污泥干化二次污染物特性研究
行業(yè)動態(tài)
據統(tǒng)計，我國目前城市污水處理廠每年排放干污泥大約4.0×106t，并且以每年大約10%的速度增長。根據環(huán)保部規(guī)劃，在未來10年內，我國將新建上千座污水處理廠，污泥產生量激增，污泥處理刻不容緩。污泥高含水率是制約污泥處理技術發(fā)展的關鍵。目前污泥干化技術在國外已經得到很好的應用，而國內尚處于起步階段。本文通過小試實驗，對污泥干化過程中產生的冷凝水、不凝性氣體進行采樣分析，解析污泥間接干化過程中二次污染物特征。
1 實驗樣品及方案
1.1 污泥樣品
本實驗污泥取自上海某污水處理廠，該廠采用“水解酸化+A/A/O法”處理工藝，并采用生物除磷和化學除磷相結合，加強除磷效果，出水水質符合GB 18918-2002一級B標準。脫水污泥含水率約為80%。
1.2 干化試驗流程
污泥取樣后，利用小型干化試驗機組對樣品進行干化。
污泥由進料口卸入干化試驗機，干化試驗機為圓盤干燥技術，污泥在干化機內在圓盤的帶動下旋轉推進，并利用飽和蒸汽對污泥進行烘干，本干化機熱源為0.5MPa飽和蒸汽，加熱方式為間接加熱。污泥在干化機內干化至一定含水率后，干污泥經圓盤推至試驗機前端，從底部排料口排出；干化過程產生的廢氣首先進入板式換熱器，廢氣通過換熱器水冷卻使溫度大幅度降低，同時將廢氣中的水蒸氣冷凝，冷凝后的尾氣冷凝水外排，不凝性氣體經布袋除塵器將廢氣中的固體粉塵攔截，其余廢氣經煙道收集后外排。
在污泥干化過程中，記錄試驗過程和相關數據，干化過程中進行采泥、采水、采氣化驗。
2 實驗結果與分析
2.1 干污泥性狀研究
污泥低位熱值是指1kg污泥完全燃燒后所放出的熱量。污泥的低位熱值與污泥含水率、污泥內H元素含量、污泥性狀等多種因素有關。本課題對4組干污泥樣品的高位熱值和元素組成進行化驗，得出結果如下：
C/% | H/% | O/% | N/% | S/% | Cl/% | 平均高位熱值/(kJ/kg) |
31.07 | 2.71 | 10.54 | 1.14 | 0.66 | 0.19 | 15615 |
GB/T 24602-2009城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置單獨焚燒用泥質規(guī)定了污泥自持燃燒一般情況下，污泥低位熱值需大于5000kJ/kg。根據上表數據反推，該污水廠污泥在干化至含水率57%的情況下即可滿足。
2.2 污泥冷凝水水質研究
污泥冷凝水的水質與污泥的處理方法、污水處理廠進水水質等諸多因素有關，不同污水處理廠產生的污泥，冷凝水水質差異較大。例如，若污水處理廠接收大量含重金屬污染物的污水，則污泥干化冷凝水中會含有一定的重金屬離子。
與實際工程不同，干化試驗機為間歇允許，其機內污泥含水率是處于非穩(wěn)定狀態(tài)，污泥冷凝水水質波動可能較大。因此，本實驗對每組干化試驗分前、中、后3個時間段分別進行冷凝水取樣監(jiān)測。得到的結果如下：
（1）pH：尾氣冷凝水pH較高，為9～10，偏堿性。若不對其進行處理，不僅會造成出水pH不達標，也會對污水處理系統(tǒng)造成不利影響，如采用活性污泥法對冷凝水進行處理，較高的pH易造成微生物死亡。因此在實際設計過程中，應考慮在預處理環(huán)節(jié)對污水pH進行調節(jié)。
（2）COD、BOD：由于實驗污泥有機物含量較高，導致尾氣冷凝水COD、BOD濃度較高，COD濃度約為816mg/L，BOD約為373mg/L，高于出水標準。因此在設計過程中，可考慮采用生化處理工藝作為主要處理工藝。
（3）氨氮、總氮：尾氣冷凝水氨氮濃度約為89～210mg/L，總氮濃度約為102～233mg/L，高于污水納管標準。且冷凝水碳氮比過低，若直接用好氧活性污泥法對冷凝水進行處理，會嚴重影響微生物生長，造成微生物處理效果下降，出水不達標。因此在污水處理系統(tǒng)設計過程中應先去除氨氮和總氮。且由于冷凝水內碳氮比失調，綜合考慮COD、BOD的實驗結果，建議在對類似設計過程中考慮在好氧生物處理前先對冷凝水進行脫氮處理；或考慮采用A/O法、氧化溝法、生物膜法等可對氨氮和COD同步降解的工藝對冷凝水進行處理，并在處理過程中投加碳源以保證碳氮比不失調。
（4）重金屬：尾氣冷凝水中，重金屬濃度均遠低于納管排放標準，這與該污水處理廠主要接納廢水為生活污水，廢水中重金屬污染物濃度較低有關。
2.3 不凝性氣體研究
不凝性氣體成分復雜，其中含有大量的氨氣、硫化氫、惡臭氣體、VOCs等，見下表：
污染物 | 數值 |
氨氣/(mg/m3) | 21.5 |
硫化氫/(mg/m3) | 1.49 |
氯化氫/(mg/m3) | ＜0.5 |
氟化物/(mg/m3) | ＜2.50 |
氰化氫/(mg/m3) | ＜0.1 |
甲烷/(mg/m3) | ＜1 |
乙醛/(mg/m3) | 0.3 |
苯/(mg/m3) | 0.015 |
甲苯/(mg/m3) | 4.25 |
二甲苯/(mg/m3) | - |
非甲烷總烴/(mg/m3) | 7.83 |
惡臭濃度 | 4.10×103 |
一般情況下，不凝性氣體無組織排放和有組織排放應分別滿足GB 14554-1993惡臭污染物排放標準中規(guī)定的無組織排放限值和新、擴、改建設項目廠界二級標準（15m高空排放）規(guī)定的惡臭污染物排放限值要求以及GB 16297-1996大氣污染物綜合排放標準（上表中的排放要求）。由上表分析可知：
（1）污泥干化產生的不凝性氣體中，氨氣、硫化氫和惡臭氣體是主要污染物質，因此應對干化后的不凝性氣體進行處理并集中排放，在廢氣處理工藝設計的過程中應主要針對不凝性氣體中氨氣、硫化氫和惡臭氣體進行處理。
（2）本次試驗未檢測出廢氣中含有氯化氫、氰化氫、氟化物污染物。但此3類物質為劇毒污染物，且由于本次試驗受檢測方法和試驗條件的限值，實驗結果具有一定的隨機性，因此在實際設計過程中仍需對上述3類污染物進行防范。
（3）本次檢測所檢測出的甲烷、苯、甲苯、二甲苯、乙醛及非甲烷總烴污染物濃度低于大氣污染物標準限值。
3 結束語
（1）本次試驗所采集的含水率80%市政污泥能通過圓盤干燥機間接干化，25%～40%含水率干污泥可正常出料。但是80%含水率污泥有機物含量較高，粘性較強，對干污泥出料及輸送設備的選型時需考慮該因素。
（2）根據本次試驗結果，尾氣冷凝水水質高于CJ 343-2010中的標準或DB 31/445-2009，需對尾氣冷凝水進行處理。冷凝水可生化性較好，但碳氮比失調，pH偏堿性，在冷凝水處理過程中需考慮上述因素。
（3）根據本次試驗結果，不凝性廢氣中氨氣、硫化氫和惡臭氣體污染物濃度較高，在設計中應考慮除臭工藝。
