水热反应器(总结污泥分类及污泥处理技术方案)

Posted 2023-05-30

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水热反应器(总结污泥分类及污泥处理技术方案)

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污泥处理是对污泥进行减量化、稳定化和无害化处理的过程。污水处理程度越高，就会产生越多的污泥残余物需要加以处理。除非是利用土地处理或污水塘处理污水，否则一般的污水处理厂必须设有污泥处理设施。对现代化的污水处理厂而言，污泥的处理与处置已成为污水处理系统运行中最复杂、且花费最高的一部分。

一、污泥分类

原污泥(rawsludge)：未经污泥处理的初沉淀污泥。二沉剩余污泥或两者的混合污泥。

初沉污泥(primarysludge)：从初沉淀池排出的沉淀物。

二沉污泥(secondeysludge)：从二次沉淀池(或沉淀区)排出的沉淀物。

活性污泥(activatedsludge)：曝气池中繁殖的含有各种好氧微生物群体的絮状体。

消化污泥(digestedsludge)：经过好氧消化或厌氧消化的污泥，所含有机物质浓度有一定程度的降低，并趋于稳定。

回流污泥(returnedsludge)：由二次沉淀(或沉淀区)分离出来，回流到曝气池的活性污泥。

剩余污泥(excessactivatedsludge)：活性污泥系统中从二次沉淀池(或沉淀区)排出系统外的活性污泥。

污泥气(sludgegas)：在污泥厌氧消化时，有物分解所产生的气体，主要成分为甲烷和二氧化碳，并有少量的氢、氮和硫化氢，俗称沼气。

二、处理类型

污泥消化(sludgedigestion)：在氧或无氧的条件下，利用微生物的作用，使污泥中的有机物转化为较稳定物质的过程。

好氧消化(aerobicsigestion)：污泥经过较长时间的曝气，其中一部分有机物由好氧微生物进行降解和稳定的过程。

厌氧消化(anaerobicdigestion)：在无氧条件下，污泥中的有机物由厌氧微生物进行降解和稳定的过程。

中温消化(mesophilicdigestion)：污泥在温度为33-53℃时进行的厌氧消化工艺。

高温消化(thermophilicdigestion)：污泥在温度为53-330℃进行的厌氧消化工艺。

污泥浓缩(sludgethickening)：采用重力或气浮法降低污泥含水量，使污泥稠化的过程。

污泥淘洗(elutriationofsludge)：改善污泥脱水性能的一种污泥预处理方法。用清水或废水淘洗污泥，降低消化污泥碱度，节省污泥处理投药量，提高污泥过滤脱水效率。

污泥脱水(sludgedewatering)：对浓缩污泥进一步去除一部分含水量的过程，一般指机械脱水。

污泥真空过滤(sludgevacuumfiltration)：利用真空使过滤介质一侧减压，造成介质两侧压差，将污泥水强制滤过介质的污泥脱水方法。

污泥压滤(sludgepressurefiltration)：采用正压过滤，使污泥水强制滤过介质的污泥脱水方法。

污泥干化(sludgedrying)：通过渗滤或蒸发等作用，从污泥中去除大部分含水量的过程，一般指采用污泥干化场(床)等自蒸发设施或采用蒸汽、烟气、热油等热源的干化设施。

污泥焚烧(sludgeincineration)：污泥处置的一种工艺。它利用焚烧炉将脱水污泥加温干燥，再用高温氧化污泥中的有机物，使污泥成为少量灰烬。

污泥处理前，首先要了解污泥的分类，才能确定污泥处理的方法：

⒈自来水厂沉淀池或浓缩池排出的物化污泥处理

污泥分类：属中细粒度有机与无机混合污泥，可压缩性能和脱水性能一般。

⒉生活污水厂二沉池排出的剩余活性污泥处理

污泥分类：属亲水性、微细粒度有机污泥，可压缩性能差，脱水性能差。

⒊工业废水处理产生的经浓缩池排出的物化和生化混合污泥处理

污泥分类：属中细粒度混合污泥，含纤维体的脱水性能较好，其余可压缩性能和脱水性能一般。

⒋工业废水处理产生的经浓缩池排出的物理法和化学法产生的物化细粒度污泥处理

污泥分类：属细粒度无机污泥，可压缩性能和脱水性能一般。

⒌工业废水处理产生的物化沉淀粗粒度污泥处理

污泥分类：属粗粒度疏水性无机污泥，可压缩性能和脱水性能很好。

三、污泥处置技术

⒈污泥处理利用的一般技术

⑴污泥的堆肥化处理技术

⑵污泥的建材化技术

⑶污泥的燃料化技术

⑷污泥的厌氧消化(制沼气)技术

⒉太阳能污泥干化技术

⒊污泥的电离辐射处理技术

⒋微波技术在污泥处理中的应用

⑴微波辐照污泥处理技术

⑵微波化学分析技术

⒌超声波处理污泥技术

⒍重金属的生物有效性及植物脱除技术

⒎污泥的微生物处理技术

⑴微生物淋滤技术

⑵微生物吸附处理法

⑶微生物脱臭技术

⒏新兴污泥热化学处理技术

⑴湿式氧化技术

⑵活性污泥作黏结剂

⑶剩余污泥制可降解塑料

⑷污泥制活性炭

⑸O3/H2O2氧化技术

⑹UV/O3氧化技术

⑺UV/H2O2氧化工艺

⑻其他热化学处理技术简介

四、方法分析

卫生填埋

这种处置方法简单、易行、成本低，污泥又不需要高度脱水，适应性强。但是污泥填埋也存在一些问题，尤指填埋渗滤液和气体的形成。渗滤液是一种被严重污染的液体，如果填埋场选址或运行不当会污染地下水环境。填埋场产生的气体主要是甲烷，若不采取适当措施会引起爆炸和燃烧。

土地利用

污泥土地直接利用因投资少、能耗低、运行费用低、有机部分可转化成土壤改良剂成分等优点，被认为是最有发展潜力的一种处置方式，科学合理的土地利用，可减少污泥带来的负面效应。林地和市政绿化的利用因不易造成食物链的污染而成为污泥土地利用的有效方式。污泥用于严重扰动的土地(如矿场土地、森林采伐场、垃圾填埋场、地表严重破坏区等需要复垦的土地)的修复与重建，减少了污泥对人类生活的潜在威胁，既处置了污泥又恢复了生态环境。

焚烧

湿污泥干化后再直接焚烧应用得较为普遍，没有经过干化的污泥直接进行焚烧不仅十分困难，而且在能耗上也是极不经济的。

以焚烧为核心的污泥处理方法是最彻底的污泥处理方法之一，它能使有机物全部碳化，杀死病原体，可最大限度地减少污泥体积;但是其缺点在于处理设施投资大，处理费用高，设备维护成本高，而且产生强致癌物质二恶英。

污泥干燥

污泥干燥是应用人工热源以工业化设备对污泥进行深度脱水的处理方法，尽管污泥干燥的直接结果是污泥含水率的下降(脱水)，但与机械脱水相比,其应用目的与效果均有很大的不同。

污泥机械脱水(也包括污泥浓缩)，其应用的目的以减少污泥处理的体积为主(污泥浓缩和机械脱水通常均可使污泥体积减少4倍左右)，但脱水污泥饼除了含水率和相关的物理性质，如流动性与原状污泥有差异外，其化学、生物等方面性质并不因脱水而产生变化。

污泥干燥则由于提高水分蒸发强度的要求，使用人工热源，其操作温度(对污泥颗粒而言)通常大于100℃，干燥对污泥的处理效应，不仅是深度脱水，还具有热处理的效应;加之，污泥干燥处理的产物，其含水率可控制在20%以下,即达到抑制污泥中的微生物活动的水平，因此污泥干燥处理可同时改变污泥的物理、化学和生物特性。

新技术

随着环保力度的加强和人们对已有污泥处理处置技术局限性的进一步认识，世界各国都在投入重金研发新技术，争取找到更经济、更合理的污泥处理方案。

沉淀污泥生物处理系统

该技术创新采用污泥洗涤工艺，首先洗出污泥中有机物质，分离无机物质污泥土，再将有机污泥浓缩进行高温厌氧消化处理。沉淀污泥经过洗涤洗出污泥中一半固体无机污泥土，减少了一半生物处理量，节省工程投资和处理费用;单独处理有机污泥，去除了无机污泥土在反应器中的沉淀，减少了设备磨损和反应器的维护;沉淀污泥经过洗涤洗出污泥中大部分容易沉淀的重金属和无机污泥土，提高了有机肥的品质;洗涤出的污泥土还可生产路面彩砖、透水砖。其他创新工艺：超高温厌氧消化、多级厌氧消化、沼渣漂浮等，污泥生物处理速度提高了几倍和沼气产量提高20%以上。工程设计创新采用地埋式、紧密型、多级消化反应器设计，几个独立的厌氧消化反应器你中有我我中有你浑然一体，节省建筑材料，采用混凝土结构造价低廉。前国内外现有的厌氧消化反应器普遍采用地上式结构，地上式结构能使配备设备便于维护和有利沼渣排放预防沼渣沉淀。该生物处理系统工程设计很好地解决了配套设备的维护和沼渣沉淀，系统配备设备少，只需要几台水泵，就是水泵坏了更换一台用不完20分钟，保证设备检修不停产;沉淀污泥经过洗涤去除了容易沉淀的无机污泥土，有机污泥经吹浮系统作用全部漂浮不会沉淀。地埋式厌氧消化反应器不仅投资少、不占用土地，而且还能防地震、防雷击和使用寿命长、减少消化系统的热量损失。

污泥发酵有机肥

传统污泥处理方法有3种：焚烧、填埋和资源化利用。国外多采用焚烧工艺，但投资巨大，易造成大气污染;国内多采用填埋，但需要占用大量的土地，同时会造成环境的二次污染;国内上海等大中城市土地再生资源很少，难以长期采用此方式。陈立侨介绍说，用微生物处理污泥前景广阔。经污水处理厂现场试验和实际应用，每处理1吨污泥可获得150元左右的经济效益。上海市每年排放污泥约140万吨，如果有20%的污泥用微生物好氧发酵处理，直接经济效益约为4200万元。此外，利用微生物好氧发酵，还能消除污泥的恶臭，有效控制污泥的二次污染，环境效益同样显著。

将污泥发酵成有机肥，如再加入部分牛粪等，就会发酵成优质的有机肥，具体操作方法如下：

1、加菌。1公斤金宝贝肥料发酵剂可发酵4吨左右污泥+牛粪。需按重量比加30-50%左右的牛粪，或秸秆粉、蘑菇渣、花生壳粉、或稻壳、锯末等有机物料以便调节通气性。其中如果加入的是稻壳、锯末，因其纤维素木质素较高，应延长发酵时间。菌种稀释：每公斤发酵剂加5-10公斤米糠(或麸皮、玉米粉等替代物)拌匀稀释后再均匀撒入物料堆，使用效果会更佳。

2、建堆：备料后边撒菌边建堆，堆高与体积不能太矮太小，要求：堆高1.5-2米，宽2米，长度2-4米

3、拌匀通气。金宝贝肥料发酵剂是需要好(耗)氧发酵，故应加大供氧措施，做到拌匀、勤翻、通气为宜。否则会导致厌氧发酵而产生臭味，影响效果。

4、水分。发酵物料的水分应控制在60～65%。水分判断：手紧抓一把物料，指缝见水印但不滴水，落地即散为宜。水少发酵慢，水多通气差，还会导致“腐败菌”工作而产生臭味。

5、温度。启动温度应在15℃以上较好(四季可作业，不受季节影响，冬天尽量在室内或大棚内发酵)，发酵升温控制在70-75℃以下为宜。

6、完成。第2-3天温度达65℃以上时应翻倒，一般一周内可发酵完成，物料呈黑褐色，温度开始降至常温，表明发酵完成。如锯末、木屑、稻壳类辅料过多时，应延长发酵时间，待充分腐熟。

发酵好的有机肥，肥效好，使用安全方便，抗病促长，还可培肥地力等。

石灰投加技术

脱水后的污泥进入料斗，料斗中加入石灰和氨基璜酸，石灰投量为湿泥量的10%一15%，氨基璜酸的投量约为石灰投量的1%。由于氨基璜酸在反应过程中产生氨气，增强了整个工艺的杀菌效果，降低了反应温度。污泥、生石灰和氨基璜酸在料斗中搅拌后，由双螺旋进料机推入柱塞泵进料口，通过柱塞泵送入反应器，在70℃下停留30min，输出的产品可达到美国EPAPART503CLASSA标准。反应后的污泥泵送至料仓，密封容器中产生的气体经洗涤塔处理后排放。

该工艺的特点：pH>12，延续时间长，杀菌彻底;高pH使大部分金属离子沉淀，降低了其可溶性和活跃程度;污泥的含固率可提高至30%;去除了污泥中的臭气，系统全密封，无环境污染;系统全自动，操作维护简单：加入少量氨基璜酸，减少了石灰用量和反应时间，降低了运行成本。

污泥碳化技术

所谓污泥碳化，就是通过一定的手段，使污泥中的水分释放出来，同时又最大限度地保留污泥中的碳值，使最终产物中的碳含量大幅提高的过程(SludgeCarbonizationo在世界范围内，污泥碳化主要分为3种。

⑴高温碳化。碳化时不加压，温度为649—982℃。先将污泥干化至含水率约30%，然后进入碳化炉高温碳化造粒。碳化颗粒可以作为低级燃料使用，其热值约为8360—12540kJ/kg(日本或美国)。该技术可以实现污泥的减量化和资源化，但由于其技术复杂，运行成本高，产品中的热值含量低，当前尚未有大规模地应用，最大规模的为30删湿污泥。

⑵中温碳化。碳化时不加压，温度为426—537℃。先将污泥干化至含水率约90%，然后进入碳化炉分解。工艺中产生油、反应水(蒸汽冷凝水)、沼气(未冷凝的空气)和固体碳化物。另外，该技术是在干化后对污泥实行碳化，其经济效益不明显，除澳洲一家处理厂外，尚无其他潜在的用户。

⑶低温碳化。碳化前无需干化，碳化时加压至6—8MPa，碳化温度为315℃，碳化后的污泥成液态，脱水后的含水率50%以下，经干化造粒后可作为低级燃料使用，其热值约为15048～20482kJ/kg(美国)。该技术通过加温加压使得污泥中的生物质全部裂解，仅通过机械方法即可将污泥中75%的水分脱除，极大地节省了运行中的能源消耗。污泥全部裂解保证了污泥的彻底稳定。污泥碳化过程中保留了绝大部分污泥中热值，为裂解后的能源再利用创造了条件14t。

(4)污泥水解热干化技术。污泥水热干化技术通过将污泥加热，在一定温度和压力下使污泥中的粘性有机物水解，破坏污泥的胶体结构，可以同时改善脱水性能和厌氧消化性能。随水热反应温度和压力的增加，颗粒碰撞增大，颗粒间的碰撞导致了胶体结构的破坏，使束缚水和固体颗粒分离。经过水热处理的污泥在不添加絮凝剂的情况下机械脱水的含水率大幅度降低。污泥的水解宏观上表现为挥发性悬浮固体浓度减少和COD、BOD以及氨氮等浓度增加。水热干化技术采用浆化反应器，通过闪蒸乏汽返混预热浆化、蒸汽与机械协同搅拌，提高了系统的处理效率;在水热反应器中，采用蒸汽逆向流直接混合加热的方式，强化了传质传热过程，可以避免局部过热结焦碳化：在连续闪蒸反应器中，实现了系统能量的有效回收。

五、处理设备

污泥固化拌和站

采用了先进的工业计算机控制系统，实现了黄土、污泥、水泥和石灰的自动配比，具有计量准确、可靠性好、搅拌均匀、操作方便、环保好、生产效率高、故障率低等特点，特别适合连续作业，是污水处理厂处理污泥的理想设备。

泥浆分离脱水机

与板框压滤机对比：该机具有处理能力大、分离性能好、适应性强、劳动强度小、性能稳定、安装操作方便、占地面积小、维修费用低等优点，而且可以实现密闭的连续自动分离。

卧螺离心机

卧式螺旋卸料沉降离心机(简称卧螺离心机)是利用离心沉降原理分离悬浮液的设备。对固相颗粒当量直径=3um、重量浓度比：10%或体积浓度比=70%、液固比重差：0.05g/cm3的各种悬浮液均适合采用该类离心机进行液固分离或颗粒分级。

带式污泥脱水机

带式污泥脱水机是中国从美国引进的先进技术，经消化吸收，开发成功的一种高效脱水设备，可以连续压滤，产品采用高强度材料制作，具有处理能力大，脱水效率高，使用寿命长等显著特点。产品广泛应用于环境治理、蔬菜加工等需压榨脱水的行业。

太阳能热泵技术污泥处理设备

该系统主要利用太阳能、地热能等清洁能源作为污泥干化的热源，能将含水量80以上的泥浆干化成含水量35以下的干料，节电、节煤、环保;整个系统为自动化远程控制，有效降低了污泥处理处置成本，为污泥处理处置提供了一种低碳环保的解决方案。

该系统包括温室部分、输送部分、通风部分、集热部分(包括太阳能集热系统和热泵系统)、自动化控制部分以及有害气体收集和除臭等其他附属装置。

利用太阳能作为主要能源，满足可持续发展的需求;耗能小，运行管理费用低，蒸发1t水耗电量仅为60-80kW˙h，而传统的热干化技术需耗电为800-1060kW˙h;

经干化处理后，污泥体积可减少到原来的1/3-1/5，实现稳定化并保留其原有的再利用价值;系统运行稳定、安全、灰尘产生量小;自动化程度高、操作维护方便、使用寿命长;系统透明程度高，环境协调性好。

六、城市方案

方案一：

城市污水污泥处理设备利用多功能微滤系统进行中水处理的准高级系统

特征及优点：

出水水质主要指标可达5mg/L以下;能有效地适应有机物的负荷变动;装置紧凑轻巧，升级较为容易;可地面设置，自动运转，操作简便。

方案二：

城市污水污泥处理设备利用复合过滤器接触装置进行中水处理的系统

特征及优点：

出水水质良好，适合中小型污水、中水处理;维护管理费用低，经济实惠;滤材经久耐用，无消耗品;升级改造容易;可设置在地面上，自动运转，操作简便。

方案三：

城市污水污泥处理设备利用两段过滤接触装置进行中水处理的系统

特征及优点：

污泥发生量较少，没有污泥膨胀现象;维护管理容易，经济实惠;对外界的适应能力较强。