吳 潮 漢
(中國石化湛江東興石油化工有限公司,廣東 湛江 524012)
近年來我國環(huán)保產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展,污水處理能力及實際處理量得到迅速提高,有效保護了水環(huán)境。但在污水處理過程產(chǎn)生的大量生化剩余污泥未得到妥善處理,廣泛采用的機械脫水效果不盡人意,脫水泥餅含水率仍然較高,污泥減容減量效果尚不能滿足環(huán)保要求。當(dāng)污泥含水率(w)從98%降低到80%,污泥體積減少90%;當(dāng)含水率降低到60%,殘留體積減少95%(即殘留污泥體積只是含水率98%的5%),說明含水率對污泥減量影響巨大。因此,要大幅減少脫水污泥殘留體積,必須大幅降低脫水污泥的含水率。
生化剩余污泥由大量水和少量大分子有機物、微生物及其代謝物、無機顆粒物等組成,成分極其復(fù)雜,其中水主要以自由水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約80%)、間隙水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約13%)、結(jié)合水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約5%)和內(nèi)部水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約2%)4種形態(tài)存在。這些不同存在形態(tài)的水脫除難易程度不同,自由水和間隙水較易脫除,采用機械方法一般可以其將脫除;結(jié)合水和內(nèi)部水脫除困難,僅用機械方法難以脫除。因此,要實現(xiàn)污泥深度脫水,必須與其他方法結(jié)合(如化學(xué)方法)[1-3]。
采用催化熱處理方法,將導(dǎo)致存在結(jié)合水的大分子碳水化合物降解,轉(zhuǎn)化為水溶性小分子有機物,可以消除結(jié)合水的存在條件,不但使污泥的脫水性能得到改善,可使含水率降低到60%以下;而且大幅減少揮發(fā)性懸浮物(VSS),從而使污泥實現(xiàn)大幅減量。中國石化石油化工科學(xué)研究院、中國石化湛江東興石油化工有限公司、湛江遠(yuǎn)通高新技術(shù)有限公司等單位合作研發(fā)了SMR污泥減量技術(shù)[4-5],對含水率98.3%的生化剩余污泥進行處理后,脫水殘渣含水率小于60%,VSS去除率平均達(dá)到78.3%,使污泥實現(xiàn)了大幅減量,環(huán)境效益和經(jīng)濟效益顯著。以下介紹SMR污泥減量技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用情況。
煉油生化剩余濃縮污泥的主要性質(zhì)如表1所示。表1數(shù)據(jù)顯示:生化剩余濃縮污泥含水率97.6%~98.2%,懸浮物(SS)質(zhì)量濃度18 554~23 640 mg/L,VSS質(zhì)量濃度為13 344~17 090 mg/L,蛋白質(zhì)(PTN)質(zhì)量濃度為8 142~9 005 mg/L,VSS/SS質(zhì)量濃度比為0.72,為典型的生物質(zhì)污泥。毛細(xì)吸水時間(CST)大于150.3 s、污泥比阻(SRF)大于2.67×1013m/kg,脫水性能非常差。
表1 煉油廠生化剩余濃縮污泥主要性質(zhì)
SMR工藝技術(shù)是在一定溫度下通過催化方法將污泥中固形高分子有機物降解,使其轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄孕》肿佑袡C物,消除污泥中的間隙水、表面水和結(jié)合水,使污泥脫水性能得到顯著改善、泥水容易分離[6]、剩余的少量殘留污泥容易脫水,從而實現(xiàn)污泥體積大幅度減量和減容的技術(shù)。圖1是處理前后的污泥照片。
圖1 生化剩余污泥經(jīng)SMR污泥減量處理前后照片
SMR污泥處理技術(shù)以催化熱降解固形高分子有機物為核心,包括污泥催化熱解、降解液泥水高效分離、殘渣穩(wěn)定和深度脫水等工藝過程,其工藝流程示意見圖2。
圖2 SMR污泥減量技術(shù)工藝流程示意
以SMR工藝為核心的工業(yè)化污泥減量裝置采用撬裝化設(shè)計,處理能力為12 000 m3/a,采用催化熱消解技術(shù),為蒸汽作為熱源,消解液返回污水生化系統(tǒng)或作為反硝化碳源,脫水殘渣外委專業(yè)公司處理。裝置包括污泥催化熱解、降解液泥水高效分離、殘渣穩(wěn)定和深度脫水部分,主要設(shè)計參數(shù):催化消解溫度175~185 ℃;進料污泥含水率97%~99%;脫水殘渣含水率不大于60%;VSS去除率不低于70%。
2020年7月SMR污泥減量裝置在湛江東興石化公司投入工業(yè)化運行,2021年6月2日11:30至6月5日14:00對該裝置運行進行技術(shù)標(biāo)定,標(biāo)定期間反應(yīng)溫度175~180 ℃,污泥處理流量穩(wěn)定在1.25 m3/h,連續(xù)標(biāo)定74.5 h的運行效果。標(biāo)定期間,每天1:00、9:00和17:00分別從SMR工藝裝置進料泵出口、進料與減量劑混合后出口、反應(yīng)器出料口、穩(wěn)定罐出料口進行3次采樣。操作參數(shù)通過分散控制系統(tǒng)(DCS)控制并可拷屏記錄留存,間隔時間3 h,記錄SMR污泥減量裝置進料量、蒸汽流量和反應(yīng)溫度等工藝參數(shù)。
標(biāo)定期間生化剩余污泥經(jīng)過濃縮的主要性質(zhì)如表2所示。從表2可以看出,標(biāo)定期間的污泥含水率為98.32%~98.39%,SS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.61%~1.68%,VSS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.11%~1.23%,VSS與SS質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為69.4%~72.6%。該污泥為典型的生物質(zhì)污泥,其污泥含水率、SS和VSS含量比較穩(wěn)定,與標(biāo)定前的污泥性質(zhì)基本相同。
表2 SMR污泥減量裝置標(biāo)定期間的生化剩余污泥基本性質(zhì)
一般來說,生化剩余污泥中的VSS含量越高,污泥越難脫水;反之,VSS含量越低,污泥越容易脫水。標(biāo)定期間污泥中VSS的去除率見表3。從表3可以看出,SMR污泥減量裝置對污泥VSS的最大去除率為79.3%、最小為75.0%、平均為78.3%。這些結(jié)果說明SMR污泥減量裝置運行平穩(wěn),且對VSS具有很高的去除率。
表3 標(biāo)定期間SMR污泥減量裝置對污泥VSS的去除率
毛細(xì)吸水時間和污泥比阻是表征污泥脫水性能的兩個關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo),其數(shù)值越大,說明污泥的脫水性能越差。當(dāng)CST<20 s、SRF<2×1013m/kg時,污泥具有良好的脫水性能。表4是煉油生化剩余污泥經(jīng)SMR污泥減量裝置處理前后的污泥比阻和毛細(xì)吸水時間的變化情況。表4結(jié)果顯示:未經(jīng)SMR工藝裝置處理的污泥CST和SRF分別為272 s和4×1013m/kg,分別大于20 s和2×1013m/kg,說明未處理的污泥脫水非常困難;污泥經(jīng)過SMR污泥減量裝置處理后的CST和SRF分別為15 s和1.5×1013m/kg,分別小于20 s和2×1013m/kg,說明經(jīng)過SMR工藝裝置處理的生化剩余污泥脫水性能得到了顯著改善,脫水性能良好。
表4 SMR污泥減量裝置處理前后的污泥脫水性能對比
生化剩余污泥經(jīng)過SMR污泥減量裝置處理,約80%的VSS轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄杂袡C物,剩余的殘渣主要是無機固形物。表5是剩余殘渣經(jīng)機械脫水后的含水率。從表5可以看出,經(jīng)SMR污泥減量裝置處理的生化剩余污泥殘渣脫水后的含水率最大為57.9%,最小為55.7%,平均為57.1%,說明經(jīng)SMR污泥減量裝置處理后生化剩余污泥的脫水性能得到了顯著改善,含水率降至小于60%的填埋要求,可以直接進行填埋。
表5 經(jīng)SMR污泥減量裝置處理的殘渣脫水泥餅含水率
生化剩余污泥經(jīng)SMR污泥減量裝置處理產(chǎn)生的消解液BOD5/COD比為0.31,說明其具有良好的可生化特性,可以作為反硝化碳源,實現(xiàn)資源化利用。
圖3是脫水泥餅照片,經(jīng)SMR污泥減量裝置處理后,剩余殘渣變?yōu)槌尚吻覠o異味的泥塊。
圖3 經(jīng)SMR污泥減量裝置處理后的泥餅照片
SMR污泥減量裝置運行費用主要包括減量劑、蒸汽、電、凈化風(fēng)、除鹽水及硫酸、剩余殘渣外委費,根據(jù)各物料的單耗和單價計算,標(biāo)定期間總運行成本6 750元。共處理平均含水率98.3%的生化剩余污泥114 t,產(chǎn)生脫水殘渣0.64 t,減量率達(dá)到99.4%,單位污泥處理費用為59.2元/t。與SMR污泥減量裝置投入運行前采用的“機械脫水+熱干化”處理工藝相比,污泥殘渣減少了70%,綜合成本降低了約40%,顯示出優(yōu)異的環(huán)保效益和經(jīng)濟效益。
(1)經(jīng)SMR污泥減量裝置處理的煉油生化剩余污泥的脫水性能得到了顯著改善。其CST和SRF從處理前的272 s和4×1013m/kg分別降低到處理后的15 s和1.5×1013m/kg,剩余殘渣脫水泥餅平均含水率為57.1%。
(2)SMR污泥減量裝置對煉油生化剩余污泥VSS去除效果顯著,平均去除率達(dá)到78.3%,產(chǎn)生的消解液BOD5/COD比為0.31。
(3)對含水率為98.3%、VSS/SS質(zhì)量濃度比為70%的煉油生化剩余污泥,經(jīng)SMR污泥減量裝置處理后減量率達(dá)到99.4%,且殘渣無異味。生化剩余污泥處理的綜合成本為59.2元/t,較常規(guī)“機械脫水+熱干化”處理成本降低40%、殘留量減少70%。
(4)SMR污泥減量裝置的操作環(huán)境友好、無異味,操作簡單,可通過DCS控制。