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  一.项目背景

  概述

  我国污泥处理问题一直没有得到很好的解决。迄今为止,有关城市生活污泥的处理工艺与配套设备,不论是科研开发还是工程实践,均远远落后于发达国家和国内的需要。污水处理的伴生物——污泥不能及时、有效处理已经严重制约了污水处理厂的安全运行和扩大发展。

  由于污泥处置费用高、操作难度大,大部分污水处理厂将污泥处理预设为二期工程实施,但由于资金、人员尤其是相关技术等方面原因,一期工程完工并运行多年后,二期工程仍遥遥无期。在全国污水处理工程中,有污泥稳定化处理设置的还不到 1/4,处理工艺和配套设备较为完善的还不到 1/10。而在我国仅有的十几座污泥消化池中,能够维持正常运转的为数不多,大多数采取自然风干或直排,极易造成二次污染。随着国内大量污水处理厂的陆续投产,污泥的产生量将会大幅度的增加。由此而产生的矛盾将会使城市污水处理厂与垃圾填埋场两边都因此处于崩溃的危险 。

  污泥的简单填埋很容易造成二次污染。露天堆放的污泥经风吹雨淋,产生高温或其他化学反应,能杀灭土壤微生物,破坏土壤结构,使土壤丧失腐解能力。污泥有机物被微生物分解释放出有害气体、尘埃,加重大气污染。污泥含有大量的病原菌,主要有肠道细菌、蠕虫寄生虫及病毒三大类,大部分被结合在污泥颗粒物上浓缩,其数量比污水中的要高得多。更严重的是,如果污泥中所含的重金属超标,像铅、镉、汞等,还可能通过粮食、蔬菜、猪、牛、羊、鸡、鸭、鱼、虾等食物链,重新回到“餐桌”上,极大危害人民身体健康。

  为此,住房和城乡建设部特别指出,有部分地方采用就急措施直接将污泥入炉焚烧,因没有进行脱水处理,非常不经济难以正常运行;也有将污泥采用制砖的,但因污泥中含有的大量有毒有害成分,制出的砖往往达不到环保标准要求而被迫停产。

  二.项目实施必要性

  近年来国家、地方环保部门对污泥处置更加关注,根据国家“十二五”规划中的“首要任务是实现绿色发展,推动绿色革命,创建资源节约型和环境友好型社会,全面降低能耗,减少温室气体排放,促进发展模式由“黑猫”向“绿猫”转型”的要求,环境保护部办公厅 2010 年11 月26 日发布的“关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知”(环办[2010]157 号)中规定的“污水处理厂以贮存(即不处理处置)为目的将污泥运出厂界的,必须将污泥脱水至含水率 50%以下”。

  国家发改委下发系列通知要求, 2010 年,我国将加大污水处理厂污泥的无害化处置设施建设力度。目前国内的污水厂很少有符合国家标准的污泥处置设施。污泥的安全处置率小于 10%,未经无害化处理的污泥随意乱丢现象严重。过去由于不重视污泥无害化处理问题,加之存在缺少投资和技术不过关等多方面原因,东部某市、河北等省市的堆肥设备闲置,厂区空无一人。甚至投资巨大的中部某省污泥堆肥厂被关闭。污泥问题已成为制约污水行业发展的瓶颈,成为各级政府、企业非解决不可、刻不容缓的重大问题。

  1.国内污泥处理处置市场现状

  随着城市化进程加快和环境标准的日益严格,国家和企业加大了环境治理投资力度,新建了一大批污水或工业废水处理厂,污泥产生量逐年提高。截至 2010 年底,全国已建成城市污水处理厂 3000 多座,产生湿污泥的规模已达到 20 万吨/天,全年超过 7000 多万吨,其中印染污泥 900-1200 万吨。目前,中国城市的污水处理率为 80%,而国内污水处理厂采用的机械脱水方式可将污泥含水率降低到 75%——85%之间。由于印染其污泥含水率较高,含有大量的染料等有机污染物,难以满足堆肥、填埋、热解、焚烧等后续处置要求,目前,国内印染企业采用的机械脱水方式可将污泥含水率降低到 75%——85%之间。而由于国内印染厂相对于市政污水厂产生的污泥要少很多,特别是一些中小型印染企业,每天产生的污泥只有几吨,所以往往不能引起重视,有很多企业将少量的污泥直接与固废掺杂后送至填埋场填埋或通过其他非正常途径消化,但随着国家环保政策的执行力度的加大,以及印染行业本身向规模化发展的转变,印染污泥未进行妥善处置的问题越远越突出,在江浙地区曝光了多起印染企业将污泥随意倾倒的事件,造成社会危害特别大。

  住房和城乡建设部的结果证明,由于污泥处理处置设施建设缓慢,目前全国近 90%的污泥(包括市政污泥与印染污泥)没有得到减量化、稳定化、无害化处理处置,绝大部分仍是送往城市垃圾处理厂简单填埋,“二次污染”严重,事故时有发生;也有部分地方采用就急措施直接入炉焚烧,因没有进行脱水处理,非常不经济难以正常运行;也有采用制砖的,但因污泥中含有的大量有毒有害成分,制出的砖往往达不到环保标准要求。

  因此,污泥中含有的大量水分是制约污泥处理处置的瓶颈,目前降低污泥水份常规的方法有:

  1)热力干化:市场上所见方式诸多,例如回转套筒干化、立式回流干化、桨叶式干化机、余热烟气、蒸汽干化等。但不管用何种形式,均是以热能去除水份,是以能量置换,是“以热换热”,其结果只是“以大置小(以大量的热能去处少量的水分)”,为节省清洁能源,在现实应用中多利用蒸汽、烟道气等,但造成处理成本高、尾气量大、冷却水量大,易造成二次污染,目前虽有应用,由此导致污泥热干化的项目建设要求和条件较高,是无奈之举,应用范围十分有限。

  2)目前市场最好的污泥脱水设备特殊高压板框压滤机,该先对污泥行改性,然后高压压滤每一次压滤脱水周期需要时间 7-8 小时,水后污泥含水率在65%以下,滤板材料均为 PVC,为提高压滤压力,特殊高压板框压滤机增加一层橡胶隔膜或塑料隔膜,隔膜内瞬间通入 10-25 MPa 压缩空气或水,对污泥瞬间施压脱水,使污泥含水率只能降低至 65%左右,但隔膜、滤网布的使用寿命短后需更换和维护费用高一年在 10 万以上。

  污泥的热干化方式能耗高,运行成本普遍较高,同时,还存在着易产生臭气及粉尘二次污染以及存在粉尘爆炸的风险等问题,由此导致污泥热干化的项目建设要求和条件较高,应用范围十分有限。土地资源紧张、环保要求较高的经济发达地区往往有条件采取半干化降低污泥含水率至 50%——60%,再因地制宜地选择处置途径(焚烧、做建材、做填埋场覆盖土等),而土地资源充裕的经济欠发达地区往往将污水处理厂的出厂污泥直接简易堆放或填埋处置,造成了严重的二次污染。

  国家环保部公布了 2010 年度国内污泥处理处置十大案例中,主要包括:

  1)厌氧消化(大连东泰夏家河污泥处理厂、青岛市麦岛污水处理厂污泥处 理处置工程、小红门污水处理厂)

  2)生物堆肥(秦皇岛市绿港污泥处理厂、唐山西郊污水处理二厂)

  3)干化焚烧(北京水泥厂有限责任公司处置污水厂污泥工程项目、上海石洞口污水处理厂污泥干化焚烧处理工程、浙江萧山污泥干化焚烧工程)

  4)污泥干化填埋(北京市方庄污水处理厂污泥石灰干化工程)

  5)深度脱水(厦门市城市污泥深度脱水处理和资源化处置)

  上述案例各具特点,但均存在其使用的局限性,如:厌氧消化工艺投资巨大(5000 万/100 吨以上)、污泥生物堆肥生产出的产品销路及二次污染等、污泥干化焚烧一体化处置工艺投资大运行成本高,等等均限制了在应用中的。

  2.污泥处置技术市场前景、研究成果应用

  当前,污水处理厂污泥普遍采用填埋或简易堆放处置,随着国家对污泥监管的加重,尤其国家层面 2009 年出台的《城镇污水处理厂污泥处理处置与污染防治技术政策(试行)》,要求污泥处理处置必须与污水处理厂同步规划、建设和运行,污泥规范化处理处置市场开始逐步形成。

  污泥处置的目标首先是控制污染、保障安全,然后是合理利用,最后才是开发清洁能源。为统一污泥处置技术,住房和城乡建设部、环保部相继出台了污泥处置的一系列标准要求,如:CJT 249-2007 《城镇污水处理厂污泥处置 混合填埋泥质》、 CJT 289-2008《城镇污水处理厂污泥处置  制砖用泥质》、CJT 290-2008 《城镇污水处理厂污泥处置 单独焚烧用泥质》、CJT 291-2008《城镇污水处理厂污泥处置 土地改良用泥质》、CJT 309-2009《城镇污水处理厂污泥处置 农用泥质》等,规范了污泥处置技术要求。

  新型高效污泥快速脱水机及常温干化系统一体化生产流水线,与以往的热干化和直接焚烧不同,该技术不依赖任何外界热能等条件,仅通过添加少量药剂对污泥改性,就可以进行快速压滤相结合方式将含水率 93%左右的浓缩污泥一次性降低至 50%左右,再经机械深度压滤制脱水,常温干化系统生产流水线使污泥含水率降低至 20——10%左右破碎装包,臭气通过生物床净化后达标排放。整个脱水生产线做到绿色环保,符合国家“十二,五”规划要求。干化后的污泥具有较高的热值(热值 600——1500kcal/kg),具有较高的能源利用价值,可送至燃煤电厂或垃圾电厂与燃煤或生活垃圾混合焚烧发电,也可堆肥及土地、园林利用或制砖等其他资源化利用。

  该技术的特点在于总投资成本显著低于其他工艺,运行费用低,并清洁卫生、绿色环保。

  污泥的常规机械脱水能耗约 50kWh/tDS(含水率由 93%脱水到 80%),再采用热干化法耗 能约 2000kWh/tDS(含水率由 80%降低到 30%) ,两者合计,采用常规机械脱水+热干化方式(含水率由 93%降低到 65%)全程耗能约 2050kWh/t DS;与常规机械脱水+热干化法相比,采用本项目污泥脱水生产线工艺及设备全程耗能约 50kWh/tDS(含水率由 93%降低到 10%) 综合处理成本得到大大降低。此外,本项目项目污泥脱水生产线还具备不依赖热源、无二次污染、衔接性强、占地面积小、适用范围广等特点。本项目及设备(含水率降低到 20%-10%以下)与热干化法相比,在投资和运行成本上更具竞争优势,市场前景广阔,并具有脱水效率高、设备节能绿色环保、国产化率高等优势,将广泛地应用于污水厂现有污泥脱水设施的改建、 扩建及新建污水厂的污泥脱水,无疑将改变现有的常规脱水工艺及设备、热干化处理等污泥处理 处置市场格局,引领国内污泥脱水处理行业发展。

  本项目污泥脱水生产线,适应国家环保政策要求,符合国家污泥处置环保产业方向,并且本项目的建设,有着显著的社会和经济效益,同时通过技术进步,节约了土地资源;改善了周边的生态环境,促进了相关产业的发展,为社会提供了更多的就业机会。

  本项目污泥脱水生产线是不依赖任何外界热能等条件,仅通过加药改性常温脱水、干化方式把污泥含水率从 93 左右一次性降低至 20%-10%以下,并对污泥中的蛔虫卵、粪大肠菌群、重金属有去除作用。该技术突出了污泥处理首先要实现“减量化、稳定化和无害化”的目标,同时,又充分体现了资源化利用的原则,符合国家提倡的发展循环。




  3.污泥干化脱水处理处置的关键技术

  采用药剂(改性+无害化)+新型快速压滤+常温干化系统一体化生产流水 线脱水减量无害化处理处置技术,实现污泥减量化、稳定化、无害化、资源化, 为后续的利用创造有利的条件。

  城市生活污泥化学改性和机理描述:

  污泥中所含水分大致分为四类:颗粒间的空隙水,约占污泥水分的70%;毛细水,污泥颗粒间的毛细管水,约占20%;颗粒的吸附水及颗粒内部水约占10%,污泥脱水的对象是颗粒间的间隙水,如图:



  污泥脱水的难易除与水分在污泥中的存在形式有关外还与污泥颗粒的大小,污泥比阻和有机物含量有关,污泥颗粒越细、有机物含量越高、污泥比阻越大,其脱水的难度就越大。

  污泥之所以含有大量的水份除了间隙水外,另有很大一部分是由于其颗粒表面特性和污泥团的结构所决定的。污泥颗粒表面吸附有各种荷电离子以及由微生物在其代谢过程中分泌于细胞体外的胞外聚合物等组成。这些荷电离子和胞外聚合物具有很强的持水率。这些污泥颗粒组成了污泥团,形成许许多多的毛细孔道,污泥颗粒表面所持的水和毛细孔道中的水都为结合水,这种束缚水是不能用单纯的机械法除掉。所以本技术的关键就是采用化学和物理的综合方法对污泥进行改性,使其颗粒表面的水和毛细孔道中的束缚水使其成为自由水,只有这样才有可能通过压滤快速排出。

  药剂使污泥改性要有一定条件,否则难以达到改性的效果,同时自由水的压滤也决不是常规意义上的压滤,对这种特定条件下的自由水排出,也需要一个特定的脱水机构。

  污泥化学改性脱水干化技术生产线是从污泥含水分的赋存状况入手,根据物化特性分段对应,按其物性技术进行嫁接的创新技术特点,而且工艺简单、操作方便、费用低廉、成果有效,具有经济实用性:

  1)通过加药改性和快速压滤方式,使污泥含水率从 93%降低至 50%以下,再经常温干化脱水生产线,使污泥的含水率已降低至 20%左右甚至 10%以下。

  2)加药药剂不改变污泥的有机质,干化后的污泥热值在 600——1500Kcal,可作为低热值燃料;

  3)对污泥中的蛔虫卵、粪大肠菌群、重金属有去除作用,蛔虫卵、粪大肠菌群等病原体去除率达 90%以。

  该污泥处置首创新技术——污泥化学改性快速压滤常温干化一体化集成系统技术,有着显著的社会和经济效益:

  与燃煤混合焚烧用于发电

  因干化后的污泥含水率较低、热值较高,这与直接焚烧含水80%的湿污泥完全不同,干化后的污泥已不再含有对焚烧锅炉的有害成分,可完全与燃煤混合焚烧发电,并可节省一定的燃煤(焚烧 3 吨泥粉可节省 1 吨标准煤)。财政部、国家发改委联合印发的《节能技术改造财政奖励资金管理暂行办法》中明确规定“分清中央和地方政府责任。中央财政主要支持做好基础性工作,并对十大重点节能工程中的节能量超过 1 万吨标准煤的企业节能技术改造项目给予奖励,奖励标准为项目改造后每形成 1 吨标煤节约能力,东部奖励 200 元,中西部奖励 250 元。对符合奖励条件的节能技术改造项目,为调动企业积极性,按企业报告节能量先预拨60%的奖励资金,等项目完成后,再根据审计的节能量进行清算”。

  干化后的污泥可送至燃煤电厂焚烧:因干化后的污泥含水率较低、热值较高,可产生一定的经济效益。按焚烧 4 吨干泥饼节省 1 吨标准煤计算。

  具体实施中,可在送煤系统中按比例添加干化后的污泥,送入磨煤机同时磨成粉末送入锅炉焚烧。

  因添加的比例很小,并且含水率较低(含水 20%-10%左右),因此不会对焚烧炉、磨粉机等产生不利影响。实施中可采用逐步添加污泥量,对烟气成分等检测,可看出对锅炉的影响评估。

  利用垃圾焚烧炉与生活垃圾混合焚烧

  因干化后的污泥含水率较低、热值较高(高于生活垃圾热值),与生活垃圾含水率相当,完全可与生活垃圾一起入炉焚烧(此种方式国内应用实例较多) 。

 作为填埋土、路基土等资源化利用

  因干化后的污泥抗压强度好,透气性优良,雨水浸泡难溶蚀,不会产生二次污泥化,最经济的去处,可用于垃圾填埋场覆盖土、公路路基土等。

  因此,通过本项目技术解决了污泥所带来的环保问题的同时通过技术进步,节约了土地资源;又改善了周边的生态环境,促进了本地区相关产业的发展,该技术顺应了政策需求,具有很强的可操作性。

  三.项目工艺流程描述:




  本项目污泥脱水生产线是不依赖任何外界热能等条件,仅通过添加少量药改性和机械压滤方式把含水率 80%的脱水污泥或含水率 98%左右的浓缩污泥一次性降低至 50%以下,后再经机械深度压滤常温干化系统,使污泥含水率降低至20——10%左右,然后破碎装包,臭气通过生物床净化后达标排放。整个脱水生产线做到绿色环保不产生二次污染。完全达到环境保护部办公2010 年11 月26 日发布的“关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知”(环办[2010]157 号)中规定的“污水处理厂以贮存(即不处理处置)为目的将污泥运出厂界的,必须将污泥脱水至含水率 50%以下”标准要求。并且干化后的污泥具有较高的热值,可送至燃煤电厂或垃圾电厂与燃煤或生活垃圾混合焚烧发电,也可堆肥及土地、园林利用或制砖等其他资源化利用。

  1.污泥化学改性快速压滤脱水及常温干化一体化集成系统生产线工艺流程:


  新型快速污泥脱水及常温干化一体化集成系统生产线工艺流程

  干化脱水(污泥含水率在 20%-10%)

  2.项目专利技术创新特点:

  1)压滤脱水无需棉布滤网(耗材)。

  2)单膜块 50 吨/天、PLC 自动化连续压滤。

  3)可根据用户的污泥处理量大小,,进行多膜块拼装组合生产.效率高。

  4)结构紧凑、立式压滤快速脱水;工作压力(6-10)MPa;脱水周期只需(1-2 分钟) ;工作效率高;脱水后污泥含水率在 50%以下。

  5)不依嫩外加热能、机械深度脱水、常温干化床等集成一体化处理技术系统装置、使 50%污泥含水率降低至 20%-10%,干化后污泥直接打包,无需场地摊嗮。减少二次污染。

  6)在整个污泥脱水处理系统过程中泥粉灰进行负压收集,臭味通过生物滤床除臭处理净化后达标排放。

  7)整个处理技术是不依嫩外加热源,全自动化快速压滤脱水、机械深度脱水、常温干化床等集成一体化系统生产线;节能减排、绿色环保、成本低。

  3.技术上对比



  4.环保与安全

  环保

  本技术较全面地体现了我国住房和城乡建设部、环境保护部和科学技术部联合制定并下发的《城镇污水处理厂污泥处置及污染防治技术政策(试行)》(2009年 2 月 18 日)文件在总则中规定:“污泥处理处置的目标是实现污泥减量化、稳定化和无害化,鼓励回收和利用污泥中能源和资源”的要求。实现了污泥处理“减量化、稳定化和无害化”和污泥处置的“能源和资源”化。完全达到了环境保护部2010 年 11 月26 日发布的“关于加强城镇污水处理厂污泥污染防治工作的通知”(环办[2010]157 号)中规定的“污水处理厂以贮存(即不处理处置)为目的将污泥运出厂界的,必须将污泥脱水至含水率 50%以下”标准要求。

  安全

  本方案中一体化机污泥深度脱水干化技术是污泥常温下操作,对污泥进行化学改性、机械加压污泥脱水技术,整个过程中不消耗外加能源,也不存在产生臭气及任何其他有毒有害气体,因此对人体及周边环境不产生任何污染等影响。

  结语

  通过技术和经济的综合比较分析,本公司自主创新研发的新型高效污泥快速脱水及常温干化系统一体化生产线技术,是完全符合国家“十二五”规划的总体目标,达到污泥处理“减量化、稳定化和无害化”和污泥处置 “能源、资源”化的目的,绿色环保无二次污染。