中国给水排水2020年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会 (第十一届)邀请函暨征稿启事
 
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题目:污泥处理处置技术探讨及工程案例分享 报告人:中国市政工程华北设计研究总院有限公司 李成江 顾问总工

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-01-14  浏览次数:94
核心提示:题 目:污泥处理处置技术探讨及工程案例分享 报告人:中国市政工程华北设计研究总院有限公司 李成江 顾问总工
青岛欧仁环境科技有限公司

2020年中国无废城市建设及固废资源化利用可持续高质量发展大会
 
 

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题  目:污泥处理处置技术探讨及工程案例分享 

报告人:中国市政工程华北设计研究总院有限公司 李成江 顾问总工 

 


 中国市政工程华北设计研究总院总工程师李成江针对污泥处理滞缓现象提出,污泥处理处置项目大多与污水厂建设脱节,污泥处理处置没能同污水处理一样严格执行量化考核,是导致污泥处理处置建设滞后的主要原因。 

透过经典示范工程 看我国污泥处理处置技术发展方向(来源:中国给水排水  微信号: cnww1985)


高视角总结我国污泥处置技术现状,结合国内几个引人注目的经典示范工程,前瞻性地指出我国污泥处理处置技术发展方向——污泥处理从减容、减量、稳定化、无害化向资源化过渡发展;选择污泥处理处置工艺路线要因地制宜,在一座城市可有几种方式,实现互补。

污泥处理

李成江:中国市政工程华北设计研究总院有限公司总工教授级高工(本文根据作者在“第七届中国城镇污泥处理处置技术与应用”会议报告整理)

一、污泥处理处置现状

目前,各种污泥处理主流工艺在国内都有不少应用案例,普及程度低。

总体看,形式单一,稳定化、减量化程度不高。部分城市污泥处理主流工艺仍为浓缩脱水外运,脱水污泥含水率为50--80%左右,减量化、稳定化效果不明显。后续处置问题多,目前应用较多的深度脱水没解决稳定化问题,仅为过渡方案。

污泥处理处置能力不足,污泥处理处于建设的普及阶段。

污泥处理处置关键技术与设备还不能满足工程的需要;污泥深度脱水技术与设备的开发(降低药耗减少二次污染);污泥消化技术需进一步优化提高;各种堆肥技术与设备的开发;污泥热干化、焚烧技术与设备的集成开发;污泥堆肥后土地利用的潜在环境风险跟踪研究。

污泥处理处

污泥处理

污泥处理处置途径

国内污泥处理主要单元技术有;污泥热水解预处理、厌氧消化、深度脱水、好氧堆肥、热干化、单独焚烧、协同焚烧、石灰稳定等。

在技术路线选择上,应综合考虑污泥泥质特征、当地的土地资源、环境背景状况、经济社会发展水平等因素,在减容、减量、稳定化、无害化基础上充分考虑资源化。因地制宜地确定本地区的污泥处置方式或组合。

目前污泥处置的主要方向

南方大城市以污泥干化、焚烧填埋或建材利用为主,堆肥土地利用(绿化为主途径)为辅(深圳、杭州、上海、重庆)▶北方大城市以污泥厌氧消化、干化综合利用为主、堆肥土地利用为辅。(北京、天津、长春、青岛)

中等城市以污泥厌氧消化、堆肥土地利用为主(绿化)

从低碳经济、循环利用角度分析,优先序为

高温热水解预处理——厌氧消化—深度脱水—高温好氧发酵—土地利用

高温热水解预处理—厌氧消化—深度脱水--干化—土地利用/建材利用

脱水污泥--高温好氧发酵—土地利用

污泥热解—回收蛋白—深度脱水—绿化用土/建材用土/燃料

污泥干化--焚烧—建材利用/填埋

污泥干化—(水泥窑/电厂/垃圾厂/陶粒)焚烧—建材利用

过渡期或应急处理可采用

石灰处理/改性—土地利用

二、经典示范工程

1、污泥厌氧消化

1)天津市津南污水厂高浓度污泥厌氧消化(循环经济示范工程)

津南污水处理厂近期污水55万m3/d、污泥800t/d(含水率80%)

污泥处理工艺:高浓度污泥厌氧消化+板框脱水+干化

干化后产生含水率40%的污泥202t/d,交天津市环境建设投资有限公司作为生产有机肥料的原料。

污泥脱水和消化产生的高浓度滤液2000m3/d,采用“磷酸铵镁除磷+ANAMMOX菌脱氮”工艺,处理后出水排至津南污水厂进水区进行再处理。除磷产生的鸟粪石500t/d,作为肥料外售。

本项目厂区占地面积6公顷,投资约59963万元

污泥处理

津南污泥处理厂厌氧消化系统

2)长沙污泥集中处置工程---高温热水解厌氧消化

规模500m3/d,其中餐厨垃圾66m3/d,混合污泥有机物含量53%

提高消化速率,减小污泥消化时间,污泥的流动性更强,可提高进入消化池污泥浓度,减小消化池容积约40-50%▶污泥处于高温、高压环境下,细菌、病毒等基本均被灭活,因此经消化处理后的污泥细菌指标可达到美国EPA503中A级农用标准;

高可溶解COD,沼气量得到较大的提高,沼气中H2S的含量更低,更有利于沼气的利用,消化过程中泡沫的产生量极少,污泥臭味小;

热水解消化后的污泥,经板框脱水含固率可以达到40%,可以减少污泥热干化的蒸发量。

工程总投资37785.36万元▶单位生产成本347.9元/吨湿污泥

单位经营成本161.36元/吨湿污泥

污泥处理处

长沙污泥集中处置工程

污泥厌氧消化工艺总结

污泥厌氧消化技术是一种有效、低成本的污泥稳定化技术,随着国内污泥有机质含量的升高+污泥厌氧消化技术的提高,工程应用逐步增加。原因,生物能回收率高、碳减排、综合成本低、环境友好。

随着民众环境意识的增强。污泥厌氧消化系统建在污水厂内,比单独建设污泥处理厂更容易实施。

高浓度污泥厌氧消化、高温热水解污泥厌氧消化在一段时间会共同发展。

加快工艺与设备国产化将促进该技术的发展。

高效污泥厌氧消化+高效脱水+干化的污泥解决方案系统完整、适应面宽。

投资与运行成本接近污泥好氧堆肥。碳减排量更大,碳足迹更低。

2、污泥深度脱水

当污泥含固率要求达到30-50%时,一般采用板框脱水机,污泥的调理需要加石灰、无机絮凝剂。目前国内正在开展这方面的研究与示范,已实施了多项工程。同时,通过其他方式降低污泥表面吸水性减少调理剂用量的污泥深度脱水方法也在不断诞生,如,臭氧氧化+催化污泥深度脱水、污泥碱式热水解深度脱水技术、低温碳化技术等。

污泥处理

石灰铁盐调理污泥深度脱水项目

污泥处理

臭氧氧化+催化污泥深度脱水项目,脱水污泥含水率小于60%。

体会

常温臭氧氧化+催化、污泥碱性热水解二种污泥深度技术脱水仅需按常规加药量都可使污泥含水小于60%,在满足深度脱水要求前提下为污泥后续处理留有更多选择。

污泥处理

污泥处理

热干化实例

国内某240t污泥/d的二段干化工程,投资1.8亿元,热源用天然气。

国内某100t污泥/d的二段干化工程,投资1.4亿元,(包括二期100t污泥/d的厂房)热源为垃圾焚烧厂的蒸汽,经营成本246元/t污泥。

国内某400t污泥/d的带式干化工程,初步设计概算为18634万元,单位生产成本为303元/吨湿污泥占地0.95公顷。

干化热源热电厂的烟气转换成90℃的热水,将湿污泥干化至60%含固率后填埋。

污泥处理

3、污泥干化焚烧

湿污泥循环流化床一体化焚烧工艺及特点

污泥处理

示范工程

 

污泥处理

杭州七格污水厂100t/d污泥焚烧示范工程外观

污泥处理

100t/d循环流化床一体化污泥焚烧炉

污泥处理

污泥处理

污泥干化焚烧体会与问题

在土地资源稀缺与人口密度较高东部区域干化焚烧是污泥处理处置的重要出路。

污泥焚烧选址困难(在污水厂内、协同焚烧)

加强工艺与设备成套技术研发有利于推进工程应用

设备制造与投资结合是技术产业化的主要力量

三、污泥处理技术发展方向

1、日本的污水高效分离+污泥高效高温消化

日本的污泥处理处置基本上以焚烧后建材利用或填埋为主,总体污泥利用率2010年为77%,2010年内阁会议要求到2020年污泥的综合利用率达到85%,并以回收生物能为资源化利用的主要途径,优先采用节能高效的污泥浓缩、高效率厌氧消化,消化污泥脱水后经固体燃料化变成燃料或肥料。

日本最新开发的污水处理新技术示范工程;污水采用高效分离提高SS去除率,可大大节省二级生物处理的能耗,同时增加污泥产量,污泥处理采用高效高温厌氧消化(在厌氧消化罐投加填料、温度50度左右),全系统生物质回收量增加,能耗大大降低,建设费用与运行成本也相应降低。分别为,建设费用降低25%,运营费用降低38%,温室气体降低44%、电力使用量减少58%的增和效果。

污泥高温热水解加厌氧消化,脱水污泥干化后可以做肥料或燃料。与传统厌氧消化比,污泥中N、P含量明显增加,原来的N含量是2.6%,P是4.69%,现在是9.14和18.36%,肥效明显提高。

污泥处理

2、污泥超高温好氧发酵(发酵温度最高达120℃)

资料显示一般污泥好氧发酵,发酵温度最高不超过80℃,本技术可通过YM细菌分解有机物自然发热至120℃,一般运行温度为90℃-120℃。

发酵后含水率低于35%,减量可达80%。

由于发酵温度高,水分得到充分蒸发,发酵后含水率低于35%。同时发酵彻底,剩余物质少,减量可达80%。一般好氧发酵减量不超过50%,发酵时还需添加秸秆等辅料,处理后污泥体积基本未减少。污泥超高温好氧发酵不需添加任何辅料,成本低。

YM菌超高温发酵只需把发酵后的产物与污泥混合,经过适宜的发酵周期即可完成发酵,发酵不需添加任何辅料,成本相应降低。

污泥处理

污泥处理

污泥超高温好氧发酵项目

四、污泥处理处置的发展

污泥排放的严格监管是污泥处理处置的前提与动力。

选择污泥处理处置工艺路线要因地制宜,在一座城市可有几种方式,实现互补。

近几年污泥处理的技术研讨与工程实践为污泥处理工程的普及建设起到了指导作用。

随着碳减排要求的提高,污泥处理从减容、减量、稳定化、无害化向资源化过渡发展。

技术发展方向

污泥热水解厌氧消化

高浓度污泥厌氧消化

高效污泥脱水技术

污泥碳化技术

污泥干化/焚烧

污泥高效堆肥技术

高氨氮污水厌氧氨氧化

回收消化液氮、磷的技术






谁说污泥处置跟不上环保步伐?

目前我国的污水处理事业得到了空前的发展,技术水平已接近发达国家。然而,污泥处理处置相对滞后,污泥处理处置项目大多与污水厂建设脱节。“预计‘十三五’是污泥处理处置建设高峰期,世界先进的污泥处理技术将会得到广泛采用,从而将我国的污泥处理技术提高到一崭新水平。”中国市政工程华北设计研究总院总工李成江认为。

污泥处置跟不上污水步伐?

 

早期,污泥处理处置没能同污水处理一样严格执行量化考核,成为导致污泥处理处置建设滞后的主要原因。


有了污水处理行业作为领跑者,污泥处理怎能落后?自2010年前后行业期刊广泛开展污泥处理处置技术的研究与学术交流,国内污泥处理处置方向基本明确,相应的法规、技术标准正在不断完善,结合中国国情充分借鉴国外成功经验的污泥处理处置工程正在开始规划建设。 


实际上,我国政府对污泥处理处置也早已重视。按照国务院办公厅印发的《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》,直辖市、省会城市和计划单列市的污泥无害化处理处置率达到80%,其他设市城市达到70%,县城及重点镇达到30%。 


按目前的建设速度污泥处理率在“十三五”期间会有大幅提高,但是,要达到“十二五”规划提出的目标还需作出很大努力。 目前,我国各种污泥处理主流工艺在国内几乎都有应用案例,数量少、普及程度低。


李成江说:“目前,我国污泥处理处置工艺形式单一,稳定化、减量化程度不高。总体来说,污泥处理处置设施能力不足,污泥处理处于建设的初级阶段。”


在他看来,目前,行业内的问题是,污泥处理处置关键技术与设备还不能满足工程的需要;污泥深度脱水技术与设备的开发(降低药耗减少二次污染);污泥消化技术需进一步优化提高;各种堆肥技术与设备的开发;污泥热干化、焚烧技术与设备的集成开发;污泥堆肥后土地利用的潜在环境风险跟踪研究。

 

此外,我国大部分城市污泥处理主流工艺仍为浓缩脱水外运,脱水污泥含水率为50--80%左右,减量化效果不明显。后续运输处置问题多,目前应用较多的深度脱水不解决稳定化问题,仅为过渡方案。


从我国污泥的泥质分析看,存在处理困难也不是没有原因的。由于污水是污泥的产物,污泥成分复杂。污泥热值和国外也存在较大差异。比如,我国城镇污水处理厂污泥VSS含量基本为40~60%干基热值为2200~2900kcal/kgDS,欧盟、日本等发达国家VSS含量基本为70~75%;污泥热值为3800~4100kcal/kgDS有利于污泥的生物质回收及最终焚烧处理。


“同时,污泥含砂量也是污泥处理过程中值得注意的因素,目前这方面研究工作正在加紧开展。”李成江表示,随着经济转型和城市生态环境的改善,市政污泥的有机物含量、VSS含量、热值不断提高,重金属含量不断降低,污泥利用价值也随之提高。

 

到底有没有好技术可用?

 

形势如此严峻,污泥处理处置有哪些技术可用,能否解决现存问题成为行业内关注的焦点。

 

据李成江介绍,目前国内污泥处置途径,主要污泥处理单元技术有 污泥热水解预处理、厌氧消化、深度脱水、好氧堆肥、热干化、单独焚烧、协同焚烧、石灰稳定等。“在技术路线选择上,应综合考虑污泥泥质特征、当地的土地资源、环境背景状况、经济社会发展水平等因素,在稳定化、减容、减量、无害化基础上充分考虑资源化。”

 

实际上,不少地方的污泥处理处置是因地制宜的,无论采用单一方式还是组合方式,都考虑了当地的特点。比如,我国南方大城市像深圳、杭州、上海、重庆等地,以污泥干化、焚烧填埋或建材利用为主,堆肥土地利用以绿化为主途径的为辅助。


在长沙,长沙污泥集中处置工程采用高温热水解厌氧消化技术,工程规模500m3/d,其中餐厨垃圾66m3/d,混合污泥有机物含量53%。热水解消化后的污泥,经板框脱水含固率可以达到40%,可以减少污泥热干化的蒸发量。 


而在北方大城市如北京、天津、青岛等地,多以污泥厌氧消化、干化综合利用为主、堆肥土地利用为辅。以天津市津南污水厂为例,近期该厂处理污水55万m3/d、污泥800t/d(含水率80%),采用高浓度污泥厌氧消化+板框脱水+干化 技术,实现了“两个资源化”。


一个是,干化后产生含水率40%的污泥202t/d,交给天津市环境建设投资有限公司作为生产有机肥料的原料。另一个是,污泥脱水和消化产生的高浓度滤液2000m3/d,采用“磷酸铵镁除磷+ANAMMOX菌脱氮”工艺,处理后出水排至津南污水厂进水区进行再处理。除磷产生的鸟粪石500t/d,作为肥料外售。 


此外,中等城市以污泥厌氧消化、堆肥土地利用为主,利用于绿化途径的案例也不少。


李成江介绍说,近几年污泥处理的技术研讨与工程实践为污泥处理工程的普及建设奠定了基础。未来,污泥排放的严格监管是污泥处理处置的前提与动力。随着碳减排要求的提高,污泥处理从稳定化、减容、减量、无害化向资源化发展 。



李成江总工:优势与关键数据

节约土地:由于采用高效处理技术的集成化设计,地下污水厂占地面积仅为地上式的 1/3左右。在我国南方污水厂进水浓度低, 采用MBR工艺占地约0.2m2/m3水,在北方地区占地会稍高些。 采用A/O+深度处理工艺占地可控制在0.3m2/m3左右。

土地利用效率:地下污水厂可与地下停车场、地上写字楼、地上公园合建,大大提高土地利用效率。

再生水就地回用:地下污水厂可建设在市中心区域,便于再生水的循环利用,有利于节能减排实现绿色可持续发展。深圳市布吉污水处理厂是全国首座20万m3/d全地下式污水处理厂,占地面积5.95公顷,总投资约6.23亿元。

出水热能回收:利用水源热泵技术可实现水中热能回收,给污水厂周边区域提供供热或制冷。节能效果明显。

投资与运行成本:投资较地上污水厂增加 20%~30%,处理成本增加 20%左右。但是它带来的其它效益足以弥补投资与运行成本的增加,从整体考虑是经济的。投资与运行成本 南方为3500-5000元/m3,北方为 4000-6000元/m3

日本大阪津守地下式污水厂

工艺与空间布置

地下污水厂多采用主体构筑物组团布局共壁合建的箱体式构筑物,工艺多采用高效理单元技术组合、生物处理的核心段多采用改良AAO、MBBR、MBR、BAF;深度处理依据去除对象的不同多采用深床过滤、活性砂过滤,高效沉淀、磁混凝沉淀,纤维过滤、滤布滤池、超滤等占地少、效率高的工艺。根据地下污水厂特点配备,高标准除臭工艺、通风及消防、地下高效采光、应急安全设施等先进技术,使整体工艺在适应污水厂地下模式的同时,实现高出水标准及绿色节能。

在生物处理核心段,采用改良AAO工艺较多,该工艺目前在国内的运用已经十分成熟、可靠程度高,AAO方案流程较长,但运行成本较低。MBBR工艺通过控制流动填料在生物反应池内的比例,可以形成活性污泥与生物膜法的共生系统,也可以形成以生物膜法为主要处理功能的生物膜系统,该工艺更适合作为地下式污水处理厂升级改造、改善出水水质的情况。鉴于目前改善水环境和污水资源化的需要,如北京、合肥、天津、呼和浩特等多座城市均提出了更严格的出水标准,该工艺良好的弹性可为以后水质再提高奠定基础。MBR工艺生物池污泥浓度高,所需生物池体积小,深度处理多半仅需要消毒处理即可,在以上几种工艺中最节省占地,但是MBR附属设备偏多,运行操作要求高且膜清洗需耗费较多的人力物力,膜更换费用较高。深度度处理部分需要对出水的氨氮、总氮进一步把关时,可选择兼具除氮、SS功能的深床滤池、活性砂滤池;以除磷、SS为目的可以选择高效沉淀、磁混凝沉淀,纤维过滤、滤布滤池、超滤等处理单元或单元组合。

在平面布置与竖向上的考虑,地下污水厂集中在有限的地下箱体内,要统筹协调好工艺、各种管线、通风除臭、消防、交通、运营维护各方面的关系,保证有机衔接,实现集约化的集成,从而有效节约空间减小地下箱体体积,达到节省投资的目的。工艺选择上,宜选择高效处理单元组合,平面上满足功能分区,便于安排除臭、管线综合,供电、风机、加药、消毒、污泥脱水与工艺之间的有机衔接。尤其要注意构筑物内的电气、除臭、地下空间通风、消防、事故排水安全等设计。景观设计是地下污水厂的亮点,要结合地下箱体顶部的承重能力合理配置景观、灌木、树木等。

典型地下式污水厂构造

工程应急预案

地下式污水处理厂其应对突发事件的能力相对地上式污水处理厂需要大大加强,为了防止意外事故的发生 在各专业的设计中均考虑了相应的措施,主要措施如下:

(1)污水处理厂按规范要求负荷等级为二级负荷,考虑本污水处理厂一旦停电,将造成较大的经济损失,因此为提高供电的可靠性,应由双路电源供电,两路电源同时工作互为备用,以保证污水处理厂的正常生产及事故情况下的用电安全。

(2)为保证在紧急情况下人员的安全疏散,在地下通道、地下建筑物内设应急照明灯具及疏散指示标志,并采用蓄电池组供电,供电时间不低于30min,确保地下构筑物工作人员的安全疏散。

(3)为保证事故排烟风机、消防设施的安全运行,采用单独敷设的安全消防专用回路供电,并采用两路电源末端切换,保证事故排风机的正常运行;消防线路穿管暗敷在不燃烧体结构内,并保证保护层厚度不应小于30mm。

(4)进水处设置液控速闭阀和手电两用闸阀两道保护,当发生意外停电时,液控速闭阀自动关闭,闸阀利用高能量的蓄电池组供电将闸阀关闭,避免污水淹没污水厂。

(5)在意外事故发生时,自控系统将自动进入到安全模式运行,例如:即使在不停电的状态下原污水进水水位超过警戒水位,系统会指令进水闸门关闭,避免进水淹没地下污水厂。

(6)消防用水采用市政水和中水两套独立方案供水,确保消防用水的可靠性。并且在每个消防分区,两套供水均有消火栓接口,并分别独立满足规范要求的间隔。并且在每个消防分区再设置可移动灭火器。

(7)通风系统采用自然通风和机械通风相结合的方式,即使在极特殊情况下的停电仍可利用自然通风进行一定的换气。来源:给水排水

 


 
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