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污泥处理工艺
污泥处理工艺
生活污水和工业废水处理过程中分离或截留的固体物质统称为污泥。
目前我国城市污水污泥（包括二级河道淤泥、下水道通挖污泥及污水处理厂污泥），大部分还未经稳定化、无害化、资源化的处理和处置，没有正常的出路，不但成为城市及污水处理厂的负担，而且污泥的任意排放和堆放对周边环境造成新的污泥已经触目惊心，使建成的城市排水、河湖等设施及城市污水处理厂不能充分发挥消除环境污染的功能。
目前污泥处理处置的方法主要有：
经预处理、污泥浓缩后进行卫生填埋、污泥焚烧、好氧堆肥及用于建筑物材料。
1、污泥的处理工艺
污泥预处理工艺主要有收集、调理、浓缩、脱水及相关辅助设施管理。
污泥处理技术主要有消化、发酵。
污泥处理工艺见图：
2、污泥浓缩脱水
产生的污泥经过污泥收集池或污泥浓缩池后，上清液溢出，初步脱水处理，然后在进行污泥脱水。
污泥脱水的设备主要有：
带式压滤脱水机、离心式脱水机、板框式压滤脱水机。
2.1带式压滤脱水机
带式压滤脱水机是由上下两条张紧的滤带夹带着污泥层，从一连串有规律排列的辊压筒中呈S形经过，依靠滤带本身的张力形成对污泥层的压榨和剪切力，把污泥层中的毛细水挤压出来，获得含固量较高的泥饼，从而实现污泥脱水。
一般带式压滤脱水机由滤带、辊压筒、滤带张紧系统、滤带调偏系统、滤带冲洗系统和滤带驱动系统构成。
作机型选择时，应从以下几个方面加以考虑：
（l）滤带。
要求其具有较高的抗拉强度、耐曲折、耐酸碱、耐温度变化等特点，同时还应考虑污泥的具体性质，选择适合的编织纹理，使滤带具有良好的透气性能及对污泥颗粒的拦截性能。
（2）辊压筒的调偏系统。
一般通过气动装置完成。
（3）滤带的张紧系统。
一般也由气动系统来控制。
滤带张力一般控制在0.3－0.7MPa，常用值为0．5MPa。
（4）带速控制。
不同性质的污泥对带速的要求各不相同，即对任何一种特定的污泥都存在一个最佳的带速控制范围，在该范围内，脱水系统既能保证一定的处理能力，又能得到高质量的泥饼。
带式压滤脱水机受污泥负荷波动的影响小，还具有出泥含水率较低且工作稳定启耗少、管理控制相对简单、对运转人员的素质要求不高等特点。
同时，由于带式压滤脱水机进入国内较早，已有相当数量的厂家可以生产这种设备。
在污水处理工程建设决策时，可以选用带式压滤机以降低工程投资。
而产品投资与运行费用根据所处理的污泥量选择适合的型号，而处理量从1m3/h~30m3/h不等，功耗从4.3KW·h~50KW·h不等，占地面积从5m2~50m2不等。
目前，国内新建的污水处理厂大多采用带式压滤脱水机，例如北京高碑店污水处理厂一期工程五台脱水机全部是带式压滤脱水机，自带、辊压筒、滤投入运行以来情况良好，所以在二期设备选型时仍然选用了这种机型。
2.2离心式脱水机
离心脱水机主要由转载和带空心转轴的螺旋输送器组成，污泥由空心转轴送入转筒后，在高速旋转产生的离心力作用下，立即被甩人转毂腔内。
污泥颗粒比重较大，因而产生的离心力也较大，被甩贴在转毂内壁上，形成固体层；水密度小，离心力也小，只在固体层内侧产生液体层。
固体层的污泥在螺旋输送器的缓慢推动下，被输送到转载的锥端，经转载周围的出口连续排出，液体则由堰四溢流排至转载外，汇集后排出脱水机。
离心脱水机最关键的部件是转毂，转毂的直径越大，脱水处理能力越大，但制造及运行成本都相当高，很不经济。
转载的长度越长，污泥的含固率就越高，但转载过长会使性能价格比下降。
使用过程中，转载的转速是一个重要的控制参数，控制转毂的转速，使其既能获得较高的含固率又能降低能耗，是离心脱水机运行好坏的关键。
目前，多采用低速离心脱水机。
在作离心式脱水机选型时，因转轮或螺旋的外缘极易磨损，对其材质要有特殊要求。
新型离心脱水机螺旋外缘大多做成装配块，以便更换。
装配块的材质一般为碳化钨，价格昂贵。
离心脱水机具有噪音大、能耗高、处理能力低等缺点。
国内只有为数不多的几个厂家可以生产小型离心脱水机，如果选择大型离心脱水机，就只能依靠进口，会增加工程投资，同时，离心脱水机受污泥负荷的波动影响较大，对运行人员的素质要求较高，因此一般污水处理厂均不采用离心脱水工艺。
但近几年来，随着科技进步，离心式脱水机的脱水技术在国外有了长足进展，例如瑞典AlfaLayal公司生产的螺旋离心式脱水机，其泥饼含固率可达30％以上，而且操作是在全封闭的环境中进行，脱水机周围没有任何污泥及污水存在，也没有恶臭气味，可以大大改善运行人员的工作环境，因而受到业界人士的青睐。
2.3板框式压滤脱水机
板框式压滤机是通过板框的挤压，使污泥内的水通过滤布排出，达到脱水目的。
它主要由凹人式滤板、框架、自动-气动闭合系统测板悬挂系统、滤板震动系统、空气压缩装置、滤布高压冲洗装置及机身一侧光电保护装置等构成。
设备选型时，应考虑以下几个方面：
（1）对泥饼含固率的要求。
一般板框式压滤机与其他类型脱水机相比，泥饼含固率最高，可达35％，如果从减少污泥堆置占地因素考虑，板框式压滤机应该是首选方案。
（2）框架的材质。
（3）滤板及滤布的材质。
要求耐腐蚀，滤布要具有一定的抗拉强度。
（4）滤板的移动方式。
要求可以通过液压一气动装置全自动或半自动完成，以减轻操作人员劳动强度。
（5）滤布振荡装置，以使滤饼易于脱落。
与其他型式脱水机相比，板框式压滤机最大的缺点是占地面积较大。
以北京高碑店污水处理厂一期工程使用的带式压滤机和鞍山工业污水处理厂使用的板框式压滤机为例作比较：
高碑店污水厂处理污水量为50万t／d，污泥产量1852．5m3/d，干物质92．63t／d，采用五台德国KLEIN－KS30型带式压滤机，每台压滤机的基础占地面积仅为2750*3500mm,鞍山污水厂处理水量为22t/d，干物质275t/d，采用六台板框式压滤机，每台压滤机地基础占地面积达2400*12000mm，同时，由于板框式压滤机为间断式运行，效率低，操作间环境较差，有二次污染，国内大型污水处量厂己很少采用。
但近了大量开发研制工作，使其适应了现代化污水处理厂的要求，如通过PLC系统控制就可以实现系统全自运方式，其压滤、滤板的移动、滤布的振荡、压缩空气的提供、滤布冲洗、进料等操作全部可通过PLC远端控制来完成，大减轻了工人劳动强度。
3、污泥的处置工艺
污泥经过预处理和脱水后，要进行最终处置，一般污泥的处置方法有：
卫生填埋、污泥好养堆肥和土地利用、污泥焚烧及用于建筑物材料。
根据污染物无害化、减量化、资源化原则，污泥的资源化利用技术的发展，污泥好养堆肥和用于建筑材料方式得到了很多企业的认可。
下面是南京江心洲污水处理厂对于污泥填埋、干化、堆肥和掺烧的效益对比：
污泥填埋、干化、堆肥和掺烧的效益分析比较（日产污泥200吨）
填埋
掺烧
项目
费用（万/年）
吨费用（元）
年吨数（吨）
年费用（万元）
场租
15
0
0
0
运输
55
43
200*365
313.9
防渗处理
50
0
0
0
表层覆土封盖
40
0
0
0
焚烧补贴
0
86
200*365
627.8
合计
160
129
73000
941.7
污泥干化和堆肥比较（日产污泥200吨）
污泥干化
污泥堆肥
项目
费用（万元）
费用（万元）
干化厂建设
8000
０
制肥厂建设
0
2000
运行费用
1500万/年
800万/年
上表为污泥干化和堆肥的经济成本，通过上面两表的比较我们看出掺烧的经济成本高于填埋，但是污泥有一定的热值，可以产生一定的发电量，同时燃烧完的炉渣可以用来制造建材；而填埋由于土地资源的限制，环境要求的提高、经济成本越来越高等因素影响，将会逐渐减少使用。
污泥干化、污泥堆肥由于没有现成的设施，必须新建一污泥干化厂、污泥制肥厂，建设及运行费用都很高。
与掺烧发电相比经济效益不是很明显。
3.1卫生填埋
污泥在经过浓缩脱水后，用交通工具将污泥运往垃圾填埋场进行卫生填埋，此种处置方法运行费用主要包括交通运输费用及填埋处置费用，不能带来利益，运行费用也相对较高。
3.2污泥好养堆肥和土地利用
污泥在预处理及浓缩脱水时，加入填料（菌种、粉煤灰、秸秆破碎物等）和少量的除臭剂送至初混机，进行混合后贮存于贮存池，污泥土地利用是指将经处理后的污泥或污泥产品用于土地作为肥料或土壤改良材料，污泥土地利用可以有效利用污泥中丰富的有机物和N、P、K等营养元素以及植物生长必需的各种微量元素Ca、Mg、Zn、Cu、Fe等，施用于土地能够改良土壤结构、增加土壤肥力、促进植物的生长。
主要有用于园林、绿地、林业、土壤修复及改良等。
在本导则中明确规定污泥土地利用部分不包括农用。
工艺流程如下图：
好养堆肥技术
污泥经过好养堆肥及消化稳定后可用于土地利用，但是一定要控制好重金属的含量。
潜在的环境问题：
污泥土地利用排放的污染物在一定程度上取决于施用污泥的成分和施用方式，同时与污泥土地利用施用的频率、污泥施用量以及污泥施用场地的土壤背景值有关。
污泥土地利用对大气和水体的环境影响主要是病原菌污染、恶臭污染、盐分以及氮、磷等养分对水体的污染、多氯联苯、二噁英、放射性元素等难降解的有毒有害物和重金属（铜、铝、锌、铬、汞等）对土壤和水体的污染。
3.2.1郑州市污泥堆肥处理工程的设计
工程概况
郑州市目前有三座污水处理厂，分别为王新庄污水处理厂、五龙口污水处理厂和马头岗污水处理厂，总处理规模为80×104m3／d，剩余污泥量为600t／d（含水率为80％）。
经过方案比选，郑州市决定将三座污水处理厂一的剩余污泥进行集中处理和处置，处理工艺为好氧堆肥，处置方案选择土地利用或填埋。
处理工艺
堆肥厂的工艺流程见图。
在混料车间内设置了三个料仓：
脱水污泥料仓、粉碎秸秆料仓和回用料仓。
污水处理厂的脱水污泥通过污泥运输车运至脱水污泥料仓；粉碎后的秸秆经皮带机输送至秸秆料仓；从发酵槽出来的物料经筛分机筛分后的筛上物进入回用料仓。
脱水污泥、粉碎后的秸秆及堆肥成品中的筛上物，经混料机搅匀后用装载机运送至发酵槽中进行堆肥。
堆肥后的物料通过装载机或翻抛机运送至回料皮带机上，通过回料皮带机输送到筛分机，经过筛分，筛上物进回用料仓重复使用，筛下物即为成品营养土。
工艺设计
本项目采用进口翻抛机，其要求发酵槽宽度为4．5m，翻堆深度最大为2．0m，考虑0．2m的超高，则发酵槽的深度确定为2．2m。
发酵槽的长度根据物料体积、发酵槽宽度、高度尺寸等综合确定为30m。
发酵槽的数量根据发酵周期确定。
本项目设计发酵周期为21d，则发酵槽的数量为22个。
处理量达到300t／d时，设66个发酵槽；处理量达到600t／d时，设132个发酵槽。
发酵槽为钢筋混凝土结构，相邻两个发酵槽共用池壁。
池壁的宽度根据翻抛机的要求确定。
池壁要能承受翻抛机的压力。
发酵槽底板既要承受发酵物料的重力，又要承受装载机的重力，同时还要满足通风的要求。
费用计算（日产污泥600吨）
（1）主要设备费：
设备名称
型号
数量（台）
价格（万元）
污泥专用混合机
链条式翻堆机
曝气系统
精混机
高压造粒机
气流干燥机
装袋机
合计
whj-800-5.5
fdj-6000-13
bo-6000-15
jhj-400-2.2
zlj-2.0-25
qgj-2-15
zdj-2-ⅰ
1
2
3
2
2
2
2
21.76
77.52
21.41
15.3
29.92
63.92
9.52
239.36
（2）辅助设备
设备名称
数量（台）
价格（万元）
螺旋输送机
皮带输送机
大倾角皮带机
螺旋给料器
翻堆机移动机构
布料机
引风机
轴流风机
除尘器
烟囱
粉煤灰储罐
n、p、k储罐
装载车
不可预见费
合计
2
5
2
3
1
1
2
4
2
1
1
2
1
8.5
18.17
8.84
9.18
9.35
16.66
5.1
3.4
6.12
2.04
6.46
5.1
21.25
25.5
146.2
（3）土建施工费
项目
建筑面积（m2）
估算价格（元/m2）
总价（万元）
堆肥车间
制肥车间
原料库房
成品库房
办公用房
不可预见费
合计
900
600
200
400
200
1000
600
600
400
1000
90
36
12
16
20
15
189
投资估算（万元）
（1）设备费
●主要设备费 239.36
●辅助设备费 146.2
（2）土建施工费 189
（3）运输安装调试费 设备费×10%=38.56
（4）设计费 （1+2+3）×3%=18.39
（5）税金及管理费 （1+2+3+4）×7%=44.21
（6）总计 （1+2+3+4+5）=675.72
效益分析
本项目固定资产投资约670万元，达到设计能力后，实现年销售收入约1500万元，年利润总额年250万元，并节省大量运输费和占地费；项目投资回收期3年。
本项目有一定的经济效益。
3.3污泥焚烧
污泥焚烧（热分解）是指在高温（500－1000℃）下，污泥固形物在无氧气或者低氧气氛中分解成气体、焦油以及灰等残渣这3部分的过程。
污泥中含有近40%的有机生物质,具有可燃性,所以污泥既被视为废弃物,又被视为一种生物质资源。
污泥在进行燃烧之前要先进行浓缩脱水、干化。
使含水率降至20%~30%。
污泥燃烧后的产物主要有：
二氧化硫、氮氧化物、粉尘、二噁英等污染物，在对产物利用脱硫设备和粉尘处理设备进行处理，防止造成二次污染。
而污泥通过燃烧发电，在耗能的基础上同时也可以进行发电，产生能量。
在案例中我们可以看到他具体带来的能耗和经济利益。
目前污泥焚烧发电的收入来源包括两部分:
一是污泥焚烧发电增加的发电量销售收入;二是市政部门按污泥处理量给予的补贴（参照江、浙地区的市政补贴政策,按90元/t计）。
污泥干化焚烧处理工程采取的处置方式和流程见下图：
设备成本
主要设备清单
序号
名称
数量
备注
1.
湿污泥接收储存输送系统
1套
包括2套接收仓、3套储存仓、5套污泥泵，以及管路
2.
蒸汽热解反应釜
2套
3.
蒸汽供给系统
1套
包括锅炉、管路、给水设备等
4.
干污泥出料系统
1套
包括出料输送设备
5.
污泥脱水机
1套
包括主辅机
6.
除臭系统
1套
包括风机、除臭装置等
7.
电气仪控系统
1套
本项目投资的系统包括：
污泥储仓及供料系统、干化系统、蒸汽供给系统、除臭系统、电气仪控制系统等，设备及安装总估价1500万人民币。
运行成本
1）系统消耗品
序号
消耗品
消耗量
单位
1.
运行电耗
165
kW·h
2.
天然气
22
kg/h
2）系统排放物
序号
排放物
排放量
单位
1.
废水
1
t/h
2.
半干污泥
0.7
t/h
3）运行成本估算
项目
单价
消耗数量
合计
（元/t湿污泥）
电力
0.7
（元/度）
79.2
（度/t湿污泥）
55.44
天然气
2.92
（元/kg）
10.56
（kg/t湿污泥）
30.84
污水排放
0.90
（元/t）
0.48
（t/t湿污泥）
0.432
系统单位运行成本
3.3.1案例二：
南京污泥燃烧发电处置工艺
南京市污水处理厂原先将污泥运到垃圾填埋场进行卫生填埋，在考虑成本和土地利用情况之后分别探索经历过了四个阶段：
污泥干化、污泥堆肥、污泥活性碳的制备以及污泥掺烧发电。
由于堆肥的成本和市场情况，在不断的探索中最终决定采用污泥掺烧发电技术。
在经过以上过程的探索，没有找到较为理想的污泥处置方式，2007年6月，在南京市政府有关部门的组织协调下，经过论证比较，江心洲污水处理厂与南京协鑫热电有限公司开始运作污泥掺烧发电项目。
技术工艺
污泥掺烧涉及污泥运输、储存、输送、给料、燃烧及后处理。
南京协鑫生活污泥发电有限公司锅炉污泥焚烧设计量为2*8t/h，日处理能力400吨污泥。
掺烧工艺流程
污泥掺烧的工艺流程如下图所示：
环境效益分析
南京协鑫生活污泥发电有限公司污泥掺烧项目建成投产后，委托江苏省环境监测站对污泥焚烧进行实际测试，环境监测完全符合国家排放标准。
如下表：
项目
第一次
第二次
第三次
标准值
烟尘排放浓度mg/m3
21.8
19.5
21.4
50
二氧化硫排放浓度mg/m3
120
118
119
400
氮氧化物排放浓度mg/m3
185
187
187
450
铅及其化合物mg/m3
0.0194
0.0229
1.0
镉及其化合物mg/m3
0.00063
0.00038
0.1
汞及其化合物mg/m3
0.00236
二噁英类排放浓度TEQng/m3
0.014
0.023
1.0
产生的灰渣均综合利用，可用来做水泥的原料,对环境没有带来不利影响。
新增用于冲洗污泥输送系统的废水约5t/d，它将回收至现有的污泥沉淀池，可回用于调浆或经沉淀分离处理后达标排放。
3.5污泥用于其他材料技术
3.5.1利用城市污泥煅烧陶粒或砖。
研究表明，利用污泥煅烧会有部分重金属逸放，在没有专门处理Hg污染的设备下，Hg含量较高的城市污泥不宜直接用于煅烧陶粒或砖，否则会造成二次污染，Hg,Pb含量较高的污泥用作煅烧水泥熟料时，回转窑窑灰也不宜再次入窑，但可作为混合材生产水泥，从而减少Hg,Pb的逸放造成环境的污染，
3.5.2固化污泥作为垃圾填埋场覆土材料
污泥处理工艺中的固化处理是一种适用于大量污泥的经济合理和环境友好的处理方法，日本和欧洲早在1970年就进行了研究经过固化处理的污泥可作为垃圾填埋场的覆土材料使用，研究人员研究了固化污泥作为垃圾填埋场覆盖土的影响以及作为生物土壤的应用。
研究表明，固化污泥不仅对垃圾渗沥液中的多种污染物浓度还有助于填埋垃圾分解和渗沥液稳定。
将城市污水厂的脱水污泥与高岭土复合，并添加土壤固化酶来制作垃圾填埋场的防渗材料也是一个研究方向。
在以往的研究中，污泥大多是同其他材料混合，经压实后作覆盖土使用，需要较大的压实压强，否则防渗性得不到保证。
因此，有研究采用土壤固化酶来固化市政脱水污泥复合土，提高其抗渗透性能的方法与效果。
3.5.3污泥与废橡胶制备建筑材料
污泥与废橡胶都具有做建筑材料的特性，二者也具有复合成材的可行性，所以将二者制备成建筑材料是很有发展情景的。
生活污水污泥的组分从类型上可划分为无机物和有机物两大类，无机物主要为硅酸盐组分与许多建材生产所需原料组分要求相近，这是污泥可用于建材的前提。
即使污泥的硅盐组分与实际生产的建材所需的硅酸盐组分有差异，还可以从建材生产的原材料配备和混合工艺进行调整。
从利用污泥中硅酸盐组分和较高的有机物角度，污泥建材的生产应有原材料混合均化和高温烧制等过程，通过高温烧制过程，污泥里的病原菌等在高温下将被杀死，而且重金属也能一定程度上固化在建材之中，通过均化可以很好将污泥与生产建材的其他原材料充分混合。
这种工艺所采用的原料是以污泥，废橡胶等固体废弃物为主，合利用率达到95%工艺具有很好的柔性化功上能，材料用途广泛，附加值高，技术产业化在资源节约和环境保护方面具有积极的意义。
3.5.4剩余污泥制备吸附材料
自20世纪80年代末期出现的利用城市污水厂的污泥制备吸附材料的研究,以其成本低廉、工艺简单等优点受到广泛关注。
利用污水厂剩余污泥来制备吸附材料,能够解决污泥二次污染和当前活性炭价格昂贵两大问题,为工业废水中的重金属去除提供了新思路。
3.5.5淤污泥陶砂制备水泥基交通降噪材料
在现代的道路交通规划设计中，增加吸声设施，降低噪音指数已成为一项基本的设计施工原则，而声屏障作为一种简单有效的降噪手段已成为国内外治理交通噪音的主要方式，但现在国内研制的声屏障存在吸声性能不稳定、耐久性不好、成本较高等缺点。
与此同时，大量新建的污水处理厂带来的污泥和河道湖泊清淤工程产生的淤泥数量巨大，急需一种安全有效地处理措施。
因此，针对道路交通噪音的特性,利用污泥和淤泥制备的陶砂，研发一种高效、耐久的水泥基交通降噪材料，既能解决污泥和淤泥处理所带来的巨大环境压力能减少道路交通引起的噪音污染。
符合当前国家节能减排的政策。
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