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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彙總,工藝評估和方案設計,具體請聯系我公司技術人員,進行相應的交流和解答。

    污水處理廠産生的污泥基本上可以按照其性質或處理方法分成幾類,按污泥的性質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将污泥分為初沉污泥、剩餘污泥、消化污泥和化學污泥。

    ⑴初沉污泥:指一級處理過程中産生的污泥,也就是在初沉池中沉澱下來的污泥。含水率一般為96~98%。

    ⑵剩餘污泥: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、剩餘污泥經消化處理後達到穩定化、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澱和化學深度處理過程中産生的污泥,如石灰法除磷、酸、堿廢水中和以及電解法等産生的沉澱物。

    污泥處理處置工藝

    一般而言,在污水處理廠内污泥經過預處理(濃縮、脫水及相關輔助設施)後,在廠内(或廠外)根據後續處置的不同,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、發酵。污泥處理工藝見圖1-1。廢氣處理

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    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。集泥池暫時将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,為後續處理創造條件,主要有重力濃縮、氣浮濃縮、離心濃縮、帶式濃縮和轉鼓機械濃縮等方式。重力濃縮可以分為間歇式和連續式兩種。間歇式重力濃縮主要用于小型污水處理廠,連續式重力濃縮主要用于大、中型污水處理廠。經濃縮脫水後污泥含水率為95~97%,經濃縮後的污泥一般進入消化池或脫水機房,進行後續處理。

    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。

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    污泥濃縮運行中排放的污染物是濃縮過程中産生的上清液、惡臭等,污泥濃縮産生的上清液由于在缺氧環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。污泥經脫水後其體積減至濃縮前的1/10,脫水前的1/5,大大降低了後續污泥處理、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:污泥經脫水有上清液(濾液)産生以及處理設備清洗時會使用清水或再生水而有污水産生;污泥脫水機房惡臭濃度較高,對從業人員影響較大。污水處理廠常規監測的指标有硫化氫、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,使污泥中有機物質分解成穩定的物質,去除臭味,殺死寄生蟲卵,減少污泥體積。可分為厭氧消化和好氧消化。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濟的污泥處理方法。好氧消化應用範圍較窄,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、燃燒廢氣或發電排放煙氣等。污泥厭氧消化産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。

    沼氣發電機燃燒排放煙氣主要污染物為CO和NOx。厭氧消化後産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,特别是氨氮濃度較高時,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,使其中的有機物質發生燃燒反應,反應的結果使有機質轉化為CO2、H2O、N2等相應的氣相物質。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。污泥焚燒工藝及産污見圖1-3。

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    潛在的廢氣污染問題:污泥焚燒有大量的煙氣産生,每噸污泥産生的煙氣體積(2,11%)一般在4500~6000m3,其組成為顆粒物質、酸性和其他性質的氣體(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

    針對産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、效果好等優點而發展很快。生物脫臭簡單、經濟、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;不産生二次污染。缺點是占地面積稍大;對溫度、pH值、濕度的要求較高;表面負荷過大會産生堵塞;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,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。系統主要包括臭氣收集和處理兩個系統。收集系統是在反應池頂加臭氣收集罩,臭氣經過收集後再用風管集中送至抽風機,最後進入臭氣處理裝置。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,維持合适的濕度;生物濾池為模塊拼裝式,以木渣和樹皮為主要填料。經生物除臭後廠界臭氣濃度保證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。

    氣體末端淨化技術

    沼氣脫硫

    用于沼氣脫硫的方法有兩種,即生物法和物化法。物化法分為幹法和濕法兩種,根據H2S含量可以設計成單級和多級脫硫。

    幹法:沼氣先經過水封和脫水裝置,常溫下經過幹式脫硫塔後再通過噴嘴或擴散闆進入脫硫塔底部,通過脫硫劑床層,然後從頂部排出。幹式脫硫劑一般為氧化鐵,來源于經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闆進入脫硫塔底部,與吸收劑逆流接觸,然後從頂部排出,經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。

    幹法脫硫範圍小,可以達到99%的脫硫效率,當脫硫效率小于90%,幹法的脫硫劑就需要再生;濕法脫硫範圍大,可以達到99%的脫硫效率。幹式脫硫運行成本低,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,循環吸收液中會生成Na2SO4和Na2S2O3等副産品,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液,需消耗大量原輔材料,也會帶來二次環境污染。

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    廢氣燃燒器和發電尾氣處理

    當沼氣産生量高于沼氣利用量時,多餘沼氣通過廢氣燃燒器燒掉;當沼氣發電系統未工作時,沼氣通過廢氣燃燒器燒掉。廢氣燃燒器是剩餘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,污泥産量4000m3/d(含水率97%)采用二級中溫厭氧消化工藝。污泥經過濃縮後,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,同時設有循環泵攪拌作為輔助攪拌方式。沼氣儲櫃為一期設幹式球罐和濕式氣櫃;二期為低壓濕式三屜螺旋式升降式鋼結構。脫硫裝置:一二期分别采用幹式脫硫和濕式脫硫。幹式脫硫塔為填料塔;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“沼氣内燃機+餘熱回收+發電機組”,機械功率513kW,熱功率約600kW;發電機發電容量470kW,廠内并網。二期工程采用“沼氣内燃機+餘熱回收+發電機組”機械功率約710kW,熱功率約850kW;發電機發電容量652kW;餘熱回收裝置熱媒介質為軟化水,使用泥水熱交換器給消化池污泥加熱。

    污泥好氧發酵微生物對有機質的分解會産生惡臭氣體,主要是氨、硫化氫、甲基硫醇、胺類等,在敏感地區廢氣須進行脫臭處理後才能排放。發酵過程緻臭物質的值如下表4-2所示。污泥發酵主要大氣污染物

    為防止發酵場(廠)對周圍環境的影響,敞開式發酵場(廠)與周邊居民區、學校和工廠的衛生防護距離應由環評單位和相關的環保部門經論證後确定。不能滿足衛生防護距離的單獨建設發酵場或在污水處理廠内建設的污泥發酵場,需采用封閉的高效發酵工藝。對廠房内外封閉,抽氣形成微負壓,收集氣體進集中處置,進行除臭處理後,能達标排放。污泥除臭

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    污泥發酵臭氣處理技術

    好氧發酵過程中,會産生大量緻臭氣體,需要對産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、不需要再生和其它後續處理設施、能耗小、管理維修方便。生物除臭是通過微生物的新陳代謝将具有臭味的物質加以轉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。

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    生物濾池除臭 

    将收集到的廢氣在适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),氣味物質先被填料吸收,然後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。

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    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。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态,并且處理效果不夠穩定、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%。經土壤脫臭後,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标以腐殖土為好,亞粘土等紅土需摻入雞糞、垃圾和污泥肥料進行改良後使用,礦質土和粘土則不宜采用。土壤水分以40%~70%為宜。過于幹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。經國内外數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。

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    環境影響

    生物除臭一般需要施用濾料,可作為濾料的材料有木削、垃圾及污泥發酵過程的産物、沙、土壤、石頭、貝殼等。過濾材料到了使用年限後要采用安全的方法處置,因此排放就容易轉移到其的地方。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。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%的最佳濕度環境,此過程中會産生大量的滲瀝液,需要适當處理或處置。

    煙氣淨化技術

    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範圍非常寬。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。如将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;溫度控制和系統維護要求高;注入活性碳有自燃/着火的風險,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會随粉塵排放掉,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;灰渣貯存罐有着火風險。采用催化過濾袋時,需增加去除Hg的裝置。

    運行參數

    煙氣分布要均勻。每一室的壓降需獨立監測,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,溫度範圍在180℃~260℃之間。采用活性碳試劑時,需與其它試劑相混合(如将90%的石灰和10%的活性碳混合)。

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    ⑷适用範圍

    常作為煙氣淨化系統的末端設備,常用于粉塵、重金屬、二噁英等去除率要求較高的情況。與SCR協同使用時,可使PCDD/F排放水平<0.1ngTEQ/Nm3和粉塵排放量<2mg/Nm3。

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    工程實例:

    德國斯圖加特市中心污水處理廠污泥幹化焚燒第三期工程,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下遊);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範工程建有兩級袋式除塵器。

    國産處理能力為60000m3/h的長袋低壓大型脈沖袋式除塵器成本為60萬元人民币左右,含自動控制系統和設備安裝調試費用。國内某200MW電廠,每台機組配置袋式除塵器的投資為2000萬元,可将粉塵排放濃度控制在50mg/m3以下。

    酸性氣體去除系統

    ⑴工藝描述

    國内典型半濕式煙氣處理系統如圖6-3所示,左側為接觸塔,下遊為除塵器。

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    ⑵環境影響

    廢水循環使用,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。

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    通常要求吸附劑過量系數為1.5~2.5,但會産生大量煙塵,加大顆粒物去除負荷。能耗相對較低;與SCR聯合使用時,需再熱煙氣(出口溫度在120℃~170℃)。

    ⑶運行參數

    大多數系統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,可降低半幹式系統中所用反應器和袋式過濾器的操作複雜程度。

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    ⑷适用範圍

    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經濟性

    相對濕式系統,投資成本要低些,但殘留物産生量較高,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。

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    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。煙氣到達噴霧幹燥器-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)将被吸附到活性炭上,再用布袋除塵器或ESP将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“廢氣抛光”。

    符合煙氣淨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淨化系統運行成本的一半。

    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過高和溫度梯度不均勻,或者采用煙氣再循環技術,以再循環煙氣替代10%~20%的二次風或者采用分段燃燒技術,減少主反應區氧氣供給,增加後燃燒區的空氣供給,使已形成的氣體氧化,或者采用合适的噴水裝置将水注入爐膛或直接注入火焰,以降低主燃燒區内的熱點溫度,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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