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污泥处理处置技术未来发展路径

借鉴国际经验,未来污泥处理处置的技术发展主要有四条路径:

1、污泥干化-焚烧技术路线

长期以来,国人对污泥干化焚烧工艺存在误读,普遍认为它是一种高能耗工艺和高碳排放工艺。实际上,国际上污泥焚烧能量可以达到自给,不同工艺能耗来看,焚烧工艺(~100kW/t)与堆肥工艺(>100kW/t)相当。

焚烧实现彻底处理和处置,而堆肥后续需要考虑储存、运输等能耗。而且,污泥中的有机质焚烧是碳中性的。此外,人们还误认为污泥焚烧特性与垃圾相同是二噁英排放源。

干化焚烧工艺的设备投资较大,焚烧产生的烟气污染严重,还需建立完善的烟气处理系统,这也加大了污泥的处理费用。因此干化焚烧工艺一般适用于用地紧张且经济发达的地区。

随着对碳减排和污泥生物质资源认识的不断加深,干化焚烧工艺在国外的应用范围开始减少。然而现阶段,在我国污泥厌氧消化和好氧发酵技术还未成熟的情况下,污泥干化焚烧在一定时期内可能会出现增长的态势,尤其是工业窑炉协同焚烧的方式。

2、土地利用为主的好氧发酵技术路线

好氧堆肥是在有氧情况下,通过微生物的发酵作用,将污泥转变为肥料的过程。其中有机物料代谢为二氧化碳、水和热。

好氧堆肥的优点包括:

1)发酵效率高,稳定化时间相对短;

2)臭味少,实现灭菌;

3)含水率可降到40%;

4)污泥成品主要用于修复盐碱地、城市绿化、垃圾场覆盖以及建筑等方面用土;

5)并衍生出蚯蚓生物堆肥等来强化堆肥效果,比如兴蓉环境和绿山的合作。

堆肥的难点主要包括:

1)能量净支出,通风能耗费用占比80%;

2)需对好氧堆肥运行的不同阶段的合理通风量加强研究;

3)缺少C/N 等控制因素的理论研究,致使存在调理添加剂使用过多的情况。

污泥经发酵后转化为腐殖质,可限制性农用、园林绿化或改良土壤,从而实现污泥中有机质及营养元素的高效利用,设备投资少、运行管理方便。

但占地面积大、发酵产品存在重金属污染等缺点使得好氧发酵技术在我国较难发展。

目前污泥好氧发酵工程可采用高效、快速、稳定、集约化的设计、运营模式,可实现占地面积的大幅缩小;此外,研究表明我国城市生活污泥的重金属超标比例约5%,污染风险较小,不应该成为限制污泥发酵产品土地利用的主要障碍。

因此,在《城镇污水处理厂污泥处理处理技术指南(试行)》中,“好氧发酵+土地利用”也被列为推荐技术路线。该技术在相对欠发达地区,应用前景较大。

3、沼气能源回收和土地利用为主的厌氧消化技术路线

厌氧消化具有以下优点:

1)提高后续处理的效率并减少后续处理能耗。通常认为厌氧反应可以实现污泥减量化、稳定化。通过厌氧反应,污泥中有机物去除40%-60%,有害病菌减少。此外,厌氧消化提高污泥脱水稳定性,让焚烧等后续处理减少35%以上的能耗。

2)厌氧消化成本较低。根据《中国环境报》统计,单纯厌氧消化投资成本约为20-40 万元/(吨/日),由于不用鼓风曝气等,节约了成本,单纯厌氧消化运行费用约为60-120 元/吨(含水率80%,不包括浓缩和脱水),而好氧发酵运行费用为120-160 元/吨。

欧美50%以上的污泥采用厌氧消化处理,产生的沼气转化为电能可满足污水厂所需电力的33%~100%。

但污泥厌氧消化在我国应用的并不顺畅。我国建设的约50 座污泥厌氧消化设施中,可以稳定运营的只有20 余座。主要原因是由我国污泥泥质差、处理厂运行管理水平低。我国污泥含砂量较高、有机物含量较低、污泥可生化性差,消化设备运行的稳定性和产沼气率等指标普遍未达到国外标准。此外,我国缺乏沼气利用的激励机制,设备的投资费用高,系统运行较为复杂不易掌握。

不过采用碱解处理、热处理、超声波处理、微波处理等方法对污泥进行预处理,可以提高污泥水解速率,改善污泥厌氧消化性能。并通过项目经验的积累,企业也逐步掌握了较为全面的操作技能。污泥厌氧消化技术会是未来的一个主流方向。

4、建材利用为主的污泥高干脱水处理技术路线

大家对污泥高干脱水技术的普遍认知还停留在投加大量化学药剂,导致减容不减量;且药剂对后续污泥焚烧、土地利用、建材利用等产物影响;是临时性、应急污泥处理处置技术路线等。

目前采用的高干脱水工艺,投加大量药剂未达到减量效果,且未与后续处置相结合,将阻碍污泥处理技术发展。