CN101343136A - 污泥土壤化处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污泥处理工艺。公开了一种污泥土壤化处理工艺，采用污泥土壤化池进行污泥处理，污泥土壤化池的底层为防水层，其上为过滤层，过滤层包括沙子层、砂石层和土工布层，过滤层上为腐殖土层，腐殖土层上种植芦苇，污泥土壤化池的过滤层设有沥渗液收集管道，污泥处理过程包括下列步骤：将污泥排入污泥土壤化池的腐殖土层上，待污泥土壤化池饱和后，停止向污泥土壤化池排放污泥，排入污泥土壤化池的污泥经稳定化期后完成土壤化。本发明的工艺流程简捷，管理容易，易于运营，同时可实现污泥资源化利用。

Description

污泥土壤化处理工艺

技术领域

本发明涉及污泥处理工艺。

背景技术

随着城市化的进展，环境质量标准的日益提高，污水处理率和污水处理程度日益得到提高和深化，污泥的产量也因此而大大提高2003年全国每年的污泥(干重)产量约为130×10⁴吨，而且以每年10％以上的速度递增。目前国内国际污泥处置视方方面面条件不同有填埋、干化、焚烧、土地利用、制作建材等多种方式。

污泥处理主要存在下述问题：

(1)污泥的含水率高

污泥的含水率高是污泥的一个显著特征，其含水率为97％～99％，这给运输带来极大的困难，而且对运输路线周边环境带来威胁，形成了“污泥污染-污泥处理-处理不到位-影响污泥处置-污泥二次污染”的恶性循环局面。

(2)污泥处理难度增加。由于大量工业废水超标排放、农业排水及雨水径流等面源污染的问题使得污泥成分日益复杂，存在大量人工合成难生物降解的有机物、重金属、病原微生物等，使污泥处理难度增加。这些污泥如不妥善处理，势必会对环境造成二次污染，形成新的公害，使城市污水处理事半功倍。

(3)随着污水处理标准的提高，污泥处理产生新的问题。为防止水体富营养化的发生，污水处理不仅要进行有机物的去除，而且要进行N、P等无机营养物质的去除。同时，污水资源化回用已是解决水资源紧张的一个重要途径，污泥量将必然随之增加，这对污泥处理提出了新的要求。

(4)各种污泥处置方法存在不足。我国污泥的填埋、焚烧、水体消纳等这些方法都有不足之处。如焚烧法，虽然能大幅度减容，但投资和运行费用相当高，难以采用焚烧法处理量大面广的城市污水处理的污泥；水体投放法，在近年来受日益严格的防止海洋污染和国际公约等限制；填埋法，由于场地有限、并有可能造成二次污染而受到限制；污泥农用法也因为污泥成分日趋复杂而受到限制，并且随着农用污泥中重金属排放标准以及卫生要求的提高，污泥农用也日益受到限制。

发明内容

本发明针对现有技术中污泥处理工艺的缺陷，提供了一种污泥土壤化处理工艺。

本发明采用了下述技术方案：

一种污泥土壤化处理工艺，采用污泥土壤化池进行污泥处理，污泥土壤化池的底层为防水层，其上为过滤层，过滤层包括沙子层、砂石层和土工布层，过滤层上为腐殖土层，腐殖土层上种植芦苇，污泥土壤化池的过滤层设有沥渗液收集管道，污泥处理过程包括下列步骤：

将污泥排入污泥土壤化池的腐殖土层上，待污泥土壤化池饱和后，停止向污泥土壤化池排放污泥，排入污泥土壤化池的污泥经稳定化期后完成土壤化。

污泥经上述土壤化处理工艺，可转化为腐殖土。

上述防水层可采用防水材料铺设，如铺设防水膜(也可以是底层铺设沙子，其上铺设防水膜的结构)。

上述过滤层的主要作用在于对污泥中所含有的污染物进行吸附和过滤，进行生化处理，以及实现污泥的固液分离。

较佳的，过滤层的结构由下至上依次为沙子层、土工布层、砂石层、土工布层、沙子层和土工布层。沙子的粒径优选0.5～3mm，砂石的粒径优选20～40mm。

上述腐殖土层采用的腐殖土可为市购的腐殖土，也可是污泥土壤化处理后获得的腐殖土。

上述污泥的输送可经管道输送。管道一端接通污泥储存池，另一端接通污泥土壤化池。为方便污泥的即时处理，可通过直接将管道接通至污水处理厂等污泥产生地的方式进行，这可减少污泥运输费用。

上述腐殖土层可设有空气输送管道，进一步加强氧气的供给，较佳的，上述空气输送管道部分贯穿腐殖土层，以垂直方式与外界相通。上述空气输送管道可成交叉排布。

上述沥渗液收集管道与沥渗液收集池相连。污泥中所含有的渗沥液经过植物的吸收、自然蒸发、过滤层过滤，其污染浓度不高。但是以防万一，较佳的，在渗沥液储存池中安装送风机及散气设备，对残留的有机物进行氧化，使渗沥液能够达到排放要求。上述沥渗液收集管排布于过滤层的底部。较佳的，过滤层的底面设有凹陷，周边凸起，中间下凹的形式，凹陷处可起到集水的作用，沥渗液收集管排布于凹陷处。

由于污泥在自然条件下自然干化速度很快，所以有必要向污泥土壤化池提供必要的水分。因此较佳的，污泥土壤化池设有进泥设备。进泥设备如与沥渗液收集池相连，可利用储存池中的渗沥液，再次排放到污泥土壤化池，以此来供给必要的水分，从而能够减少渗沥液处理量。

上述稳定化期即指对污泥土壤化池内的污泥自然放置，让污泥土壤化池中的芦苇自然生长，稳定化期的时间一般为6～12个月，在稳定化期，污泥实现腐殖土化。

上述污泥土壤化处理工艺中，所采用的污泥土壤化池的数量可根据污泥处理量的需求，设置多个。

上述污泥土壤化处理工艺在完成污泥土壤化后，可将土壤化的污泥挖出，进行污泥土壤化池维护后，重新种植芦苇，而后再重复进行其他污泥的处理，从而使得污泥土壤化池循环利用。

腐殖土可用于种植盆栽植物，进行腐殖堆肥或作为土壤改良剂，从而实现废物利用。

污泥土壤化工艺的原理为：含水率较高的污泥进入污泥土壤化池之后，一部分水分经过植物和污泥表面被蒸发掉，另一部分水分经过土壤过滤层渗透到沙石层。污泥层和土壤过滤层中存有的离子和微生物，对污泥中所含有的污染物进行吸附和过滤，进行生化处理。随着污泥层的增高，将形成局部的厌氧和好氧区域，这对污泥层内部存在的有机物进行生化氧化处理，形成无机物，从而构成稳定的污泥土壤化池，最终获得优质腐殖土。

本发明中，芦苇起到了下述作用：

①吸收利用、吸附和富集作用。芦苇能从污水中吸收营养物质加以利用，并能吸附、富集重金属和一些有毒有害物质，使水质得到净化。芦苇对重金属等污染物质有显著的吸附和富集作用。芦苇体内的重金属浓度可达到污水中重金属浓度的几十、几百甚至几千倍。在芦苇体内富集的污染物质通过每年对芦苇的收割最终从系统中去除。

②能显著增加微生物的附着。芦苇的根茎发达，有利于微生物生长附着，芦苇床的优势菌属主要有3种：假单细胞菌属、产碱杆菌属和黄杆菌属。床体中的原生动物以肾形虫居多。这些均为快速生长的微生物，而且体内含有降解质粒，是对污水中有机物分解的主体微生物种群。废水流经芦苇床时，大量的SS被根系阻挡截留，有机污染物则通过微生物的吸收、同化及异化作用而被去除。

③将大气氧传输至根部。芦苇的根系比较发达，泌氧能力强，芦苇的泌氧功能比水葵、水葱、黄昌浦、美人蕉等水生的要高，芦苇根系的输氧速率远远大于由于空气扩散所得的氧量。实验表明，芦苇根际具有较高的氧化还原电势，为好氧微生物的活动创造了有利条件。在芦苇根系周围形成一个好氧区域，其中形成的好氧生物膜对氧的利用使离根系较远的区域呈现出缺氧状态，而在离根系更远的区域则呈现出完全的厌氧状态。这些溶解氧含量不同的区域分别有利于大分子有机物及氮、磷的去除。

④芦苇的根可松动土壤，死后可留下相互连通的孔道和有机物。无论土壤最初的孔隙率如何，芦苇均可稳定根际的导水性，在2～5年内与粗砂的导水性作用相当。

芦苇不仅对污水中的有机物、营养物质、重金属和有毒物质去除率很高。还具有种植简单、抗水性强、繁殖能力强，生长周期长，管理要求粗放，经济价值高等优点。因此，芦苇比其他植物在污染物的去除、系统投资、运行管理、综合利用等方面都具有更为突出的优点。

本发明污泥土壤化工艺的技术优点体现在以下几方面：

1.采用污泥土壤化工艺处置污泥，投资费用与其他工艺不相上下，但是污泥处置土地能够重复使用。污泥土壤化池一次使用年限可达10年，10年之后污泥转换为优质的腐殖土，挖掘之后可重复使用。

2.运行成本极为低廉，位数污泥处理工艺之首，是本工艺最大的优点之一。运行费用大致包括电费、常用设备的维修、管道及输送管的维修、芦苇的种植、防渗设备的部分更换及渗沥液处理费用(渗沥液可回送至污水处理厂进行处理)等。

3.工艺流程简单，经培训后容易掌握，无需高技术人才，人力费用大大降低，而且污泥土壤化池无需太多技术人员，污泥土壤化池维护人员无需常驻。

4.对污泥含水率要求不高，高含水率污泥可适用于污泥土壤化工艺处理。

5.污泥转换为优质腐殖土，10年所堆积的腐殖土数量巨大，具有很高的商业价值，而且非常适合用于堆肥或土壤改良剂。

6.大部分设备都可在当地购买无需进口，而且设备的再投资费用很低。

7.解决污泥土地利用时所担忧的重金属、病原体对土壤的侵害难题。污泥土壤化池种植芦苇，芦苇的强分解能力以生物学法降低重金属的危害。生物学法是利用细菌循环还原-氧化S，使重金属的难溶硫化物转变成可溶性硫酸盐而滤出污泥系统。相对于化学提取法，该方法提取率较高(可达90％以上)，且投资费用低，易于操作，因此，生物学法具有较为乐观的应用前景。

与现有的其他污泥处理工艺的比较如下表所列：

比较

减量效应

残留物

水质

臭气

噪音/振动

设施建设

运营简

残留物再利

项目						简易度	易度	用度
									焚烧	94％	焚烧物	产生废水	产生SoxNOx CO2等污染物	转动机的噪音	较高	较高	低
干化	75％(以20％含水率为标准)	干泥	产生废水	VOCs等恶臭成分	转动机的噪音	普通	较低	低(水泥的补助材料，但需求不多)
									卫生填埋	88％	填埋物	产生渗沥液	有臭气	运输车辆噪音	较高	普通	低
堆肥	40％以下	腐殖堆肥含水率40％	产生渗沥液	臭气非常严重	送风机噪音较大	普通	普通	普通(堆肥)
									污泥土壤化	95％以上(最高能减少50％固化物)	腐殖堆肥及土壤改良剂	产生渗沥液	初期污泥排入时有臭气，排入完成之后没有	无噪音	最简单	最简单	普通(堆肥)

附图说明

图1：污泥土壤化池布局图

图2：污泥土壤化池铺设结构示意图

图3：空气输送管示意图

图4：污泥土壤化池工程步骤示意图

具体实施方式

实施例1

1.污泥土壤化池的设计：

(1)工艺流程

如图1所示，污泥土壤化池分为10个池子，污泥由污泥储存池经管带排放入污泥土壤化池，污泥土壤化池的底层为防水层，其上为过滤层，过滤层包括沙子层、砂石层和土工布层，在过滤层铺上渗沥液收集管道，与渗沥液储存池联在一起，过滤层上为腐殖土层(如图2所示)，腐殖土层中铺有空气输送管，贯穿于腐殖土层，以垂直方式与外界接触(如图3所示)。铺设完成后由上至下依次为：

腐殖土层(5.10m^-4/s)：100mm

土工布层：3.0mm

沙子层：200mm(沙子粒径0.5～3mm)

土工布层：3.0mm

砂石层：200mm(砂石粒径20～40mm)

土工布层：3.0mm

沙子层：100mm(沙子粒径0.5～3mm)

防水膜：2.5mm

沙子层：50mm(沙子粒径0.5～3mm)

腐殖土层上种植芦苇。污泥的承载高度为1.5m，每天在腐殖层上均匀的铺一层污泥，污泥层每日以0.51mm速度增加。约10年之后，污泥土壤化池将饱和。

(2)工程步骤(如图4所示)

根据污泥中所含有的有机物的含量，污泥在土壤化池中的稳定化期一般为6～12个月。随着污泥层的堆高，有机物含量越低，其稳定化效率越高。

工程步骤上，10个污泥土壤化池中，对其中一个池子不填埋污泥，而进行6～12个月的污泥稳定化，稳定化结束之后挖掘污泥、维护土壤化池、再填埋。以这样的方式对10个池子进行稳定化→挖掘→维护→再利用。

管道和过滤层在挖掘污泥时，一般不会被损坏。但考虑到操作失误等不可预见性原因而导致排管、防水膜被损坏时，可对损坏部分进行维修，即可重复使用。

(3)污泥腐殖化

污泥的含水率较高，此污泥进入污泥土壤化池之后，一部分水分经过植物和污泥表面被蒸发掉，另一部分水分经过土壤过滤层渗透到沙石层。污泥层和土壤过滤层中含有的离子和微生物，对污泥中所含有的污染物进行吸附和过滤，进行生化处理。随着污泥层的增高，将形成局部的厌氧和好氧区域，这对污泥层内部存在的有机物进行生化氧化处理，形成无机物，从而构成稳定的污泥土壤化池。污泥形成腐殖土后，污泥层的含水率仅为45％。减少了95％以上体积，减少了50％的固体物。

2.渗沥液储存池

渗沥液经过污泥土壤化池中的沙石排水层，通过收集管道，最终储存在渗沥液储存池。在渗沥液储存池中安装送风机及散气设备，对残留的有机物进行氧化，使渗沥液能够达到排放要求。同时利用储存池中的渗沥液，再次排放到污泥土壤化池，以此来供给必要的水分，从而能够减少渗沥液处理量。

3.设施的容量计算及设计

3.1污泥排管

把1,700立方/日的污泥，利用泵通过200mm管，直接输送至5km以外的污泥土壤化池。输送管采用DCIP材质，铺到土壤过滤层之后与HD-PE管连接。管径为200mm的污泥输送管在污泥土壤化池分为10支，把管径为100mm的污泥供给管在每条输送管两侧接上四支，安装8个电动阀门来均匀的分布污泥。

3.2污泥土壤化池

污泥土壤化池分为10个池子，每个池子里种植芦苇，增加土壤过滤层的空气流通量，给土壤微生物供给足够的空气。

--污泥产生量：1,700m³/d

--含水率：96％(4％TS)

--污泥填埋高度(最大值)：1.9mH

--污泥土壤化池底部面积：101.68mx171.68m＝17,456m2(每池)

--污泥土壤化池底部面积(最大值)：105.88mx175.88m＝18,622m2(每池)

--污泥土壤化池体积(最大值)：V＝(17,456+18,622)/2x10池x1.9mH

＝342,741m3

--污泥日平均产生量：68,000kg TS/日

--土壤化之后的污泥含水率：45％

--土壤化池填埋的TS量：＝342,741m³x1,000kg/m³x(1-0.45)

＝188,507,550kg TS

--污泥稳定化平均减量比率：25％

--污泥土壤化池最大利用时间

T＝188,507,550kgTS/68,000kgTS/日×X(1-0.25)＝3,696日＝10.12年

＝约10年以上

--污泥日平均增加高度

hs＝(1.9mx1000mm/m)/3,696日＝0.514mm/日

3.3渗沥液排放系统

输送到污泥土壤化池的污泥的平均含水率为96％，此污泥进入污泥土壤化池之后，一部分水分经过植物和污泥表面被蒸发掉，另一部分水分经过土壤过滤层渗透到沙石层。沉积在沙石层的渗沥液经过穿孔管，聚集在渗沥液储存池中。在不考虑降雨量的前提下，污泥中所含有的40％的水分被收集到渗沥液储存池中，通过储存池水面上安装的水位计量器控制水位，再用泵输送到污水处理厂的流量调节池中。

--渗沥液产生量：Q＝1700m³/dx0.4＝680m³/d

污泥土壤化池当中建造污泥储存池时，考虑到污泥的搅拌及被泵吸收，可以考虑把渗沥液储存池中的渗沥液移送到污泥储存池。

4、各建筑物规格及设备一览

1)建筑物规格

分类	规格	备注
			污泥土壤化池	(101.68W×171.68L+105.88W×175.88L)/2x2.2H(1.5He)×10池270,585m3
渗沥液储存池	(30.0W×60.0L+32.94W×62.94L)/2x1.9H(1.4He)×1池2711m3

2)设备一览

分类	规格	备注
			污泥输送泵	1.42m3/minx25mHx11kw2台	GC200+ImpellerSTS304包括电控箱
渗沥液储存池输送泵	0.57m3/minx40mHx11kw2台	GC200+ImpellerSTS304
			电动阀	100Ax60wx80个	SCS13
流量计	Magnetic200A 1个	SCS13

水位计	ULTRASONIC 2个	PP
			电控箱及照明设备	1式	STS304

Claims (14)

1.一种污泥土壤化处理工艺，其特征在于，采用污泥土壤化池进行污泥处理，污泥土壤化池的底层为防水层，其上为过滤层，过滤层包括沙子层、砂石层和土工布层，过滤层上为腐殖土层，腐殖土层上种植芦苇，污泥土壤化池的过滤层设有沥渗液收集管道，污泥处理过程包括下列步骤：

将污泥排入污泥土壤化池的腐殖土层上，待污泥土壤化池饱和后，停止向污泥土壤化池排放污泥，排入污泥土壤化池的污泥经稳定化期后完成土壤化。

2.如权利要求1所述污泥土壤化处理工艺，其特征在于，所述防水层为底层铺设沙子，其上铺设防水膜的结构。

3.如权利要求1所述污泥土壤化处理工艺，其特征在于，所述过滤层的结构由下至上依次为沙子层、土工布层、砂石层、土工布层、沙子层和土工布层。

4.如权利要求1所述污泥土壤化处理工艺，其特征在于，所述沙子层采用沙子的粒径为0.5～3mm，砂石层采用砂石的粒径为20～40mm。

5.如权利要求1所述污泥土壤化处理工艺，其特征在于，所述沥渗液收集管道与沥渗液收集池相连。

6.如权利要求5所述污泥土壤化处理工艺，其特征在于，所述渗沥液收集池中装有送风机及散气设备。

7.如权利要求1所述污泥土壤化处理工艺，其特征在于，所述污泥土壤化池设有进泥设备。

8.如权利要求7所述污泥土壤化处理工艺，其特征在于，所述进泥设备与沥渗液收集池相连。

9.如权利要求1所述污泥土壤化处理工艺，其特征在于，所述腐殖土层设有空气输送管道。

10.如权利要求9所述污泥土壤化处理工艺，其特征在于，所述空气输送管道以垂直方式与外界相通。

11.如权利要求1所述污泥土壤化处理工艺，其特征在于，所述过滤层的底面设有往下的凹陷，沥渗液收集管排布于过滤层的凹陷处。

12.如权利要求1所述污泥土壤化处理工艺，其特征在于，所述稳定化期的时间为6～12个月。

13.如权利要求1所述污泥土壤化处理工艺，其特征在于，所述污泥土壤化池的数量为两个及两个以上，且各池间渗沥液收集管道相通。

14.如权利要求1-13中任一权利要求所述污泥土壤化处理工艺，其特征在于，完成污泥土壤化后，将土壤化的污泥挖出，进行污泥土壤化池维护后，重新种植芦苇，而后再重复进行污泥的处理。

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