本文通过分析天津东郊污水处理厂污泥厌氧消化、机械脱水工艺的运行数据得出了:污泥消减量、单位污泥产气量等消化池运行工艺参数;絮凝剂选择、用量与污泥机械脱水效果的关系。还对咸阳路污水处理厂的进口污泥干化设备进行了研究,了解了污泥热干化技术和设备概况。同时对污泥的资源化途径进行了分析讨论,提出了相关建议。
关键词: 厌氧消化,污泥机械脱水,污泥干化,污泥资源化
前言
天津创业环保股份有限公司是一家大型水务建设与运营公司,随着公司投入运营的污水处理厂逐渐增多,污水处理能力不断提升,污泥的产生量也越来越大。
污泥虽然有机物含量高,有一定肥效,但它含水率高,体积大,有恶臭、含大量致病微生物、杂草种子,重金属含量偏高,未经处理或处置很难资源化。在处理工业污水占较大比例的污水处理厂,污泥中的重金属超标是制约污泥再利用的主要因素。
污泥处理与处置工艺研究,是为了开发高效低耗的城市污水处理厂的污泥减量化、稳定化、无害化技术,实现生物能的综合利用及有效回收。目前我公司正在运用的污泥处理与处置技术包括污泥厌氧消化、机械脱水和污泥干化。该研究主要针对这三项工艺。同时还对污泥的资源化途径进行了分析,提出了相关建议。
1. 污泥处理技术
天津创业环保股份有限公司运营的污水处理厂污泥处理多为中温消化+机械脱水为主要工艺。现以东郊污水处理厂(1993年4月投入运行,处理量40万吨/天)为例,进入该厂的污水经生物处理后,产生的污泥经过沉淀浓缩,进入消化池进行厌氧消化处理。消化后的污泥通过带式压滤机脱水,含水率降到80%左右。
1.1 污泥消化工艺研究
东郊污水处理厂设有一级消化池4座,二级消化池1座,组成3分离式消化系统。一级消化池是在中温和沼气搅拌条件下进行厌氧消化。二级消化池是在不加温、不搅拌情况下进行消化、沉淀浓缩,最后排出污泥。此污泥稳定、基本无害。产生的沼气由沼气柜储存和调节,供沼气锅炉和沼气发电机回收利用,产生的热能用于加热消化池污泥,产生的电能并入市网。
经过对该厂有代表性的一级消化池的进泥和出泥进行检测分析,泥质情况见表1-1。
表1-1 东郊污水处理厂污泥消化前后的泥质情况
从上表数据可见该厂污泥属于高碳水化合物低脂肪污泥。
表1-2 各有机物分解后的产气情况
污泥消化所产生的沼气,理论上主要是由污泥有机物中的碳水化合物和蛋白质提供的。该厂消化污泥脂肪的分解率虽然最高,但含量太少只占10.3%,产气量低,这体现该厂污泥产气的特点(见表1-2)。
该厂进水中工业废水占的比重大于生活污水,故其泥质特点是有机物含量较低,其均值是55%(干泥)左右,与欧美国家70~80%的有机物含量相比少得多。以2004年检测数据计算得消化率平均为35%左右。
以该厂2# 消化池及其相应的设备、装置、仪表为试验设施,以浓缩池出泥为试验用泥样,在保持泥含水率、pH值、酸碱度、碳氮比、重金属等原有特性的情况下,按照污泥消化温度、污泥投配率、沼气搅拌间隔、投泥间隔的不同,做了4组生产性试验。通过试验结果的分析及近几年来实际运行状况的总结,得出东郊污水处理厂污泥中温消化稳定运行的最佳工艺参数为:pH值:6.8~7.2;含水率:94.8~96.5%;消化温度:35±2℃;消化时间:不低于16.7天;搅拌:连续沼气搅拌,搅拌强度l m3/m2/h;有机投配负荷:0.7~1.7 kg/(m3·d)。
在最佳工艺条件下,消化池运行的效率参数为:产气率:5.87~8.36 m3气/m3泥;分解单位重量有机物产气量:0.734~0.762m3/kg·vss,与理论产沼气量0.825m3/kg·vss相比,达到了理论产沼气量的88.97~92.36%;有机分解率:37.37~41.09%;沼气组成:甲烷含量达70.34~72.73%。
图1-1 污泥消减量变化图(单位:m3)
我们采用污泥消减量的变化来判断消化池运行的状况是否稳定。污泥消减量=污泥消化前体积-污泥消化后体积,其减少原因是消化过程中有机物的降解和上清液的排出,据此可判断出消化池运行状况是否稳定。由东郊厂2004年运行数据计算得:污泥消化前的量一年内增加了约15%,污泥消化后的量也有相同的增幅,污泥消减量(见图1-1)基本在均值1464m3/月上下小幅变动,表明消化池运行稳定。
图1-2 2004年单位污泥产气量(单位: m3气/ m3泥)
在2004年一年内污泥消化前后的体积均增加了15%左右,单位污泥产气量(即每立方米消化前污泥在消化过程中产出的气体量,见图1-2)除在检修期间(3月和9月)波动较大外,基本在均值5-6 m3气/m3泥上下小幅变动,稍低于最佳工艺条件下得运行参数(5.87~8.36 m3气/m3泥),表明消化池运行较好。
1.2 污泥脱水技术研究
东郊污水处理厂消化后的污泥通过带式压滤机脱水,脱水后平均含水率基本在80%(见图1-3,平均减容到消化前体积的1/4-1/5)。若能改为离心式脱水,脱水污泥含水率能降到70%左右。这样可使污泥再减容1/3,进一步减少运输成本。