺的一种创新方法, 但它不是以污泥的最终处置为目的, 而是通过太阳能干化处理, 使干化后的污泥实现资源利用。此外, 该工艺可以与不同的污泥处置途径相结合, 使其成为通往不同污泥处置途径的一个中转平台, 从而达到降低污泥处置费用, 提高处置手段的灵活性。
欧洲实用的太阳能污泥干化处理工艺
在欧洲市场上现有的不同工艺系统(见下表)都基于以下相同的自然现象:
(1) 表面干化: 通过污泥的翻动来不停更新污泥的表面, 使污泥表层水分蒸发, 同时利用通风系统将含湿气体排出。
(2) 好氧干化: 利用翻泥系统对污泥进行通风, 使其在好氧条件下实现稳定化处理, 避免厌氧条件下不良气味的产生。但是, 这些工艺使用的技术并不完全相同, 主要体现在以下几点:
(1) 翻泥设备: ①廊道式翻泥机, 常用于堆肥场, 自动化程度较高, 无需现场操作人员; ②机器人装置, 可实现全自动化操作控制, 典型的有thermosystems工艺中的electric mole和solia工艺中solimax装置, 集污泥运输和翻动功能为一体;③跨越式翻泥机, 自动化程度较高的移动设备, 适用于大面积操作; ④由农用拖拉机和翻泥机组成,需现场操作人员, 适用大面积操作。
国内污泥干化技术的研究进展
研究新进展
马德刚和张书廷[ 8 ]对电场协同污泥热干燥技术进行了研究,发现加入电场后,可防止污泥干化过程中粘壁现象的发生,减少了污泥内部的传热阻力,以及污泥与加热面之间的传热阻力。同时,由于在电场作用下,带负电荷的微生物向阳极运动,而水分由于阳离子的驱动和污泥的挤压向阴极运动,从而使泥水分离,改善了污泥的干化效果。朱南文等[ 9 ]对燃气红外干化污泥进行了研究。红外线具有较强的穿透力,不易被大气吸收,可使较薄的污泥层从内到外加热。经红外处理污泥的氮、磷、钾、有机物和重金属都没有变化,而大肠杆菌、蛔虫卵完全被杀死,污泥产品卫生无害。当污泥中重金属含量较低时,干化后的污泥可用于农田和绿化。
发展趋势
国内污泥处理处置技术起步较晚,以污泥农用和简单填埋为主。随着经济的发展和环境意识的加强,这两种方法的局限性逐步凸现,并且从国内今后的发展趋势看,城市污水处理将形成以国家投资的大型污水处理厂为主,各个地区根据经济发展状况,而投资兴建不同规模的污水处理厂的局面并存。因此,中国的污泥处置必须寻求适合国情的新途径。污泥干化是比较理想的方法,基本上满足了污泥处置“四化”的要求,而且进一步,能够向资源化开发;退一步,干化污泥仍然可以再去填埋、农用、焚烧[ 10 ] 。国内很多大型城市土地资源紧缺而社会经济
水平又较发达,污泥干化技术有一定的推广价值。深圳、上海、北京、天津、广州等一些城市建立了大型污水处理厂,迫于污泥处置的压力,正在尝试引进国外的污泥干化和焚烧技术及设备,以提高污泥处理和处置水平。如在2004年底,国内第一个采用干化焚烧处理工艺的污水处理厂:上海市石洞口城市污水处理厂建成运行;北京每年有70万t的污泥要消纳,现在已经采用了污泥干化技术;深圳市也已完成专项规划,拟采取热干化加焚烧工艺。
结论和建议
污水处理厂污泥的干化处置工艺在国内已经提上议事日程,应针对国内现阶段的经济发展水平,以最低的成本、最有效的方式进行污泥的减量化、资源化、无害化处置。笔者认为,在进行污水处理厂污泥干化处理工艺选择时,应遵循以下原则:
(1)尽量降低能耗和节约运行成本。如采用部分污泥干化以后和湿污泥混合,以降低干化能耗和运行成本。此外,污泥干化具体工艺的选择要和干化后的污泥利用结合,作好干化污泥应用规划,尤其是污泥的工业化利用,如干化制肥、制砖、烧制水泥等,可以补偿污泥处理处置的成本。
(2)尽量降低干化设备投资费用。由于进口污泥干化装置投资费用高,要积极开拓国内干化技术,培育国内干化设备的制造能力,以降低投资成本。同时考虑利用沼气作为干化的第一能源以降低成本,尽量少用增加费用的天然气、燃油等。保持运行中干化设备的最大使用率。
(3)结合本国污水处理厂的现状,逐步改进。要形成以干化为主,综合利用为辅的污泥处置思路和分散处理方案,借鉴国外现行污泥处理处置标准,尽快建立和健全国家污泥处理处置的有关标准,以指导实际生产。
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