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河北环境工程学院
毕业论文
作者:侯亮星
系部:环境工程系
专业班级:环境工程技术151
学号:20150301105
题目:剩余活性污泥的资源化利用及发展趋势
指导者:李国会副教授
评阅者:
年月日
摘要
活性污泥法是目前应用最广泛的污水处理方法,具有效率高、占地少等显著优点。但在污水处理过程中同时也会产生大量剩余污泥。国内1个普通二级处理厂,污泥处理所需投资约占总投资的30%~40%。我国目前对于污泥处理和处置的技术刚刚起步,在国内现有污水处理设施中有污泥稳定处理设施的还不到总量的1/4,且目前普遍采用的对于废弃物处理的优先顺序:减量化、资源化和无害化的应用方面还处于实验、研究阶段。对污泥消化后进行脱水、再进行填埋是国内大型污水处理厂中常用的处置方法。该处置方法较经济,但同时也不可避免地占用大量土地,浪费污泥中可回收利用的资源,增加对地下水造成污染的潜在危险。针对这些缺陷,德国在1996年明确提出对废弃物处理的减排、无害化处理和资源化回收利用的处置顺序。我国剩余污泥的处理也应遵循这一顺序,从而尽快达到环保和资源回收再利用的废弃物处置要求。
关键词:剩余活性污泥处理技术减量化资源化无害化发展趋势
剩余活性污泥是污水生化处理过程中所产生的。由于微生物在降解消化污水中有机物的同时自身生殖繁衍,每年就产生大量的剩余活性污泥,这些剩余活性污泥不仅被弃置不用,而且造成一定的污染。
采用活性污泥工艺进行污水处理的过程中会产生大量剩余污泥。若不加以控制,势必造成二次污染,这些控制手段包括污泥的减量、稳定和无害化处理以及资源化利用。
在污水处理过程中会产生大量污泥,随着废水处理技术的发展和排放标准的日趋严格,污泥的产生量越来越大。污泥含水率高,有恶臭,且含有有毒化学物质和病原微生物,若不加以控制,势必造成二次污染,这些控制手段包括污泥的减量、稳定和无害化处理以及资源化利用。
城市化进程加快,城市污泥排放量日益增多,污泥中含有大量的有机物质、病原菌、寄生卵、重金属及盐类等成分,污泥的综合利用主要利用污泥中的有效成分将污泥做成肥料、饲料、能源燃料、化工原料、建筑材料等,实现变废为宝,这也是城市污泥处理和资源化的主要发展趋势。
剩余活性污泥来源于污水的生化处理过程中。当污水进人曝气池后,就开始和活性污泥接触,污水中的有机物立即吸附到活性污泥上,污水中的这些经过浓缩、有机高分子便被菌体分泌的胞外酶分解成分子量较低的物质。污水中的低分子有机物可直接由菌体细胞膜的选择渗透作用摄人体内
,这些物质作为营养质被细菌所吸收。污水中的一些有毒物质,也可以被某些细菌分解为无毒或毒性较小的物质。有机物进人菌体后,通过细胞内酶的作用,被同化合成细菌自身的物质,使菌体不断生长和繁殖,并分泌出来粘性物质,构成菌胶团即活性污泥,因此,曝气池内的活性污泥就不断地增加。当活性污泥的浓度太高时,污泥便不易和净化水分离,使出水中的BOD增值而混浊,而且还会造成耗氧量大,供氧不探讨。足而影响处理效果,所以必须定期排泥,排出的这部厌氧发酵分泥称为剩余活性污泥。根据曝气池进水量和进水剩余活性污泥的厌氧发酵,也叫做厌氧消化,只水质来确定污泥负荷及活性污泥在曝气池中的停留有以有机物成分为主的活性污泥才能进行消化。将时间即泥龄。排泥量则是通过污泥负荷、泥龄的计剩余活性污泥浓缩后,储存在密闭的罐或池内,在缺算得来的,以中国石化集团公司洛阳分公司动力分氧的条件下,一部分菌体逐渐转化为厌氧菌,在这些厂排水车间的生化处理装置为例装置设计的污泥厌氧菌的作用下,污泥逐渐被消化掉,同时放出热量。根据泥龄来确定每天生化的排泥量。
随着我国对城市生活污水处理能力以及污水处理率的不断提高,污水处理厂的污泥产量也不断增长。由于其产量较大,含水率高,同时含有大量有机质、病菌、寄生虫和重金属等,如果处理处置不当,会给环境带来严重的二次污染。随着环境法规的进一步完善,海洋处置、填埋、污泥堆肥、农用和污泥焚烧等传统的污泥处理方式由于自身的不足使污泥处理成为解决城市环境问题的热点而处理过程中实现污泥的资源化又成为了探索污泥彻底根治的最有效途径之一。利用污泥作为水泥生产过程中一部分原料,或代替水泥生产过程中的部分用煤原料在国内外都有学者进行了研究。由于国外处理城市污水厂污泥主要是进行焚烧,所以其主要研究是污泥焚烧灰代替部分原料生产生态水泥。对于目前我国实际状况,考虑污泥本身的特点,直接将其作为代替部分煤燃料或添加剂加入现有水泥生产线将是解决污泥问题的又一新方法。本研究在水泥生料中加入少量烘干后的污泥
,并在不同温度下进行煅烧,研究了制备得到的熟料各项性能,从而为水泥厂进一步协助处理城市污泥提供一定的理论依据。剩余污泥做建材的流程图如图所示。
利用少量污泥作为添加剂生产生态水泥是可行的,污泥的掺入能够增加生料的易烧性,降低液相形成温度并明显减少CaO的生成。同时污泥的加入能够增加C2S的含量,并降低C3S的含量,同时也影响熟料的晶格结构。在1450的煅烧条件下,随着污泥加入量的增加,水泥熟料的水化时间被延长,相应的水泥抗压强度受到影响并降低。但从实际生产安全上,如果想利用现有水泥厂的生产线处理生活污泥,必须严格控制污泥掺入量不超过10%。
污泥制砖有两种方法:(1)污泥焚烧灰制砖;(2)干化污泥直接制砖。将污泥焚烧后收集的灰与粘土混合制砖,污泥灰可占50%,砖的综合性能好。这样不仅处理了污泥,在烧制过程中还能在坯料密封毒性重金属,杀死所有有害细菌,且砖质轻、空隙多,具有一定的隔音、隔热效果,但制砖过程中,会产生恶臭现象,成为污泥利用的主要障碍。
采用污泥作原料生产生态水泥,可彻底地解决城市污泥问题,是实现“零污染”最有效的途径。发达国家利用废弃物生产生态环保水泥已有成熟的经验,日本
40多家水泥企业,其中50%以上工厂均处理各种废弃物,日本麻省水泥公司用下水道污泥及城市其他废弃物生产出高强度水泥;在欧洲水泥生产者联合会所属的水泥厂中每年焚烧处理100万t有害废物。中国的科研工作者在利用各种污泥制生态水泥方面也做了不少工作,杨力远研究表明污水处理厂污泥代替部分粘土烧制的水泥熟料,其矿物结构与常规的硅酸盐水泥熟料全相同,且水泥水化和凝结、硬化过程以及水化产物结果都与常规硅酸盐水泥完全相同。
活性污泥中含有30%—35%,的球型蛋白质和一定糖类物质。在加热加压下蛋白质凝固变性而将纤维胶合起来。在调制鉴中将污泥稀释韭加入碳酸钠、氧化钙、甲醛、硅酸钠等凝聚剂和助滤剂调节PH>=1,加温搅拌制得活性污泥树脂。在拌合机中加入处理过的废纤维拌合后,预压成型湿板坯控制含水70%.左右。恒温定时烘干板坯含水率5%—8%,最后经高温高压热压后即为生化纤维板。
生化纤维板做天棚板九个月无变型。做卷柜装饰板、办公桌面一年多无变形且可任意着色、涂面,可和木质纤维板一样使用。
污泥制生化纤维素,是主要利用污泥中所含粗蛋白和球蛋白,它们能溶于水及稀酸、稀碱、中性盐的水溶液,在一定条件下,加热、干燥、加压后发生改性作用,从而制成活性污泥树脂,在经漂白、脱脂后压制而成板材。
陶粒特别是轻质陶粒优点多、需求量大,因此,开辟新的陶粒原料,开发新的轻质陶粒有重要意义。城市污泥产量巨大,将其用于陶粒生产可取得较大的经济和环境效益。金宜英等研究了污水厂污泥制陶粒的烧结工艺及配方,污泥的醉倒掺加量为80%,350℃预热20min,1060℃烧结15min。广州华穗轻质陶粒制品厂采用城市污水处理厂污泥替代河道淤泥或部分粘土烧制轻质陶粒获得成功,处理量已达300t/d,年产陶粒1818万m3,年产轻质陶粒砌块18万m3。污泥制陶技术的主要问题是当污泥中有大量的重金属时要注意炉窑的烟气处理与控制以及对产品重金属浸出的监控。
一般农田,由于连续耕作,植物根系对矿物质的不断获取,土壤的有机质和矿质都很缺乏
。另外,土地长期使用无机肥也会带来不利影响。污泥中含有污泥中含有的氮、磷、钾、微量元素等是农作物生长所需的营养成分,有机腐殖质可改善土壤结构、提高保水能力和抗侵蚀性能,是良好的土壤改良剂。良好的
堆肥,具有改土、培肥、促进作物生长和增加产量的效用。堆肥改土作用具体可体现在以下几个方面:增加土壤有机质,改善土壤结构,提高土壤功能,促进植物根系增长。
石油化工污水处理过程中产生的剩余活性污泥处理是环保工作中的一大难题,通过对污泥成分、肥效的分析及对活性污泥制肥的工艺简介,阐明了剩余活性污泥制复合肥技术的可行性和广阔前景。
随着我国石油化工工业的深入发展,人们对环境质量的要求也越来越高,在污染治理和资源综合利用方面开展专项研究势在必行。仅从燕化公司的污水处理来看,现有的工业、生活污水处理场能力大,出水水质已达到北京市二类水体标准。但对应用活性污泥法处理污水产生的大量剩余活性污泥的妥善处理,成为环境保护工作的一大难题。
污泥是污水处理过程中产生的废弃物,污水处理过程中大部分污染物被氧化分解,但还有部分浓缩聚集在污泥中。燕化公司污水净化厂主要处理燕化公司炼油厂、合成橡胶厂、化工一厂、化工二厂、化工三厂、聚酯厂等生产厂产生的炼油化工污水和燕化十几万居民的生活污水,目前设计日处理量超过15万m3。污水处理过程中产生的污泥有两类,即初沉池污泥和剩余活性污泥,其中剩余活性污泥占绝大部分。按设计值计算,1996年污水净化厂将产生含水率85%的污泥27703t,折合干基4155t,而实际上产生含水率85%的污泥13024t,。这样大量的污泥一部分运往附近农村的林场和果园当作肥料使用,另一部分露天堆放自然风干。不论那种方法,在运送、使用的过程中都会产生二次污染。
污泥的最终处置大致有农用、填埋、焚烧、弃海、综合利用等几种方法。焚烧法投资大,处理费用高。我将介绍综合利用的方法处理剩余活性污泥。污泥中含有丰富的有机物质,只要控制好重金属及其它有害物质浓度,注意杀死病原菌和寄生虫卵,污泥农用则是一种化害为利的有效途径。
石油化工污水处理过程产生污泥中的有害物质除矿物油外,***、镉、3、4-苯并芘、芳烃等污染物含量远低于国家规定的农用污泥控制标准且含有丰富的有机质和N、P、K。只要对污泥稍做处理,即可达到农业有机肥的标准。
单纯以污泥为肥料直接施用在耕地上,在母产量5~10t的情况下,有害物质在土壤中没有明显的残留和积累,其农产品中的残留量也符合国家规定的食品卫生标准。用污泥制成的复合肥,其中污泥含量为30%,%~%。据此可以推测,复合肥的施用不会造成任何有害物质在土壤和农产品中残留和积累,其使用是安全可靠的。由此可以看出,污泥肥料化能够彻底消除污泥产生的二次污染。
根据农作物对肥料吸收的情况,一般把肥料和土壤内养分总含量分为速效性与迟效性两类。污泥中速效N含量为1600mg/L左右,高于一般肥料,可做追肥,与全量相比,速效N含量仅占2%~3%,因此,污泥又是迟效肥料,更适于做基肥。
利用污泥制成的复合肥,由于含有大量的有机质,能够起到农家肥的作用,并且疏松土壤,达到改良土壤结构的目的,同时充分利用污泥中的各种养分,不会造成长期使用无机化肥使土壤板结等现象。由于施用量少而不会形成污泥中有害物质的污染。
污泥生产复合肥的工艺与化肥生产复合肥的工艺基本相似。将污水净化厂产生的含有大量有机质的污泥以一定比例配以N、P、K等微量元素,经过破碎、机械混合、造粒干燥即可得复合肥。
将脱水后的污泥(含水约85%)送至干化厂自然干化后送入污泥棚,将污泥棚中的污泥和N、P、K肥分别经过计量送入混料机,并按需要添加适量的微量元素,搅拌混合均匀,经提升至破碎机形成较小的颗粒,直接落到筛分机进行筛分,粒径符合要求的物料送至造粒机,再经过加热器脱去颗粒中的水分、冷却形成成品。
复合肥生产装置的投用,不仅解决了污水净化厂大量剩余活性污泥的处理难题,彻底消除污泥产生的二次污染,同时带来了一定的经济效益。
目前,国外化肥正向缓效化、复合化、高效化、专用化、流体化方向发展。污水净化厂利用污泥生产的复合肥中既含有大量的有机质和N、P、K三素,又有农作物生长所必须的中、微量元素,且同时污泥中迟效养分含量也很高,在化肥缓效化和复合化上完全符合化肥发展的新趋势和我国化肥工业发展方向。如果能在专业化方面进行研究,生产出有机-无机型复合专用肥,其开发前景就更为广阔。