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污泥处置废气处理解决方案

具体废气工况,需进行有针对性的参数汇总,工艺评估和方案设计,具体请联系我公司技术人员,进行相应的交流和解答。

污水处理厂产生的污泥基本上可以按照其性质或处理方法分成几类,按污泥的性质污泥可以分为以有机物为主的污泥和以无机物为主的沉渣。在本导则中主要是按污泥处理工艺将污泥分为初沉污泥、剩余污泥、消化污泥和化学污泥。

⑴初沉污泥:指一级处理过程中产生的污泥,也就是在初沉池中沉淀下来的污泥。含水率一般为96~98%。

⑵剩余污泥:指在生化处理工艺等二级处理过程中排放的污泥,含水率一般为99.2%以上。

⑶消化污泥:指初沉污泥、剩余污泥经消化处理后达到稳定化、无害化的污泥,其中的有机物大部分被消化分解,因而不易腐败,同时污泥中的寄生虫卵和病原微生物被杀灭。

⑷化学污泥是指絮凝沉淀和化学深度处理过程中产生的污泥,如石灰法除磷、酸、碱废水中和以及电解法等产生的沉淀物。

污泥处理处置工艺

一般而言,在污水处理厂内污泥经过预处理(浓缩、脱水及相关辅助设施)后,在厂内(或厂外)根据后续处置的不同,采用不同的处理方式,主要处置污泥的方式有土地利用、焚烧等。

污泥处理过程涉及的污染问题

污泥预处理技术主要有浓缩、脱水及相关辅助设施管理。污泥处理技术主要有消化、发酵。污泥处理工艺见图1-1。废气处理

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1、集泥池及浓缩池

污水处理厂设有初沉池时,间歇排泥需要设污泥集泥池。集泥池暂时将来不急浓缩脱水或消化处理的污泥存储起来。

污泥浓缩的目的是使污泥初步脱水,缩小污泥体积,为后续处理创造条件,主要有重力浓缩、气浮浓缩、离心浓缩、带式浓缩和转鼓机械浓缩等方式。重力浓缩可以分为间歇式和连续式两种。间歇式重力浓缩主要用于小型污水处理厂,连续式重力浓缩主要用于大、中型污水处理厂。经浓缩脱水后污泥含水率为95~97%,经浓缩后的污泥一般进入消化池或脱水机房,进行后续处理。

潜在的废气污染问题:集泥池的污泥主要来自初沉污泥,目前多数污水处理厂集泥池均为敞开式,恶臭浓度和其它大气污染物浓度(氨气、甲烷、硫化氢等)比较高。

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污泥浓缩运行中排放的污染物是浓缩过程中产生的上清液、恶臭等,污泥浓缩产生的上清液由于在缺氧环境中停留时间过长而释放大量的磷和氮,从而直接影响进水氮、磷的浓度。为降低上清液对污水处理厂水质的影响,需对这部分污水进行单独脱氮除磷处理。

2、污泥脱水

污泥脱水主要指机械脱水,污泥机械脱水主要包括:真空过滤脱水、压滤脱水、离心脱水。污泥经脱水后其体积减至浓缩前的1/10,脱水前的1/5,大大降低了后续污泥处理、处置的难度。一般大中型污水处理厂均采用机械脱水。

潜在的废气污染问题:污泥经脱水有上清液(滤液)产生以及处理设备清洗时会使用清水或再生水而有污水产生;污泥脱水机房恶臭浓度较高,对从业人员影响较大。污水处理厂常规监测的指标有硫化氢、氨和恶臭等。污泥臭气处理

3、污泥消化

污泥消化是污泥稳定化工艺的一种,污泥消化是借助微生物的代谢作用,使污泥中有机物质分解成稳定的物质,去除臭味,杀死寄生虫卵,减少污泥体积。可分为厌氧消化和好氧消化。厌氧消化是目前国际上最为常用的污泥生物处理方法,同时也是大型污水处理厂最为经济的污泥处理方法。好氧消化应用范围较窄,耗能较大。

潜在的废气污染和安全问题:污泥厌氧消化主要排放的污染物为臭气、上清液、消化污泥、燃烧废气或发电排放烟气等。污泥厌氧消化产生的沼气主要成分为甲烷(含量为60%~65%)、二氧化碳、硫化氢、水分等,需要对沼气进行脱硫、脱水处理。当空气中甲烷含量在5~15%时,就形成一种易爆炸的混合气体,H2S气体具有毒性,所以需注意沼气安全问题。

沼气发电机燃烧排放烟气主要污染物为CO和NOx。厌氧消化后产生的废水一般返回初沉池与污水一同进行处理,不外排,但是消化液氮、磷,特别是氨氮浓度较高时,会增加进水负荷;污泥厌氧消化排放的污染物必须关注的是气体污染物,如恶臭、沼气中的H2S等。

污泥处置焚烧技术

污泥焚烧是指在一定温度、气相充分有氧的条件下,依靠污泥自身的热值或辅助燃料,使其中的有机物质发生燃烧反应,反应的结果使有机质转化为CO2、H2O、N2等相应的气相物质。焚烧的目的主要是最大化的降低污泥体积和危害,并尽可能回收污泥中贮藏的能量,反应过程中释放的热量则维持反应的温度条件,使处理过程能持续地进行。目前,污泥焚烧主要包括单独焚烧和混合焚烧。污泥焚烧工艺及产污见图1-3。

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潜在的废气污染问题:污泥焚烧有大量的烟气产生,每吨污泥产生的烟气体积(2,11%)一般在4500~6000m3,其组成为颗粒物质、酸性和其他性质的气体(包括HCl、HF、HBr、HI、SO2、NOX、NH3)、重金属(包括Hg、Cd、Tl、As、Ni、Pb 等)、含碳化合物(包括CO、碳氢化合物(VOCs)、PCDD/F、PCB等)、臭气等。

污泥预处理过程主要恶臭废气

上清液恶臭处理技术

针对产生臭气的污染源不同,除臭方法可分为物理除臭、化学除臭和生物除臭等几类。如吸附、吸收、焚烧、催化燃烧、化学氧化、生物处理等。生物除臭因具有简单、投资省、运行费用低、维护管理方便、效果好等优点而发展很快。生物脱臭简单、经济、高效,吸收率达90%以上;低投资,操作和维护费用低,运行、维护量最小;不产生二次污染。缺点是占地面积稍大;对温度、pH值、湿度的要求较高;表面负荷过大会产生堵塞;对混合臭气需要不同菌种,需提供有效菌种。

工程实例:

深圳罗芳污水处理厂厌氧池除臭装置已投入试运转,运行正常,达到了预期除臭效果。设施设计处理气量2万m3/h。系统主要包括臭气收集和处理两个系统。收集系统是在反应池顶加臭气收集罩,臭气经过收集后再用风管集中送至抽风机,最后进入臭气处理装置。该装置包括预洗池和生物滤池。预洗池主要功能是对臭气加湿,维持合适的湿度;生物滤池为模块拼装式,以木渣和树皮为主要填料。经生物除臭后厂界臭气浓度保证H2S≤0.06mg/m3,NH3≤1.5mg/m3,恶臭浓度<20。处理效率为90%,运行费用为60元/天。

气体末端净化技术

沼气脱硫

用于沼气脱硫的方法有两种,即生物法和物化法。物化法分为干法和湿法两种,根据H2S含量可以设计成单级和多级脱硫。

干法:沼气先经过水封和脱水装置,常温下经过干式脱硫塔后再通过喷嘴或扩散板进入脱硫塔底部,通过脱硫剂床层,然后从顶部排出。干式脱硫剂一般为氧化铁,来源于经过活化处理的炼钢赤泥或硫化铁矿灰,配以一定比例的助催化剂、碱、粘结剂、烧失剂,制成球形、环形等;也有颗粒直径为0.6~2.4mm的铸铁屑。沼气中的H2S与活性氧化铁接触生成硫化铁、硫化亚铁和水。

湿法:沼气通过喷嘴或扩散板进入脱硫塔底部,与吸收剂逆流接触,然后从顶部排出,经过湿法脱硫的沼气需要再次冷凝去除水分。湿法吸收剂主要为NaOH或Na2CO3溶液,沼气中的H2S与NaOH或Na2CO3反应而去除,因反应消耗需要定期投加碱性溶液。

干法脱硫范围小,可以达到99%的脱硫效率,当脱硫效率小于90%,干法的脱硫剂就需要再生;湿法脱硫范围大,可以达到99%的脱硫效率。干式脱硫运行成本低,但相应的安全设施设备多(如安全阀、水封、凝水器、阻火器等),投资也高一些;湿式脱硫运行成本较高。

湿法脱硫剂会消耗一定量的碱,循环吸收液中会生成Na2SO4和Na2S2O3等副产品,并在吸收液中富集,使溶液吸收能力降低,从而需要定期外排脱硫循环液,需消耗大量原辅材料,也会带来二次环境污染。

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废气燃烧器和发电尾气处理

当沼气产生量高于沼气利用量时,多余沼气通过废气燃烧器烧掉;当沼气发电系统未工作时,沼气通过废气燃烧器烧掉。废气燃烧器是剩余沼气的最终处理方式,可防止温室气体CH4的排放。沼气燃烧尾气污染物主要为SO2和NOx。

工程实例:

北京高碑店污水处理厂

高碑店污水处理厂设计处理污水100万m3/d,污泥产量4000m3/d(含水率97%)采用二级中温厌氧消化工艺。污泥经过浓缩后,含水率96%,进入消化池。一级消化池有加热和搅拌,二级消化池不加热也不搅拌。运行温度为33~35℃。一期采用沼气搅拌,二期采用机械搅拌,同时设有循环泵搅拌作为辅助搅拌方式。沼气储柜为一期设干式球罐和湿式气柜;二期为低压湿式三屉螺旋式升降式钢结构。脱硫装置:一二期分别采用干式脱硫和湿式脱硫。干式脱硫塔为填料塔;湿式脱硫采用氢氧化钠碱液喷淋。高碑店消化池的有机物分解率平均为36%。一期采用“沼气内燃机+余热回收+发电机组”,机械功率513kW,热功率约600kW;发电机发电容量470kW,厂内并网。二期工程采用“沼气内燃机+余热回收+发电机组”机械功率约710kW,热功率约850kW;发电机发电容量652kW;余热回收装置热媒介质为软化水,使用泥水热交换器给消化池污泥加热。

污泥好氧发酵微生物对有机质的分解会产生恶臭气体,主要是氨、硫化氢、甲基硫醇、胺类等,在敏感地区废气须进行脱臭处理后才能排放。发酵过程致臭物质的值如下表4-2所示。污泥发酵主要大气污染物

为防止发酵场(厂)对周围环境的影响,敞开式发酵场(厂)与周边居民区、学校和工厂的卫生防护距离应由环评单位和相关的环保部门经论证后确定。不能满足卫生防护距离的单独建设发酵场或在污水处理厂内建设的污泥发酵场,需采用封闭的高效发酵工艺。对厂房内外封闭,抽气形成微负压,收集气体进集中处置,进行除臭处理后,能达标排放。污泥除臭

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污泥发酵臭气处理技术

好氧发酵过程中,会产生大量致臭气体,需要对产生臭气进行收集处理。除臭方法有化学除臭、物理除臭和生物除臭等几类。一般而言,对污泥发酵场的臭气采用生物除臭,该方法所需设备简单、费用较低、不需要再生和其它后续处理设施、能耗小、管理维修方便。生物除臭是通过微生物的新陈代谢将具有臭味的物质加以转化以达到除臭的目的。目前常用的生物除臭技术又可细分为生物滤池、生物吸附、土壤脱臭。

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生物滤池除臭 

将收集到的废气在适宜的条件下通过生物滤池,生物滤池中放置长满微生物的固体载体(填料),气味物质先被填料吸收,然后被填料上的微生物氧化分解,完成废气的除臭过程,如图所示。生物滤池除臭效果见表4-3。

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土壤脱臭

土壤脱臭利用土壤表层30~50cm处大量微生物吸附和分解有机物的能力,去除气体中的污染物质。一般采用固定床,不需要加药等附属设施,运行管理费用较低,但需有宽阔的场地,定时进行场地修整,设置散水装置,以保持较好的运行状态,并且处理效果不够稳定、总体效率较低。土壤脱臭占地面积大,占地为2.5~3.3m2/m3气体。

土壤除臭对硫化氢的去除效果较好,去除率大于85%;对氨气的去除效果一般,去除率为57%。经土壤脱臭后,氨气的排放浓度可以<0.2mg/m3,硫化氢的排放浓度可以<0.01mg/m3。

土壤除臭选择的土壤指标以腐殖土为好,亚粘土等红土需掺入鸡粪、垃圾和污泥肥料进行改良后使用,矿质土和粘土则不宜采用。土壤水分以40%~70%为宜。过于干燥的土壤需装设水喷淋器。种植草坪的土壤表面保持倾斜,作为防暴雨的措施。经国内外数家土壤脱臭床的实践,臭气通过土壤速度为2-17mm/s,设计时一般选5mm/s,有效土壤厚度为50cm,臭气与土壤接触时间为100s。

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环境影响

生物除臭一般需要施用滤料,可作为滤料的材料有木削、垃圾及污泥发酵过程的产物、沙、土壤、石头、贝壳等。过滤材料到了使用年限后要采用安全的方法处置,因此排放就容易转移到其的地方。生物除臭占地面积大,难以控制滤料的均一性、透气性、湿度、温度和pH值等至关重要的操作参数。当氨气浓度超过39mg/m3时,氨离子会积累在滤料中,从而降低去除效果。生物除臭有时还需用大量的水来加湿进气流和保持过滤材料接近100%的最佳湿度环境,此过程中会产生大量的渗沥液,需要适当处理或处置。

烟气净化技术

袋式除尘器

⑴工艺描述

除尘效率非常高,且可去除的颗粒物粒径范围非常宽。直径通常为16cm~20cm、长约10m。对粒径>0.1μm的颗粒有非常高的去除效率,粉尘排放量极低。常用试剂为石灰和活性碳等。

⑵环境影响

对粉尘去除效率在99%以上,对的去除效率重金属80%以上,有时也能高效去除Hg和PCDD/F,对NOx也有一定的去除效率。

如果注入活性碳,金属Hg的去除效率通常可以>95%,排放<30bg/Nm3。如将其与石灰或碳酸氢钠等碱性试剂一起注入,二噁英排放可降到<0.1ngTEQ/Nm3的水平。采用褐煤焦炭作催化过滤袋吸附剂,PCDD/F去除效率达到99.9%,并可降低NOx水平。

能耗高,活性碳和碱性试剂消耗量大;温度控制和系统维护要求高;注入活性碳有自燃/着火的风险,会使Hg排放增加,烟气处理残留物中PCDD/F和Hg含量增加。一般而言,大约有80%的PCDD/F会随粉尘排放掉,降低残留物综合利用效益;该设备对冷凝水敏感,存在酸露点问题,会造成腐蚀;灰渣贮存罐有着火风险。采用催化过滤袋时,需增加去除Hg的装置。

运行参数

烟气分布要均匀。每一室的压降需独立监测,各袋室处理能力要充足,即使在部分袋室因损坏被关掉以更换滤袋时,也能使烟气达到排放要求。

采用催化反应袋时,温度范围在180℃~260℃之间。采用活性碳试剂时,需与其它试剂相混合(如将90%的石灰和10%的活性碳混合)。

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⑷适用范围

常作为烟气净化系统的末端设备,常用于粉尘、重金属、二噁英等去除率要求较高的情况。与SCR协同使用时,可使PCDD/F排放水平<0.1ngTEQ/Nm3和粉尘排放量<2mg/Nm3。

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工程实例:

德国斯图加特市中心污水处理厂污泥干化焚烧第三期工程,通过注入活性碳对Hg进行吸附,并在FGT末端采用再除尘工艺。法国ronville末端袋式过滤器,注入石灰+活性碳(湿式FGT下游);Ocrea末端袋式过滤器,注入活性碳,处理PCDD/F。比利时、德国、法国和其它一些国家的示范工程建有两级袋式除尘器。

国产处理能力为60000m3/h的长袋低压大型脉冲袋式除尘器成本为60万元人民币左右,含自动控制系统和设备安装调试费用。国内某200MW电厂,每台机组配置袋式除尘器的投资为2000万元,可将粉尘排放浓度控制在50mg/m3以下。

酸性气体去除系统

⑴工艺描述

国内典型半湿式烟气处理系统如图6-3所示,左侧为接触塔,下游为除尘器。

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⑵环境影响

废水循环使用,因此无废水排放,脱酸效率高达98%。固体残留物可综合利用。投加活性炭可使二噁英排放浓度<0.1TEQ ng/Nm3,具体排放水平见表6-7。

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通常要求吸附剂过量系数为1.5~2.5,但会产生大量烟尘,加大颗粒物去除负荷。能耗相对较低;与SCR联合使用时,需再热烟气(出口温度在120℃~170℃)。

⑶运行参数

大多数系统仅由一套试剂混合单元(试剂加水)、一套喷雾塔和一套袋式过滤器组成。采用袋式过滤器时,通常要求入口气体温度高于130~140℃。通过使用预除尘设备,可降低半干式系统中所用反应器和袋式过滤器的操作复杂程度。

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⑷适用范围

与袋式除尘器等均有很好的兼容性,可用于各种类型、各种规模的污泥焚烧厂,但入口烟气浓度变化很大时,处理能力受限。

⑸经济性

相对湿式系统,投资成本要低些,但残留物产生量较高,所以处置成本相对较高;碱性试剂消耗成本更高,但运行维护成本相对较低。该技术的投资成本见表6-9。

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二噁英和Hg去除技术

活性碳对Hg和PCDD/F有很高的吸附效率。烟气到达喷雾干燥器-袋式除尘器/ESP的组合工艺以前,向烟气中投加活性炭,PCDD/PCDF(以及汞)将被吸附到活性炭上,再用布袋除尘器或ESP将其从气流中过滤出来。加入活性炭可使烟气中POPs的去除效率提高到75%,这种技术也被称作“废气抛光”。

符合烟气净化要求的活性炭每吨价格在10000元以上。每年正常的活性炭投加成本占整个烟气净化系统运行成本的一半。

氮氧化物去除技术

氮氧化物的去除宜采用燃烧方式进行控制,包括采取必要的措施使气体有效混合和控制温度及良好分配一次风和二次风的供给,避免助燃空气过量系数过高和温度梯度不均匀,或者采用烟气再循环技术,以再循环烟气替代10%~20%的二次风或者采用分段燃烧技术,减少主反应区氧气供给,增加后燃烧区的空气供给,使已形成的气体氧化,或者采用合适的喷水装置将水注入炉膛或直接注入火焰,以降低主燃烧区内的热点温度,减少热力型NOx的形成。

如果设置专门的脱硝装置,如SCR或SNCR可使NOx排放水平达到<200mg/m3,甚至50更低水平。