高温热水解对污泥卫生学指标的影响

2020年2月14日 15:02:43 来源: 建筑模拟
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  城镇污水处理厂污泥是污水在物理、生物、化学处理过程中的产物,主要来源于初次沉淀池、二次沉淀池等工艺环节。污泥主要是由有机残片、细菌菌体、无机颗粒和胶体等组成,通常具有较强的亲水性能、可压缩性能差和脱水性能差等特点[1]。在污水处理过程中,污泥富集了大量的污染物,因此它一方面含有氮和磷等营养物质,另一方面含有大量的病毒微生物、寄生虫卵、重金属、特殊有机物等有毒有害物质[2]。据统计,截止到2016年我国城镇污泥产量已达到4300万t(含水率以80%计)。未经处理处置的污泥随意堆放将产生严重的二次污染问题,2015年4月16了发布了《水十条》,明确要求推进我们城镇污泥的处理处置,并要求城镇污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置,到2020年前,地级及以上城市污泥无害化处理处置率应达到90%以上。

  污泥高级厌氧消化技术是一种新技术,目前在国内外得到了广泛的应用。高级厌氧消化技术即“高温热水解+高含固厌氧消化”。与传统厌氧消化工艺相比,“高温热水解+高含固厌氧消化”工艺强化了污泥的减量化、稳定化、无害化和资源化的处理目标;提高了污泥的水解效果和有机物降解率,增加了沼气产量;杀灭了污泥中大量的病菌和蛔虫卵;提高了厌氧罐的进泥浓度,缩短了厌氧消化的停留时间,节省了占地面积和土建工程投资等。

  城镇污泥的卫生学指标主要包括粪大肠菌群值、细菌总数、寄生虫卵含量和蛔虫卵死亡率等。城镇污泥在土地利用过程中对污泥的卫生学指标都有相关要求。本文以北方某污水处理厂污泥处理处置工程为例,简要分析了高温热水解对污泥卫生学指标的影响。

  1 卫生学指标

  1.1 卫生学指标检测方法和标准

  污泥经处理后,最终的处置方式有土地利用、建材利用和填埋场填埋等。污泥经“高温热水解+高含固厌氧消化”处理后,土地利用是一种常见的方式。污泥土地利用的途径主要包括农用、园林与公路绿化、林地、草坪、育苗基质和生态修复与植被修复等。城镇污泥卫生学指标的检测方法和标准如下:

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  城镇污水处理厂主要来自于居民生活用水,其中含有大量的粪便冲洗水等。粪便中病原微生物(如伤寒、痢疾杆菌等)比非病原微生物数量少得多,肠道中的粪大场杆菌数量最多,并且比肠道致病菌在外界同样条件下的生存时间要长。之所以选用粪大场杆菌作为卫生学指标,因为它极具有肠道致病菌的特性,又便于检查。粪大肠菌菌群值指的是检测出一个大肠杆菌所需样品的最小数量(克和毫升)。粪大肠菌菌群值越高,表明数量越少,无害化效果也越好。

  除了粪大肠杆菌外,粪便中的寄生虫卵也很多,一般以蛔虫卵作为卫生学指标。蛔虫(图1)是无脊椎动物,线虫动物门,线虫纲,蛔目,蛔科。是人体肠道内最大的寄生线虫,成体略带粉红色或微黄色,体表有横纹,雄虫尾部常卷曲。蛔虫是世界性分布种类,是人体最常见的寄生虫,感染率可达70%以上,农村高于城市,儿童高于成人。粪便冲通常含有大量蛔虫卵,它比血吸虫卵、钩虫卵等具有更强的活力,因此,蛔虫卵的死亡可以间接证实其它虫卵的死亡。

  1.2 污泥土地利用卫生学指标要求

  污泥土地利用时必须将病虫污染风险降低到可控范围内,以提高污泥土地利用时的卫生安全性。污泥土地利用卫生安全性最主要的两项指标是粪大肠菌菌群值和蛔虫卵死亡率。国家现行的污泥土地利用各种途径对这两项指标的要求较为一致和统一,均要求粪大肠菌菌群值不得低于0.01,蛔虫卵死亡率不得低于95%。城镇污泥土地利用过程中卫生学指标要求如下表:

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  2 高温热水解对污泥卫生学指标的影响

  2.1 高温热水解工艺原理

  高温热水解是一种有效的污泥预处理技术,该工艺主要针对高含固率的脱水污泥(含固率15%~20%),采用高温、高压对污泥进行热水解反应,使得污泥中的胞外聚合物和大分子有机物发生水解,同时破坏污泥中微生物的细胞壁,强化污泥的可生化性,降低污泥的粘度,改善污泥的脱水性能[2]。高温热水解的反应温度一般控制在150~170℃、压强0.5~0.8Mpa,反应时间一般为30min。

  2.2 工程简介

  北方某污水处理厂污泥处理处置工程主要处理来自城区各个污水厂的脱水污泥,采用的工艺路线为高温热水解+高含固厌氧消化+污泥深度脱水+污泥干化+土地利用。经处理后,污泥减量化明显,与处理前相比,干化后污泥只有原污泥的30%左右。污泥厌氧消化过程中产生的沼气一部分用于蒸汽锅炉产生蒸汽,供给热水解系统,多余的沼气用于发电。

  2.3 污泥高温热水解后卫生学指标情况

  温度是处理污泥时杀卵灭菌的重要因素。下表是一些人畜传染病和寄生虫病原体的致死温度和所需时间。

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  一般适宜寄生虫卵生存发育的温度为22~30℃。微生物的死亡受温度的高低和作用时间的影响非常明显,从上表中可以看出,温度越高,致死所需的时间越短。

  本项目采用高温热水解对污泥进行预处理,热水解反应时控制温度为150℃,压力为0.5Mpa,反应时间为30min。高温热水解处理后的污泥采用表1的检测方法和标准,送往第三方检测,检测结果表明:污泥高温热水解后蛔虫卵死亡率约98%,粪大肠菌菌群数约0.1,完全满足现行的污泥土地利用各种途径对这两项指标的要求。

  3 结论

  城镇污泥含有大量的病毒微生物、寄生虫卵等,在进行污泥土地利用(农用、园林与公路绿化、林地、草坪、育苗基质和生态修复与植被修复等)时,需满足粪大肠菌菌群值和蛔虫卵死亡率等两项指标。北方某污水处理厂污泥处理处置工程采用高温热水解对污泥进行预处理,经第三方检测结果表明,污泥高温热水解后蛔虫卵死亡率和粪大肠菌菌群数均满足现行土地利用标准。