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城市污水处理站污泥农用技术研究

发布日期:2019-04-25 浏览次数:18

城市污水处理厂产生的污泥量正以每年10%的比例增加,如何妥善的处理好这部分污泥,成为当前全球关注的热点。城市污泥中含有大量的植物营养元素,将污泥农用成为符合我国国情的处理方法,能改善土壤的理化性质,提高作物产量,减少污泥对环境的二次污染,从而实现污泥的资源化、无害化、稳定化和减量化处置目标。介绍了污泥稳定化、减量化的方法,并提出今后污泥处理的目标和方向。

  随着城市建设的不断进步,公众对环境问题的敏感度越来越高,作为城市生态系统分解者的污水处理厂,近年来处理率大大提高。这一方面为建设美好城市做出巨大贡献,但同时也产生了越来越多的污泥,据统计,2004年我国城市污泥产量在255万吨以上,预计到2015年,我国城市污水处理率将达到80% 以上。

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  目前常用的污泥处理方法有焚烧法、卫生填埋法、堆肥、农用绿化、直接排放等,各国根据其污泥的组成及自身特色,采取的污泥处理方式比例有所不同,如美国污泥的主要处置方法是土地利用, 而污泥填埋的比例正逐渐下降, 美国许多地区甚至已经禁止污泥地方填埋;而日本因为人口密度高、境内多山地等原因,在污泥处置与利用方面焚烧所占比例高达55%;英国将经过厌氧消化、化学或热处理、长时间堆放等处理后的污泥回用于农田,是其污泥处置的发展方向。由于我国是一个农业大国,污泥中丰富的有机质和氮磷钾等营养成分是植物生长所必须的,且污泥中还含有多种微量元素,有助于提高土壤肥力,改良土壤结构,因此污泥农用在我国成为最环保、最符合国情的资源化方式。

  我国自1961才开始将污泥施用于农田,目前污泥处理工艺还不成熟,据统计,现有的污水处理厂中有污泥稳定处理设施的还不到1/4,处理工艺和配套设施较为完善的还不到1/10,并且有资料显示,60%以上的污泥未经任何处理直接农用,不符合污泥农用地卫生标准,将造重金属污染等严重的环境问题。如何妥善处理污泥,使其减量化、无害化、资源化已成为全球关注的课题。

  1. 污泥的成分

  城市污水处理厂所收纳的污水来源混杂,污泥中含有大量的有机质、氮磷钾和多种微量元素等植物生长所必须的微量元素等营养成分,还含有大量病原菌、寄生虫(卵)、铜、锌、铬、汞等重金属,盐类以及多氯联苯、二?英、放射性核素等难降解的有毒有害物质。因此,直接农用存在很大风险,必须对污泥泥质进行相应的综合分析,严格遵循国家污泥农用地标准,控制有害成分污染农田。

  城市污水处理厂污泥中含氮量为0.8%-0.9%,含磷量为0.3%-0.4%,含钾量为0.2%-0.3%,有机质含量为16%-20%,下表为我国8个典型城市污水处理厂污泥中各类物质含量范围。

  从表1可以看出,污泥中营养物质的含量已基本达到《城镇污水处理厂污泥处置 农用泥质》(CJ /T 309-2009)标准的要求,但重金属离子的量常有超标,如果直接施用于供食用的蔬菜、水果、粮食等作物,有可能通过食物链进入人体,造成严重的后果。另外,活性污泥中含有大量的病原菌和蛔虫卵,直接施用不但污染农田,而且臭度太高污染空气。因此为保障食品安全,在施用于农田之前,必须对污泥进行预处理。

  2. 污泥农用预处理途径

  2.1 污泥浓缩

  污泥浓缩主要是降低污泥中的孔隙水,通常采用的是物理法,主要包括重力浓缩法、气浮浓缩法、离心浓缩法等,其处理性能如表2 所示。

  表2 几种浓缩方法的比能耗和含固浓度

  浓缩方法 污泥类型 浓缩后含水率% 比能耗

  干固体[kwh/t] 脱除水[kwh/t]

  重力浓缩 初沉污泥 90-95 1.75 0.20

  重力浓缩 剩余活性污泥 97-98 8.81 0.09

  气浮浓缩 剩余活性污泥 95-97 131 2.18

  框式离心浓缩 剩余活性污泥 91-92 211 2.29

  无孔转鼓离心浓缩 剩余活性污泥 92-95 117 1.23

  可以看出,重力浓缩法作为一种最经济有效的处理初沉污泥的方法,对于剩余污泥,采用重力浓缩的效果不好,目前推行将剩余污泥送回初沉池与初沉污泥共同沉淀的重力浓缩工艺,利用活性污泥的絮凝性能,提高初沉池的沉淀效果,同时使剩余污泥得到浓缩。

  2.2 污泥稳定化

  所谓的污泥稳定化处理是指降低污泥中有机物的含量, 使污泥在后续处理与处置过程中不致发生腐败或变化。主要的稳定化技术包括:污泥的厌氧消化技术、污泥的好氧消化技术等。其机理是促使活性污泥进入内源呼吸阶段, 通过自身氧化降低污泥中的有机物的含量,使污泥达到稳定化。其反应方程式如下:

  C 5H 7N O 2→ 5 C O2+ N O 3-+ 3 H2O + H+

  (1)污泥的好氧消化技术

  利用污泥中的好氧微生物菌(本身含有的或者掺入的均可)对污泥进行好氧发酵从而对有机质进行降解,从而转化为植物容易吸收的物质。其完成了节约了能源并对土壤的肥化起到了一定作用。

  (2)污泥的厌氧消化技术

  污泥厌氧消化是指污泥在无氧条件下,由兼性菌和厌氧细菌将污泥中的可生物降解的有机物分解成二氧化碳、甲烷和水等,使污泥得到稳定的过程。污泥厌氧消化是一个多阶段的复杂过程,完成整个消化过程,需要经过三个阶段(目前公认的),即水解、酸化阶段,乙酸化阶段,甲烷化阶段。各阶段之间既相互联系又相互影响,各个阶段都有各自特色微生物群体。

  2.3 污泥脱水

  污泥经浓缩、稳定化后含水率尚为95 %~97 % ,体积仍然很大。这样庞大体积的污泥如果不经过干化脱水处理,不但会造成环境污染,也将为运输及后续处置带来许多不便。我国现有的污泥脱水措施主要是机械脱水,而干化场由于受到地区条件的限制很少被采用。目前,我国城市污水处理厂中,仍有48.65%的污泥未经过脱水处理,这是造成污泥难以实现减容的主要原因。

  2.4 污泥去除重金属技术

  由于污泥中含有重金属,限制了污泥的资源化利用。很多学者致力于如何有效的去处污泥中的重金属污染物的研究主要的重金属去除方法有如下几种:

  (1)动电技术

  动电技术的基本原理是在固体-液相系统中插入电极,通过施加微弱直流电形成电场,利用直流电场产生的各种电动力学效应,使重金属离子发生迁移,并富集于阴极区而将污染物去除。

  (2)生物沥滤法

  生物沥滤法是指在有氧及含硫条件下,利用污泥中的某些微生物的静电吸附、共价吸附、络合、螯合、离子交换和无机微沉淀等作用,使污泥固相中处于吸附、化合状态的不溶性重金属得以释放、转移到液相中变为可溶态形式,而达到从污泥固相中去除重金属的目的。

  (3)植物提取法

  植物提取法是利用专性植物的根系超量吸收一种或几种污染物,特别是有毒重金属,并将其转移到植物茎叶,异地处理的一种方法。

  (4)化学方法

  化学法处理污泥中重金属通常是用硫酸、盐酸或硝酸将污泥的酸度降低,通过溶解作用,使难溶态的金属化合物形成可溶解的金属离子,或者用EDTA、柠檬酸等络合剂通过氯化作用、离子交换作用、酸化作用、螯合剂和表面活性剂的络合作用,将其中的重金属分离出来,达到减少污泥中重金属总量的目的。

  3. 污泥农用展望

  经过稳定化、无害化处理后的污泥在施用于农田的过程中,需要根据植物的类别、生长期选择是否适宜施用、施用时间及施用量等。污泥堆肥除可施用于农田、园林绿化、草坪、废弃地等外,还可用作林木、花卉育苗基质,降低了育苗成本。

  传统的污泥土地处理不仅可利用土壤的自净能力对污泥作进一步无害化处理,而且污泥中的有机质、腐殖质可改善土壤结构,也可回收利用有机质,促进植物生长,污泥土地利用使生产费用降低。无论从经济因素还是从肥效利用出发,污泥的土地利用特别是污泥农用都是一种符合我国国情的处置方法。研究更经济有效的污泥无害化、稳定化技术,是解决当前问题的重要途径。同时推进污水的分类排放分类治理工程,将工业污水、餐厨污水、冲厕污水、洗浴污水分开排放,从源头上减少污泥中的重金属离子、病原菌污染。


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