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戴晓虎:污泥处理处置技术全链条分析
更新时间:2018-06-28 来源:JIEI创新实验室

  从“十二五”开始,国家对污泥处理逐渐重视起来,很多的科研机构、企业做了大量的工作,戴晓虎教授认为单元技术或者是单元技术的创新是人们的主要关注点,接下来的重要任务是要把这些技术落地。技术落地必须要考虑全生命周期和全链条系统的方式。全链条关键技术分析要求对整个污泥处理处置的目标、难点、系统性等进行全面分析与思考,从而能够进一步解决某些掌握先进处理技术的企业难以进行市场推广的问题。

  我国污泥量大集中、有机物含量低

  一是污泥的产生量比较大,排放比较集中。我国任何一家污泥处理厂相较于欧美国家来说都是超大型的,分布比较集中,污泥产生量也就比较集中。

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  污泥处理是污水处理工作的延续,如果污泥没有得到有效处理的话,那么污水处理实际上只完成了70%甚至是50%。所以我国必须要高度重视对于污泥的处理,否则就算水质标准提得再高,但是还是有30%~50%的COD还是没有得到合理处置,这将对整个水环境的改善大打折扣。

  二是有机物含量低,造成污泥的处理比较困难,与国外传统的技术工艺相比处理有一定的难度。除了无机物的含量高,我国污水处理厂的处理效率也比较低,沉砂池的去除率低,这样细沙给后期的处理带来了一系列的问题。

  通过调研发现总体来说有机质与管网有关,发达国家如德国有机物的含量是60%、70%,欧洲、罗马尼亚、保加利亚达到了60%,土耳其VSS只有55%。污水厂进水COD的浓度以及管网的建设能够体现一个国家的发展水平。

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  现行污泥处理形成四条主流技术路线

  在过去四年的努力中,国内形成了四条主流技术路线。这其中的厌氧消化技术,在北京、长沙、镇江等地也实现了规模化的示范;干化焚烧技术,灰渣填埋会受到一定的限制;深度脱水处理,不是一个可持续发展的技术,但是作为应急处理技术,目前在很多地方得到应用。

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  技术全链条分析:稳定化和最终出路是瓶颈

  污泥处理目标主要是实现减量化和稳定化,将非稳定的易降解的有机物降解,所以污泥从上世纪初开始主要是致力于解决它的易腐与发臭的问题。随着社会经济的发展,又逐渐提出了更高的要求。稳定化的目的是把污水处理厂没有去除的COD在污泥处理时降解掉,稳定化是全球通用的方法,稳定化之后再通过干化、焚烧、填埋进一步处理。

  稳定化处理和污泥最终出路是我国污泥处理处置的瓶颈,全过程处理处置资源化理念缺乏。特别是稳定化是我国污泥处理相对薄弱的环节,成为污泥处理的一个短板。

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  第二个短板是资源化过程,强调了在污泥处理过程中进行综合利用。在国外,德国提倡磷回收,但是有30%的污泥最终出路是回到土地中去,欧盟是50%到60%,因此资源化利用是限制污泥处理更大的瓶颈问题。

  从全链条的技术来说,首先要通过处理能够最大化降低易腐的有机物质,同时要实现减量化。从处置的角度来看,资源化的实现有两种途径——进入土地或者是建材的利用,如焚烧或者是填埋。

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  对于填埋处理,我国现有填埋场将满负荷运行,这是一个临时过渡性的技术路线,不符合未来发展趋势。总体来说从国内大的设计院设计的项目来看,土地填埋总体成本是比较高的,包括运行的成本,从技术现状来说,对环评还有一定的要求。此外还有要考虑到我们的国情,像上海这样的大城市环境能力有限,因此难以进行土地填埋。

  从未来发展的角度来看,如果处理后的污泥能够进入土地,且这些物质不超标并且有一定的土地的容量,土地利用一定是一个较好的利用方向,但是目前还不适应我国国情。干化焚烧,通过厌氧消化减到50%或者40%进行焚烧处理,较适合我们的国情。

  单元处理技术还存在瓶颈有待提升

  污泥浓缩技术是比较成熟的,但是下一步要提高药耗和智能化水平。污泥脱水的药剂开发研究是下一步重点。

  从厌氧消化单元来说,目前的转化率是50%,停留时间较长,沼气的含量只有60%到65%,还需要进一步通过一些科技的创新进行提高。同时要对沼渣的性质和特质进行研究,避免产生的氨消化过程的影响。

  稳定化处理另外一个重要技术是好氧堆肥。相比厌氧消化,工艺流程短、简单、运行要求低,未来通过某些技术,将好氧堆肥所需的辅料降下来,同时更好地提升好氧堆肥的品质,并使整个系统在集成上进行更好的智能化的开发。

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  干化是一种重要的热处理方法,作用是进一步减少污泥体积,能够实现半干化含固率至60%,全干化含固率至90%,其能耗为800-1000千瓦时/吨水;从水的减量角度来说,首先可以通过机械脱水进行大幅度的减量,然后通过热化水的方法进一步减量。

  焚烧最大的问题在于价格和技术的要求很高。协同焚烧也是一种较新的处理方式,利用现有的工业焚烧炉将污泥进行混合焚烧处理,发电厂的焚烧目前用得比较多,主要问题在于,有一些发电厂不太愿意接受污泥,很多的水务集团更关注不受其他单位限制的单独的焚烧机制。

  热解气化指干化污泥在一定温度下(400-900℃)无氧热解气化,生成合成气和碳的处理方式,这是一个新型的技术的路线。目前总体来说是比较有潜力的处理方式,但是装备的成熟度,传输的过程,以及如何降低低品质油的含量,还需要进一步研究。

  污泥水热的处理也是一个较新的方向,在国内有一些小型的示范工程,属于新型工艺,装备还不成熟,高压反应运行要求高,是未来一个研究的方向。

  通过科技创新提升污泥处理处置能力

  因为我国城市污泥量大,质差,在世界范围内十分罕见;和污水处理相比,污泥处理处置的投入和重视程度严重滞后,减排效果大打折扣;处置决定处理,处置途径不畅是困扰我国污泥工艺路线选择的瓶颈。从未来的发展方向看,单元技术的衔接及全链条解决方案是未来发展的重点;面对气侯变化,能源资源短缺的问题,资源循环、绿色、健康的未来技术创新的重点,污水污泥中的污染物资源化回收利用是未来发展的趋势。

  国外有已有的污泥处理处置理论和技术,无法切实解决我国当前面临的特殊困境,迫切需要通过科技创新,形成我国污泥绿色低碳安全的理论体系和系统性解决方案。

  未来污泥处理将围绕资源循环利用的方向。前一段时间提出了概念污水处理厂的理论,其核心在于实现资源高效的回收的利用,而资源高效回收利用,离不开对污泥的高效回收利用,因为在污水中污泥起到了一个介质的作用,能够把污染物或是资源物聚集起来,从而实现回收利用。

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  面对这些问题,我们还是有信心能够解决好,因为我国拥有一批创新意识很强的企业,同时在高校共同的努力下,未来我国污泥处理一定会走在世界的前列。目前我国相关论文的数量大幅度的提升,论文的报表,专利的发表现在处于全球领先的地位,通过这样的科技创新将能更好的提升我国污泥处理处置的水平。

来源:JIEI创新实验室

编辑:王文静、于存杰

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