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市政污泥干化冷凝废水污染及防治措施概述

摘要:污泥干化是污泥耦合燃煤发电前道工序,对污泥干化过程中产生的冷凝水水质影响因素进行分析,并提出相应污染防治措施。

    根据《关于开展燃煤耦合生物质发电技改试点工作的通知》(国能发电力[2017]75号),市政污泥耦合燃煤发电是污泥处置趋势。为了减少污泥掺烧对锅炉设备及工艺影响,污泥进入锅炉前须进行干化保证含水率低于40%。污泥现状采用较多的为圆盘干燥技术,采用圆盘带动旋转推进,利用饱和蒸汽间接加热方式对污泥烘干,干化过程中产生的废气进入换热器冷却使温度降低,将水蒸气冷凝形成冷凝废水,对污泥干化过程中产生的冷凝水水质影响因素进行分析,并提出相应污染防治措施。

    1、废水污染物

    污泥干化过程中主要废水污染物为污泥干化冷凝废水,该水质较为复杂,主要为COD、BOD5和NH3-N等;污泥冷凝水的水质与污泥的处理方法、污水处理厂进水水质等诸多因素有关,不同污水处理厂产生的污泥,冷凝水水质差异较大[1]。

    (1)来水水质对冷凝废水水质影响

    城镇污水处理厂接纳废水较为广泛,主要为生活污水,少部分工业废水经处理纳管标准后进入城镇污水处理厂,由于区域工业类型不同导致城镇污泥性质相差较大,使得污泥干化冷凝废水水质相差较大。研究发现,污泥经干化冷凝废水COD低则几百毫克每升[2],高则上万毫克每升[3];相比造纸污泥,城市污泥干化冷凝液的COD值明显高于造纸污泥,这与城市污泥干化冷凝液有更高的铵浓度和硫浓度相关[4];在污泥干化过程中,重金属主要累积在污泥中,因此污泥干化过程中挥发量很小,则干化冷凝废水中重金属含量很微小[5];

    (2)污泥干化参数对冷凝废水水质影响。

    ①干燥温度对废水水质影响。

    干化温度越高,污泥中有机物等可燃性物质越可能在干化过程中被带走,造成干污泥热值降低,不利于后续污泥耦合掺烧,研究表明,当干化温度低于155℃时几乎无有机物分解,200℃约5%有机物分解,干化温度达到300℃时,剩余干污泥热值仅为100℃的一半,当温度大于300℃时,污泥热值已无法顺利测定[5]。众多研究表明,污泥干化温度越高,干化过程中污染物排放浓度越高[5];在180℃、220℃和260℃中,pH呈现弱酸性,随着温度的增加,COD和氨氮浓度逐渐增加,在180℃和220℃冷凝液中有机物主要为醇类物质,在260℃,其主要有机组分为醛类[6]。温度对污泥干化有促进作用,随着温度的升高,恒速阶段干燥速率增加,脱除水分减少,从能耗、剩余污泥燃烧热值和冷凝液处理难易角度,污泥干化阶段宜在145~185℃下恒速阶段进行[7]。

    ②干燥机转速、加料机转速和蒸汽压力对废水水质影响。

    干燥机和加料机转速与污泥干燥量呈现正相关,加料机转速对污泥干燥量的影响最大,其实是干燥机转速,蒸汽压力影响不大;污泥冷凝水样中COD和NH3-N浓度随着干燥机转速的增加而下降,当转速提升至6r/min时,下降趋势趋于平缓[8]。

    2、废水污染防治措施

    (1)依托处置

    市政污泥干化的冷凝废水与发电厂水质相差较大,一般无法直接将该类废水与电厂废水一同处置;若电厂距离城镇污水处理厂距离较近,通过专管进入城镇污水处理厂,依托调节池将冷凝废水均质后进入城镇污水处理厂处理系统;研究发现在污水处理厂正常运行状况下,冷凝污水原水不会对城镇污水处理厂造成明显影响[3];依托该专管可进一步实现城镇污水处理厂中水回用至电厂,则一方面减少城镇污水处理厂尾水排放对环境影响,另一方面减少电厂新鲜水用量,实现城镇污水处理厂和电厂间“双赢”。

    (2)单独处置

    污泥干化冷凝水主要由污泥干化冷凝蒸汽冷却形成,污泥干化蒸汽除了粉尘外还有有机物,该废水为高有机废水;一方面可通过对冷凝蒸汽预处理减轻冷凝废水末端处理负荷,另一方面通过末端处理保证冷凝废水达标排放。

    ①预处理

    研究发现,当缺乏后置除尘系统的流化床干化系统冷凝水中COD负荷高达7000mg/L,因此热干化系统设置除尘装置是不可缺少的[9];经除尘后对蒸汽进行冷凝使得废水水质浓度相对低。

    为了减少冷凝蒸汽中有机物负荷,可采用活性炭吸附法进行处理;将污泥干化蒸汽进入添加活性炭的玻璃管中,为防止蒸汽在玻璃管中冷凝成液体,在玻璃管外壁缠绕伴热带,废水蒸汽经活性炭吸附后进入冷凝管冷凝,研究证明应用活性炭吸附处理蒸汽状态下的废水的处理效果相较于直接将活性炭投到废水中处理效果更好,副产物活性炭用量更小,且整个过程中无污泥产生[10]。

    ②末端处理

    冷凝水可生化性较好,但是炭氮比例失调,根据B/C比例可考虑处理工艺;由于冷凝水中氨氮和总氮的浓度较高,若直接用好氧活性污泥法对冷凝水进行处理,会严重影响微生物生长,对出水水质造成不良影响;因此在污水处理系统设计过程中应优先去除氨氮和总氮,考虑采用A/O、氧化沟和生物膜法进行处理,在处理过程中投加炭源保障微生物正常生长[1]。另外冷凝废水特点为温度偏高,pH较低,在进入生化系统前应进行冷却水质及pH调节,避免引起生化系统中污泥崩溃;污泥冷凝水中宏量元素(P和S等)和微量元素(Mn和Zn等)含量非常低,难以满足微生物新陈代谢的正常生长,在该类废水处理时应考虑相关营养元素的补充或生活污水配比,确保良好的生化系统正常运行;冷凝废水中挥发酚浓度虽然较低,但毒性较大,在生物处理中应注意该类污染物影响[3]。

    3、结语

    综上所述,污泥干化过程中冷凝废水水质由于处理水质来源及干化参数不同相差较大,从环境经济效益大化的前提下,根据水质不同选取合理的废水处理方式使得废水实现达标排放。

参考文献:

[1]施庆燕.污泥干化二次污染物特征研究[J].环境卫生工程,2016,24(3):36-40.

[2]刘亚军,王磊,邓文义,等.市政污泥热力干化污染物排放研究[J].广东化工,2017,44(23):13-14.

[3]李安峰,骆坚平,黄丹,等.污泥干化冷凝水水质特征分析[J].环境卫工程学报,2015,9(1):253-256.

[4]邓文义.污泥间接式干化机理及处置过程中污染物排放特性研究[D].杭州:浙江大学,2009.

[5]俞益辉,张宝茸.污泥低温干化污染物排放及环境影响研究[J].污染防治技术,2015,28(5):24-31.

[6]官勇.城市污泥过热蒸汽干燥冷凝液特征研究[D].南昌:南昌航空大学,2017. 

[7]张馨予,赵长龙,张继军.动态传导式污泥干燥及冷凝液特性研究[J].现代化工,2017,37(3):175-178. 

[8]孙奇,余辉,朱方兵,等.圆盘干燥深度脱水污泥的中试研究[J].环境工程,2016,37(3):118-123. 

[9]胡维杰.城市污水厂污泥干化机理及其工程应用注意点[J].科技创新,2013,35:19-20. 

[10]孙韶玲,盛彦清,孙启耀,等.活性炭吸附法处理污泥热干化蒸汽的研究[J].环境科学与技术,2017,40(1):118-122.

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