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戴晓虎 :污泥处理处置未来发展方向的思考

http://www.water.hc360.com2018年12月04日09:57 来源:亚洲环保网T|T

    慧聪水工业网  一、形势

    1、重水轻泥——我国污泥产量大、污泥处理处置形势严峻

    数据

    污水厂数量(2017):3900座,污水处理能力:1.8亿m3/d

    目前污泥年产量:>4000万吨,预计2020年产泥量:6000万吨

    污泥处理处置投资占总投资的30%、运行占总运行费用的50%以上;

    污泥中含原水30-50%有机物、30-50%TN、95%TP;含重金属、病原菌、持久性有机物;

    污水提标改造,污水消毒、四类水、再生水等快速推进,而污泥问题却没有得到解决;

    污泥是污水处理中的“世界难题”,污泥处理处置现状与我国污水处理差距甚大,远远落后发达国家,与我国大国地位及生态文明建设不相符;

    新一轮环保督查中,污泥问题依然十分突出。

    国内主要流域的22个污水厂2014年第四季度调研数据(样本数:88)

与国外不同:污泥量大、有机质含量低

与国外不同:污泥量大、有机质含量低

    二、目标

    污水处理设施产生的污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置。——《水十条》

污泥处理处置的各类标准

    1、污泥处理处置标准粗放、落地困难、差距大

污泥处理处置的各类标准

污泥处理处置的各类标准

    由上图可见,污泥处理处置标准繁多,但和实际需求相比,到底污泥要处理到什么水平?哪种标准才真正符合要求?其实,标准繁多,有时会导致无法考核监管。

    2、处置决定处理,污泥处置出路不清晰

    (1)土地利用

    水十条:禁止处理处置不达标的污泥进入耕地污泥土地利用标准(食物链和非食物链)单元技术的衔接,环境经济效益全生命周期评估。

    缺点及弊端:污泥无处可去。

    (2)焚烧/填埋/建材

    处理单元技术的衔接,减量化技术应用,实现焚烧量最低,新技术开发。

    缺点及弊端:公众接受度低,成本太高。

    (3)填埋

    我国现有填埋场将满负荷运行临时过渡性的技术路线不符合未来发展趋势。

    缺点及弊端:无地可埋。

    三、技术

污泥处理技术路线多样化、稳定化、减量化是共性工艺

污泥处理技术路线多样化、稳定化、减量化是共性工艺

    1、污泥处理处置关键技术与重大装备

    ➤污泥生物稳定化和资源化成套技术

    污泥高级厌氧消化技术及装备(热水解、高含固、协同);

    污泥高效好氧发酵及成套设备;

    沼液厌氧氨氧化技术。

    ➤污泥脱水干化技术与装备产业化应用

    高效低耗干化系统及装备(圆盘、桨叶干化);

    污泥脱水干化一体化技术及装备(雾化干燥-回转式焚烧炉一体化技术装备);

    深度脱水技术及装备(低温真空脱水干化、高压隔板框、一体可变压滤等)。

    ➤污泥(协同)热化学处理技术

    流化床焚烧技术与装备;

    水泥窑干化焚烧协同处置技术与装备;

    污泥热解系统及技术。

    关键技术装备实现多元化不是主要瓶颈、技术提升和精细化运维是下步重点。

    2、污泥土地利用的差距

    污泥土地利用是目前最经济、低碳、循环利用的最佳技术路线。

    (1)优势:污泥中含有大量有机质,能源及氮磷钾营养物质,利于后续的资源化利用,尤其是我国磷矿资源缺乏的现状。

    (2)瓶颈:重金属、持久性有机物。

    污水处理过程超过一半的重金属转移到污泥中,含有较高重金属的污泥进行农用时,不仅增加作物体内的重金属含量,还引起土壤重金属污染;污泥含有持久性有机物,增加了未来污泥的资源化利用的风险。

    3、污泥含水率高是污泥处理的瓶颈

污泥含水率高是污泥处理的瓶颈

    污泥浓缩:含水率从99%下降到95%,体积将减少200公斤;

    污泥脱水:含水率从95%下降到80%,体积将减少到50公斤;

    污泥深度脱水:可将含水率降低到60%,体积减少到25公斤;

    污泥干化:含水率降至40%以下体积降至17公斤;

    污泥焚烧:分解有机物,灰渣。

    核心:污泥减量与改性。

    4、污泥处理处置费用

污泥处理处置费用

污泥处理处置费用

    投资费用:按每吨(80%)50万,总投资300-400亿元;

    核心是:重视不够,理念观念认识不足。

    5、科技创新必要性

    污泥中富含有机物和营养物质,随着污水资源化研究的深入,污泥资源化领域的研究已成为全球研究热点。

    我国城市污泥量大,质差,在世界范围内十分罕见;国外既有污泥处理处置理论和技术无法切实解决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。

污泥的资源化

污泥的资源化

    能源、资源短缺、全球气候变化、粮食安全、土壤矿化,全球磷资源的短缺等现实问题,污泥资源化也越来越受到重视,污泥资源化能源化符合目前科技发展水平。

    国外发达国家成功经验,回收污水运行能耗50-60%、污泥氮、磷回收,可替代一部分氮、磷肥需求,污泥有机质土壤改良。

    四、前景

    未来,污泥资源化是重点发展方向

污泥资源化是重点发展方向

    城市污水高效处理与再生利用、城市污泥中C、N、P高效资源化回收

    1、污泥稳定化与减量化技术与发展方向

污泥稳定化与减量化技术与发展方向

    污泥厌氧消化是污泥处理技术,是较经济的污泥减量化稳定化资源化技术,与末端污泥焚烧是互补关系。

    2、污泥厌氧消化技术研究热点

    ➤有机质转化效率较低(max.50%)、停留时间较长(18d)、沼气产率0.8-1.0、甲烷含量65%;

    ➤微生物定向调控机制?微量污染物的赋存形态及迁移转化?

    ➤沼渣(原污泥量的20-50%)的最终出路?

    ➤沼液单独处理达标排放成本较高?植物激素?富里酸生成机制与调控?

    3、污泥/有机质高效协同厌氧消化

    协同消化优势的机理:平衡对于厌氧消化比较重要的物料参数,如常量微量元素、营养物质、C/N、pH、可降解有机质比例、抑制性物质、甲烷含量的调控、传质影响机理等。

生物质废弃物协同厌氧消化技术

生物质废弃物协同厌氧消化技术

    4、污泥及生物质废弃物资源化研究热点

    (1)能源和营养物质回收

    ➤作为污水除磷脱氮的补充碳源:总氮和磷去除率平均提高约30%(XiangLietal.,2011);

    ➤产甲烷:1gCOD~0.35m3甲烷,即12530kJ/gCOD(Daigger,2009);

    ➤产氢:最大能达到0.27lH2/gCOD(Prasertsanetal.,2008);

    ➤制PHA:转换效率高达36.9%mgC/mgC(Takabatakeetal.,2002;Yanetal.2006);

    ➤微生物燃料电池(MFC):理论上1kgCOD能转化成4kWh电能(Halim,2012);

    ➤生物柴油:美国污水厂每年可产生大约1.4×106m3的生物柴油,相当于全美柴油需求量的1%(Dufrecheetal.,2007);

    ➤热解/水热制生物碳土:碳减排12%(Woolfetal.,2010);

    ➤提取蛋白:蛋白最大化回收80-90%(Chishtietal.,1992;Hwangetal.,2008);

    ➤制氮肥:干污泥中N含量3-4%多为有机氮(US,EPA),若污水中的氮全部利用,可占氮肥产量的30%(WERF,2011);

    ➤制磷肥:美国:干污泥中含P2-3%,1t干污泥含的P价值7美元(Jordan,2011);日本:将污水中的磷(每年5万吨)回收可解决磷矿进口的20%。

    (2)金属提取

    ➤提取Ag,Cu,Au等:美国估算,1t干污泥含价值480美元的Ag,Cu,Au,Pt等13种主要金属(JordanPeccia,2011),1吨污泥焚烧灰含Au,,Ag约2kg(Cornwall,2015)。

    (3)材料化转化

    ➤制吸附材料:污泥富含C,Si和有机物,通过物理、化学活化或热解等可制成多孔吸附材料,KOH活化法效果较好,产品比表面积>1800m2/g(Smith,2009);

    ➤制催化材料:污泥中的金属,SiO2和有机固体使之具备制成金属掺杂的多孔催化材料的优势。现已证实可通过易操作的物理化学方法以污泥制负载TiO2可见光光催化材料,负载铁多相光Fenton催化材料等(Yuan,2014,2015);

    ➤制储能材料:污泥经过热解碳化后能得到具有N,S,Fe共掺杂的活性碳材料,该碳材料具有优越的储能和电化学性能(Yuan,2015),但离商业化还有距离。

    五、结语

    ●我国环境容量缺乏,污泥量大,污泥泥质差,污泥问题十分严峻;

    ●相比污水处理(提标、四类水等),污泥处理处置的投入和重视程度严重滞后,污水处理任务没有完成;

    ●处置决定处理,处置途径不畅是我国污泥处理处置的关键问题;

    ●观念、理念的转变是解决污泥问题的核心;

    ●污泥的泥质、泥量随着管网提质会有所改变,永久性措施需慎重考虑;

    ●面临气候变化,能源资源短缺等问题,“资源循环、绿色、健康”的未来技术创新的重点,污水污泥中“污染物”资源化回收利用是未来发展趋势。

责任编辑:童志威

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