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污泥再生利用研究與成套設備開發2021-01-07 10:06:34

  1.污泥處置現狀

  城市生活污水處理后的污泥,一般含水率約80%,富含有機質等營養成分,又含有一定量的重金屬和病毒、病原體、寄生蟲卵等有害物質,污泥處置不當會造成嚴重的二次環境污染。目前國外污泥主要的處置方法是采用污泥的填埋、焚燒及填海,歐美各國主要是填埋和農田利用,日本填海造地的污泥占70%以上;我國污泥主要的處置方法是采用污泥的填埋及焚燒。其處置方法均不能實現對污泥的綜合利用,存在一定的社會及環境問題,不是污泥處置的最佳出路。

  對我國這樣一個發展中國家而言,綜合利用尤其是農業利用無疑是較好的選擇,實現污泥的有效利用、變廢為寶,使之資源化并產生經濟效益,將成為污泥處置的發展方向。

  2.污泥再利用的技術工藝路線

  在城市生活污水水處理的污泥中,一般含水率約80%,有機質成份含量約45%~55%。利用污泥制造有機復合肥過程是將污泥經800℃~1000℃高溫烘干,殺滅病菌、蟲卵,保存有機厲份不受破壞且除去有害菌(進行無害化處理),接入有益菌培養,消除污泥的臭味,增加污泥中的營養元素,再添加氮、磷、鉀有效成分,增加污泥中的養分含量,經造粒、低溫烘干等工藝,將污泥制成具有生物活性、全營養、無公害的有機復合肥。從而為水處理后的污泥找到了很好的出路,并增加了污水處理廠和設備生產廠家的經濟效益、社會效益,使污泥變廢為寶,減少了環境污泥,保護了人類賴以生存的自然環境,同時又有利于生態農業的發展。

  此外,可根據實際情況,在污泥高溫烘干工藝前,增加污泥的晾曬或對漚工藝,高濕污泥經晾曬或堆漚工藝可降低污泥含水率,有效節約烘干能源,從而降低烘干成本;污泥也可直接進入烘干機烘干,減少晾曬或堆漚的使用場地,從而節約占地面積。

  3.污泥臭味解決方案

  污泥未經處理直接造肥其臭味是一個突出的問題。產生臭味的原因是因為城市污水處理廠的污泥含有部分帶有臭味的物質,如硫化物、氨、腐胺類等,所以當將之加工成肥料變成商品來儲存和施用時,仍會向四周散發臭味,繼續污染環境。這樣就大大降低了污泥肥料的商品價值,并將直接影響到肥料在市場的生存和發展,因此必須予以解決。

  目前,對于這種臭味的去除方法主要有:化學方法、物理除臭法、生物除臭法。生物除臭是通過微生物的生理代謝將具有臭味的物質分解轉化,達到除臭的作用。前兩種方法的優點是較為簡捷,其缺點是除臭效果不太好,且不是增加了污泥的堿度就是增加了污泥的體積。生物除臭法的優點是:除臭效果好;經過微生物除臭還可進一步降解污泥中各種大分子元素,增加其利于植物吸收的營養成份;通過污泥除臭依靠微生物發酵產生的生物熱,可使污泥進一步干燥,降低污泥烘干成本;這些具有除臭功能的微生物多是土壤中的有益微生物菌群,它有改良土壤的團粒結構、改善土壤生態環境,抵抗有害微生物的功能。缺點是:除臭所需時間較長,占地面積大。

  考慮到國內許多中小型污水處理廠沒有消化工序,產生的是生污泥,利用生物除臭的方法可以起到污泥消化工序的作用,所以采用生物除臭法較好。試驗表明,利用有益微生物可清除污水處理廠中污泥的臭味,增加了其利于植物吸收的營養成分(如:速效有機碳的含量)。同時通過污泥除臭過程中微生物發酵產生的生物熱,可使污泥得到進一步干燥,降低污泥干化成本,增加污泥肥料的市場競爭力。

  4.污泥烘干有機質損失試驗分析

  通過烘干試驗,污泥經烘干機高溫烘干,烘干高的氮含量2.7%,磷含量為2.45%,鉀含量為0.67%,有機質含量為43.7%,烘干后,氮損失為9.3%,有機質損失為5.7%,其它營養成分變化不大,因此,污泥烘干前后營養成分損失不大。物料造粒后的烘干,烘干后物料的營養成份損失量粗蛋白減少量<6%,氨基酸減少量<2%,氮(N)減少量<2%,磷(P2O5)減少量<0.5%,能夠達到預期效果。

  5.污泥烘干煙氣排放的分析測試

  污泥的高溫烘干生產工藝采用煙氣爐作為干燥熱源,破碎式烘干機作為烘干設備,除塵采用濕式水膜除塵系統,污泥的含水率為80%左右,烘干后污泥的含水率13%,因此煙氣的主要成份為水蒸汽,又由于煙氣爐作為熱源,以煤作為燃料,在烘干過程中,產生少量的污泥粉塵,因此煙氣中又含有少量的二氧化硫及粉塵。經過環保監測,2T煙氣爐排放污染物二氧化硫濃度342毫克/標m3,煙塵濃度140毫克/標m3,煙氣黑度小于林格曼黑度一級,各項結果均達到了《鍋爐大氣污染物排放標準》GWPB3-1999。

  6.大田試驗

  通過污泥、有機復混肥、無機復混肥分別對玉米、小麥、棉花的田間試驗表明,以污泥為唯一肥源的玉米,穗粒數增長5.1%,千粒重增長4.7%,畝產量增長10.1%;以有機復混肥使用效果最好,穗粒數增長11.5%,千粒重增長11.6%,畝產增長20.75%。以污泥為唯一肥源的小麥穗粒數增長10.4%,千粒重增長2.15%,畝產量增長26.0%;以有機復混肥使用效果最好,穗粒數增長22.32%,千粒重增長4.3%,畝產增長44.2%;以污泥為唯一肥源的棉花,畝鈴增長率5.1%,鈴重增長4.7%,畝產量增度10.1%;以有機復混肥與無機復混肥為肥源棉花效果基本相同,但使用有機復混肥可以減少使用無機化肥,從而減少化肥對土壤的毒害作用,且有機復混肥具有有機肥的長效性,連年使用效果更佳。施用污泥后,玉米、小麥、棉花中對人類有害的各項重金屬符合《糧食衛生標準》(GBB2715-81),其在籽粒中的含量也均符合國家糧食衛生標準,試驗表明:污泥作為肥料使用是安全的。

  因此,污水處理廠經二級處理產生的生污泥經過高溫殺菌干燥后,可以用于農業生產。控制好使用量即不會在植物中造成重金屬富積。無論是單施、還是與無機肥料、菌肥混制成活性有機復混肥施用,對植物生長都有較顯著的促進作用。其中以與無機復混肥制成的活性有機復混肥效果最好。它具有無機肥料、有機肥料及菌肥的綜合優點,不但養分含量高、供肥強度強、且養分全面、比例合適、肥效期長、對土壤和農作物沒有毒害作用,能夠改善土壤微生態環境、提高地力。

  因此,將含水率約80%、有機質成份含量約40~55%的高濕污泥,經晾曬、堆漚然后烘干或經800℃~1000℃直接高溫烘干,殺滅病毒、蟲卵,保存有機成份不受破壞且除去有害菌(進行無害化處理),然后經生物除臭,再添加氮、磷、鉀有效成份,增加污泥中的養分含量,經造粒、低濕烘干等工藝,將污泥制成具有生物活性、全營養、無公害的有機復混肥是污泥處置的最佳出路。同時,我們成功地進行了污泥制肥成套設備的研究與開發。目前已制成一條年產5000噸有機復合肥的生產線,并安裝運行于保定市污水處理廠,它是一條利國利民、保護人類賴以生存的自然生態環境、提高污水處理廠的經濟效益的有益途徑。

  7.經濟效益分析

  利用污泥開發制造有機復混肥,可使城市污水處理廠省去污泥的衛生填埋或焚燒費用,提高資源利用率(污泥填埋占用可耕地)。中科院生態環境研究中心的研究表明:每平方米城市污水處理廠污泥引起環境損失值為38元,這不包括其中的運輸費用。保定市污水處理廠年產污泥約為2.7×104m3,每年引起的環境損失值為103萬元,若將污泥加工成活性有機復混肥,年產量為5000噸,年創利潤為100多萬元,因此,利用污泥開發制造有機復混肥在經濟上是可行的,具有顯著的經濟效益。

  8.社會效益分析

  目前,我國擁有已建成及在建、擬建的污水處理廠近千家,隨著國家對環保要求的提高、人們環保意識的增強以及城市化進程的加快,對污泥的處理與利用成了一個迫切的需要解決的問題,污泥處理不好會造成對環境的二次污染,造成一系列的社會問題。利用污泥制造有機復合肥可使污泥化害為利,既減輕了國家對污泥處理的經濟負擔,又對農業生產產生積極的推動作用,發展前景廣闊;同時,杜絕了污泥焚燒和填埋造成的二次污染。

  9.工程應用

  目前,該成套設備生產線已在保定市污水處理廠投入正式生產。該成套設備處理污泥能力為3t/h,每日20小時計算,日處理污泥60噸,每年處理污泥20000噸,生產有機復合肥5000噸。該成套設備生產線工藝先進,結構緊湊,整體性好,便于運輸及安裝調試,自動化程度較高,減少工人勞動強度,提高生產率,增加經濟效益。同時,該項目符合國家能源環保政策。


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