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《城市污泥生物沥浸法和化学法调理的效果比较——对污泥理化性质及其深度脱水性能的影响研究》

  • 来源专题：农业立体污染防治
  • 编译者： 季雪婧
  • 发布时间：2019-04-11

  • 分别用生物沥浸法（BC）、Fenton法和石灰/三氯化铁/PAM法（石灰法）对同一批城市污泥进行调理，并以常规PAM法（CC）为对照，探究不同调理后污泥的理化性质及其脱水性能的变化差异，并用流式细胞仪测定污泥中细胞裂解情况，以分析其机理.结果表明，BC法、Fenton法和石灰法均能大幅提高城市污泥脱水性能，表现在污泥过滤比阻（SRF）值仅为常规处理的0.43%~6.12%，尤其以石灰法处理脱水性能最佳.但BC法脱水泥饼中的有机质和养分能得到最大程度的保留，有机质（56.9%）、总氮（4.66%）、速效氮（0.47%）、矿化氮（1.80%）和总磷（1.60%）含量均远高于石灰法处理，而且污泥中重金属能被部分去除（Cr、Mn、Ni、Zn溶出率分别为18.7%、50.0%、48.7%和72.9%），该处理的污泥最具资源化潜力.而石灰法脱水泥饼由于大量脱水剂添加导致有机质（49.5%）、总氮（3.55%）和总磷（1.20%）含量明显下降，且泥饼呈强碱性（pH值接近11）.脱水滤液中的sCOD（645mg/L）和TP（4.62mg/L）也显著高于其他处理.流式细胞仪测定结果显示，BC法、Fenton法和石灰法均能导致污泥微生物凋亡，活细胞数量由原始的86%降至75%左右，特别是石灰法对污泥中细胞的破解效果最为彻底，从而释放出更多内部水和胞内物质，这可能是引起其有机质和养分大量损失至脱水滤液中的原因之一.与Fenton法和石灰法调理相比，生物沥浸法既具有能大幅提高污泥脱水性能，脱水滤液水质相对较好的优点，又具有泥饼有机质和氮磷养分高，重金属含量低的优点.

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相关报告

  • 《城市污泥处理处置技术现状研究》
    • 来源专题：水体污染治理
    • 编译者：王阳
    • 发布时间：2019-04-29
    • 摘要：城市污水处理厂污泥中含有大量有机物、重金属和病菌元等，直接排放将给环境造成严重的污染。如果对污泥进行有效的处理，可以将污泥用于农田施肥、土壤改良和制砖等，若大量污泥得不到科学、合理处置，将造成严重的环境二次污染问题。因此加强污泥稳定化、减量化和无害化等有效处理，进行合理处置的意义重大。本文就目前城市污水处理厂污泥处理处置现状和存在的问题进行分析，探究城市污水处理厂污泥处理处置的有效途径和技术方法。 关键词：城市污泥；处理；处置；技术现状 1 导言 近年来，随着我国污水处理能力的快速增长，污泥产量也同步大幅增加。据统计，2016年全国污泥处理能力约为1300万吨，而污泥达标处置率仅达到33%，有67%的污泥没有得到合理处置。如何提高污泥处理效率和降低成本，合理处置污泥，是当下城市污水处理厂普遍面临的难题。 2 污泥特性 污泥特性的表征指标包括有毒有害物质、脱水性能、挥发性固体、水含量和固体含量以及化学动力学特性。有毒有害物质是指污泥中含有的细菌、病毒和寄生虫卵，在施用前必须经过处理。水含量是污泥中水含量的体积分数，污泥是一种高水分物质，根据其存在形态可分为四类： 1）自由水。不与污泥颗粒直接结合，占污泥总水分的70%；2）毛细水。存在于污泥颗粒间隙，约占20%；3）表面吸附水。吸附在污泥颗粒表面，约占7%；4）内水。污泥颗粒或微生物细胞中水含量，占3%。四种水与污泥颗粒之间的粘结强度顺序为自由水、毛细水、表面吸附水和内水，这也是污泥脱水的难易顺序。一般来说，我国城市污泥脱水后的含水量较高（约75%），挥发性物质含量较低（约50%），国外数据一般为70%。一般来说，污泥含水量大于85%，呈流态化，含水量在65%-85%，污泥呈塑性，含水量小于65%，污泥为固体。 污泥脱水性能通常由污泥过滤比阻rSRF和毛细管吸水时间cst来评价，rSRF越高，脱水性能越差。污泥脱水性能不仅与污泥的性质、调理方法和条件有关，还与脱水机械的种类有关。污泥脱水前的强化处理改变了污泥颗粒的理化性质，破坏了其胶体结构，降低了其与水的亲和力，改善了脱水性能，这个过程称为污泥调理。污泥化学动力学是表征污泥能量利用价值和焚烧特性的重要指标。污泥的组成分析、热值、可燃性和焚烧特性表明污泥的利用价值，是污泥资源化的基础。 3 国内污泥处理处置现状 我国污泥处理技术目前还处在起步阶段，城镇化快速发展，城市人口的增多，导致城市污水排放量不断增加，由此产生的污泥数量也不断上增。目前我国常用的污泥处理技术包括污泥浓缩、污泥脱水等方式，进而达到农业利用、制作建筑材料、园林绿化及填埋等处置标准要求。按照“十二五”我国城镇污水处理以及再生利用设施建设规划，2015年我国的直辖市、省会城市和计划单列市污泥无害化处理达到80%以上。但是受到技术、资金等方面的限制，我国大部分城市的污泥没有得到有效的处理，而是直接排放到环境中，对周围的环境带来重大污染。目前污泥处理的技术难题主要在于含水率太高，污泥含水率从95%降低到80%，则污泥的体积减少75%，含水率从80%降低到50%，则污泥的体积缩小50%。污泥的含水率越高，则热值越低，只有当含水率降低到50%以下，达到5052.2kJ/kg的热值才能焚烧。通过机械脱水含水率只能降低到80%，想要达到焚烧、填埋要求则需要将污泥的含水量降低到50%，所以需要研发将污泥的含水量降低到50%以下的技术。然而在处理污泥过程中，由于污泥中含有大量的微生物细胞以及胶体物质，这些物质机械脱水和生物降解都有一定的难度。传统的污泥消化的进泥浓度只有2%-4%，反应容器比较小，无法对污泥进行有效的消化，因而进一步增加了污泥处理难度。 4 城市污水处理厂污泥处理处置的有效途径和技术方法 4.1 污泥处理 城市污水处理厂主要处理工业废水和居民用水。因此，污水中往往伴随有毒有害物质，重金属含量较高。在污水处理过程中，许多有毒有害物质沉淀成为污泥的一部分，因此，在处理和处置这些污泥时，必须考虑污泥的来源和组成。目前，污泥处理技术包括浓缩（重力浓缩和机械浓缩）和脱水（自然干化、热干化和机械脱水），在一线城市的污泥处理中，采用溶解法处理污泥。该工艺主要通过高温分解污泥，高温分解后，工业金属与污泥中的化合物反应实现汽提，回收污泥中金属资源。 4.2 污泥处置 资源化利用是污泥处理处置需要达到的重要目标。污泥资源的利用体现在污泥处置过程中对污泥中所含的有机质、养分和能量的充分利用。污泥资源的利用包括土地利用、土壤改良以及通过焚烧等技术从污泥中回收能量。 4.2.1 污泥堆肥 常见的污泥堆肥处置工艺是好氧堆肥。好氧堆肥是在氧气比较充足的情况下，好氧菌对废弃物进行吸收、氧化以及分解。好氧微生物将一部分吸收的有机物氧化为无机物，并释放微生物所需的能量，另外部分有机物合成新的细胞结构，让微生物不断繁殖，繁殖出更多的新细胞质。这种处理工艺可以最大限度杀死污泥中的有害原菌，加速有机物的降解速度，减少臭氧发生量。好氧堆肥工艺流程为：预处理—次发酵—二次发酵—后处理—存储。 4.2.2 生物利用 根据对污泥的成分进行分析，发现其中含有大量的有机物，包括碳、硫、氢、氧等化学元素，根据污泥这一特性，可以尝试采用生物处理技术。这种处理技术主要是通过微生物进行代谢作用，借助微生物酶、菌群等对污泥中的有机物质进行消化分解，在这一分解过程中，又分为有氧处理和无氧处理。其中有氧处理技术是将相关的微生物注入污泥之中，并将污泥置于室外露天的环境中进行平摊，使其获得足够的氧气，以此来刺激微生物和菌群的活性，加速污泥的处理。进行有氧处理处置后的污泥肥分比较高，具有很大的回收价值，但是相对来说处理的成本也比较高。无氧处理是通过在无氧的状态下将微生物和菌群放入污泥中，使其对污泥中的有机物进行消化分解，最终将污泥分解成无机物和气体，处理后的污泥体积明显变小，且经过无氧处理的污泥容易脱水，性质比较稳定。此外，这种污泥处理处置技术的成本相对较低，因此在城市污水处理厂的污泥处理处置中应用也比较广泛。 4.2.3 炭化利用 炭化以后的污泥可以作为吸附材料和除臭，污泥活性炭在处理工业有机废水，吸收污水中的氮氧化物，比商品活性炭效果更好，在除臭方面也远远超过硫化氢和甲基硫醇等物质。由于碳化污泥的热值比较高，吸收太阳光热量效果比较好，所以还可以作为融雪剂使用。碳化后的污泥还可以用于园林绿化施工中，改良土壤的性质，提高土壤的透水性和透气性。此外，工业产值比较高的污泥炭化以后，还可以作为生物质原料用于热电厂助燃料。 5 结束语 综上所述，污泥处理处置需考虑产业结构、土地资源、城市化程度等因地制宜地采取合适的技术路线，要尽可能避免二次污染，变废为宝，实现污泥价值的提升，实现循环再利用。 参考文献： [1]戴晓虎.我国城镇污泥处理处置现状及思考[J].给水排水，2012，38（2）：1-5. [2]王硕，陈晓光，陈宇，等.城市污水厂污泥深度脱水研究进展[J].环境科学与技术，2015，38（12Q）：186-190. [3]汤连生，罗珍贵，张龙舰，等.污泥脱水研究现状与新认识[J].水处理技术，2016，42（6）：12-17. [4]宋启辉，仝坤，刘杰，等.辽河油田油泥处理现场实验进展及处置思路[J].油气田环境保护，2018（3）：20-23. [5]张勇.我国污泥处理处置现状及发展前景[J].中国资源综合利用，2014（32）：10.
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  • 《城市地下污水处理厂发展现状及污泥处理分析》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2018-12-11
    • 摘要：随着社会经济的发展，我国的水环境污染的问题越来越突出。建设大型污水处理厂可以有效解决水环境污染的问题。为了对水污染的现况进行改善，生活与投资环境得到优化，各地区纷纷建设了不同工艺类型和处理规模的污水处理厂，而且这些污水处理厂大部分采用的是地上式的。城市污水处理的“污水就近处理回用”作为污水厂选址的优先原则具有动迁困难问题。所以能够使污水就近处理回用的地下污水处理厂成为城市污水治理工程建设的发展趋势和方向。基于此，在接下来的文章中，将围绕城市地下污水处理厂发展现状及污泥处理方面展开详细分析，希望能够给相关人士提供参考。 关键词：地下污水处理厂；污泥处理 引言：随着生态文明建设和城市化的不断发展，城市地下污水处理厂已成为地下空间综合利用和可持续发展的重要方向。为此，文章对城市地下污水处理厂发展现状及污泥处理展开分析，具有重要的现实意义。 一、地下污水处理厂建设存在的主要问题 地下污水处理厂尽管得到了很好的发展，但建设过程中仍存在以下主要问题：首先，规划建设要求高，地下污水处理厂的主体构筑物建于地下，一旦修筑完成再进行改扩建的难度将大大增加。因此在工程可行性研究阶段及设计初期，对地下污水处理厂的整体规划建设要求相对更高；其次，设计施工难度大，建设成本高。地下污水处理厂的建设由众多分项工程组成，涉及到地面景观、深大基坑的开挖和支护以及通风照明等，这些分项设施往往会根据实际情况加大规模或建设标准提高。相应的设计及施工不论从量上还是内容上难度大大增加，成本也相应增加；再次，风险因素高。地下污水处理厂有可能出现有毒气体、污水泄漏等情况，一旦发生，后果将非常严重；最后，地面景观设计单一。目前我国污水处理厂地上景观建设相对单一，设计理念也较为落后，大规模进行园林、湿地、休闲娱乐场所和公园等的建设相对较少，总体功能不够完善。 二、国内外城市地下污水处理厂建设现状 国外像芬兰、瑞典、挪威、美国、英国等国家的许多城市地下大型排水及污水处理系统取得了很好的发展。城市地下污水处理厂的发建设已经走过很长时间。瑞典拥有大型的城市地下污水处理厂，其整个排水系统的污水处理厂全部建设在地下，不论处理效率还是规模都是世界领先的。仅斯德哥尔摩市就有大型排水隧道200km。例如KAPPALA污水处理厂的设计通常采用许多平行的洞室来进行水的净化，一般情况下，污水净化要求洞室长300m，过水断面达到100m2，该处理厂的每个洞室均可满足。日本的地下处理厂也多数采用中隧道式，如神奈川县叶山镇污水处理厂等。其占用土地面积较小，节约了大量的土地资源。此外虽然修建隧道造价比较高，但不需基础工程以及回填等，总体费用相差不大。另一方面，隧道密闭的空间对污水排放的有毒气体有着较好的封闭，对环境污染的可能小较小。国内地下污水处理主要是借鉴国外地下污水处理的理念和技术，在国内运用的过程中发现并解决了许多关键性问题，形成了一套自己的理论和技术，并且取得了非常好的效果。例如香港赤柱的地下污水处理厂、深圳布吉污水处理厂、广州京溪污水处理厂以及昆明第十污水处理厂的成功应用都证明了地下污水处理厂在解决污水方面的重要发展地位和巨大的市场潜力。 三、地下污水处理厂污泥处理分析 地下污水处理厂在对污水处理排放后常残留大量的污泥，而这些污泥中存在有大量的污染物，包括有害的重金属、致病物质以及不可分解的化学物质等等。而我国每年绝大多数污水处理厂将产生的污泥直接填埋或者倾倒，不仅污染了生态环境也威胁到人类的生活安全。因此如何合理的处治污泥已成为人们亟待解决的问题[1]。 （一）典型的污泥处理技术 目前国内外常用的污泥处理技术主要包括以下六类：厌氧消化即通过多种微生物进行氧化处理，使高能的有机物转化为低分子的物质，降低污泥的毒性。污泥好氧发酵，主要为在有氧的条件下通过各类菌对污泥进行有机物分解，进而转变为腐殖质。污泥的石灰稳定，即在污泥中加入一定量的石灰，石灰与污泥发生化学反应生成固体化合物，从而钝化重金属。另外化学反应的过程中也将产生大量的热达到杀菌的作用。热干化技术是污泥通过与热媒的传热作用进行脱水的过程。经过热干化后污泥中的微生物基本灭活，干污泥可用作施肥和建筑原料等。此外污泥焚烧以及生物沥浸也是比较常见的污泥处理技术。污泥焚烧能够最大可能的使污泥无害化和减量化，但是工艺要求如污染气体排放等要求较高。生物沥浸主要依靠硫杆菌为代表的特殊菌对污泥进行深度氧化，除去重金属，进而降低污泥毒性。该技术工艺简单成本较低，已在各大污水处理厂得到应用[2]。 （二）工程实际应用 我国某地下污水处理厂一期工程污水处理规模为11万m3/d，污水处理后主要残留的污泥成份为剩余污泥、初沉污泥、水泥区化污泥以及漏失污泥等。经初步统计，污泥量为2346m3/d，污泥含量较大且出产速度较快，因此选择合理的污泥处理技术至关重要。正如前文所述，目前常用的污水处理技术较多，但是选择适合本处理厂的方法需和工程的实际情况如项目的成本、运行情况等相结合，同时进行必要的改进和衍生。根据本项目实际情况初步确定调理压榨污泥干化、污泥加钙干化和生物沥浸干化3种技术进行比选[3]。 （三）对比分析 从污泥处理前后含水率、污泥含固量以及处理前后对环境的影响等技术性能和工程建设运行等的经济费用两个角度对调理压榨污泥干化、污泥加钙干化和生物沥浸干化3种工艺进行对比分析。从技术性能角度分析，调理压榨污泥干化术优于污泥加钙干化技术和生物沥浸干化技术。从经济费用角度，污泥加钙干化技术运行费用最高，但工程费最低，而生物沥浸干化技术工程费最低，运行费最高，调理压榨污泥干化技术则二者相差不大。另一方面考虑到生物沥浸干化与原设计工艺等相较好结合，处理技术以及方式效果等较为符合我国当前环境、法律法规等要求。因此综合分析该处理厂采用生物沥浸干化污泥处理技术[4]。 结论 简而言之，尽管我国城市地下污水处理厂的建设发展日趋成熟，但仍存在一些问题。涉及到规划建设、投资运营以及景观设计等方面。今后的建设中宏观远期合理的规划是根本，时刻保持警惕，防患于未然是重中之重。此外不断创新加强和合理利用地面资源，优化地面景观设计尚待进一步研究和广泛应用。另外，通过对不同污泥处理技术进行对比分析，综合考虑认为生物沥浸干化污泥处理技术比较适用于本地下污水处理厂的污泥处理，研究结果可为类似工程提供一定的参考。最后，城市地下污水处理厂给生态文明的建设和人类环境友好型的发展带来的效益是巨大的。大规模的建设和推广应用将势必是城市今后至未来主要的发展方向，同时随着近年来城市综合管廊和海绵城市的新型崛起，合理的将地下污水处理厂与综合管廊的有效结合也是一个新的技术革命[5]。
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