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污泥處置廢氣處理解決方案
→具體廢氣工況，需進行有針對性的參數(shù)匯總，工藝評估和方案設計，具體請聯(lián)系我公司技術人員，進行相應的交流和解答。
污水處理廠產(chǎn)生的污泥基本上可以按照其性質(zhì)或處理方法分成幾類,按污泥的性質(zhì)污泥可以分為以有機物為主的污泥和以無機物為主的沉渣。在本導則中主要是按污泥處理工藝將污泥分為初沉污泥、剩余污泥、消化污泥和化學污泥。
⑴初沉污泥:指一級處理過程中產(chǎn)生的污泥,也就是在初沉池中沉淀下來的污泥。含水率一般為96～98%。
⑵剩余污泥:指在生化處理工藝等二級處理過程中排放的污泥,含水率一般為99.2%以上。
⑶消化污泥:指初沉污泥、剩余污泥經(jīng)消化處理后達到穩(wěn)定化、無害化的污泥,其中的有機物大部分被消化分解,因而不易腐敗,同時污泥中的寄生蟲卵和病原微生物被殺滅。
⑷化學污泥是指絮凝沉淀和化學深度處理過程中產(chǎn)生的污泥,如石灰法除磷、酸、堿廢水中和以及電解法等產(chǎn)生的沉淀物。
〖污泥處理處置工藝〗
一般而言,在污水處理廠內(nèi)污泥經(jīng)過預處理(濃縮、脫水及相關輔助設施)后,在廠內(nèi)(或廠外)根據(jù)后續(xù)處置的不同,采用不同的處理方式,主要處置污泥的方式有土地利用、焚燒等。
〖污泥處理過程涉及的污染問題〗
污泥預處理技術主要有濃縮、脫水及相關輔助設施管理。污泥處理技術主要有消化、發(fā)酵。污泥處理工藝見圖1-1。【廢氣處理】
1、集泥池及濃縮池
污水處理廠設有初沉池時,間歇排泥需要設污泥集泥池。集泥池暫時將來不急濃縮脫水或消化處理的污泥存儲起來。
污泥濃縮的目的是使污泥初步脫水,縮小污泥體積,為后續(xù)處理創(chuàng)造條件,主要有重力濃縮、氣浮濃縮、離心濃縮、帶式濃縮和轉(zhuǎn)鼓機械濃縮等方式。重力濃縮可以分為間歇式和連續(xù)式兩種。間歇式重力濃縮主要用于小型污水處理廠,連續(xù)式重力濃縮主要用于大、中型污水處理廠。經(jīng)濃縮脫水后污泥含水率為95～97%,經(jīng)濃縮后的污泥一般進入消化池或脫水機房,進行后續(xù)處理。
潛在的廢氣污染問題：集泥池的污泥主要來自初沉污泥,目前多數(shù)污水處理廠集泥池均為敞開式,惡臭濃度和其它大氣污染物濃度(氨氣、甲烷、硫化氫等)比較高。
污泥濃縮運行中排放的污染物是濃縮過程中產(chǎn)生的上清液、惡臭等,污泥濃縮產(chǎn)生的上清液由于在缺氧環(huán)境中停留時間過長而釋放大量的磷和氮,從而直接影響進水氮、磷的濃度。為降低上清液對污水處理廠水質(zhì)的影響,需對這部分污水進行單獨脫氮除磷處理。
2、污泥脫水
污泥脫水主要指機械脫水,污泥機械脫水主要包括:真空過濾脫水、壓濾脫水、離心脫水。污泥經(jīng)脫水后其體積減至濃縮前的1/10,脫水前的1/5,大大降低了后續(xù)污泥處理、處置的難度。一般大中型污水處理廠均采用機械脫水。
潛在的廢氣污染問題：污泥經(jīng)脫水有上清液(濾液)產(chǎn)生以及處理設備清洗時會使用清水或再生水而有污水產(chǎn)生;污泥脫水機房惡臭濃度較高,對從業(yè)人員影響較大。污水處理廠常規(guī)監(jiān)測的指標有硫化氫、氨和惡臭等。【污泥臭氣處理】
3、污泥消化
污泥消化是污泥穩(wěn)定化工藝的一種,污泥消化是借助微生物的代謝作用,使污泥中有機物質(zhì)分解成穩(wěn)定的物質(zhì),去除臭味,殺死寄生蟲卵,減少污泥體積?？煞譃閰捬跸秃醚跸?。厭氧消化是目前國際上最為常用的污泥生物處理方法,同時也是大型污水處理廠最為經(jīng)濟的污泥處理方法。好氧消化應用范圍較窄,耗能較大。
潛在的廢氣污染和安全問題：污泥厭氧消化主要排放的污染物為臭氣、上清液、消化污泥、燃燒廢氣或發(fā)電排放煙氣等。污泥厭氧消化產(chǎn)生的沼氣主要成分為甲烷(含量為60%～65%)、二氧化碳、硫化氫、水分等,需要對沼氣進行脫硫、脫水處理。當空氣中甲烷含量在5～15%時,就形成一種易爆炸的混合氣體,H2S氣體具有毒性,所以需注意沼氣安全問題。
沼氣發(fā)電機燃燒排放煙氣主要污染物為CO和NOx。厭氧消化后產(chǎn)生的廢水一般返回初沉池與污水一同進行處理,不外排,但是消化液氮、磷,特別是氨氮濃度較高時,會增加進水負荷;污泥厭氧消化排放的污染物必須關注的是氣體污染物,如惡臭、沼氣中的H2S等。
〖污泥處置焚燒技術〗
污泥焚燒是指在一定溫度、氣相充分有氧的條件下,依靠污泥自身的熱值或輔助燃料,使其中的有機物質(zhì)發(fā)生燃燒反應,反應的結果使有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、N2等相應的氣相物質(zhì)。焚燒的目的主要是最大化的降低污泥體積和危害,并盡可能回收污泥中貯藏的能量,反應過程中釋放的熱量則維持反應的溫度條件,使處理過程能持續(xù)地進行。目前,污泥焚燒主要包括單獨焚燒和混合焚燒。污泥焚燒工藝及產(chǎn)污見圖1-3。
潛在的廢氣污染問題：污泥焚燒有大量的煙氣產(chǎn)生,每噸污泥產(chǎn)生的煙氣體積(2,11%)一般在4500～6000m3,其組成為顆粒物質(zhì)、酸性和其他性質(zhì)的氣體(包括HCl、HF、HBr、HI、SO2、NOX、NH3)、重金屬(包括Hg、Cd、Tl、As、Ni、Pb 等)、含碳化合物(包括CO、碳氫化合物(VOCs)、PCDD/F、PCB等)、臭氣等。
〖污泥預處理過程主要惡臭廢氣〗
〖上清液惡臭處理技術〗
針對產(chǎn)生臭氣的污染源不同,除臭方法可分為物理除臭、化學除臭和生物除臭等幾類。如吸附、吸收、焚燒、催化燃燒、化學氧化、生物處理等。生物除臭因具有簡單、投資省、運行費用低、維護管理方便、效果好等優(yōu)點而發(fā)展很快。生物脫臭簡單、經(jīng)濟、高效,吸收率達90%以上;低投資,操作和維護費用低,運行、維護量最小;不產(chǎn)生二次污染。缺點是占地面積稍大;對溫度、pH值、濕度的要求較高;表面負荷過大會產(chǎn)生堵塞;對混合臭氣需要不同菌種,需提供有效菌種。
工程實例: 深圳羅芳污水處理廠厭氧池除臭裝置已投入試運轉(zhuǎn),運行正常,達到了預期除臭效果。設施設計處理氣量2萬m3/h。系統(tǒng)主要包括臭氣收集和處理兩個系統(tǒng)。收集系統(tǒng)是在反應池頂加臭氣收集罩,臭氣經(jīng)過收集后再用風管集中送至抽風機,最后進入臭氣處理裝置。該裝置包括預洗池和生物濾池。預洗池主要功能是對臭氣加濕,維持合適的濕度;生物濾池為模塊拼裝式,以木渣和樹皮為主要填料。經(jīng)生物除臭后廠界臭氣濃度保證H2S≤0.06mg/m3,NH3≤1.5mg/m3,惡臭濃度<20。處理效率為90%，運行費用為60元/天。 |
〖氣體末端凈化技術〗
〖沼氣脫硫〗
用于沼氣脫硫的方法有兩種,即生物法和物化法。物化法分為干法和濕法兩種,根據(jù)H2S含量可以設計成單級和多級脫硫。
干法:沼氣先經(jīng)過水封和脫水裝置,常溫下經(jīng)過干式脫硫塔后再通過噴嘴或擴散板進入脫硫塔底部,通過脫硫劑床層,然后從頂部排出。干式脫硫劑一般為氧化鐵,來源于經(jīng)過活化處理的煉鋼赤泥或硫化鐵礦灰,配以一定比例的助催化劑、堿、粘結劑、燒失劑,制成球形、環(huán)形等;也有顆粒直徑為0.6～2.4mm的鑄鐵屑。沼氣中的H2S與活性氧化鐵接觸生成硫化鐵、硫化亞鐵和水。
濕法:沼氣通過噴嘴或擴散板進入脫硫塔底部,與吸收劑逆流接觸,然后從頂部排出,經(jīng)過濕法脫硫的沼氣需要再次冷凝去除水分。濕法吸收劑主要為NaOH或Na2CO3溶液,沼氣中的H2S與NaOH或Na2CO3反應而去除,因反應消耗需要定期投加堿性溶液。
干法脫硫范圍小,可以達到99%的脫硫效率,當脫硫效率小于90%,干法的脫硫劑就需要再生;濕法脫硫范圍大,可以達到99%的脫硫效率。干式脫硫運行成本低,但相應的安全設施設備多(如安全閥、水封、凝水器、阻火器等),投資也高一些;濕式脫硫運行成本較高。
濕法脫硫劑會消耗一定量的堿,循環(huán)吸收液中會生成Na2SO4和Na2S2O3等副產(chǎn)品,并在吸收液中富集,使溶液吸收能力降低,從而需要定期外排脫硫循環(huán)液,需消耗大量原輔材料,也會帶來二次環(huán)境污染。
〖廢氣燃燒器和發(fā)電尾氣處理〗
當沼氣產(chǎn)生量高于沼氣利用量時,多余沼氣通過廢氣燃燒器燒掉;當沼氣發(fā)電系統(tǒng)未工作時,沼氣通過廢氣燃燒器燒掉。廢氣燃燒器是剩余沼氣的最終處理方式,可防止溫室氣體CH4的排放。沼氣燃燒尾氣污染物主要為SO2和NOx。
工程實例: 北京高碑店污水處理廠 高碑店污水處理廠設計處理污水100萬m3/d,污泥產(chǎn)量4000m3/d(含水率97%)采用二級中溫厭氧消化工藝。污泥經(jīng)過濃縮后,含水率96%,進入消化池。一級消化池有加熱和攪拌,二級消化池不加熱也不攪拌。運行溫度為33～35℃。一期采用沼氣攪拌,二期采用機械攪拌,同時設有循環(huán)泵攪拌作為輔助攪拌方式。沼氣儲柜為一期設干式球罐和濕式氣柜;二期為低壓濕式三屜螺旋式升降式鋼結構。脫硫裝置:一二期分別采用干式脫硫和濕式脫硫。干式脫硫塔為填料塔;濕式脫硫采用氫氧化鈉堿液噴淋。高碑店消化池的有機物分解率平均為36%。一期采用“沼氣內(nèi)燃機+余熱回收+發(fā)電機組”,機械功率513kW,熱功率約600kW;發(fā)電機發(fā)電容量470kW,廠內(nèi)并網(wǎng)。二期工程采用“沼氣內(nèi)燃機+余熱回收+發(fā)電機組”機械功率約710kW,熱功率約850kW;發(fā)電機發(fā)電容量652kW;余熱回收裝置熱媒介質(zhì)為軟化水,使用泥水熱交換器給消化池污泥加熱。 |
污泥好氧發(fā)酵微生物對有機質(zhì)的分解會產(chǎn)生惡臭氣體,主要是氨、硫化氫、甲基硫醇、胺類等,在敏感地區(qū)廢氣須進行脫臭處理后才能排放。發(fā)酵過程致臭物質(zhì)的值如下表4-2所示。污泥發(fā)酵主要大氣污染物
為防止發(fā)酵場(廠)對周圍環(huán)境的影響,敞開式發(fā)酵場(廠)與周邊居民區(qū)、學校和工廠的衛(wèi)生防護距離應由環(huán)評單位和相關的環(huán)保部門經(jīng)論證后確定。不能滿足衛(wèi)生防護距離的單獨建設發(fā)酵場或在污水處理廠內(nèi)建設的污泥發(fā)酵場,需采用封閉的高效發(fā)酵工藝。對廠房內(nèi)外封閉,抽氣形成微負壓,收集氣體進集中處置,進行除臭處理后,能達標排放。【污泥除臭】
〖污泥發(fā)酵臭氣處理技術〗
好氧發(fā)酵過程中,會產(chǎn)生大量致臭氣體,需要對產(chǎn)生臭氣進行收集處理。除臭方法有化學除臭、物理除臭和生物除臭等幾類。一般而言,對污泥發(fā)酵場的臭氣采用生物除臭,該方法所需設備簡單、費用較低、不需要再生和其它后續(xù)處理設施、能耗小、管理維修方便。生物除臭是通過微生物的新陳代謝將具有臭味的物質(zhì)加以轉(zhuǎn)化以達到除臭的目的。目前常用的生物除臭技術又可細分為生物濾池、生物吸附、土壤脫臭。
〖生物濾池除臭〗
將收集到的廢氣在適宜的條件下通過生物濾池,生物濾池中放置長滿微生物的固體載體(填料),氣味物質(zhì)先被填料吸收,然后被填料上的微生物氧化分解,完成廢氣的除臭過程,如圖所示。生物濾池除臭效果見表4-3。
〖土壤脫臭〗
土壤脫臭利用土壤表層30～50cm處大量微生物吸附和分解有機物的能力,去除氣體中的污染物質(zhì)。一般采用固定床,不需要加藥等附屬設施,運行管理費用較低,但需有寬闊的場地,定時進行場地修整,設置散水裝置,以保持較好的運行狀態(tài),并且處理效果不夠穩(wěn)定、總體效率較低。土壤脫臭占地面積大,占地為2.5～3.3m2/m3氣體。
土壤除臭對硫化氫的去除效果較好,去除率大于85%;對氨氣的去除效果一般,去除率為57%。經(jīng)土壤脫臭后,氨氣的排放濃度可以<0.2mg/m3,硫化氫的排放濃度可以<0.01mg/m3。
土壤除臭選擇的土壤指標以腐殖土為好,亞粘土等紅土需摻入雞糞、垃圾和污泥肥料進行改良后使用,礦質(zhì)土和粘土則不宜采用。土壤水分以40%～70%為宜。過于干燥的土壤需裝設水噴淋器。種植草坪的土壤表面保持傾斜,作為防暴雨的措施。經(jīng)國內(nèi)外數(shù)家土壤脫臭床的實踐,臭氣通過土壤速度為2-17mm/s,設計時一般選5mm/s,有效土壤厚度為50cm,臭氣與土壤接觸時間為100s。
〖環(huán)境影響〗
生物除臭一般需要施用濾料,可作為濾料的材料有木削、垃圾及污泥發(fā)酵過程的產(chǎn)物、沙、土壤、石頭、貝殼等。過濾材料到了使用年限后要采用安全的方法處置,因此排放就容易轉(zhuǎn)移到其的地方。生物除臭占地面積大,難以控制濾料的均一性、透氣性、濕度、溫度和pH值等至關重要的操作參數(shù)。當氨氣濃度超過39mg/m3時,氨離子會積累在濾料中,從而降低去除效果。生物除臭有時還需用大量的水來加濕進氣流和保持過濾材料接近100%的最佳濕度環(huán)境,此過程中會產(chǎn)生大量的滲瀝液,需要適當處理或處置。
〖煙氣凈化技術〗
〖袋式除塵器〗
⑴工藝描述
除塵效率非常高,且可去除的顆粒物粒徑范圍非常寬。直徑通常為16cm～20cm、長約10m。對粒徑>0.1μm的顆粒有非常高的去除效率,粉塵排放量極低。常用試劑為石灰和活性碳等。
⑵環(huán)境影響
對粉塵去除效率在99%以上,對的去除效率重金屬80%以上,有時也能高效去除Hg和PCDD/F,對NOx也有一定的去除效率。
如果注入活性碳,金屬Hg的去除效率通常可以>95%,排放<30bg/Nm3。如將其與石灰或碳酸氫鈉等堿性試劑一起注入,二噁英排放可降到<0.1ngTEQ/Nm3的水平。采用褐煤焦炭作催化過濾袋吸附劑,PCDD/F去除效率達到99.9%,并可降低NOx水平。
能耗高,活性碳和堿性試劑消耗量大;溫度控制和系統(tǒng)維護要求高;注入活性碳有自燃/著火的風險,會使Hg排放增加,煙氣處理殘留物中PCDD/F和Hg含量增加。一般而言,大約有80%的PCDD/F會隨粉塵排放掉,降低殘留物綜合利用效益;該設備對冷凝水敏感,存在酸露點問題,會造成腐蝕;灰渣貯存罐有著火風險。采用催化過濾袋時,需增加去除Hg的裝置。
⑶運行參數(shù)
煙氣分布要均勻。每一室的壓降需獨立監(jiān)測,各袋室處理能力要充足,即使在部分袋室因損壞被關掉以更換濾袋時,也能使煙氣達到排放要求。
采用催化反應袋時,溫度范圍在180℃～260℃之間。采用活性碳試劑時,需與其它試劑相混合(如將90%的石灰和10%的活性碳混合)。
⑷適用范圍
常作為煙氣凈化系統(tǒng)的末端設備,常用于粉塵、重金屬、二噁英等去除率要求較高的情況。與SCR協(xié)同使用時,可使PCDD/F排放水平<0.1ngTEQ/Nm3和粉塵排放量<2mg/Nm3。
工程實例: 德國斯圖加特市中心污水處理廠污泥干化焚燒第三期工程,通過注入活性碳對Hg進行吸附,并在FGT末端采用再除塵工藝。法國ronville末端袋式過濾器,注入石灰+活性碳(濕式FGT下游);Ocrea末端袋式過濾器,注入活性碳,處理PCDD/F。比利時、德國、法國和其它一些國家的示范工程建有兩級袋式除塵器。 國產(chǎn)處理能力為60000m3/h的長袋低壓大型脈沖袋式除塵器成本為60萬元人民幣左右,含自動控制系統(tǒng)和設備安裝調(diào)試費用。國內(nèi)某200MW電廠,每臺機組配置袋式除塵器的投資為2000萬元,可將粉塵排放濃度控制在50mg/m3以下。 |
〖酸性氣體去除系統(tǒng)〗
⑴工藝描述
國內(nèi)典型半濕式煙氣處理系統(tǒng)如圖6-3所示,左側為接觸塔,下游為除塵器。
⑵環(huán)境影響
廢水循環(huán)使用，因此無廢水排放，脫酸效率高達98%。固體殘留物可綜合利用。投加活性炭可使二噁英排放濃度<0.1TEQ ng/Nm3，具體排放水平見表6-7。
通常要求吸附劑過量系數(shù)為1.5～2.5,但會產(chǎn)生大量煙塵,加大顆粒物去除負荷。能耗相對較低;與SCR聯(lián)合使用時,需再熱煙氣(出口溫度在120℃～170℃)。
⑶運行參數(shù)
大多數(shù)系統(tǒng)僅由一套試劑混合單元(試劑加水)、一套噴霧塔和一套袋式過濾器組成。采用袋式過濾器時,通常要求入口氣體溫度高于130～140℃。通過使用預除塵設備,可降低半干式系統(tǒng)中所用反應器和袋式過濾器的操作復雜程度。
⑷適用范圍
與袋式除塵器等均有很好的兼容性,可用于各種類型、各種規(guī)模的污泥焚燒廠,但入口煙氣濃度變化很大時,處理能力受限。
⑸經(jīng)濟性
相對濕式系統(tǒng)，投資成本要低些，但殘留物產(chǎn)生量較高，所以處置成本相對較高;堿性試劑消耗成本更高，但運行維護成本相對較低。該技術的投資成本見表6-9。
〖二噁英和Hg去除技術〗
活性碳對Hg和PCDD/F有很高的吸附效率。煙氣到達噴霧干燥器-袋式除塵器/ESP的組合工藝以前,向煙氣中投加活性炭,PCDD/PCDF(以及汞)將被吸附到活性炭上,再用布袋除塵器或ESP將其從氣流中過濾出來。加入活性炭可使煙氣中POPs的去除效率提高到75%,這種技術也被稱作“廢氣拋光”。
符合煙氣凈化要求的活性炭每噸價格在10000元以上。每年正常的活性炭投加成本占整個煙氣凈化系統(tǒng)運行成本的一半。
〖氮氧化物去除技術〗
氮氧化物的去除宜采用燃燒方式進行控制,包括采取必要的措施使氣體有效混合和控制溫度及良好分配一次風和二次風的供給,避免助燃空氣過量系數(shù)過高和溫度梯度不均勻,或者采用煙氣再循環(huán)技術,以再循環(huán)煙氣替代10%～20%的二次風或者采用分段燃燒技術,減少主反應區(qū)氧氣供給,增加后燃燒區(qū)的空氣供給,使已形成的氣體氧化,或者采用合適的噴水裝置將水注入爐膛或直接注入火焰,以降低主燃燒區(qū)內(nèi)的熱點溫度,減少熱力型NOx的形成。
如果設置專門的脫硝裝置,如SCR或SNCR可使NOx排放水平達到<200mg/m3,甚至50更低水平。
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