浅谈污泥的处理与处置_ppt

浅谈污泥的处理与处置,-余滔,目录,随着世界经济的发展，工业和城市生活污水的排放量日益增多，据统计，2005年全国有城市污水处理厂792座，污水年处理能力为186.0亿立方米，污水处理率为51.7%，干污泥年产量为372万吨。,背景介绍,污泥是污水处理后的产物，是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污水污泥约占处理的污水量的0.3%0.5%（以含水量为97%计）。,污泥的形成,污泥的分类,按来源分：生活污水污泥、工业废水污泥和给水污泥。按处理方法和分离过程分：沉淀污泥及生物处理污泥。按污泥的成分和某些性质分： 有机污泥和无机污泥；亲水性污泥和疏水性污泥。按污泥处理的不同阶段分：生污泥或者新鲜污泥、消化污泥、脱水污泥、干化污泥。,污泥的主要特征,含水率高(可高达99%以上),有机物含量高,容易腐化发臭,颗粒较细,比重较小,呈胶状液态。污泥是介于液体和固体之间的浓稠物,可以用泵运输,但它很难通过沉降进行固液分离。,污水污泥中的主要污染物,1.病原微生物2.污泥盐分污染3.氮磷等养分污染4.有机物高聚物污染5.重金属污染6.激素类物质,处理与处置原则,污泥中的成分极其复杂，既含大量有机质，又含有害的重金属、病原微生物等，处理和处置费用高、堆放风险大。污泥处理处置一般原则主要有以下四个：减量化 、 稳定化 、无害化 、资源化,国内外处置情况,目前污泥处置方法主要有：卫生填埋、焚烧、污泥热干化、农用堆肥、建材利用等。,海洋倾倒,未对污泥进行任何实质性处理便将其直接倾倒入海洋。所含重金属元素通过食物链进行富集从而对人类甚至生态系统造成严重的后果；污泥中可能富含的N、P 等营养元素过剩极易导致水体富营养化而出现赤潮。目前基本所有国家都禁止海洋倾倒。,卫生填埋,污泥的卫生填埋是一种传统的处理方法。主要包括污泥单独填埋以及和固废混合填埋。优点:投资较少、容量大、见效快。问题：各种有毒有害物质可能进入水和大气中污染环境；土地限制。,污泥干化和热处理,污泥干化能使污泥显著减容，体积可以减少4-5倍，产品稳定、无臭且无病原生物，干化处理后的污泥产品用途多，可以用作肥料、土壤改良剂、替代能源等。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,污泥农用堆肥,污泥中富含有机物和N、P、K等营养元素及植物所必须的各种微量元素Ca、Mg、Cu、Zn、Fe等主要利用形式：污泥用于农田、菜地、果园、林地、草地、市政绿化、育苗、园艺、废弃矿场等场地的改良等多数研究表明：污泥的有害成分进入土壤后一般不会立刻造成大量污染，但若长期大量使用，负面效应则会出现。堆肥过程中还存在大量的细菌，因此安全性还有待于提高。,污泥焚烧,焚烧是对污泥病原体和有机物去除的最有效方法，通过燃烧，污泥中的机物全部碳化，杀死病原体，最大限度地实现污泥的减量化。污泥在焚烧前必须脱水，焚烧时产生有毒有害气体，重金属也会随烟尘扩散而污染空气，焚烧成本是其他处理工艺的2-4倍。,污泥建材利用,由于污泥中往往含有20%-30%无机物，主要是硅、铝、铁、钙等，与许多建筑材料常用的原料成分相近，适当的调节SiO2、P2O5、Ca等物质的含量及其比例，严格控制焚烧灰渣中的重金属含量，确保满足建材使用安全要求，那么污泥建材化在技术上是完全可行的。主要包括污泥制陶粒 ；污泥制砖 ；污泥制纤维板 ；污泥制生态水泥。,其他新处理方式,污泥其它处理处置方法主要有：污泥改性制活性炭、臭氧消除剩余污泥、制吸附剂、用作粘结剂、利用蚯蚓、污泥油化、降解氯代化合物等,热干化处理,热干化是通过各种加热手段导入热量，使水分蒸发来进行的固-液分离操作。污泥干化或半干化事实上是污泥资源化利用的第一步。污泥经干化后，性状得到很大程度上的改变，利用价值大大提高,干化技术的优点,(1)减量化；(2)干化后形污泥性质稳定；(3)污泥干化后没有臭味，使后续污泥处理工艺变得容易；(4)产品具有多种用途。所以无论填埋、焚烧、农业利用还是热能利用，污泥干化都是重要的第一步，这使污泥干化在整个污泥管理体系的重要性越来越突出。,污泥热干化,污泥中水分的存在形态示意图,水分在污泥中有4种存在形式：间隙水（70%）、毛细管结合水(20%)、表面吸附水(7%)、内部水(3%),污泥干化方法及分类,按热介质与污泥接触的方式可分为：1.直接加热式：热气与污泥通过直接接触混合进行能量传递，使污泥中水分得以蒸发并最终得到干污泥产品，这种方法主要代表有转鼓、流化床等；2.间接加热式：将燃烧炉产生的热气通过蒸汽、热油导入另外的介质(如转盘)进行热传递，加热器壁，间接加热污泥，去除水分，这种方法主要代表有螺旋、圆盘、薄层、碟片、浆式等；3.“直接-间接”联合式干化：即是“对流-传导技术”的结合。4.热辐射加热式。有带式、螺旋式等。,按干化设备进料方式和产品形态大致分为两类：一是直接干化法，就是污泥脱水后没有任何预处理，直接进入干化机进行干化。二是干泥返混干化法，这种方法是将干化后的污泥中部分粒径过大以及过细的污泥颗粒返回与湿污泥混合形成含固率达60-80%的小球状物，使污泥直接跨越污泥存在的粘滞区，再进行干化。,加速阶段,干燥特性,恒速阶段,减速阶段,温度对污泥干燥特性的影响,表观特性对污泥干燥特性的影响,特性分析,(1) 对恒速干燥阶段：干燥速率与污泥本身无关(2) 对减速干燥阶段：干燥速率主要取决于物料本身性质, 外界因素影响较小(3) 对恒速干燥阶段, 可适当采用较高温度；对减速干燥阶段, 可采用较低的干燥温度, 以达到节能降耗的效果。(4) 不同的干燥温度不仅影响干燥速率, 干燥效果也不同, 考虑到对物料的不同要求, 因此物料的干燥还要综合考虑环境里空气的流速、温度和湿度等外部条件。,污泥干化工艺介绍,流化床干化工艺立式盘式干化工艺间接转鼓干化工艺直接转鼓干化工艺离心干化技术卧式圆盘干化器薄膜干化器滚筒干化器,流化床干化工艺,立式盘式干化工艺,间接转鼓干化工艺,直接转鼓干化工艺,其他工艺,离心干化技术卧式圆盘干化器薄膜干化器滚筒干化器,污泥焚烧,污泥焚烧基本原理,污泥单一焚烧方式、混煤焚烧方式、新的热处理技术,基本原理,污泥焚烧或燃烧可以完全认为是污泥中有机物的氧化过程,在产生稳定飞灰的同时排放出一定量的烟气。污泥中的 C、H、S成分或可能包含的 NH3 等都可以进行燃烧化学反应, 放出热量。在完全燃烧的情况下, 排放出 CO2 、H2O、N2 、NOx 及 SO2 等气体,但污泥焚烧不可能完全焚烧彻底, 因此同样会排放出 CO。,污泥的含水率愈大, 干燥阶段也就愈长, 从而使炉内温度降低。水分过高, 炉温将大大降低, 着火燃烧就困难, 此时需投入辅助燃料燃烧, 以提高炉温, 改善干燥着火条件。,焚烧过程,干燥加热阶段,从污泥送入焚烧炉起到污泥开始析出挥发分着火,焚烧阶段,物料基本上完成了干燥过程后, 如果炉内温度足够高, 且又有足够的氧化剂, 物料就会很顺利地进入真正的焚烧阶段。,燃尽阶段,参与反应的物质浓度自然减少，反应生成的惰性物质, 气态的 CO2 、H2O 和固态的灰渣增加,(1)强氧化反应(空气作氧化剂)C + O2 CO2 ；2H2 +O2 2H2O ；S+ O2 SO2(2)热解如：C6H10O5 2CO +CH4 +3H2O +3C(3)原子基团碰撞,燃尽阶段的特点可归纳为: 可燃物浓度减少, 惰性物增加, 氧化剂量相对较大, 反应区温度降低。,污泥焚烧的影响因素,停留时间污泥在焚烧炉内停留时间的长短直接影响焚烧的完善程度,停留时间也是决定炉体容积尺寸的重要依据。焚烧温度与污泥的燃烧特性有直接的关系；大多数有机物的焚烧温度范围在 800 1 100之间, 通常在 800 900之间。污泥的性质污泥的热值、成分、含水量等是影响污泥焚烧效果的主要因素。污泥含水率过量空气系数,污泥焚烧设备,多炉膛焚烧炉( MHF),炉排式污泥焚烧炉,回转窑式污泥焚烧炉( 转炉),流化床焚烧炉,流化床的基本工作原理是利用炉底布风板吹出的热风, 将污泥悬浮起呈沸腾( 流化) 状进行燃烧。一般采用载体( 砂子) 进行流化, 再将污泥加入到流化床中与高温的砂子接触、传热进行燃烧。流化床焚烧炉的炉型, 按照流化风速及物料在炉膛内运动状态, 可分为鼓泡流化床和循环流化床两大类。,工艺流程,特点,流化床内气固混合强烈, 传热介质速率高, 单位面积处理能力大, 具有极好的着火条件。流化床炉采用石英砂作为热载体, 蓄热量大, 燃烧稳定性较好, 燃烧反应温度均匀, 很少局部过热.。流化床焚烧炉的优势还在于有非常大的燃烧接触面积、强烈的湍流强度和较长的停留时间。,流化床燃烧温度在 800 900之间, 过量空气系数小, 氮氧化物生成量少, 有害气体生成易于在炉内得到控制, 是新一代“清洁”焚烧炉, 极具发展前途。流化床焚烧炉无运动部件, 结构简单, 故障少, 投资及维修费低。但工艺操作则比一般机械炉要求高些。可连续加料、连续出料, 操作可自动调节, 因此可广泛地用来处理各种固体废物及污泥。,对于污泥焚烧, 流化床不管什么来源的污泥, 只需干物质含量达到 45%( 半干化) , 不需要额外的热能就可以自己燃烧, 到达热平衡, 而且焚烧产生的热量足够满足半干化干燥机。因此对于难于在多膛炉、炉排焚烧炉上焚烧的污泥, 采用流化床焚烧技术是很合适的。,带式炉,新炉型带式炉炉型, 结合多膛炉和流化床炉的优点，它将多膛炉结构单元置于流化床炉顶部, 用于预热干燥污泥, 这样, 焚烧炉就不需辅助燃料而能进行污泥的干燥预热了。,污泥熔融焚烧炉,预先干燥的污泥在超过灰熔点的温度下进行焚烧( 一般在 1300 1500),污泥熔融焚烧炉,能对污泥中有机物进行热处理, 也可以形成比其他焚烧方式形成的密度大 2 3 倍的熔化灰, 从而达到污泥减容的目的。熔炼处理焚烧能将污泥灰转化成玻璃体或水晶体物质,此时, 重金属以稳定的状态存在 SiO2等玻璃体或水晶体中, 并且不会溶出( 被过滤) 而损害环境, 炉渣也可用作建筑材料。,干化焚烧联合工艺,污泥混烧技术,在燃煤发电厂混烧污,燃煤流化床炉中的污水污泥混烧,与固体废弃物混烧焚化技术,在燃煤发电厂混烧污,污泥占燃煤总量的 5% 以内, 对于尾气净化以及发电站的正常运转无不利影响。,燃煤流化床炉中的污水污泥混烧,与固体废弃物混烧焚化技术,污泥和固体废弃物混合燃烧原则性流程图,污染物的排放及其控制,污泥燃烧过程的污染物，主要有以下三个方面:(1)重金属;(2)固体废弃物( 残渣) 的处理;(3) 污泥焚烧产生的烟气( 含粉尘、有毒有害气体等) 的排放。,污泥焚烧产生的污染物,(一) 重金属来源于工业企业, 并且已经扩散到了家务、地表面活动、污水排泄管的侵蚀。存在形式主要有氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐和硫酸盐根据国内有关城市污泥重金属的报道资料, 我国的城市污泥重金属含量普遍低于欧美等国家,重金属,在较高的焚烧温度下, 大部分金属都被蒸发了, 当烟气冷却时, 它们凝固在飞灰的颗粒表面。研究表明: 78% 98% 的Cd、Cr、Cu、Ni、Pb 和Zn 固定在飞灰中, 98% 的Hg 可能随着烟气一道被排放到大气中。灰分中金属的分布并不均匀, 重金属如Pb、Cd、Cu 和Ni 一般位于灰核附近位置, 而轻金属Si、Al、Ca、Na、K 等则分布在飞灰颗粒的表面。,( 二) 二噁英类物质聚合氯代二苯并- 对- 二噁英( PCDDs) ,存在75 种异构体。聚合氯代二苯并呋喃(PCDFs ) 具有和PCDDs 类似的性质, 存在135 种异构体。这两者合起来统称为二噁英类。,二噁英类物质,二噁英类物质,二噁英是一类非常稳定的亲油性固体化合物, 其熔点较高,分解温度大于700, 极难溶于水, 可溶于大部分有机溶液, 所以容易在生物体内积累。二噁英是迄今人类所发现的毒性最强的物质。可影响细胞分裂、组织再生、生长发育、代谢和免疫功能。因此, 二噁英被称为“ 毒素传递素”, 影响和危害正常人体系统, 如内分泌、免疫、神经系统等。,二噁英类物质,通常认为燃烧含氯金属盐的有机物是产生二噁英的主要原因, 其中金属起催化剂作用, 如FeCl3、CuCl2 可以催化二噁英的生成。焚烧过程中温度在250 650 之间时会生成二噁英, 且在300 时生成量最大。,飞灰,( 三) 飞灰污泥的高灰含量导致烟气中很高的灰浓度。离开燃烧室的烟气含灰量可达6000mg /m3 , 这主要与燃烧方式、炉膛结构以及污泥的灰含量有关。,其他污染物,( 四) 其他污染物有机碳和酸性气体, 如NO、SO2 、HCl 、HF 和N2O、CO 等其他污染物污泥中S 的含量与煤中S 含量相当, 并在污泥焚烧过程中全部转化为SO2 , 而N 的含量是煤中的好几倍, 因此污泥燃烧会产生更多的NOx 和N2O。,焚烧污染物的排放控制,飞灰：在大多数固体废弃物和污泥焚烧工厂中, 静电除尘器常用于除去飞灰。重金属：国内外对于由于焚烧引起的重金属污染的控制技术, 可分为焚烧前控制、焚烧中控制以及焚烧后控制三方面。酸性