某污水处理厂污泥危险特性鉴别实例分析及研究
Case Analysis and Study on Identifying Hazardous Characteristics of Sludge in a Sewage Treatment Plant
DOI: 10.12677/AEP.2023.135145, PDF, HTML, XML, 下载: 248  浏览: 324 
作者: 马利民:潍坊市安丘生态环境监控中心,山东 潍坊 ;王京敏, 张丽丽, 张 娟*:山东省产品质量检验研究院,山东 济南
关键词: 污水处理厂污泥危险特性鉴别Sewage Treatment Plant Sludge Identification of Hazardous Characteristics
摘要: 某企业建有一座综合性污水处理厂,污水处理厂收集了24家企业的废水。污水处理厂产生固体废物污泥,根据污水处理厂运行情况及药剂使用情况、其上游企业生产原辅材料及生产工艺,对污泥进行危险特性鉴别,得出鉴别结论,为污泥科学合理处置及生态环境主管部门的环境管理提供技术依据。
Abstract: A certain enterprise has built a comprehensive sewage treatment plant, which collects wastewater from 24 enterprises. The sewage treatment plant generates solid waste sludge. Based on the op-eration and use of chemicals in the sewage treatment plant, as well as the production of raw and auxiliary materials and production processes by upstream enterprises, the hazardous character-istics of the sludge are identified, and identification conclusions are drawn. This provides a technical basis for the scientific and reasonable disposal of sludge and the environmental management of the ecological environment management department.
文章引用:马利民, 王京敏, 张丽丽, 张娟. 某污水处理厂污泥危险特性鉴别实例分析及研究[J]. 环境保护前沿, 2023, 13(5): 1208-1217. https://doi.org/10.12677/AEP.2023.135145

1. 引言

某企业建有一座综合性污水处理厂,污水处理厂收集了24家企业的废水。污水处理站建设工艺为“预处理 + 一级处理 + 二级处理 + 深度处理 + 接触消毒池”,废水设计排放标准为,经处理达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中的一级标准A标准等要求后外排。污水处理厂产生固体废物–污泥,污泥是否属于危险废物尚不清楚,需要通过危险废物鉴别判定固体废物的危险特性 [1] ,以对危险废物进行科学合理的处置,避免危险废物不合理地处置对人体、生态环境带来严重危害 [2] 。前人的研究通常侧重于危险废物鉴别标准、管理程序、现状等 [3] [4] [5] ,也有不同行业污泥的鉴别实例研究 [6] [7] [8] [9] ,但是进水企业不同,污泥的污染因子和危险特性便不同,因此需分别开展危险特性鉴别。某企业为综合性污水处理厂,涉及行业和企业复杂,为了明确该企业污水处理站污泥的属性和类别,需开展危险特性鉴别工作,为污泥科学合理处置及生态环境主管部门的环境管理提供技术依据,同时该企业广泛的进水种类和污染因子分析可为其它污泥的鉴别提供参考。

2. 污水处理厂工艺流程

污水处理站建设工艺为“预处理(粗格栅 + 提升泵站 + 细格栅 + 曝气沉砂池) + 一级处理(水解均质池 + 初沉池) + 二级处理(改良A2/O生化池 + 二沉池) + 深度处理(高级氧化池 + 高效絮凝沉淀池 + 双层滤料滤池 + 臭氧氧化 + 一级活性炭生物滤池 + 复合氧池化 + 二级活性炭生物滤池) + 接触消毒池”。具体描述如下:

(1) 预处理:预处理阶段采用“粗格栅 + 提升泵站 + 细格栅 + 曝气沉砂池”工艺,废水首先通过粗格栅截留污水中较大的漂浮物和悬浮物,防止阻塞和缠绕水泵机组、曝气器、管道阀门、处理构筑物配水设施进出口,减少后续处理产生的浮渣,保证污水处理厂设施正常运行;设置提升泵站提升污水以满足后续处理设施水力要求;提升后的污水进入细格栅进一步去除细小悬浮物,降低生物处理负荷,细格栅出水进入曝气沉砂池,停留时间5 min,利用鼓风曝气以及水流的旋流作用,污水中悬浮颗粒相互碰撞、摩擦,使粘附在砂砾上的有机污染物得以摩擦去除。

(2) 一级处理:一级处理工艺为水解均质池 + 初沉池,利用厌氧微生物(包括兼氧微生物)的作用将污水中各种复杂有机物分解转化成小分子酸和二氧化碳等物质,从而改善污水生化指标,水解均质池对污水中BOD5含量和COD含量都能在不同程度上进行去除,并对进水起到均质调节的作用,废水经水解均质池后进入初沉池,初沉池沉降的污泥经管道进入污泥均质池。

(3) 二级处理:二级处理工艺为改良A2/O生化池 + 二沉池,项目在好氧池末端分割出一部分,并在其内部设置弹性填料,以保证对氨氮的消解,同时在一级A/A/O之后再设置一级A/O池,也设置弹性填料,从而整体形成两级硝化反硝化的处理工艺,保证对COD和氨氮的消解。二沉池沉淀的污泥输送至污泥浓缩池,经浓缩后进入污泥均质池。

(4) 深度处理:本项目深度处理建设了“高级氧化池 + 高效絮凝沉淀池 + 双层滤料滤池 + 臭氧催化氧化 + 一级活性炭生物滤池 + 复合氧化 + 二级活性炭生物滤池”的处理工艺。

高效絮凝沉淀池,添加药剂PAM及聚合硫酸铁促进污泥的沉淀,沉淀的污泥输送至污泥浓缩池,经浓缩后进入污泥均质池。高效絮凝沉淀池后为双层滤料滤池,功能为进一步去除其中的细小悬浮物,双层滤料滤池滤料采用石英砂 + 无烟煤,经过沉淀过滤后的污水进入臭氧催化氧化池。

臭氧催化氧化是一种高级氧化技术,其原理是利用臭氧在催化剂作用下产生的羟基自由基(·OH)来氧化分解水中的有机污染物质。·OH的氧化能力极强(其在水中的氧化还原电位为2.80 V),且催化氧化反应无选择性,因此可氧化分解绝大多数有机化合物。臭氧催化氧化工艺主要包括两部分,第一部分是臭氧制备段,包括气源装置及臭氧设备间,臭氧设备间内放置臭氧发生器利用气源制备臭氧;第二部分是臭氧催化氧化段,臭氧发生器制备的臭氧通过臭氧输送管路将臭氧投加入臭氧催化氧化池内,臭氧在催化剂存在的条件下产生的·OH会与污水充分混合接触反应,并将污水中的有机污染物氧化分解,从而污水中的COD及色度可得到有效去除,氧化池内的臭氧尾气通过设置于池顶的臭氧尾气消除装置进行去除,臭氧尾气消除装置将臭氧高温加热分解为氧气,臭氧在350℃时,半衰期小于0.04 s,在1.5~2 s内完全分解。

废水流经一级活性炭生物滤池后进入复合氧化池,复合氧化池采用臭氧–双氧水协同处理废水的工艺。臭氧和过氧化氢协同作用可以产生具有极强氧化作用的羟基自由基,能有效去除水中的有机污染物。

(5) 消毒:本项目接触消毒池采用次氯酸钠消毒。

(6) 污泥处理:二沉池回流后的剩余污泥和高效絮凝沉淀池污泥一起排至污泥浓缩池,经浓缩后排至污泥均质池,初沉池污泥直接进入污泥均质池。污泥均质池加入聚合硫酸铁,内设搅拌机将污泥搅拌均匀后泵至污泥脱水机房,在输送管道中通入高分子絮凝剂PAM调理形成絮体使其稳定,污泥经高压隔膜板框压滤机脱水后泥饼通过皮带输送机输送至污泥堆棚。

3. 待鉴别污泥产生情况

污水处理厂二沉池回流后的剩余污泥和高效絮凝沉淀池污泥一起排至污泥浓缩池,经浓缩后排至污泥均质池,初沉池污泥直接进入污泥均质池。污泥均质池加入聚合硫酸铁,搅拌均匀后泵至污泥脱水机房,在输送管道中通入高分子絮凝剂PAM调理形成絮体使其稳定,污泥经高压隔膜板框压滤机脱水后泥饼通过皮带输送机输送至污泥堆棚。合并压滤前三部分污泥的比例约为初沉池污泥36%、二沉池污泥36%,高效絮凝沉淀池污泥28%。经检测板框压滤机压滤污泥含水率约为63%,污泥每12天左右压滤一次,每次压滤产泥量最大为27吨,每月压滤2~3次,板框压滤机压滤污泥的月最大产量为81吨/月。

4. 上游废水情况简介

污水处理厂收集废水包括24家企业废水,根据对上游废水排放企业的现场勘察和资料核查,根据上游废水来源,详细具体的分析了废水涉及项目的原辅材料、工艺流程、废水种类及水量等,从而分析汇总了GB 5085所涉及污染因子,具体见下表1

Table 1. Summary table of pollution factors of upstream inflow enterprises

表1. 上游进水企业污染因子汇总表

5. 污泥危险特性初步判别

首先,需进行固体废物属性判定。根据《固体废物鉴别标准通则》(GB 34330-2017),污水处理厂初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥及板框压滤机压滤污泥符合4.3项“环境治理和污染控制过程中产生的物质:水净化和废水处理产生的污泥及其他废弃物质”且不属于6项“不作为固体废物管理的物质”,依此判定污泥属于固体废物。

其次,需根据《国家危险废物名录(2021版)》进行危险废物属性初筛。上游公司废水均经厂内污水处理站处理达标后外排至本污水处理厂处理,且待鉴别污泥产生于生化工艺之后,为生化污泥,因此不属于“900-210-08含油废水处理中隔油、气浮、沉淀等处理过程中产生的浮油、浮渣和污泥(不包括废水生化处理污泥)”、“252-010-11炼焦、煤焦油加工和苯精制过程中产生的废水处理污泥(不包括废水生化处理污泥)”、“264-012-12其他油墨、染料、颜料、油漆(不包括水性漆)涂料、油墨、生产过程中产生的废水处理污泥”、“263-011-04农药生产过程中产生的废水处理污泥”、“900-046-49离子交换装置(不包括饮用水、工业纯水和锅炉软化水制备装置)再生过程中产生的废水处理污泥”等条目,另外,《国家危险废物名录(2016版)》中其它种类废物中也没有与污泥相匹配的。

危险特性鉴别检测因子通过药剂分析、上游废水纳管企业分析、辅助检测等过程确定,具体筛选方式、筛选过程及筛选结果见下表2

Table 2. Screening process of detection factors for sludge identification schemes to be evaluated

表2. 待鉴污泥鉴别方案检测因子筛选过程表

6. 危险特性检测和结果分析

共采集板框压滤机压滤污泥样品20个,初沉池污泥验证性样品3个、二沉池污泥验证性样品3个及高效絮凝沉淀池污泥验证性样品3个。

6.1. 腐蚀性检测结果及分析

(1) 板框压滤机压滤污泥腐蚀性分析

板框压滤机压滤污泥腐蚀性检测结果如下表3

Table 3. Quantitative analysis results of corrosivity for formal sampling of pressure filtration sludge

表3. 压滤污泥正式采样腐蚀性定量分析结果

板框压滤机压滤污泥采样及检测份样数为20份,根据检测结果,腐蚀性pH超标份样数为0,根据《危险废物鉴别标准腐蚀性鉴别》(GB 5085.1-2007),板框压滤机压滤污泥不具有腐蚀性的危险特性。

(2) 初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥腐蚀性分析

由于污水站的处理工艺为预处理 + 一级生化处理 + 二级生化处理 + 深度处理 + 接触消毒池,初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥均产生在生化工段之后,其主要成分均为废水中的悬浮物、多余的微生物及絮凝剂。三部分污泥分别直接来源于初沉池、二沉池、高效絮凝沉淀池,由于微生物的生存需要适宜的中性的pH环境,并且污水处理厂出水水质要求是pH 6~9,因此推测3部分污泥pH呈中性。三股污泥合并后加入絮凝剂聚合硫酸铁和PAM压滤,会对pH产生一定的影响,但是不会发生剧烈变化,三股污泥pH值应与板框压滤机压滤污泥差别不大,板框压滤机污泥pH在6.60~7.34之间,因此进一步推测3部分污泥pH呈中性,不具有腐蚀性。为对推测进行验证,我们正式采样阶段对每部分污泥采集了3个样品进行验证,检测结果如下表4

Table 4. Corrosion test results of validation sampling for primary sedimentation tank sludge, secondary sedimentation tank sludge, and high-efficiency flocculation sedimentation tank sludge

表4. 初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥验证性采样腐蚀性检测结果

经过检测验证,初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥的pH检测结果均为中性,没有超标样品,验证了上述推测,因此可认为合并压滤前的初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥均不具有腐蚀性危险特性。

6.2. 浸出毒性检测结果及分析

(1) 板框压滤机压滤污泥浸出毒性分析

板框压滤机压滤污泥采样及检测份样数为20份,根据检测结果,浸出毒性检测指标汞、铅、砷、硒、锌、铜、钡、镍、铬、六价铬、无机氟化物、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯酚、1,2-二氯苯、苯并[a]芘的检测结果均未超标,超标份样数为0。因此板框压滤机压滤污泥不具有浸出毒性的危险特性。

(2) 初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥浸出毒性分析

由于污水站的处理工艺为预处理 + 一级生化处理 + 二级生化处理 + 深度处理 + 接触消毒池,初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥均产生在生化工段之后,其主要成分均为废水中的悬浮物、多余的微生物及絮凝剂。三股污泥合并后加入絮凝剂聚合硫酸铁和PAM压滤,絮凝剂中可能含微量砷、铅、镉、汞、铬、锌、镍等重金属成分,因此三部分污泥的混合和药剂的添加会使压滤污泥中的相应有毒有害物质含量有微量变化,但不会有大的改变。由于板框压滤机压滤污泥的浸出毒性特征污染物的检测结果均远远低于限值,因此推测初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥浸出毒性也不会超出限值。

为对推测进行验证,我们正式采样阶段对每部分污泥采集了3个样品进行验证,经过检测验证,初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥的浸出毒性检测结果远远低于限值要求,没有超标样品,验证了上述推测,因此可认为合并压滤前的初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥均不具有浸出毒性危险特性。

6.3. 毒性物质含量检测结果及分析

(1) 板框压滤机压滤污泥毒性物质含量分析

根据毒性物质含量检测结果最大值,对待鉴污泥的毒性物质含量结果按照《危险废物鉴别标准毒性物质含量鉴别》(GB 5085.6-2007)标准的各项附录进行了计算。板框压滤机压滤污泥采样及检测份样数为20份,根据检测结果及毒性物质总量核算结果,毒性物质含量超标份样数为0,因此板框压滤机压滤污泥不属于毒性物质含量超标的危险废物。

(2) 初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥毒性物质含量分析

由于污水站初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥均产生在生化工段之后,其主要成分均为废水中的悬浮物、多余的微生物及絮凝剂。三股污泥合并后加入絮凝剂聚合硫酸铁和PAM压滤,絮凝剂中可能含微量砷、铅、镉、汞、铬、锌、镍等重金属成分,因此三部分污泥的混合和药剂的添加会使压滤污泥中的相应有毒有害物质含量有微量变化,但不会有大的改变。由于板框压滤机压滤污泥的毒性物质含量核算结果均远远低于限值,因此推测初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥毒性物质含量不会与板框压滤机压滤差距太大,而出现毒性物质含量超标的可能。

我们采取2种方式对推测进行验证,第一种方式是——最大毒性折算法,假设板框压滤机压滤污泥的污染物全部来源于3部分污泥其中一部分污泥,折算这部分污泥的最大毒性物质含量,与限值进行比较。根据企业提供的说明,三部分污泥比例为初沉池污泥36%、二沉池污泥36%、高效絮凝沉淀池污泥28%,。根据最大毒性折算结果可见,假设污染物全部来源于初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥中的其中一部分进行折算后,折算结果仍然不超过毒性物质含量限值,因此折算结果验证了上述推测:初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥不属于毒性物质含量超标的危险废物。

第二种方式是代表性样品验证法。正式采样阶段对每部分污泥采集了3个样品进行验证。由于初沉池、二沉池及高效絮凝沉淀池的验证性污泥样品含水率高于压滤污泥,按最不利原则,将验证性样品检测结果按压滤污泥含水率进行折算,以折算值对验证性样品毒性物质含量结果进行计算。根据检测结果折算值按照《危险废物鉴别标准毒性物质含量鉴别》(GB 5085.6-2007)标准的各项附录进行了计算。经过代表性样品验证核算,初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥的毒性物质含量核算结果远远低于限值要求,进一步验证了上述推测:合并压滤前的初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥均不属于毒性物质含量超标的危险废物。

7. 结论

污水处理厂初沉池污泥、二沉池污泥、高效絮凝沉淀池污泥、板框压滤机压滤污泥均不属于危险废物,建议按照一般工业固体废物进行管理,该企业进水种类广泛,涉及石油化工、印染、危险废物处置、皮革生产、化学产品制造等行业,污染因子种类较多,可为其它污泥鉴别的污染因子及危险特性分析提供参考。

NOTES

*通讯作者。

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