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壹新环保污泥有机肥资源化技术
2019-09-10 14:46       来源:天津壹新环保工程有限公司       作者:       分享:

壹新环保污泥制生态有机肥资源化处置工艺,真正实现了堆肥过程中不添加任何辅料,最终将污泥制成的生态有机肥,其重金属含量及其它各项指标完全符合有机肥料国家标准要求。


1  污泥行业背景及污泥处理技术简介

1.1  行业政策背景

2015年4月,国务院正式发布《水十条》,其中提到,“污水处理设施产生的污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置,禁止处理处置不达标的污泥进入耕地。非法污泥堆放点一律予以取缔。现有污泥处理处置设施应于2017年底前基本完成达标改造,地级及以上城市污泥无害化处理处置率应于2020年底前达到90%以上。”该政策的发布,进一步体现了国家对污泥处理处置工作的重视,预示未来政策的走势和工作的重心。

1.2  污泥的来源及组成

城市污泥是指城市污水处理厂在处理污水过程中产生的含水率不同的半固态或固态物质污泥产生量核算为每处理万吨污水产生8-10吨剩余污泥(含水率80%计)。

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图1-1 污泥来源示意图

污泥成分复杂,含有病源微生物、寄生虫卵、有毒有害的重金属及大量的难降解物质,如处理不当,容易对环境造成二次污染。同时,污泥中也包含很多丰富的营养物质。从污水里转入污泥中的COD(化学需氧量)比例大概是30%~50%,转入污泥中的氮约为20%~30%,磷约为90%,如能够合理化利用,则是非常宝贵的资源。                            


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图1-2 污泥成分示意图


经过污泥行业多年的实际调研,我国污水处理厂产生的市政污泥中,有机质成分一般较理论值低,仅在40-50%之间,无机物占比50%甚至更多,这主要是由于我们国家在城市管网建设时雨污分流不彻底,污水厂除砂设备效率低且进水COD偏低等原因导致的。因此,无机物的成分偏大、致病细菌和重金属的问题严重制约了污泥的资源化利用出路。

1.3  国内现有污泥好氧堆肥技术简介

堆肥,是指在有氧情况下,通过微生物的发酵作用,将污泥转变为肥料的过程。由于污泥中富含N、P、K等营养物质,在好氧菌作用下稳定熟化,易于植物和作物吸收,是一种很好的土壤改良剂,可用于绿化肥料,土壤修复,回归土地,从而实现资源化利用。但是在国内,污泥堆肥的道路走得异常艰难,主要问题是由于以前工业污水和生活污水长期混同处理,所以最后产生的有机肥料存在重金属超标的风险,出于综合考虑,污泥制成的“有机肥”被农业部禁止进入农田,只能用作绿化土、填埋土、路基土等,此种情况严重制约了堆肥工艺的推广。并且堆肥工艺本身也存在耗时长,产地面积大,产生大量臭气,处理成本高等缺点,因为需要保证进入堆肥工艺段的污泥含水率不得高于60%,所以国内现有堆肥工艺需掺混大量秸秆等辅料,掺加量甚至达到污泥体量的2倍之多,极大的降低了污泥堆肥的效率,并且增大了项目整体的建设和投资规模。

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图1-3 污泥好氧堆肥

2  壹新环保新型堆肥工艺总体思路

针对污水处理厂污水来源及污泥成分组成性质特点,我公司进行了深入研究,污泥中的主要成分大致可分为有机物、无机物和水,其中有机物、无机物的比例约为4:6,虽然市政污水来源多数是生活污水,但难以保证其中不会混杂一些工业废水,故直接作为肥料使用,部分重金属及卫生学指标仍会超标。因此综合多种因素,将原泥直接进行堆肥利用的工艺路线是不可行的。

我们的污泥资源化思路是将污泥按照成分进行分离,同时保留污泥中的有机组份及微量元素,分离出的有机污泥中,有机组份占比会提高至60%以上,大幅提升了最终肥料的品质和肥效,且在分离前端将污泥进行改性,使分离后污泥无需掺加任何辅料即可将污泥脱水至含水率60%,堆肥采用80℃高温堆肥工艺,治病细菌全部得到灭活,同时堆肥过程中不需要掺加任何辅料,不会增加污泥体量。原泥中的重金属在分离工艺阶段,全部进入到无机组份当中,确保污泥有机组份最终的堆肥肥料中,重金属指标完全符合《GBT 23486-2009 城镇污水处理厂污泥处置 园林绿化用泥质》、《CJT309-2009 城镇污水处理厂污泥处置 农用泥质》及《NY525-2012有机肥料控制标准》中重金属检测指标,可安全放心用于有机肥料外售,无任何环境风险。分离出的无机污泥可直接作为建筑基材使用,虽然无机污泥含有原泥中分离出来的重金属,但由于原泥中的重金属含量低,故其检测指标仍能满足《GB 25031-2010-T 城镇污水处理厂污泥处置 制砖用泥质》重金属检测限值,可作为建筑基材使用无风险。分离出的污水排入污水厂进行处理,达标排放。本工艺可真正实现污泥的全面资源化利用目的。

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图2-1 污泥全面资源化利用思路

2.1  污泥的含水组成

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图2-2 污泥颗粒结构
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在污泥的水份中,95%的含水都是由于污泥中胞外聚合物(简称EPS)的粘性作用导致难以脱出,故考虑将污泥中的胞外聚合物进行破坏,便可从根本上提高污泥的脱水性能。

2.2  胞外聚合物的破坏效果

采用我公司的处理方式并通过实验验证,污泥在经过灭菌和菌胶团破碎处理后,对胞外聚合物(EPS)结构被彻底破坏。处理后的污泥,脱水性能有实质性提升,经过板框高压压滤后,含水率可降低至60%-65%。且菌胶团破碎后的污泥,结构失稳,为后续污泥的成分分离创造条件。


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图2-3 污泥中菌胶团破碎效果

2.3  脱水性能的比较

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污泥进入好氧发酵工艺段时,要求含水率必须在65%以下,才可确保发酵工艺的正常运行与热平衡。通过我公司武清污泥处理厂项目的工艺验证,采用我们的污泥分离技术改性方法,彻底破坏了污泥中的胞外聚合物,污泥的粘性降低后,无法再裹挟大量水分,改性后污泥无需添加其他无机絮凝剂和助滤剂即可通过板框压榨至含水率60%-65%以下,脱水效果明显优于常规方法,不增加污泥体量,在堆肥过程中不掺加外加辅料,污泥堆肥效率更高,投资更少。

2.4  有机无机分离效果

通过实际工程验证,采用我们的污泥改性方法,彻底破坏了污泥中的胞外聚合物,污泥的粘性降低后,本工艺可实现污泥中有机物及无机物的有效分离,80%含水率污泥经处理后可分离出无机污泥与和有机污泥,其中有机污泥有机质含量提高60%以上,非常适合好氧堆肥处理。经检测,原泥中重金属被分离进入到无机污泥中,有机污泥重金属含量完全达到《CJT 309-2009 城镇污水处理厂污泥处置 农用泥质》中重金属检测指标要求。无机污泥重金属含量其检测指标满足《GB 25031-2010-T 城镇污水处理厂污泥处置 制砖用泥质》标准要求,全部作为建材使用。

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图2-4 污泥有机与无机成分分离效果

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图2-5 污泥有机与无机成分分离的现场照片


2.5  工艺减量化效果

640.webp (38).jpg图2-6 污泥减量化物料平衡图


经过全部工艺段的验证,计算出本工艺处理污泥的减量情况,本工艺可以将100吨每天的污泥(按照含水率80%计算)进行处理,经过分离后,无害化的有机污泥经过高压脱水减量为43吨,含水率降低至65%,继续进行好氧堆肥,最终含水率降低至40%以下,每天产生的有机肥料为25吨以内。分离出的无机污泥经过脱水后减量为16吨,含水率70%,经过进一步自然干化后最终含水率降低至20%,体量减少至4吨,可作为建筑基材使用满足《GB/T 25031-2010  污泥处置制砖用泥质》标准)。

2.6  有机肥料重金属检测对比

通过第三方检测机构对分离前后污泥中的重金属进行检测,分离前的原泥虽然能够符合农用污泥控制标准,但无法满足农业部的有机肥料控制标准,导致其堆肥产物只可用于园林绿化,而不可作为有机肥料使用,出路受到限制。而分离后污泥,其中的重金属已经完全达到农业部门对有机肥料中重金属的指标要求,分离后污泥堆肥制成的有机肥料可直接销售而无须担心任何销路问题,无任何环境风险。

分离出的含有少量重金属的无机污泥,其中的重金属含量远低于《GB/T 25031-2010  污泥处置制砖用泥质》,可完全作为建筑基材使用。

3  实施方案

本工艺是在结合了污泥污水处理行业、矿选行业、有机肥料堆肥行业成熟技术的基础上,经过我方科研人员仔细研究论证,并依托我公司自主研发的污泥改性技术,最终创新性组合出一种全新的污泥减量化处置工艺。

3.1  工艺简介

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图3-1 污泥全面资源化处置工艺流程图


本项目直接接收污水厂来泥100吨(含水率按80%计),污泥输送至污泥灭菌及菌胶团破碎系统,添加灭菌剂,破坏污泥的细胞结构及胞外聚合物,污泥丧失粘性,为后续有机无机分离及高干脱水创造最优条件。灭菌后污泥进入有机无机分离装置,该装置可将污泥中的无机物进行分离。分离出的无机污泥经过压滤脱水后,含水率降低至70%以下,进一步堆放干化至含水率20%,最终作为建筑基材外运。分离后的有机污泥,有机组份比例提升一倍以上,经过高压脱水后含水率降低至65%,进入污泥高温好氧堆肥系统,掺加返混料后,经过10天高温好氧发酵,最终熟化为含水率40%的肥料,熟料中重金属含量经检测,远低于标准值以下,符合国家对污泥制肥用于园林和农田标准,可放使用。污泥脱水滤液回至污水处理厂处理达标后排放,好氧发酵产生的臭气经过负压系统引入除臭塔,处理达标后排放。

3.2  工艺特点

①进场污泥经灭菌处理后,细菌与微生物全部灭活,在污泥分离及脱水工艺段不再产生臭气,降低臭气处理设施处理量;

②污泥经过菌胶团破碎处理后降低污泥粘性,提高污泥脱水性能,高干脱水后的污泥无需添加辅料即可符合污泥堆肥的进泥含水率要求,降低好氧堆肥系统的投资及运行成本;

③污泥经过有机无机组份离后,污泥有机质含量提升一倍以上,大幅增加污泥堆肥肥料品质,并且重金属的去除,可确保有机部分的污泥中,重金属含量低于国家相关标准,作为有机肥料使用没有环境风险;

④本工艺后端采用高温发酵工艺,发酵时间仅为10天,周期短,效率高;

⑤全部工艺系统均采用成熟设备,有实际运营案例,运行稳定,可靠性高;

⑥污泥减量化程度高,相比较于80%含水率的原始污泥,体量减少70%,减量化效果明显;

⑦本工程投资小,吨污泥投资约为20-25万元,直接运行费用约100元每吨。

4  主要工艺段介绍

4.1  污泥调质灭菌系统

进场污泥首先进入污泥调质池,本环节功能是将含水率80%的市政污泥稀释成含水率为90%以上的污泥溶液以便于后续工艺实施,同时加入污泥灭菌剂,并对其进行菌胶团破解处理,去除污泥中的胞外聚合物和其他粘性物质,使菌胶团彻底失去聚合作用,提高污泥脱水性能。同时,污泥彻底失去菌胶团的聚合作用后,释放出裹挟的无机颗粒,为后续污泥有机无机分离创造条件。

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图4-1 污泥调质灭菌系统


4.2  污泥有机无机分离装置

将预处理后的污泥溶液提升污泥有机无机分离装置中,对其进行成分分离,因前段工艺中将污泥进行了菌胶团破碎,污泥失去粘性,污泥中的无机物失稳,固在借助多种药剂的联合作用下,最终将污泥的有机组分与无机组分进行分离,分离后有机污泥中的有机组分占比由原泥中的40%提高至60%以上,大幅提高了污泥堆肥后的肥效,且因原泥中的重金属亦全部进入到无机组份当中,分离后有机污泥已经不再有重金属超标风险,可作为肥料使用。

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图4-2 污泥有机无机分离装置


4.3  污泥脱水系统

经处理后的污泥进入高压脱水装置进行脱水,因前处理环节,污泥胞外聚合物已失去聚合作用,污泥菌胶团破解,故污泥的脱水性有实质性提高,加入脱水助滤剂后,经高压板框脱水机压滤,有机污泥泥饼含水率可以降至65%以下,与初始来泥对比,污泥体积减少50%,再进行后续堆肥,设备和运行成本将大幅降低。分离出的无机污泥进入高压脱水装置进行脱水,因该部分污泥中均为无机物质,故自身脱水性能良好,可无需添加助滤剂而直接压滤,其泥饼含水率可以降至70%以下,继续经过自然堆放干化至20%,作为建筑基材外售。

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图4-3 污泥脱水系统


4.4  污泥好氧发酵系统

污泥好氧堆肥工艺是指在一定条件下通过微生物的作用,使有机物不断被降解和稳定,最终生产出一种适宜于土地利用的产品的过程。污泥在有氧情况下进行有机物料的分解,有机物由不稳定状态转变为稳定的腐殖质物质,其堆肥产品不含病原菌,不含杂草种子,而且无臭无蝇,可以安全处理和保存,是一种良好的农用和园林绿化有机肥料。

脱水后含水60%-65%的有机污泥泥饼经过破碎处理后进入污泥好氧堆肥工艺段,本段工艺采用高温好氧发酵堆肥,发酵温度80℃,发酵周期在10天左右,相较于普通中温发酵工艺,周期短,效率高。发酵前期以鼓风机鼓风为主,保证污泥中的氧含量,发酵后期以机械翻抛为主,确保肥料的熟化程度。最终成品肥料含水率降低至40%以下,肥料中有机质占比45%以上。发酵舱内设置负压引风系统,确保臭气全部进入处理系统不外泄。

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图4-4 污泥高温好氧发酵系统


4.5  臭气处理装置

本工艺产生的恶臭气体来源为污泥好氧堆肥阶段产生的恶臭气体,经过除臭装置处理后即可排放。

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图4-5 臭气处理系统


5  投资及运行成本分析

5.1  劳动定员

系统运行三班,每班4人,实行“三班二运转”,每班12小时;设置厂长1人,机修1人,化验员1人,运营人员共15人。

5.2  基础数据

生产规模:按照含水率80%计算,每天处理污泥100吨。

5.3  建设占地估算

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本处理工艺是一种投资低、占地小、运行费用低、全面实现污泥资源化的处置方式。

6  公司介绍

6.1  公司简介

天津壹新环保工程有限公司是从事污泥处理和污水厂提标改造的专业化公司,拥有一批高级技术人才和行业内领先的污泥处理减量化、稳定化及资源化处置技术。公司集污泥及污水项目投资(BOT\ROT\PPP)、设计、工程建设及运营管理于一体,为客户提供全方位污泥处理和污水厂提标改造解决技术及服务。

公司成立后,专注于污泥全面资源化新工艺技术的整合研发与产业化。坚持走“产、学、研、用”四位一体化的发展道路,并与多所大学和研究院展开广泛合作。最终凭借对污泥处理新技术的持续研发和不断努力,成功研发出污泥高效分离资源化处理工艺,并申请相关专利二十余项。同时也顺利通过了国家高新技术企业认定。

公司于2015年12月,成功中标武清区污泥处理厂PPP合作项目,该项目采用的污泥处理工艺为“污泥有机无机分离+高干脱水+干化+焚烧”,设计污泥日处理能力130吨(含水率80%计),占地15亩,项目投资约4600万元,项目建成后用于将武清区内污水处理厂产生的剩余污泥进行综合处置。该项目予以2017年9月竣工并持续稳定运行,真正实现了污泥在不掺加任何化石能源的前提下,达到了污泥自持焚烧和系统热量自平衡,彻底解决了国内污泥焚烧处理的技术难题。

同时该污泥有机无机分离技术能够将污泥中的重金属从有机污泥中提取出来,将有机污泥堆肥后可以生产出完全符合农业应用标准的生态有机肥。

6.2  项目简介

武清区污泥处理厂项目,建设地点位于天津市武清区武清新城城区西南方向,项目采用PPP合作模式,由天津壹新环保工程有限公司与天津远恒汇通环境建设投资有限公司共同组建天津远新环保科技有限公司承担本项目的特许经营权。运营期限30年。项目于2016年10月开工建设,预计2017年7月建成投产,本项目建成后将承担天津市武清区全部生活污水处理厂的污泥处理。

本项目的工艺亮点是率先采用污泥分离技术,成功实现了有机物与无机物的充分分离,使得有机污泥在干化与焚烧阶段不再因无机物而消耗热能,实现了污泥处理系统的热能自平衡,污泥的干化焚烧不再依靠任何外加能源。分离出的无机物完全满足《GB/T25031-2010城镇污水处理厂污泥处置制砖用泥质》标准,可作为建材利用,对外销售市场广阔。污泥焚烧产生废气经过烟气处理系统处理后可满足《GB18485 2014生活垃圾焚烧污染控制标准》中排放限值。本工艺最大程度的契合了绿色环保的先进理念,其技术思路在行业内属于超前领先,工程建成后,将真正实现污泥的全面资源化处理处置,彻底解决了污泥处理处置的环境风险,达到了以废治废、物尽其用的效果。

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图5-1 武清区污泥处理厂项目

天津壹新环保工程有限公司

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