7.1.1 规定城镇污水污泥的处理和处置的基本原则。
我国幅员辽阔,地区经济条件、环境条件差异很大,因此采用的污泥处理和处置技术也存在很大的差异,但是城镇污水污泥处理和处置的基本原则和目的是一致的。
城镇污水污泥的减量化处理包括使污泥的体积减少和污泥的质量减少,前者如采用污泥浓缩、脱水、干化等技术,后者如采用污泥消化、污泥焚烧等技术。
城镇污水污泥的稳定化处理是指使污泥得到稳定(不易腐败),以利于对污泥作进一步处理和利用。可以达到或部分达到减轻污泥重量,减少污泥体积,产生沼气、回收资源,改善污泥脱水性能,减少致病菌数量,降低污泥臭味等目的。实现污泥稳定可采用厌氧消化、好氧消化、污泥堆肥、加碱稳定、加热干化、焚烧等技术。
城镇污水污泥的无害化处理是指减少污泥中的致病菌数量和寄生虫卵数量,降低污泥臭味,广义的无害化处理还包括污泥稳定。
污泥处置应逐步提高污泥的资源化程度,变废为宝,例如用作肥料、燃料和建材等,做到污泥处理和处置的可持续发展。
7.1.2 规定城镇污水污泥处理技术的选用。
目前城镇污水污泥的处理技术种类繁多,采用何种技术对城镇污水污泥进行处理应与污泥的最终处置方式相适应,经过技术经济比较确定。
例如城镇污水污泥用作肥料,应该进行稳定化、无害化处理,根据运输条件和施肥操作工艺确定是否进行减量处理,如果是人工施肥则应考虑进行脱水处理,而机械化施肥则可以不经脱水直接施用,需要作较长时间的贮存则宜进行加热干化。
7.1.3 规定农用污泥的要求。
城镇污水污泥中含有重金属、致病菌、寄生虫卵等有害物质,为保证污泥用作农田肥料的安全性,应按照国家现行标准严格限制工业企业排入城镇下水道的重金属等有害物质含量,同时还应按照国家现行标准加强对污泥中有害物质的检测。
7.1.4 规定污泥处理构筑物的最少个数。
考虑到构筑物检修的需要和运转中会出现故障等因素,各种污泥处理构筑物和设备均不宜只设1个。据调查,我国大多数污水厂的污泥浓缩池、消化池等至少为2个,同时工作;污泥脱水机械台数一般不少于2台,其中包括备用。当污泥量很少时,可为1台。国外设计规范和设计手册,也有类似规定。
7.1.5 关于污泥水处理的规定。
污泥水含有较多污染物,其浓度一般比原污水还高,若不经处理直接排放,势必污染水体,形成二次污染。因此,污泥处理过程中产生的污泥水均应进行处理,不得直接排放。
污泥水一般返回至污水厂进口,与进水混合后一并处理。若条件允许,也可送入初次沉淀池或生物处理构筑物进行处理。必要时,剩余污泥产生的污泥水应进行化学除磷后再返回污水处理构筑物。
7.1.6 规定污泥处理过程中产生臭气的处理原则。
7.2.1 关于重力式污泥浓缩池浓缩活性污泥的规定。
1 根据调查,目前我国的污泥浓缩池的固体负荷见表25。原规范规定的30~60 kg/(m2·d)是合理的。
2 根据调查,现有的污泥浓缩池水力停留时间不低于12 h。
3 根据一些污泥浓缩池的实践经验,浓缩后污泥的含水率往往达不到97%。故本条规定为当浓缩前含水率为99.2%~99.6%时,浓缩后含水率为97%~98%。
4 浓缩池有效水深采用4 m的规定不变。
5 栅条浓缩机的外缘线速度的大小,以不影响污泥浓缩为准。我国目前运行的部分重力浓缩池,其浓缩机外缘线速度一般为1~2 m/min。同时,根据有关污水厂的运行经验,池底坡向泥斗的坡度规定为不小于0.005。
表 25 污泥浓缩池浓缩活性污泥时的水力停留时间与固体负荷
7.2.2 关于设置去除浮渣装置的规定。
由于污泥在浓缩池内停留时间较长,有可能会因厌氧分解而产生气体,污泥附着该气体上浮到水面,形成浮渣。如不及时排除浮渣,会产生污泥出流。为此,规定宜设置去除浮渣的装置。
7.2.3 关于在污水生物除磷工艺中采用重力浓缩的规定。
污水生物除磷工艺是靠积磷菌在好氧条件下超量吸磷形成富磷污泥,将富磷污泥从系统中排出,达到生物除磷的目的。重力浓缩池因水力停留时间长,污泥在池内会发生厌氧放磷,如果将污泥水直接回流至污水处理系统,将增加污水处理的磷负荷,降低生物除磷的效果。因此,应将重力浓缩过程中产生的污泥水进行除磷后再返回水处理构筑物进行处理。
7.2.4 关于采用机械浓缩的规定。
调查表明,目前一些城镇污水厂已经采用机械式污泥浓缩设备浓缩污水污泥,例如采用带式浓缩机、螺压式浓缩机、转筒式浓缩机等。鉴于污泥浓缩机械设备种类较多,各设备生产厂家提供的技术参数不尽相同。因此宜根据试验资料确定设计参数,无试验资料时,按类似运行经验(污泥性质相似、单台设备处理能力相似)合理选用设计参数。
7.2.5 关于一体化污泥浓缩脱水机械的规定。
目前,污泥浓缩脱水一体化机械已经应用于工程中。对这类一体化机械的规定可分别按照本规范浓缩部分和脱水部分的有关条文执行。
7.2.6关于排除污泥水的规定。
污泥在间歇式污泥浓缩池为静止沉淀,一般情况下污泥水在上层,浓缩污泥在下层。但经日晒或贮存时间较长后,部分污泥可能腐化上浮,形成浮渣,变为中间是污泥水,上下层是浓缩污泥。此外,污泥贮存深度也有不同。为此,本条规定应设置可排除深度不同的污泥水的设施。
7.3.1 规定污泥消化可采用厌氧消化或好氧消化两种方法。
应根据污泥性质、环境要求、工程条件和污泥处置方式,选择经济适用、管理便利的污泥消化工艺。
污泥厌氧消化系统由于投资和运行费用相对较省、工艺条件(污泥温度)稳定、可回收能源(污泥气综合利用)、占地较小等原因,采用比较广泛;但工艺过程的危险性较大。
污泥好氧消化系统由于投资和运行费用相对较高、占地面积较大、工艺条件(污泥温度)随气温变化波动较大、冬季运行效果较差、能耗高等原因,采用较少;但好氧消化工艺具有有机物去除率较高、处理后污泥品质好、处理场地环境状况较好、工艺过程没有危险性等优点。污泥好氧消化后,氮的去除率可达60%,磷的去除率可达90%,上清液回流到污水处理系统后,不会增加污水脱氮除磷的负荷。
一般在污泥量较少的小型污水处理厂(国外资料报道当污水厂规模小于1.8万m3/d时,好氧消化的投资可能低于厌氧消化),或由于受工业废水的影响,污泥进行厌氧消化有困难时,可考虑采用好氧消化工艺。
7.3.2 规定污泥消化应达到的挥发性固体去除率。
据有关文献介绍,污泥xx厌氧消化的挥发性固体分解率{zg}可达到80%。对于充分搅拌、连续工作、运行良好的厌氧消化池,在有限消化时间(20~30d)内,挥发性固体分解率可达到40%~50%。
据有关文献介绍,污泥xx好氧消化的挥发性固体分解率{zg}可达到80%。对于运行良好的好氧消化池,在有限消化时间(15~25d)内,挥发性固体分解率可达到50%。
据调查资料,我国现有的厌氧或好氧消化池设计有机固体分解率在40%~50%,实际运行基本达到40%。《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918规定,污泥稳定化控制指标中有机物降解率应大于40%,本规范也规定挥发性固体去除率应大于40%。
7.3.3 规定污泥厌氧消化方法和基本运行条件。
污泥厌氧消化的方法,有高温厌氧消化和中温厌氧消化两种。高温厌氧消化耗能较高,一般情况下不经济。国外采用较少,国内尚无实例,故未列入。
在不延长总消化时间的前提下,两级中温厌氧消化对有机固体的分解率并无提高。一般由于第二级的静置沉降和不加热,一方面提高了出池污泥的浓度,减少污泥脱水的规模和投资;另一方面提高了产气量,减少运行费用。但近年来随着污泥浓缩脱水技术的发展,污泥的中温厌氧消化多采用一级。因此规定可采用单级或两级中温厌氧消化。设计时应通过技术经济比较确定。
厌氧消化池(两级厌氧消化中的{dy}级)的污泥温度,不但是设计参数,而且是重要的运行参数,故由原规范中的“采用”改为“保持”。
有初次沉淀池的系统,剩余污泥的碳氮比大约只有5左右或更低,单独进行厌氧消化比较困难,故规定宜与初沉污泥合并进行厌氧消化处理。“类似污泥”指当采用长泥龄的污水处理系统时,即便不设初次沉淀池,由于xx的内源呼吸消耗,二次沉淀池排出的剩余污泥的碳氮比也很低,厌氧消化也难于进行。
当采用相当于延时曝气工艺的污水处理系统时,剩余污泥的碳氮比更低,污泥已经基本稳定,没有必要再进行厌氧消化处理。
7.3.4 规定厌氧消化池对加热、搅拌、排除上清液的设计要求和两级消化的容积比。
一级厌氧消化池与二级厌氧消化池的容积比多采用2:1,与二级厌氧消化池的运行控制方式和后续的污泥浓缩设施有关,应通过技术经济比较确定。当连续或自控排出二级消化池中的上清液,或设有后续污泥浓缩池时,容积比可以适当加大,但不宜大于4:1;当非连续或非自控排出二级消化池中的上清液,或不设置后续污泥浓缩池时,容积比可适当减小,但不宜小于2:1。
对二级消化池,由于可以不搅拌,运行时常有污泥浮渣在表面结壳,影响上清液的排出,所以增加了有关防止浮渣结壳的要求。本条规定的是国内外通常采用的方法。
7.3.5 规定厌氧消化池容积确定的方法和相关参数。
采用浓缩池重力浓缩后的污泥,其含水率在96%~98%之间。经测算,当消化时间在为20~30d时,相应的厌氧消化池挥发性固体容积负荷为0.5~1.5 kgVSS/(m3·d),沿用原规范推荐值0.6~1.5 kgVSS/(m3·d),是比较符合实际的。
对要求除磷的污水厂,污泥应当采用机械浓缩。采用机械浓缩时,进入厌氧消化池的污泥含水率一般在94%~96%之间,原污泥容积减少较多。当厌氧消化时间仍采用20~30d时,厌氧消化池总容积相应减小。经测算,这种情况下厌氧消化池的挥发性固体容积负荷为0.9~2.3 kgVSS/(m3·d)。所以规定当采用高浓度原污泥时,挥发性固体容积负荷不宜大于2.3 kgVSS/(m3·d)。
当进入厌氧消化池的原污泥浓度增加时,经过一定时间的运行,厌氧消化池中活性微生物浓度同步增加。即同样容积的厌氧消化池,能够分解的有机物总量相应增加。根据国外相关资料,对于更高含固率的原污泥,高负荷厌氧消化池的挥发性固体容积负荷可达2.4~6.4 kgVSS/(m3.d),说明本条的规定还是留有余地的。污泥厌氧消化池挥发性固体容积负荷测算见表26。
表26 污泥厌氧消化池挥发性固体容积负荷测算
方案序号 参数名称 |
一 |
二 |
三 |
四 |
五 |
六 |
七 |
八 |
九 |
十 |
原污泥干固体量(kgSS/d) |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
污泥消化时间(d) |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
原污泥含水率(%) |
98 |
97 |
96 |
95 |
94 |
98 |
97 |
96 |
95 |
94 |
原污泥体积(m3/d) |
5.0 |
3.3 |
2.5 |
2.0 |
1.7 |
5.0 |
3.3 |
2.5 |
2.0 |
1.7 |
挥发性干固体比例(%) |
70 |
70 |
70 |
70 |
75 |
70 |
70 |
70 |
70 |
75 |
挥发性干固体重量(kgVSS/d) |
79 |
70 |
70 |
70 |
75 |
70 |
70 |
70 |
70 |
75 |
消化池总有效容积(m3) |
150 |
100 |
75 |
60 |
50 |
100 |
67 |
50 |
40 |
33 |
挥发性固体容积负荷[kgVSS/(m3·d)] |
0.47 |
0.70 |
0.93 |
1.17 |
1.50 |
0.7 |
1.05 |
1.40 |
1.75 |
2.25 |
7.3.6 规定厌氧消化池污泥加热的方法和保温防腐要求。
随着技术的进步,近年来新设计的污泥厌氧消化池,大多采用污泥池外热交换方式加热,有的扩建项目仍延用了蒸汽直接加热方式。原规范列举的其他污泥加热方式,实际上均属于蒸汽直接加热,但太具体化,故取消。
规定了热工计算的条件、内容和设备选型的要求。
厌氧消化污泥和污泥气对混凝土或钢结构存在较大的腐蚀破坏作用,为延长使用年限,池内壁应当进行防腐处理。
7.3.7 规定厌氧消化池污泥搅拌的方法和设备配置要求。
由于用于污泥气搅拌的污泥气压缩设备比较昂贵,系统运行管理比较复杂,耗能高,安全性较差,因此本规范推荐采用池内机械搅拌或池外循环搅拌,但并不排除采用污泥气搅拌的可能性。
原规范对连续搅拌的搅拌(循环)次数没有规定,导致设备选型时缺乏依据。本次修编参照间歇搅拌的常规做法(5~10h搅拌一次),规定每日搅拌(循环)次数不宜少于3次,相当于至少每8h(每班)xx搅拌一次。
间歇搅拌时,规定每次搅拌的时间不宜大于循环周期的一半(按每日3次考虑,相当于每次搅拌的时间4h以下),主要是考虑设备配置和操作的合理性。如果规定时间太短,设备投资增加太多;如果规定时间太长,接近循环周期时,间歇搅拌失去了意义。
7.3.8 关于污泥厌氧消化池和污泥气贮罐的密封及压力控制规定。
污泥厌氧消化系统在运行时,厌氧消化池和污泥气贮罐是用管道连通的,所以厌氧消化池的工作内压一般与污泥气贮罐的工作压力相同。《给水排水构筑物施工及验收规范》GBJ141-90要求厌氧消化池应进xx密性试验,但未规定气密性试验的压力,实际操作有困难。故增加该项要求,规定气密性试验压力按污泥气工作压力的1.5倍确定。
为防止超压或负压造成的破坏,厌氧消化池和污泥气贮罐设计时应采取相应的措施(如设置超压或负压检测、报警与释放装置,放空、排泥和排水阀应采用双阀等),规定防止超压或负压的操作程序。如果操作不当,浮动盖式的厌氧消化池和污泥气贮罐也有可能发生超压或负压,故将原规范中的“固定盖式消化池”改为“厌氧消化池”。
7.3.9 关于污泥厌氧消化池安全的设计规定。
厌氧消化池溢池或表面排渣管排渣时,均有可能发生污泥气外泄,放在室内(指经常有人活动或值守的房间或设备间内,不包括户外专用于排渣、溢流的井室)可能发生爆炸,危及人身安全。水封的作用是减少污泥气泄漏,并避免空气进入厌氧消化池影响消化条件。
为防止污泥气管道着火而引起厌氧消化池爆炸,规定厌氧消化池的出气管上应设回火防止器。
7.3.10 关于污泥厌氧消化系统合理布置的规定。
为便于管理和减少通风装置的数量,相关设备宜集中布置,室内应设通风设施。
电气设备引发火灾或爆炸的危险性较大,如全部采用防爆型则投资较高,因此规定电气集中控制室不宜与存在污泥气泄漏可能的设施合建,场地条件许可时,宜建在防爆区外。
7.3.11 关于通风报警和防爆的设计规定。
存放或使用污泥气的贮罐、压缩机房、阀门控制间、管道层等场所,均存在污泥气泄漏的可能,规定这些场所的电机、仪表和照明等电器设备均应符合防爆要求,若处于室内时,应设置通风设施和污泥气泄漏报警装置。
7.3.12 关于污泥气贮罐容积和安全设计的规定。
污泥气贮罐的容积原则上应根据产气量和用气情况经计算确定,但由于污泥气产量的计算带有估算的性质,用气设备也可能不按预定的时序工作,计算结果的可靠性不够。实际设计大多按6~10h的平均产气量采用。
污泥气对钢或混凝土结构存在较大的腐蚀破坏作用,为延长使用年限,贮罐的内外壁均应当进行防腐处理。
污泥气贮罐和管道贮存输送介质的性质与城镇燃气相近,其设计应符合现行国家标准《城镇燃气设计规范》GB50028的要求。
7.3.13关于污泥气燃烧排放和安全的设计规定。
为防止大气污染和火灾,多余的污泥气必须燃烧消耗。由于外燃式燃烧器明火外露,在遇大风时易形成火苗或火星飞落,可能导致火灾,故规定燃烧器应采用内燃式。
为防止用气设备回火或输气管道着火而引起污泥气贮罐爆炸,规定污泥气贮罐的出气管上应设回火防止器。
7.3.14 规定污泥气应当综合利用。
污水厂的污泥气一般多用于污泥气锅炉的燃料,也有用于发电和驱动鼓风机。
7.3.15 关于设置污泥气脱硫装置的规定。
经调查,有些污水厂由于没有设置污泥气脱硫装置,使污泥气内燃机(用于发电和驱动鼓风机)不能正常运行或影响设备的使用寿命。当污泥气的含硫量高于用气设备的要求时,应当设置污泥气脱硫装置。为减少污泥气中的硫化氢等对污泥气贮罐的腐蚀,规定脱硫装置应设在污泥气进入污泥气贮罐之前,尽量靠近厌氧消化池。
7.3.16 规定好氧消化池容积确定的方法和相关参数。
好氧消化池的设计经验比较缺乏,故规定好氧消化池的总有效容积,宜根据试验资料和技术经济比较确定。
据国内外文献资料介绍,污泥好氧消化时间,对二沉污泥(剩余污泥)为10~15d,对混合污泥为15~20d(个别资料推荐15~25d);污泥好氧消化的挥发性固体容积负荷一般为0.38~2.24 kgVSS/(m3·d)。
在上述资料中,对于挥发性固体容积负荷,所推荐的下限值显然是针对未经浓缩的原污泥,含固率和容积负荷偏低,不经济;上限值是针对消化时间20d的情况,未包括消化时间10d的情况,因此在时间上不配套。
根据测算,在10~20d的消化时间内,当处理一般重力浓缩后的原污泥(含水率在96%~98%之间)时,相应的挥发性固体容积负荷为0.7~2.8 kgVSS/(m3·d);当处理经机械浓缩后的原污泥(含水率在94%~96%之间)时,相应的挥发性固体容积负荷为1.4~4.2 kgVSS/(m3·d)。
因此本规范推荐,好氧消化时间宜采用10~20d。一般重力浓缩后的原污泥,挥发性固体容积负荷宜采用0.7~2.8 kgVSS/(m3·d);机械浓缩后的高浓度原污泥,挥发性固体容积负荷不宜大于4.2 kgVSS/(m3·d)。污泥好氧消化池挥发性固体容积负荷测算见表27。
表27 污泥好氧消化池挥发性固体容积负荷测算
方案序号 参数名称 |
一 |
二 |
三 |
四 |
五 |
六 |
七 |
八 |
九 |
十 |
原污泥干固体量(kgSS/d) |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
污泥消化时间(d) |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
原污泥含水率(%) |
98 |
97 |
96 |
95 |
94 |
98 |
97 |
96 |
95 |
94 |
原污泥体积(m3/d) |
5.0 |
3.3 |
2.5 |
2.0 |
1.7 |
5.0 |
3.3 |
2.5 |
2.0 |
1.7 |
挥发性干固体比例(%) |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
挥发性干固体重量(kgVSS/d) |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
70 |
消化池总有效容积(m3) |
100 |
67 |
50 |
40 |
33 |
50 |
33 |
25 |
20 |
17 |
挥发性固体容积负荷[kgVSS/(m3·d)] |
0.7 |
1.05 |
1.40 |
1.75 |
2.10 |
1.4 |
2.10 |
2.80 |
3.50 |
4.20 |
7.3.17 关于好氧消化池污泥温度的规定。
好氧消化过程为放热反应,池内污泥温度高于投入的原污泥温度,当气温在15℃时,泥温一般在20℃左右。
根据好氧消化时间和温度的关系,当气温20℃时,活性污泥的消化时间约需要16~18d,当气温低于15℃时,活性污泥的消化时间需要20d以上,混合污泥则需要更长的消化时间。
因此规定当气温低于15℃时,宜采取保温、加热措施或适当延长消化时间。
7.3.18 规定好氧消化池中溶解氧浓度。
好氧消化池中溶解氧的浓度,是一个十分重要的运行控制参数。
溶解氧浓度2 mg/L是维持活性污泥中xx内源呼吸反应的{zd1}需求,也是通常衡量活性污泥处于好氧/缺氧状态的界限参数。好氧消化应保持污泥始终处于好氧状态下,即应保持好氧消化池中溶解氧浓度不小于2 mg/L。
溶解氧浓度,可采用在线仪表测定,并通过控制曝气量进行调节。
7.3.19 规定好氧消化池采用鼓风曝气时,需气量的参数取值范围。
好氧消化池采用鼓风曝气时,应同时满足细胞自身氧化需气量和搅拌混合需气量。宜根据试验资料或类似工程经验确定。
根据工程经验和文献记载,一般情况下,剩余污泥的细胞自身氧化需气量为0.015~0.02 m3空气/(m3池容·min),搅拌混合需气量为0.02~0.04m3空气/(m3池容·min);初沉污泥或混合污泥的细胞自身氧化需气量为0.025~0.03m3空气/(m3池容·min),搅拌混合需气量为0.04~0.06m3空气/(m3池容·min)。
可见污泥好氧消化采用鼓风曝气时,搅拌混合需气量大于细胞自身氧化需气量,因此以混合搅拌需气量作为好氧消化池供气量设计控制参数。
采用鼓风曝气时,空气扩散装置不必追求很高的氧转移率。微孔曝气器的空气洁净度要求高、易堵塞、气压损失较大、造价较高、维护管理工作量较大、混合搅拌作用较弱,因此好氧消化池宜采用中气泡空气扩散装置,如穿孔管、中气泡曝气盘等。
7.3.20 规定好氧消化池采用机械表面曝气时,需用功率的取值方法。
好氧消化池采用机械表面曝气时,应根据污泥需氧量、曝气机充氧能力、搅拌混合强度等确定需用功率,宜根据试验资料或类似工程经验确定。
当缺乏资料时,表面曝气机所需功率可根据原生污泥含水率选用。原污泥含水率高于98%时,可采用14~20W/(m3池容);原污泥含水率为94%~98%时,可采用20~40W/(m3池容)。
因好氧消化的原污泥含水率一般在98%以下,因此表面曝气机功率宜采用20~40W/(m3池容)。原污泥含水率较低时,宜采用较大的曝气机功率。
7.3.21 关于好氧消化池深度的规定。
好氧消化池的有效深度,应根据曝气方式确定。
当采用鼓风曝气时,应根据鼓风机的输出风压、管路和曝气器的阻力损失来确定,一般鼓风机的出口风压约为55~65 kPa,有效深度宜采用5.0~6.0m。
当采用机械表面曝气时,应根据设备的能力来确定,即按设备的提升深度设计有效深度,一般为3.0~4.0m。
采用鼓风曝气时,易形成较高的泡沫层;采用机械表面曝气时,污泥飞溅和液面波动较大。所以好氧消化池的超高不宜小于1.0 m。
7.3.22 关于好氧消化池加盖的规定。
好氧消化池一般采用敞口式,但在寒冷地区,污泥温度太低不利于好氧消化反应的进行,甚至可能结冰,因此应加盖并采取保温措施。
大气环境的要求较高时,应根据环境评价的要求确定好氧消化池是否加盖和采取除臭措施。
7.3.23 关于好氧消化池排除上清液的规定。
间歇运行的好氧消化池,一般其后不设泥水分离装置。在停止曝气期间利用静置沉淀实现泥水分离,因此消化池本身应设有排出上清液的措施,如各种可调或浮动堰式的排水装置。
连续运行的好氧消化池,一般其后设有泥水分离装置。正常运行时,消化池本身不具泥水分离功能,可不使用上清液排出装置。但考虑检修等其它因素,宜设排出上清液的措施,如各种分层放水装置。
7.4.1关于污泥机械脱水设计的规定。
1 污泥脱水机械,国内较成熟的有压滤机和离心脱水机等,应根据污泥的脱水性质和脱水要求,以及当前产品供应情况经技术经济比较后选用。污泥脱水性质的指标有比阻、粘滞度、粒度等。脱水要求,指对泥饼含水率的要求。
2 进入脱水机的污泥含水率大小,对泥饼产率影响较大。在一定条件下,泥饼产率与污泥含水率成反比关系。根据国内调查资料,见表28,规定污泥进入脱水机的含水率一般不大于98%。当含水率大于98%时,应对污泥进行预处理,以降低其含水率。
3 据国外资料介绍,消化污泥碱度过高,采用经处理后的废水淘洗,可降低污泥碱度,从而节省某些药剂的投药量,提高脱水效率。前苏联规范规定,消化后的生活污水污泥,真空过滤之前应进行淘洗。日本指南规定,污水污泥在真空过滤和加压过滤之前要进行淘选,淘选后的碱度低于600mg/L。国内四川某维尼纶厂污水处理站利用二次沉淀池出水进行剩余活性污泥淘洗试验,结果表明:当淘洗水倍数为1~2时,比阻降低率约15%~30%,提高了过滤效率。但淘洗并不能降低所有药剂的使用量。同时,淘洗后的水需要处理(如返回污水处理构筑物)。为此规定:经消化后污泥,可根据污泥性质和经济效益考虑在脱水前淘洗。
表28 国内进脱水机的污泥含水率
使用单位 |
污泥种类 |
脱水机类型 |
进入脱水机的污泥含水率(%) |
上海某织袜厂 |
活性污泥 |
板泥压滤机 |
98.5~99 |
四川某维尼纶厂 |
活性污泥 |
折带式真空过滤机 |
95.8 |
辽阳某化纤厂 |
活性污泥 |
箱式压滤机 |
98.1 |
北京某印染厂 |
接触氧化后加药混凝沉淀污泥 |
自动板框压滤机 |
96~97 |
北京某油毡原纸厂 |
气浮污泥 |
带式压滤机 |
93~95 |
哈尔滨某毛织厂 |
电解浮泥 |
自动板框压滤机 |
94~97 |
上海某污水厂 |
活性污泥 |
刮刀式真空过滤机 |
97 |
北京某污水厂 |
消化的初沉污泥 |
刮刀式真空过滤机 |
91.2~92.7 |
上海污水处理厂试验组 |
活性污泥 |
真空过滤机和板框压滤机 |
95.8~98.7 |
上海某涤纶厂 |
活性污泥 |
折带式真空过滤机 |
98.0~98.5 |
上海某厂污水站 |
活性污泥 |
折带式真空过滤机 |
95.0~98.0 |
上海某印染厂 |
活性污泥 |
板框压滤机 |
97.0 |
无锡某印染厂 |
活性污泥 |
板框压滤机 |
97.4 |
4 根据脱水间机组与泵房机组的布置相似的特点,脱水间的布置可按本规范第5章泵房的有关规定执行。有关规定指机组的布置与通道宽度、起重设备和机房高度等。除此以外,还应考虑污泥运输的设施和通道。
5 据调查,国内污水厂一般设有污泥堆场或污泥料仓,也有用车立即运走的,由于目前国内污泥的出路尚未妥善解决,贮存时间等亦无规律性,故堆放容量仅作原则规定。
6 脱水间内一般臭气较大,为改善工作环境,脱水间应有通风设施。脱水间的臭气因污泥性质、混凝剂种类和脱水机的构造不同而异,每小时换气次数不应小于6次。对于采用离心脱水机或封闭式压滤机或在压滤机上设有抽气罩的脱水机房可适当减少换气次数。
7.4.2关于污泥脱水前加药调理的规定。
为了改善污泥的脱水性质,污泥脱水前应加药调理。
1 无机混凝剂不宜单独用于脱水机脱水前的污泥调理,原因是形成的絮体细小,重力脱水难于形成泥饼,压榨脱水时污泥颗粒漏网严重,固体回收率很低。用有机高分子混凝剂(如阳离子聚丙烯酰胺)形成的絮体粗大,适用于污水厂污泥机械脱水。阳离子型聚丙烯酰胺适用于带负电荷、胶体粒径小于0.1μ的污水污泥。其混凝原理一般认为是电荷中和与吸附架桥双重作用的结果。阳离子型聚丙烯酰胺还能与带负电的溶解物进行反应,生成不溶性盐,因此它还有除浊脱色作用。经它调理后的污泥滤液均为无色透明,泥水分离效果良好。聚丙烯酰胺与铝盐、铁盐联合使用,可以减少其用于中和电荷的量,从而降低药剂费用。但联合使用却增加了管道、泵、阀门、贮药罐等设备,使一次性投资增加并使管理复杂化。聚丙烯酰胺是否与铝盐铁盐联合使用应通过试验,并经技术经济比较后确定。
2 污泥加药以后,应立即混合反应,并进入脱水机,这不仅有利于污泥的凝聚,而且会减小构筑物的容积。
7.4.3 关于不同型式的压滤机其泥饼的产率和含水率的规定。
目前,国内用于污水污泥脱水的压滤机有带式压滤机、板框压滤机、箱式压滤机和微孔挤压脱水机。
由于各种污泥的脱水性质不同,泥饼的产率和含水率变化较大,所以应根据试验资料或参照相似污泥的数据确定。本条所列出的含水率,系根据国内调查资料和参照国外规范制订。
1)日本指南从脱水泥饼的处理及泥饼焚烧经济性考虑,规定泥饼含水率宜为75%;
2)天津某污水处理厂消化污泥经压滤机脱水后,泥饼含水率为70%~80%,平均为75%;
3)上海某污水处理厂混合污泥经压滤机脱水后,泥饼含水率为73.4%~75.9%。
7.4.4关于带式压滤机的规定
1 本规范使用污泥脱水负荷的术语,其含义为每米带宽每小时能处理污泥干物质的公斤数。该负荷因污泥类别、含水率、滤带速度、张力以及混凝剂品种、用量不同而异;应根据试验资料或类似运行经验确定,也可按表7.4.4估计。表中混合原污泥为初沉污泥与二沉污泥的混合污泥,混合消化污泥为初沉污泥与二沉污泥混合消化后的污泥。
1)日本指南建议对浓缩污泥及消化污泥的污泥脱水负荷采用90~150kg/(m·h)。
2)杭州某污水厂用2m带宽的压滤机对初沉消化污泥脱水,污泥脱水负荷为300~500kg/(m·h)。
3)上海某污水厂用1m带宽的压滤机对混合原污泥脱水,污泥脱水负荷为150~224kg/(m·h)。
4)天津某污水厂用3米带宽的压滤机对混合消化污泥脱水,污泥脱水负荷为207~247kg/(m·h)。
2 若压滤机滤布的张紧和调正由压缩空气与其控制系统实现,在空气压力低于某一值时,压滤机将停止工作。应按压滤机的要求,配置空气压缩机。为在检查和故障维修时脱水机间能正常运行,至少应有一台备用机。
3 上海某污水厂采用压力为0.4~0.6MPa的冲洗水冲洗带式压滤机滤布,运行结果表明,压力稍高,结果稍好。
天津某污水厂推荐滤布冲洗水压为0.5~0.6MPa。
上海某污水厂用带宽为1m的带式压滤机进行混合污泥脱水,每米带宽每小时需7~11m3冲洗水。天津某污水厂用带宽3m的带式压滤机对混合消化污泥脱水,每米带宽每小时需5.5~7.5m3冲洗水。为降低成本,可用再生水作冲洗水;天津某污水厂用再生水冲洗,取得较好效果。
为在检查和维修故障时脱水间能正常运行,至少应有1台备用泵。
7.4.5规定板框压滤机和箱式压滤机的设计要求。
1 过滤压力,哈尔滨某厂污水站的自动板框压滤机和吉林某厂污水站的箱式压滤机均为500kPa,辽阳某厂污水站的箱式压滤机为500~600 kPa,北京某厂污水站的自动板框压滤机为600kPa。日本指南为400~500 kPa。据此,本条规定为400~600 kPa。
2 过滤周期,吉林某厂污水站的箱式压滤机为3~4.5h;辽阳某厂污水站的箱式压滤机为3.5h;北京某厂污水站的自动板框压滤机为3~4h。据此,本条规定为不大于4h。
3 污泥压入泵,国内使用离心泵、往复泵或柱塞泵。北京某厂污水站采用柱塞泵,使用效果较好。日本指南规定可用无堵塞构造的离心泵、往复泵或柱塞泵。
4 我国现有配置的压缩空气量,每立方米滤室一般为1.4~3.0 m3/ min。日本指南为每立方米滤室2 m3/ min(按标准工况计)。
7.4.6规定了离心脱水机房噪声应符合的标准
因为《工业企业噪声控制设计规范》GBJ87规定了生产车间及作业场所的噪声限制值和厂内声源辐射至厂界的噪声A声级的限制值,故规定离心脱水机房噪声应符合此标准。
7.4.7关于所选用的卧螺离心机分离因数的规定。
目前国内用于污水污泥脱水的离心机多为卧螺离心机。离心脱水是以离心力强化脱水效率,虽然分离因数大脱水效果好,但并不成比例,达到临界值后分离因数再大脱水效果也无多大提高,而动力消耗几乎成比例增加,运行费用大幅度提高,机械磨损、噪声也随之增大。而且随着转速的增加,对污泥絮体的剪切力也增大,大的絮体易被剪碎而破坏,影响污泥干物质的回收率。
国内污水处理厂卧螺离心机进行污泥脱水采用的分离因数如下:
深圳滨河污水厂为2115G;洛阳涧西污水厂为2115G;仪征化纤污水厂为1700G;上海曹杨污水厂为1224G;云南个旧污水厂为1450G;武汉汤逊湖污水厂为2950G;辽宁葫芦岛市污水厂为2950G;上海白龙港污水厂(一级强化处理)为港3200G;香港昂船洲污水厂(一级强化处理)为3200G。
由于随污泥性质、离心机大小的不同,其分离因数的取值也有一定的差别。为此,本条规定污水污泥的卧螺离心机脱水的分离因数宜小于3000G。对于初沉和一级强化处理等有机质含量相对较低的污泥,可适当提高其分离因数。
7.4.8对离心机进泥粒径的规定。
为避免污泥中的长纤维缠绕离心机螺旋以及纤维裹挟污泥成较大的球状体后堵塞离心机排泥孔,一般认为当纤维长度小于8mm时已不具备裹挟污泥成为大的球状体的条件。为此,本条规定离心脱水机前应设置污泥切割机,切割后的污泥粒径不宜大于8mm。
7.5.1关于脱水污泥输送型式的规定
规定了脱水污泥通常采用的三种输送型式:皮带输送机输送、螺旋输送机输送和管道输送。
7.5.2关于皮带运输机输送污泥的规定。
皮带运输机倾角超过20°,泥饼会在皮带上发生滑动。
7.5.3关于螺旋输送机输送污泥的规定。
如果螺旋输送机倾角过大,会导致污泥下滑而影响污泥脱水间的正常工作。如果采用有轴螺旋输送机,由于轴和螺旋叶片之间形成了相对于无轴螺旋输送机而言较为密闭的空间,在输送污泥过程中对污泥的挤压与搅动更为剧烈,易于使污泥中的表面吸附水、间歇水和毛细结合水外溢,增加污泥的流动性,在污泥的运输过程中容易造成污泥的滴漏,污染沿途环境。为此,作出本条规定。
7.5.4关于管道输送污泥的规定。
由于污泥管道输送的局部阻力系数大,为降低污泥输送泵的扬程,同时为避免污泥在管道中发生堵死现象,参照《浆体长距离管道输送工程设计规程》(CECS98)的相关规定,同时考虑到污水厂污泥的管道输送距离较短,而脱水机房场地有限,不利于管道进行大幅度转角布置,作出本条规定。
7.6.1 关于污泥干化总体原则的规定。
根据国内外多年的污泥处理和处置实践,污泥在很多情况下都需要进行干化处理。
污泥自然干化,可以节约能源,降低运行成本,但要求降雨量少、蒸发量大、可使用的土地多、环境要求相对宽松等条件,故受到一定限制。在美国的加利福尼亚州,自然干化是最普通采用的污泥脱水和干化方法,1988年占32%,1998增加到39%,其中科罗拉多地区超过80%的污水处理厂采用干化场作为{sx}工艺。
污泥人工干化,采用最多的是热干化。大连开发区、秦皇岛、徐州等污水厂已经采用热干化工艺烘干污泥,并制造复合肥。深圳的污泥热干化工程,目前已着手开展。
7.6.2 关于污泥干化场固体负荷量的原则规定。
污泥干化场的污泥主要靠渗滤、撇除上层污泥水和蒸发达到干化。渗滤和撇除上层污泥水主要受污泥的含水率、粘滞度等性质的影响,而蒸发则主要视当地自然气候条件,如平均气温、降雨量和蒸发量等因素而定。由于各地污泥性质和自然条件不同,所以,建议固体负荷量宜充分考虑当地污泥性质和自然条件,参照相似地区的经验确定。在北方地区,应考虑结冰期间,干化场储存污泥的能力。
7.6.3 规定干化场块数的划分和围堤尺寸。
干化场划分不宜少于3块,系考虑进泥、干化和出泥能够轮换进行,提高干化场的使用效率。围堤高度系考虑贮泥量和超高的需要,顶宽系考虑人行的需要。
7.6.4 关于人工排水层的规定。
对脱水性能好的污泥而言,设置人工排水层有利于污泥水的渗滤,从而加速污泥干化。我国已建干化场大多设有人工排水层,国外规范也都建议设人工排水层。
7.6.5 关于设不透水层的规定。
为了防止污泥水入渗土壤深层和地下水,造成二次污染,故规定在干化场的排水层下面应设置不透水层。某些地下水较深、地基岩土渗透性又较差的地区,而且当地卫生管理部门允许,才可考虑不设不透水层。本条与原规范相比,加大了设立不透水层的强制力度。
7.6.6 规定宜设排除上层污泥水设施。
污泥在干化场脱水干化是一个污泥沉降浓缩、析出污泥水的过程,及时将这部分污泥水排除,可以加速污泥脱水,有利于提高干化场的效率。
7.6.7 规定污泥热干化和焚烧宜集中进行。
单个污水处理厂的污泥量可能较少,集中干化焚烧处理更经济、更利于保证质量、更便于管理。
7.6.8 规定污泥热干化应充分考虑产品出路。
污泥热干化成本较高,故应充分考虑产品的出路,以提高热干化工程的经济效益。
7.6.9 关于污泥热干化和焚烧的污泥负荷量的原则规定。
污泥热干化和焚烧在国内属于新兴的技术,经验不足。污泥含水率等性质,对热干化的污泥负荷量有显著影响。污泥热干化的设备类型很多,性能各异,因此,需要根据污泥性质、设备性能,并参照相似设备的运行参数进行污泥负荷量设计。
7.6.10 规定热干化和焚烧设备的套数。
热干化和焚烧设备宜设置2套,是为了保证设备检修期间污水厂的正常运行。由于设备投资较大,可仅设1套,但应考虑必要的应急措施,在设备检修时,保证污水厂仍然能够正常运行。
7.6.11 关于热干化设备选型的原则规定。
热干化设备种类很多,如直接加热转鼓式干化器、气体循环、间接加热回转室、流化床等等,目前国内应用经验不足,只能根据热干化的实际需要和国外经验确定。
国内热干化设备安装运行情况见表29。
1995年以前国外应用直接加热转鼓式干化器较多,干化后得到稳定的球形颗粒产品,但尾气量大,处理费用昂贵。
1995~1999年间出现了间接加热系统,尾气量要小得多,但干化器内部磨损严重且难以生产出颗粒状产品。气体循环技术使转鼓中的氧气含量保持在10%以下,提高了安全性。间接加热回转室适用于中小型污水处理厂。此外还出现了机械脱水和热干化一体化的技术,即真空过滤带式干化系统和离心脱水干化系统。
2000年以后的美国热干化设备,出现了以蒸汽为热源的流化床干化设备,带有产品过筛返混系统,其产品的性状良好,与转鼓式干化器是相似的。蒸汽锅炉(或废热蒸汽)和流化床有逐渐取代热风锅炉和转鼓之势。转鼓式干化器仍将继续扮演重要角色,同时也向设备精、处理量大的方向发展。干料返混系统能够生产出可销售的生物固体产品。
简单的间接加热系统受制于设备本身的大小,较适合于小到中等规模的处理量;带有污泥混合器和气体循环装置的直接加热系统,是中到大规模处理量的较佳选择。
表29 国内热干化设备安装运行情况
7.6.12 规定热干化设备能源的选择。
消化池污泥气是污泥消化的副产品,无须购买,故越来越多的热干化设备以污泥气作为能源,但直接加热系统仍多采用天然气。
7.6.13 关于热干化设备安全的规定。
污水污泥产生的粉尘是St1级的爆炸粉尘,具有潜在的粉尘爆炸的危险,干化设施和贮料仓内的干化产品也可能会自燃。在欧美已经发生了多起干化器爆炸、着火和附属设施着火的事件。因此,应高度重视污泥干化设备的安全性。
7.6.14 规定优先考虑污泥与垃圾或燃料煤同时焚烧。
由于污泥的热值偏低,单独焚烧具有一定难度,故宜考虑与热值较高的垃圾或燃料煤同时焚烧。
7.6.15 关于污泥焚烧的工艺的规定。
初沉污泥的有机物含量一般在55%~70%之间,剩余污泥的有机物含量一般在70%~85%,污泥经厌氧消化处理后,其中40%的有机物已经转化为污泥量,有机物含量降低。
污泥具有一定的热值,但仅为标准煤的30%~60%,低于木材,与泥煤、煤矸石接近,见表30。
由于污泥的热值与煤矸石接近,故污泥焚烧工艺可以在一定程度上借鉴煤矸石焚烧工艺。
早期建设的煤矸石电厂基本以鼓泡型流化床锅炉为主,这种锅炉热效率低,不利于消烟脱硫。90年代以来,循环流化床锅炉逐步取代了鼓泡型流化床锅炉,成为煤矸石电厂的{sx}锅炉,逐步从35 t/h发展到70 t/h,合资生产的已达到240 t/h,热效率提高5%~15%。现在由于采取了防磨措施,循环流化床锅炉连续运行小时普遍超过2000 h。“九五”期间,国家通过国债、技改等渠道,对大型煤矸石电厂,尤其是220 t/h以上的燃煤矸石循环流化床锅炉,给予了重点倾斜。
1998年2月12日,国家经贸委、煤炭部、财政部、电力部、建设部、国家税务总局、国家土地管理局、国家建材局八部委以国经贸资[1998]80号文件印发了《煤矸石综合利用管理办法》,其中第十四条要求,新建煤矸石电厂应采用循环流化床锅炉。
表30 污泥和燃料的热值
材 料 |
热值(kJ/kg) | |||
脱水后 |
干化后 |
无水 | ||
燃料 |
标准煤 |
|
|
29300 |
木材 |
|
|
19000 | |
泥煤 |
|
|
18000 | |
煤矸石 |
|
|
≤12550 | |
污泥 |
初沉污泥 |
|
|
10715~18920 |
二沉污泥 |
|
|
13295~15215 | |
混合污泥 |
|
|
12005~16957 | |
上海石洞口污水厂 |
|
|
|
11078~15818 |
混合污泥 |
|
| ||
|
|
| ||
北京 高碑店 |
原污泥 |
|
|
9830~14360 |
消化污泥 |
|
|
11120 | |
消化污泥与浓缩污泥混合 |
|
|
10980~11910 | |
天津 纪庄子 |
污泥 |
559(75%水分) |
12603(水分6.80) |
13823 |
污泥(放置时间较长) |
1346(75%水分) |
13873(水分7.78) |
15257 | |
天津 东郊 |
污泥 |
1672(75%水分) |
12895(水分7.74) |
14187 |
污泥(放置时间较长) |
1718(75%水分) |
13134(水分7.36) |
14375 |
国内污泥焚烧工程较少,仅收集到上海市石洞口污水厂的情况,也采用流化床焚烧炉工艺,见表31。
表31 国内污泥焚烧情况
7.6.16 关于污泥热干化产品和污泥焚烧灰处置的规定。
部分污泥热干化产品遇水将再次成为含水污泥,污泥焚烧灰含有较多的重金属和放射性物质,处置不当会造成二次污染,故皆必须妥善保存、利用或最终处置。
7.6.17 规定污泥热干化尾气和焚烧烟气必须达标排放。
污泥热干化的尾气,含有臭气和其它污染物质;污泥焚烧的烟气,含有危害人民身体健康的污染物质。二者如不处理或处理不当,可能对大气产生严重污染,故规定应达标排放。
7.6.18 关于污泥干化场、污泥热干化厂和污泥焚烧厂环境监测的规定。
污泥干化场可能污染地下水,污泥热干化厂和焚烧厂可能污染大气,故规定应设置相应的长期环境监测设施。
7.7.1 关于污泥最终处置的规定。
污水污泥是一种宝贵的资源,含有丰富的营养成分,为植物生长所需要,同时含有大量的有机物,可以改良土壤或回收能源。
污泥综合利用既可以充分利用资源,同时又节约了最终处置费用。国外已经把满足土地利用要求的污水污泥改称为“生物固体(biosolids)”。
7.7.2 关于污泥综合利用的规定。
由于污泥中含有丰富的有机质,可以改良土壤。污泥土地利用维持了有机物→土壤→农作物→城市→污水→污泥→土壤的良性大循环,无疑是污泥处置最合理的方式。以前,国外污泥大量用于填埋,但近年来呈显著下降趋势,污泥综合利用则呈急剧上升趋势。
美国1998年污泥处置的主要方法为土地利用占61.2%,其次是土地填埋占13.4%,堆肥占12.6%,焚烧占6.7%,表面处置占4.0%,贮存占1.6%,其它占0.4%。目前,在美国污泥土地利用已经代替填埋成为最主要的污泥处置方式。
加拿大土地利用的污泥数量,占了将近一半,显著高于其它技术,这与美国的情况类似。
英国1998年前42%的污泥最终处置出路是农用,另有30%的污泥排海,但目前欧共体已禁止污泥排海。
德国目前污泥处置以脱水污泥填埋为主,部分农用,将来的趋势是污泥干化或焚烧后再利用或填埋。
目前,日本正在进行区域集中的污泥处理处置工作,污泥处理处置的主要途径是减量后堆肥农用或焚烧、熔融成炉渣,制成建材,其余部分委托给民间团体处理处置。日本是国外仅有的污水污泥土地利用程度较小的发达国家。
我国的污泥处置以填埋为主,堆肥、复合肥研究不少,但生产规模很小。国内污泥综合利用实例不多,仅调查到一例,正是土地利用,见表32。
表32 污泥综合利用情况
我国是一个农业大国,由于化肥的广泛应用,使得土壤有机质逐年下降,迫切需要施用污水污泥这样的有机肥料。但是,污泥中的重金属和其它有毒物质是污泥土地利用的{zd0}障碍,一旦不慎造成污染,后果严重且难以挽回,因此,污泥农用不得不慎之又慎。
美国30年前的预处理计划保证了城镇污水污泥中的重金属含量达标,为污泥土地利用铺平了道路;10年前的503污泥规则进一步保证了污泥土地利用的安全性,免除了任何后顾之忧。由此可见,中国的污泥农用还有相当长的路要走。
污泥直接土地利用是国内外污泥处置技术发展的必然趋势。但是,我国在污水污泥直接土地利用之前尚有一个过渡时期,这就是污泥干化、堆肥、造粒(包括复合肥)等处理后的污泥产品的推广使用,让使用者有一个学习和适应的过程,培育市场,同时逐步健全污泥土地利用的法规和管理制度。
7.7.3 规定污泥的土地利用应严格控制重金属和其它有毒物质含量。
借鉴国外污泥土地利用的成功经验,首先必须对工业废水进行严格的预处理,杜绝重金属和其它有毒物质进入污水污泥,污水污泥利用必须符合相关国家标准的要求。同时,必须对施用污泥的土壤中积累的重金属和其它有毒物质含量进行监测和控制,严格保证污泥土地利用的安全性。这一过程,必须长期坚持不懈,不能期望一蹴而就。
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