污泥处理的方法

2011年,中国的污泥产量约为2188万吨,据估计,到2015年,中国的污泥产量将超过3000万吨,这已成为中国最紧迫的环境问题之一。其中近70%被直接填埋,15%下落不明,并且存在严重的二次污染。厌氧消化是一种广泛使用的污泥稳定,减少,无害,基于资源的技术,可以回收沼气。欧盟有超过50%的污水处理厂采用污泥进行厌氧消化。各个国家厌氧消化的比例:比利时67%,丹麦50%,法国49%,德国64%,希腊97%,意大利56%,卢森堡81%,西班牙65%。


厌氧消化也是中国鼓励的主要污泥处理技术。国家近年来发布的《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南(试行)》,《“十二五”期间污泥处置建议》和《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》明确指出,“大中型企业应优先选择厌氧消化污泥处理工艺”,“鼓励城市污水处理厂对厌氧污泥进行处理”。消化过程等但是到目前为止,该国只有50多个污水处理厂建造了污泥厌氧消化设备,其中约40%已关闭。污泥小于2%。高固含量污泥的厌氧消化(称为高固含量消化,污泥固含量超过8%)是近年来引起关注的一种新污泥消化技术。与传统污泥厌氧消化(固含量为3%〜5%)相比,单位投资可减少40%〜50%[9],明显节省了供热量,经济效益明显。中国污泥的有机物含量明显低于欧美国家,这是推广厌氧技术困难的原因之一。

考虑到污泥消化的快速控制步骤是污泥水解,而我国污泥的有机物含量较低,我们提出了“高温厌氧消化”高固含量污泥处理工艺,该工艺的主要特点包括:

① ②采用70℃热水解预处理促进细胞裂解;

②采用高温厌氧消化加速消化;目前对高固相消化的研究还不够,尤其是缺乏设计和实践经验,该研究具有较好的参考价值。

1.材料和方法

1.1工艺流程

此先导测试在广州的净水厂进行了总共9个月。初步测试的过程如图1所示。泥浆在水解罐中水解,然后泵入高温厌氧罐中。热水解罐高温罐和高温罐的有效容积分别为0.6 m3和2.0 m3。前者的反应温度为70°C±1°C,后者的温度为55°C±1°C。热水解的固体保留时间(SRT)为3 d。


图1工艺流程图

1.2接种污泥和处理污泥接种后的污泥为中度厌氧消化污泥,挥发性悬浮固体(VSS)浓度为17.01 g·L-1,有机物含量为57%。实验中使用的污泥是来自污水处理厂的脱水残留污泥。固体成分为8%至9%,有机物含量为59.76%至69.94%,VSS为52.95至58.45 g·L-1,SCOD为1268至3443 mg·L-1,氨氮为60至95% 336 mg·L -1。废水处理厂的工业废水约占70%。

1.3有机物去除率

有机物去除率表示为VSS去除率,其计算基于相同SRT下稳定运行阶段的物料平衡:


式中,ηMB:平均VSS去除率,%; VSSF:平均污泥VSS浓度,g·L-1; VSSP:平均污泥VSS浓度,g·L-1。

1.4试验方法

用精密pH试纸测量pH值,用重量法测量水分和VSS,用快速消解分光光度法(兰州联华环保技术有限公司,5B-1B)测量COD,用溴甲酚绿表示碱度。 -甲基红剂滴定法,用Nessler比色法测定氨氮,用甲烷分析仪(北京恒奥德仪器有限公司,HA80-CH4)测定沼气含量,用湿式流量计LMF公司测定沼气产量-1)测量。

2.结果与讨论

该测试从2011年10月底持续到次年7月,持续了将近9个月。

2.1热水解

试验期间,热水解污泥的平均VSS为55.78 g·L-1,污泥为44.87 g·L-1,平均去除率为19.6%。 SCOD从4565 mg·L-1的污泥增加到19969. mg·L-1,增加了337.4%。这些表明热水解在裂解细胞中具有显著作用。

热水解的去除率与泥浆中的VSS / SS有一定关系。当VSS / SS在50.0%至59.9%的范围内且平均值为57.1%时,VSS的平均热水解去除率为13.3%,而VSS / SS高于60%时,差异并不明显。 VSS / SS污泥热水解的VSS去除率分别为60%至64.9%,65.0%至69.9%和70%,分别为20.50%,21.20%和17.63%.

2.2高温厌氧消化

在2011年10月底,高温厌氧池中直接充满了接种的污泥,并且每天以2 kg·(m3·d)-1的有机负荷(基于COD)添加葡萄糖。厌氧细菌。当沼气产量达到理论值的70%〜80%时,逐渐减少葡萄糖量并增加污泥量。大约3周后,葡萄糖的量为零。 SRT为20 d,pH值维持在7.0左右,进入泥浆的VSS为12.86 g·L-1,VSS / SS为52.43%。反应器启动后,进料污泥的固体含量增加到8%〜9%,并依次进行厌氧SRT试验40 d,35 d,25 d,20 d和15 d。每个SRT的测试结果是反应堆完成一个完整的SRT运行后和稳定运行后的平均值。结果如下。

2.2.1有机物去除率

高温厌氧消化的SRT为15 d,20 d,25 d,30 d,35 d和40 d时,VSS去除率分别为27.5%,32.5%,29.8%,34.6%,25.3%,和42.3%。有机负荷(以VSS计算)为3.16、2.36、1.84、1.58、1.15、1.18 kg·(m3·d)-1。当SRT为35 d时,去除率较低。在此期间,来自污水处理厂VSS / SS的剩余污泥从约70%降至约50%。污泥的不稳定性质可能是去除率低的主要原因。


图2高温厌氧消化中有机物去除率和SRT

2.2.2 VSS /不锈钢

稳定化是污泥处理的重要目标之一。王开军等。 指出,污泥稳定化是有机物矿化的过程。朱颖等。 建议使用VSS去除率,不稳定物质去除率,腐殖质含量和植物毒性作为污泥稳定的指标,朱明权等。 认为厌氧消化后污泥的有机酸含量可以很好地衡量污泥的稳定性。通常,有机物去除率越高,污泥越稳定,转化率越好,并且污泥中有机物含量(VSS / SS)越高,污泥越不稳定。因此,VSS去除率和消化污泥VSS / SS可用于评估污泥稳定度。大量的工程运行数据表明,具有良好稳定性的污泥的VSS去除率在40%以上,而VSS / SS大多为45%±5%。

高温厌氧消化的SRT为15 d,20 d,25 d,30 d,35 d和40 d时,高温消化污泥的VSS / SS为47.49%,57.98%,54.00% ,分别为47.15%和52.93。 %和55.70%。当SRT为20 d,25 d,35 d和40 d时,消化污泥的VSS / SS超过50%,这主要是由于污泥中有机物含量较高。从图3可以看出,消化污泥的VSS / SS与污泥的VSS / SS有关。拟合结果表明线性相关系数R2达到0.9168。


图3高温消化污泥的VSS / SS与SRT之间的关系

2.2.3甲烷收率

甲烷产率是评估厌氧消化能量回收的重要指标。如图4所示,当SRT为25〜40 d时,甲烷产量(以CH4 / VSSadd表示)变化不大,范围为0.20至0.24 m3·kg-1;当SRT为15 d,20 d时,甲烷产量降至0.12 m3·kg-1、0.17 m3·kg-1。这表明当SRT低于20 d时,污泥中的有机物不能被充分消化。根据上述甲烷产量和有机物去除率的结果,在实际工程中,该过程的高温厌氧消化可以采用SRT。 25天


图4甲烷收率

2.2.4氨氮

氨氮是厌氧反应的抑制剂之一,高固体污泥消化抑制氨氮的风险明显高于传统污泥厌氧消化的风险。 Hashimoto 研究发现,对于非驯化的中,高温厌氧反应,当pH约为7.2时,对2500 mg·L-1的氨氮浓度的抑制作用是明显的。对于驯化的高温厌氧反应器,只有在氨氮浓度达到4000 mg·L-1时才会发生抑制作用。 Angelidaki 还认为4000 mg·L-1是抑制氨氮发生的临界值。在测试中,泥浆中的平均氨氮为284 mg·L-1,平均厌氧氨氮浓度为983 mg·L-1,低于报道的氨氮浓度4000 mg·L-1 。

2.3总体运行条件

该工艺的总VSS去除率如图5所示。可以看出,当高温厌氧消化的SRT为15 d,20 d,25 d,30 d,35 d和40 d时, VSS总去除率分别为39.07%,42.22。 %,42.69%,45.31%,44.70%和47.87%,总去除率(ηMB)与SRT(方程2)呈线性正相关,相关系数达到0.9153。当厌氧消化的SRT大于20 d时,VSS总去除率超过40%,它完全满足《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)》中污泥稳定的要求。


热水解和高温厌氧消化对总VSS去除的贡献如图6所示。从图中可以看出,当高温厌氧消化的SRT为15 d,20 d,25 d,30 d时分别在35 d和40 d时,水解的贡献率为51.92%,46.45%,63.52%,44.77%,60.66%和42.68%,而厌氧消化的贡献率为48.08%,53.55%,36.48%, 55.23%,39.34%和57.32。 %,表明VSS的热水解和高温厌氧消化的贡献大致相等。尽管热水解SRT仅为3天,仅占总SRT的6.98%至16.67%,但它对总VSS去除率有重要贡献。

图5总VSS去除率

 

图6热水解和高温厌氧消化对VSS去除的贡献

    2.4与实际工程的比较

国外大型污泥消化项目的运行数据相对较少,经典的设计手册可以反映项目的实际情况。美国《污水处理厂设计手册》明确指出,污泥厌氧消化的有机物去除率应高于38%。沼气产量介于0.5至0.75 m3·kg-1(以沼气/ VSSadd计算)和0.75至1.12 m3·kg-1 [16](以沼气/ VSSrem计算)。沼气中的甲烷含量通常为50%〜70%,平均为60%,转换后的甲烷产量为0.30〜0.45 m3·kg-1(按CH4 / VSSadd计算)和0.45〜0.67 m3·kg-1(经计算)作为CH4 / VSSrem)。中试结果表明,采用热水解-高温厌氧消化工艺处理固含量高的剩余污泥时,有机物去除率可以完全满足美国设计手册的要求,但甲烷产量为低于建议值。

截止目前,中国污泥厌氧消化设施已经建成并运行良好,包括大连东台夏家河污泥处理厂,北京小红门污水处理厂污泥消化工程,青岛麦岛污水处理厂污泥消化工程,上海。表1列出了白龙港污水处理厂项目和郑州王新庄污水处理厂污泥消化项目。

由于中国城市污水处理厂污泥的有机物含量普遍较低,已建成并运行的污泥厌氧消化设施产生的甲烷产量大多为0.18〜0.24 m3·kg-1(基于CH4 / VSSadd)因此,该方法的甲烷收率要优于一般的消化工程。从表1可以看出,当停留时间接近时,高固含量污泥厌氧消化的有机物去除率与传统污泥厌氧消化的一致。该工程(固含量为3%〜5%)是等效的。与具有相同停留时间的传统消化相比,高固相消化使反应器的体积减少了约50%,加热污泥的体积减少了40%〜60%,这抵消了大部分高温和高温的影响。能耗,因此运营成本并未显着增加。这表明该工艺具有明显的经济优势。

  表1中试消化工程与实际消化工程的比较

与具有较高固体消化率的大连下家河污泥处理厂相比,该中试装置的有机去除率和甲烷产率基本相同。除了城市污泥,下家河污泥处理厂还拥有一些过期食品。这些材料具有高有机含量和高产气率。夏家河工厂采用德国技术。此过程使用70°C的热水解和高温消化,这在降低污泥卫生风险方面明显优于中温消化。


3.结论

中试结果表明,固形物含量为8%至9%的剩余污泥经过“热水解(70°C)-高温厌氧消化(55°C)”,具有去除有机物和稳定化的良好效果。污泥。可以满足《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)》的要求。同时,高固体分消化污泥的固体含量较高,反应器较小,投资较少,运行能耗没有明显增加,值得推广。从有机物去除率和沼气产量综合考虑,推荐参数为:热水解SRT = 3 d,高温厌氧消化SRT = 25 d。

?