污泥生態(tài)轉(zhuǎn)化床的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種污泥凈化處理技術(shù)，具體涉及由污泥生態(tài)轉(zhuǎn)化床將污泥消化分解并吸收轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]污泥是由水和污水處理過程所產(chǎn)生的固體沉淀物質(zhì)。污泥中含有很高的有機(jī)質(zhì)、大量的氮磷鉀等速效養(yǎng)分，同時(shí)含還有許多植物所必需的微量元素，因此污泥是有用的養(yǎng)分資源，是很好的土壤改良劑和肥料。污泥土地利用包括農(nóng)田、林地、草地及污染土壤的修復(fù)與重建。同時(shí)污泥中的重金屬和病原菌是限制污泥循環(huán)利用的主要障礙。在采用非農(nóng)業(yè)類的土地利用時(shí)也需要考慮對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康的污染風(fēng)險(xiǎn)，防治污泥中的有害成分如重金屬重新進(jìn)入生態(tài)環(huán)境。
[0003]污泥處理指的是污泥進(jìn)行濃縮、脫水、穩(wěn)定、干化或焚燒的加工過程。目前國內(nèi)外常用的成熟的污泥穩(wěn)定工藝有:厭氧消化、好氧消化、熱處理、加熱干化和加堿穩(wěn)定，常用的污泥處置是土地利用、焚燒、衛(wèi)生填埋、堆肥、建筑材料等。目前國內(nèi)外常用污泥處理方法主要有以下三種:
[0004](一 )污泥焚燒
[0005]經(jīng)焚燒處理后，污泥體積可以減少85 %?95 %，質(zhì)量減少70 %?80 %。高溫焚燒還可以消滅污泥中的有害病菌和有害物質(zhì)。污泥焚燒主要可分為兩大類:一類是將脫水污泥直接用焚燒爐焚燒；另一類是將脫水污泥先干化再焚燒。污泥焚燒要求污泥有較高的熱值，因此污泥一般不進(jìn)行消化處理。一般當(dāng)污泥不符合衛(wèi)生要求，有毒物質(zhì)含量高，不能作為農(nóng)副業(yè)利用時(shí)，或污泥自身的燃燒熱值高，可以自燃并可利用燃燒熱量發(fā)電時(shí)，可考慮采用污泥焚燒。焚燒所需熱量，主要靠污泥含有的有機(jī)物燃燒所產(chǎn)生的熱能。焚燒最大優(yōu)點(diǎn)是可以迅速和較大程度地使污泥減容，并且在惡劣的天氣條件下不需存儲(chǔ)設(shè)備，能夠滿足越來越嚴(yán)格的環(huán)境要求和充分地處理不適宜于資源化利用的部分污泥。污泥的焚燒處置不僅是一種有效降低污泥體積的方法，設(shè)計(jì)良好的焚燒爐不但能夠自動(dòng)運(yùn)行，還能夠提供多余的能量和電力，因此幾乎所有的發(fā)達(dá)國家均期望通過焚燒處置污泥來解決日益增長(zhǎng)的污泥量和以前通過填理處置的部分污泥。北京市目前的污泥焚燒能力僅有北京水泥廠每天500噸的能力(18萬噸/年)。而北京地區(qū)污泥量目前約80萬噸每年，有70%以上的污泥沒有出路。
[0006](二)污泥的農(nóng)田利用
[0007]污泥的農(nóng)田利用很早就得到應(yīng)用。這種利用和處置方式致使污泥最終剩余物問題得到真正解決，因?yàn)槠渲杏袡C(jī)物重新進(jìn)入自然環(huán)境。污泥中含有豐富的各種微量元素，施用于農(nóng)田能夠改良土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤肥力、促進(jìn)作物的生長(zhǎng)。同時(shí)污泥中也含有大量病原菌、寄生蟲(卵)、以及鉻、汞等重金屬和多氯聯(lián)苯、二惡英、放射性核素等難降解的有毒有害物。一般來說，污泥要作土地處置必須經(jīng)無毒無害化處理，否則，污泥中的有毒有害物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致土壤或水體的二次污染。因此各國對(duì)土地利用的污泥標(biāo)準(zhǔn)要求越來越嚴(yán)格。污泥農(nóng)用必須做到以下幾點(diǎn):首先，嚴(yán)格控制污水廠污泥的有毒有害物質(zhì)及病原微生物，使其達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)；其次，應(yīng)特別注意污泥中重金屬的含量，根據(jù)其土壤背景值等情況，嚴(yán)格按照計(jì)算得到的污泥施用量進(jìn)行施用；再次，一般來說農(nóng)田使用污泥數(shù)量都有一定限度，當(dāng)達(dá)到這一限度時(shí)，污泥的農(nóng)用就應(yīng)停止一段時(shí)間再繼續(xù)進(jìn)行；最后，農(nóng)田利用應(yīng)在安全施用量之下控制使用，同時(shí)整個(gè)利用區(qū)需要建立嚴(yán)密的使用、管理、監(jiān)測(cè)和監(jiān)控體系，還必須時(shí)刻關(guān)注區(qū)域內(nèi)的土壤、地下水、地表水、作物等相關(guān)因子的狀態(tài)和變化，并根據(jù)發(fā)生的變化做出相應(yīng)的調(diào)整，以保持污泥農(nóng)用的安全性，保持農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此污泥農(nóng)田利用存在著很大的管理問題。
[0008](三)污泥的衛(wèi)生填埋
[0009]污泥的衛(wèi)生填埋始于60年代，是在傳統(tǒng)填埋的基礎(chǔ)上從保護(hù)環(huán)境角度出發(fā)，經(jīng)過科學(xué)選址和必要的場(chǎng)地防護(hù)處理，需要有嚴(yán)格的管理制度的和科學(xué)的工程操作方法。目前已經(jīng)是一項(xiàng)比較成熟的污泥處置技術(shù)?；痉绞绞浅鞘形勰嘟?jīng)過簡(jiǎn)單的滅菌處理，直接傾倒于低地或谷地制造人工平原。它對(duì)前期的污泥處理技術(shù)要求較低，一般進(jìn)行消化減容即可。如不進(jìn)行消化處理，也可讓其自然干化。因此它需要大面積的場(chǎng)地和大量的運(yùn)輸費(fèi)用，且地基需作防滲處理以免污染地下水，故近年來污泥填埋處置所占比例越來越小。美國環(huán)保局統(tǒng)計(jì)，今后幾十年內(nèi)美國，6500個(gè)填埋場(chǎng)將有5000個(gè)被關(guān)閉。這意味著填埋并不能最終避免環(huán)境污染，而只是延緩了產(chǎn)生時(shí)間。
[0010]當(dāng)前污泥處理存在的問題:
[0011]1.濃縮脫離之后含水率為80%的污泥本身來講不具備發(fā)電的能力，干化后的污泥可以直接進(jìn)行焚燒，由于污泥有機(jī)物含量較低，焚燒過程中產(chǎn)生的能量不足以維持污泥干化和焚燒過程中的能力消耗，污泥干化焚燒處理技術(shù)僅能實(shí)現(xiàn)能量基本平衡，也就是干化后的污泥所產(chǎn)生的熱量勉強(qiáng)可以完成自身的燃燒，能量輸出極少。一般將污泥濃縮后厭氧消化再脫水，同時(shí)產(chǎn)出沼氣，是國際上應(yīng)用較多的技術(shù)。目前在北京有高碑店污水處理廠和小紅門污水處理廠使用此種技術(shù)，高碑店污水處理廠用污泥發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣并網(wǎng)發(fā)電，小紅門污水處理廠則用鼓風(fēng)機(jī)消化發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣，減少生產(chǎn)用電。污泥產(chǎn)生沼氣的同時(shí)，其中的有機(jī)成分也會(huì)相應(yīng)減少，熱值也相應(yīng)減少，對(duì)于后續(xù)處理來說，堆肥影響不大，但可能在一定程度上對(duì)焚燒處理有所影響。
[0012]2.污泥土地利用在美國、加拿大等北美洲的發(fā)達(dá)國家以及挪威、波蘭等歐洲中等發(fā)達(dá)國家、發(fā)展中國家均有較大規(guī)模的使用。國內(nèi)早在“七五”期間就開始了污泥農(nóng)業(yè)利用的嘗試，天津、上海、北京、大連、秦皇島、深圳等城市都進(jìn)行了污泥堆肥、干化造粒和復(fù)合肥的研究和實(shí)踐，但規(guī)模小，農(nóng)業(yè)利用仍處于起步階段。重金屬是限制污泥農(nóng)用的重要因素，污泥中的重金屬如果在土壤中累積到一定水平，進(jìn)入食物鏈后會(huì)危害人體健康、污染地下水和影響生態(tài)安全。污泥作為一種物質(zhì)，本身含有營養(yǎng)元素和營養(yǎng)物質(zhì)，在能夠利用的情況下，可以優(yōu)先利用，但是它的安全處置是首要任務(wù)。
[0013]3.污泥填埋需要占用大量土地、影響填埋場(chǎng)作業(yè)且不能根治污染，土地填埋也受到嚴(yán)格的限制。歐盟規(guī)定填埋必須和焚燒相結(jié)合，僅焚燒灰可填埋。污泥處理的優(yōu)先順序是減容、利用、廢棄，污泥減量化、穩(wěn)定化、無害化處理后作為資源回用已成為主流。污泥利用可分為土地利用和熱能利用，具體方法包括堆肥、堿性穩(wěn)定化、熱干化、焚燒等?！緦?shí)用新型內(nèi)容】
[0014]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有污泥處理技術(shù)能耗高、物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化不徹底的不足，將污泥通過生態(tài)自然的措施轉(zhuǎn)化為高能量和高附加值的生態(tài)材料的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“資源回收、能源轉(zhuǎn)化、環(huán)境友好、生態(tài)自然”的良性循環(huán)。
[0015]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型包括如下技術(shù)方案:
[0016]—種污泥生態(tài)轉(zhuǎn)化床，其包括池體107、種植層102、承托層103、轉(zhuǎn)化介質(zhì)層104、防滲層106、配泥系統(tǒng)、排空花管202和轉(zhuǎn)化床植物101 ;
[0017]防滲層106鋪設(shè)在池體107底面和側(cè)壁表面；
[0018]池體107內(nèi)由下至上依次鋪設(shè)轉(zhuǎn)化介質(zhì)層104、承托層103和種植層102 ；
[0019]轉(zhuǎn)化介質(zhì)層104中包括白云母；
[0020]配泥系統(tǒng)包括布泥花管304，該布泥花管鋪設(shè)在轉(zhuǎn)化介質(zhì)層104 ；
[0021]承托層103由碎石組成；
[0022]種植層102由粗砂和種植土組成；轉(zhuǎn)化床植物101種植在種植層102 ；
[0023]排空花管202鋪設(shè)在池體107底部。
[0024]如上所述的污泥生態(tài)轉(zhuǎn)化床，優(yōu)選地，所述防滲層106為防滲膜或防水毯，在防滲層106與轉(zhuǎn)化介質(zhì)層104之間設(shè)置厚度為30mm?50mm的粉砂保護(hù)層105。
[0025]如上所述的污泥生態(tài)轉(zhuǎn)化床，優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)化介質(zhì)層104的厚度為500?1500mm,白云母的粒徑為10?50_。
[0026]如上所述的污泥生態(tài)轉(zhuǎn)化床，優(yōu)選地，所述承托層103的厚度為200?500mm，碎石的粒徑為4?8mm。
[0027]如上所述的污泥生態(tài)轉(zhuǎn)化床，優(yōu)選地，所述種植層102的厚度為200mm?300mm。
[0028]如上所述的污泥生態(tài)轉(zhuǎn)化床，優(yōu)選地，所述配泥系統(tǒng)由順序連接的注入口 305、閥門301、立管302、三通303和布泥花管304構(gòu)成。
[0029]如上所述的污泥生態(tài)轉(zhuǎn)化床，優(yōu)選地，所述布泥花管長(zhǎng)度不超過20m，花管兩側(cè)管壁具有多個(gè)開孔，開孔直徑為10mm?20mm，開孔間距為150mm?250mmo
[0030]如上所述的污泥生態(tài)轉(zhuǎn)化床，優(yōu)選地，所述排空花管埋設(shè)于轉(zhuǎn)化床底部，間距為10m ?30mo
[0031]如上所述的污泥生態(tài)轉(zhuǎn)化床，優(yōu)選地，所述排空花管布設(shè)于轉(zhuǎn)化床底部的梯形凹槽中，凹槽內(nèi)排空花管202周邊填充碎石201。
[0032]如上所述的污泥生態(tài)轉(zhuǎn)化床，優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)化床植物為柳樹。
[0033]如上所述的污泥生態(tài)轉(zhuǎn)化床，優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)化床植物為白杞柳。
[0034]本實(shí)用新型的污泥生態(tài)轉(zhuǎn)化床對(duì)污泥污染物的凈化去除主要由生態(tài)轉(zhuǎn)化目標(biāo)物質(zhì)轉(zhuǎn)化床植物、轉(zhuǎn)化介質(zhì)以及微生物等通過物理、化學(xué)和生物多種途徑共同完成。具體作用原理如下:
[0035](1)植物凈化
[0036]植物生長(zhǎng)過程中可以大量吸收污泥中的有機(jī)物及氮磷鉀等成分。植物攝取營養(yǎng)物的潛在速度受到其凈生長(zhǎng)量和植物組織中營養(yǎng)物濃度的限制，營養(yǎng)物儲(chǔ)存同樣取決于植物組織營養(yǎng)物濃度和最大直立產(chǎn)量。因此，希望作為營養(yǎng)物消化和儲(chǔ)存的植物特征應(yīng)包括快速生長(zhǎng)、高組織營養(yǎng)物含量以及達(dá)到高直立產(chǎn)量的能力(單位面積生物量)。本實(shí)用新型一種優(yōu)選實(shí)施方式采用白杞柳作為轉(zhuǎn)化床植物，白杞柳具有耐水耐污特性，畝產(chǎn)干白條可達(dá)3t?4t，栽種于污泥轉(zhuǎn)化床的1年生白杞柳體內(nèi)總氮含量為20.3?25.9g/kg，總磷含量為 2.3 ?2.7g/kgo
[0037](2)轉(zhuǎn)化介質(zhì)凈化
[0038]轉(zhuǎn)化介質(zhì)的中含有大量的活性Ca、Mg、A1、Fe等元素，可以通過離子交換、沉積、固定及微生物的綜合作用，將污泥中的Cr、Cu、Hg、Pb等重金屬元素固定在轉(zhuǎn)化介質(zhì)中，所釋放的Ca、Mg、Al、Fe離子可以通過植物的吸收作用轉(zhuǎn)化為生物體的一部分。本實(shí)用新型一種優(yōu)選實(shí)施方式采用白云石作為轉(zhuǎn)化介質(zhì)，其活性Ca、Mg、Al、Fe等元素可以滿足轉(zhuǎn)化床10年以上的生態(tài)轉(zhuǎn)化需求。
[0039](3)微生物凈化
[0040]轉(zhuǎn)化介質(zhì)和轉(zhuǎn)化床植物同時(shí)可作為微生物載體，其表面附著的微生物將污泥中的有機(jī)物分解為植物容易吸收的小分子物質(zhì)，具有反應(yīng)速度快、耐毒害能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
[0041]本實(shí)用新型的有益效果在于:本實(shí)用新型的污泥生態(tài)轉(zhuǎn)化床由一系列鋪設(shè)了防滲膜的池體組成，池體內(nèi)部裝填生態(tài)轉(zhuǎn)化介質(zhì)及布泥、排水管道，表層種植耐水耐污植物。污泥經(jīng)過管道和配泥系統(tǒng)周期性注射入生態(tài)轉(zhuǎn)化床，通過轉(zhuǎn)化介質(zhì)層、微生物和轉(zhuǎn)化床植物根系的綜合作用得以降解和轉(zhuǎn)化。修建在污水處理廠周邊的轉(zhuǎn)化床排出的清水可回流至污水處理廠，距離較遠(yuǎn)的排出清水