污泥干化焚烧联用系统最佳运行工况研究

污泥干化焚烧联用系统将污泥焚烧产生的能量用于污泥干化,可实现污泥处理的节能降耗。对于污泥干化焚烧联用系统的运行,进厂污泥负荷、初始含水率、热值、污泥干化目标含水率是最大的影响因素。为实现污泥干化焚烧联用系统的低能耗和安全稳定运行,结合国内某污泥干化焚烧处理工程,建立了污泥干化焚烧联用系统能量和物料平衡模型,在此基础上研究了变工况条件下污泥干化焚烧联用系统的运行模式,分析了运行负荷、污泥热值、进厂污泥含水率、入炉污泥含水率发生波动时,对污泥干化单元和污泥焚烧单元所产生的影响,并提出了对应的运行策略。     

污水处理厂污泥干化焚烧处理可行性分析

以绍兴污水处理厂脱水污泥为研究对象,通过实验分析了污泥进行干化焚烧处理的可行性。对污泥泥质进行分析,采用桨叶式污泥干化机对污泥的热干化特性、干化过程污染排放特性进行研究,使用流化床污泥焚烧试验装置对污泥焚烧工况及焚烧过程中污染物的排放特征进行研究,结果表明,绍兴污水处理厂脱水污泥的泥质特征与大多数污水污泥类似,灰分较高、发热量较低,需干化后才可实现稳定燃烧;污泥在小型桨叶式污泥干化机内的干化速率最高达到0.6kg/(m2·min),并随污泥干化的进行而逐渐降低;干化过程产生的常规污染气体中氨气浓度最高,可达170 mg/Nm3;污泥干化冷凝水的COD高达820 mg/L,氨氮等指标也很高。污泥干化系统的设计需充分考虑污泥热干化过程中气体和液体污染物的排放,设置相应的处理设施。污泥干化至含水率30%时,可在不投加辅助燃料的情况下实现流化床焚烧炉内的焚烧处理,干化污泥焚烧时需关注烟气中常规污染气体和重金属的控制,焚烧灰渣浸出毒性未超过国标限值。     

基于化石碳的污泥干化焚烧处置碳排放分析

通常认为,污泥焚烧产生的CO₂是生物成因,不计入碳排放核算清单。但石油加工化学品的广泛使用会导致污泥化石碳质量分数增加。为符合实际情况,采用放射性碳测年法测定污泥化石碳质量分数。基于浙江省某2 500 t·d⁻¹污泥能源化利用热电联产项目运营数据,以1 t干基污泥 (DS) 为核算对象,构建碳排放及碳补偿核算方法,得出污泥干化焚烧-灰渣综合利用路径的碳排放因子,并与深度脱水-应急填埋路径的理论碳排放水平比较。结果表明,污泥有机碳中化石碳质量分数为64.94%,并非100%的生源碳。因此,污泥焚烧时计入碳排放核算清单的直接碳排放会增大,同时数据准确性和可靠度也有所增加。干化焚烧-灰渣综合利用路径中,1 t干基污泥的碳排放为0.32 tCO_2eq,约为深度脱水-应急填埋路径的1/6,更具减排潜力。本研究结果可为污泥低碳化处理处置提供参考。     

生物沥浸污泥深度脱水后自然干化与焚烧处置效果及影响因素

脱水污泥的干化效果对污泥后续焚烧处置及资源化有重要影响。比较了生物沥浸处理后深度脱水污泥与常规脱水污泥的水分蒸发速率差异,以评价其干化效果。在此基础上,对城市污泥生物沥浸示范工程中得到的有机质含量为44％（干物质计）,干基高位热值为9250kJ／kg,含水率≤32％,颗粒粒径≤8mm的污泥样品,采用小型循环流化床焚烧炉（内径600mm,高度6500mm,污泥给料量200kg／h）进行焚烧处置初步研究。结果表明,在同样干化时间下,生物沥浸后脱水污泥相对于常规脱水污泥有较快的水分蒸发速度。在保证污泥颗粒在流化床炉内达到较好的流化状态前提下,该生物沥浸污泥可以在流化床炉内实现自持焚烧,相应流化床炉温可以被恒定维持在850℃左右。焚烧后残渣热灼减率为2．36％。同时发现,污泥有机质含量、污泥含水率、污泥的颗粒破碎度、流化床布风板风量等因素共同决定着城市污泥的自持焚烧效果。此研究将为城市污泥生物沥浸后期焚烧资源化应用提供必要的参数支持及合适的运行建议。     

调理剂和通风方式对污泥生物干化效果的影响

采用了自主设计的污泥生物干化实验室模拟系统,研究了调理剂、物料配比和通风方式等实验条件对脱水污泥生物干化的影响效果。研究结果表明,与锯末相比,秸秆有利于反应物料温度的上升,含水率下降程度更大;利用秸秆调节污泥初始含水率在60%和65%的实验条件下时,物料的平均含水率分别下降了7%和6%,当初始含水率65%时,生物堆体的温度和含水率没有明显的变化;与连续通风相比较,间歇通风的实验条件有利于生物堆体的温度的升高和干化效果;在该实验中,最佳的生物干化条件是以秸秆为调理剂,初始含水率调至65%以下,以间歇方式进行通风。     

接种菌剂对城市污泥生物干化过程中干化效果和氮素转化的影响

以广州某污水处理厂压滤污泥为原料,木屑为调理剂,添加接种菌剂和碳源,采用间歇强制通风方式进行了周期8 d的生物干化实验,研究了不同接种菌剂量对生物干化过程中温度、含水率、pH、挥发分以及氮素形态转变的影响。实验共设4组,接种菌剂添加量分别为0、2‰、4‰和6‰,其他条件相同。实验结果表明,在接种菌剂添加量为4‰时,综合生物干化效果最好。堆体温度和pH在初期升高最快,含水率降低到51.73%,挥发分降低到42.04%。在氮素转化方面,污泥中的氮素在初期最容易向氨氮转化,而后期则较多的向硝氮转化。污泥的总氮含量从40.3 g/kg降低到27.6 g/kg,氮损失率为31.51%。     

接种菌剂和外加能源对污泥生物干化效果的影响

采用自主设计的试验装置,研究了接种菌剂和外加能源对城市污水处理厂脱水污泥生物干化效果的影响。结果表明:(1)试验7d,添加接种菌剂的物料升温累积值为66.0℃.d,比不添加接种菌剂(18.3℃.d)大261%;添加接种菌剂物料的水分去除率(27.33%)比不添加接种菌剂(18.56%)提高了8.77百分点;添加接种菌剂物料的挥发性固体(VS)降解率(20.90%)比不添加接种菌剂(12.31%)高8.59百分点;添加接种菌剂物料的减重率(18.67%)比不添加接种菌剂(10.80%)高7.87百分点。(2)试验8d,添加外加能源的升温累积值(69.5℃.d)比不加外加能源(46.2℃.d)大50.43%;添加外加能源物料的水分去除率(33.50%)比不加外加能源(28.56%)高4.94百分点;添加外加能源的物料VS降解率(22.62%)比不加外加能源(19.67%)高2.95百分点;添加外加能源物料的减重率(19.56%)比不加外加能源(17.87%)高1.69百分点。     

石灰干化污泥对土壤重金属稳定化处理的效果

以采自湖南省嘉禾县重金属复合污染土壤为研究对象,采用城市污水处理石灰干化污泥作为稳定剂,对污染土壤进行稳定化处理,并采用TCLP和BCR连续提取法对稳定化效果进行分析和评价。研究结果表明,单独使用石灰干化污泥,TCLP浸出浓度随着干化污泥质量分数的增加而显著减少,干化污泥的质量分数为40%时,稳定化率最大为Zn-98.92%、Cd-99.06%、Pb-96.84%;但是干化污泥的高pH值导致稳定后土壤中As的浸出增加。为了恢复植物生长功能,经过亚铁盐和磷酸调节pH后,石灰干化污泥稳定过的土壤pH有效降低,同时亚铁盐和磷酸有利于促进Pb和Zn的稳定效果;但是对Cd的稳定有负面影响;另外,亚铁盐的加入同时可以减少As的浸出浓度。经处理后土壤中重金属形态由不稳定态转为稳定态,使重金属的浸出浓度明显降低,减少了土壤重金属的浸出毒性。该研究结果表明,石灰干化污泥可以作为资源回收利用,应用于重金属污染土壤的修复中,并能改善稳定后土壤适宜植物生长的理化性质。     

干化床和芦苇床稳定污泥过程中的腐殖化特征简

通过现场实验,考查污泥干化床和污泥干化芦苇床稳定污泥过程中的腐殖质变化特征,重点分析了污泥腐殖化率和污泥腐殖化指数的变化情况。系统运行了3年,包括前2年的污泥负荷期和第3年的自然稳定期,检测分析在第3年进行。实验结果表明,污泥腐殖质含量历月变化不大,基本在1.1%~2.1%范围;总体上污泥的腐殖化率具有上升趋势,同一时间样品芦苇床中污泥的腐殖化率略高于干化床;污泥腐殖化指数呈上升趋势,但芦苇床略低于传统干化床;4—11月,干化床中的污泥腐殖化指数从0.079升高到0.742,芦苇床从0.042升高到0.715。经过3 y的稳定化处理,污泥的腐殖化程度和腐熟度得到有效提高。     

钛石膏改性胶结材干化湖泊污泥效果及机理

通过不同养护龄期下钛石膏改性胶结材和生石灰掺量对城市湖泊污泥干化效果影响的对比研究,揭示了钛石膏改性胶结材干化污泥的效果和机理。实验结果表明,随着养护龄期增长,干化污泥含水率减少量逐渐增大;同一养护龄期,掺20%钛石膏改性胶结材的干化污泥含水率减少量明显高于掺20%生石灰的干化污泥含水率减少量;干化污泥p H趋于8时,掺20%生石灰干化污泥所用时间是掺20%钛石膏改性胶结材所用时间的7.5倍。XRD和SEM分析表明,钛石膏改性胶结材水化生成难溶的水化硅酸钙凝胶和钙矾石晶体,将大量自由水转化为结晶水;同时,水化硅酸钙凝胶、钙矾石晶体和污泥中固体颗粒之间的互相搭接和紧密结合,彻底改变了原污泥松散团聚的结构体系,将干化污泥中各相牢固地粘结成一个整体,这是钛石膏改性胶结材干化效果好的关键。     

污水厂出水回用于污泥焚烧烟气的净化

开展了污水处理厂出水回用于污泥焚烧烟气净化的实验研究。生化出水净化吸收污泥焚烧烟气的效果与气水比、进气浓度、进水pH、进水碱度和水温等因素有关。研究结果表明,气水比10∶1,进水pH为7条件下,生化出水能够有效吸收污泥焚烧烟气中的各种污染物质,出气中气体污染物低于《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2001）的排放限值要求,吸收后出水各指标均低于《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中污染物排放限值的要求。该工艺脱硫效率可达90%,具有系统简单可靠、以废治废、不产生二次污染等优点。     

不同有机质含量进泥的污泥干化芦苇床运行效能

污泥干化芦苇床是将人工湿地和污泥干化床进行有机结合,形成的一种新型污泥处理系统。系统运行时,周期性地将污泥布向湿地表面,水经填料层向下渗滤,并经由底部排水管流出;污泥中的固体物质被截留在填料层上面,通过蒸发蒸腾作用进一步脱水。通过系统地考察不同有机质含量剩余污泥在污泥干化芦苇床中的稳定化效果,总结并对比分析了污泥干化芦苇床对不同原泥的矿化程度、氮磷等营养物质的去除、微污染有机物的降解以及温室气体排放等。经过2年的布泥期和1年的稳定期,污泥有机质得到有效处理,高、低有机质含量污泥的稳定化程度分别达到54.50%和58.20%,满足GB 18918-2002中稳定化污泥标准的要求,同时高于GB 8712-1987（>10%）的城镇垃圾农用控制标准要求。污泥氮磷含量仍然处于较高水平,可作为植物性营养元素;其中高、低有机质含量污泥中氮的含量分别从7.10%降到3.10%和从2.52%降到0.98%。微污染有机物如多环芳烃得到有效去除,高、低有机质含量污泥中多环芳烃分别去除了67.28%和32.64%,其中湿地植物芦苇起到了积极作用;监测结果表明,污泥干化芦苇床会释放一定量的温室气体,其中CO2释放量为16.5~65.2 g·（m2·d）-1,CH4释放量为0.43~1.95 g·（m2·d）-1,用CO2来衡量CH4的全球变暖趋势,污泥干化芦苇床CO2释放量为15.02 g·（m2·d）-1。     

剩余污泥生物干化处理及产物土地利用潜力

以昆明地区污水处理厂脱水污泥为对象进行生物干化处理,考察了典型工况条件下污泥干化处理效果,探究了微生物活性及其有机质代谢,并对干化处理产物的土地利用潜力进行了评价分析。结果表明,采用污水厂脱水污泥进行处理时,混合物料初始含水率以65%左右较为适宜,采用底部间歇曝气+顶部间歇抽风的通风方式,堆体自热升温至60 ℃以上,高温期持续时间长达30 h;干化处理120 h时,含水率降低至50%以下,水分净去除率达到16%。干化进程中,混合料中DOC质量浓度呈降低趋势,但SCFAs组分及其浓度波动明显。伴随着堆体温度的变化,常温、中温或嗜热微生物发生更替,微生物活性及其生化代谢差异明显。干化产物中可溶性磷以及氮钾质量分数均较高,重金属Cd、As、Hg满足GB4284-2018 B级标准限值,Cr、Pb等其他重金属质量浓度满足A级标准限值,种子发芽指数GI值高达90%,污泥干化产物具备园林绿化、矿山修复等方面土地利用前景。本研究结果可为污水厂污泥处理处置及资源化利用提供参考。     

零价铁强化城市污泥与垃圾焚烧厂渗滤液协同厌氧消化

针对城市污泥(初沉污泥、剩余污泥)和垃圾焚烧厂渗滤液2种市政废物的协同厌氧消化产气量不足的问题,采用投加零价铁的方式,探究零价铁对厌氧消化过程中产酸和产甲烷阶段的强化作用,并研究消化前后COD、VSS、氨氮以及上清液离子的变化。以初沉污泥与剩余污泥体积比4∶1、渗滤液添加量为15%的基质作为底物,投加不同浓度零价铁进行厌氧消化。结果表明：零价铁能有效提升协同厌氧消化系统中总挥发性脂肪酸产量、促进丙酸分解、进一步降解复杂有机物;当零价铁投入量为4 g·L⁻¹时,累计产甲烷量最高达189.65 mL·g⁻¹(以VSS计),相比对照组提升了30.1%,其产气速率符合一次函数和Scholl Canyon模型指数衰减规律;在25 g·L⁻¹和40 g·L⁻¹的高投加量零价铁条件下,产气高峰提前,但累计甲烷产量低于对照组;随着零价铁的投加量增加,COD降解率呈下降趋势,VSS降解率提升,氨氮变化不大;此外,消化液上清液中,正磷酸盐、硫酸根浓度明显减少,这与亚铁离子的混凝沉淀作用相关,同时也是削弱零价铁强化作用的原因之一。研究结果可为城市污泥和垃圾焚烧厂渗滤液协同厌氧消化提供参考。     

污泥回流对流化床生物膜—A/O活性污泥耦合工艺的影响研究

设计一套流化床生物膜(MBBR)—A/O活性污泥耦合装置处理城镇污水,考察了污泥回流对耦合工艺处理效率的影响,研究了系统中生物膜相和悬浮相微生物在有机物降解和脱氮反应中的活性差异。实验结果表明,当系统进水COD在200~400mg/L,进水氨氮在8.0~32.0mg/L,污泥回流比为1/8时,水力停留时间为12.4h,系统COD去除率平均值达81.4%,TN去除率平均值达70.6%,系统对较难降解城镇污水的处理具有明显的技术优势。污泥回流降低了生物膜相微生物的活性,而提高了悬浮相微生物活性,但生物膜相微生物活性速率仍高于悬浮相微生物活性。与传统活性污泥工艺相比,MBBR—A/O活性污泥耦合工艺将高活性生物膜引入,使悬浮污泥浓度极大降低,有助于减少污泥回流能耗与处理成本,具有明显应用价值。     

Fe0还原、芬顿氧化及其耦合技术去除染料厂剩余污泥中的AOX

染料废水中含有大量难生物降解的卤代有机物合成中间体,合成卤代有机物在废水的生物处理过程中容易被吸附到剩余污泥中,如不能妥善处理会引起生态健康风险。研究了零价铁还原、芬顿氧化及其组合技术对染料企业剩余污泥中AOX（可吸附有机卤代物）的去除效果,优化了处理条件,解析了去除机理。结果表明,铁粉投加量为5 g·L-1,厌氧反应30 d时,零价铁还原对污泥中AOX降解率仅为24.7%;Fe2+投加量0.059 mol·L-1,H2O2投加量0.89 mol·L-1,芬顿氧化1.5 h时,污泥中AOX去除率提高至73.7%;投加2 g·L-1的铁粉,还原30 d后再进行芬顿反应,则污泥中AOX去除率可达到90.3%。GC-MS分析结果表明,污泥中的主要AOX物质为2,6-二氯-4-硝基苯胺,该物质经过零价铁还原与芬顿氧化组合工艺处理后,比直接芬顿氧化能得到更有效的去除。