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水處理倒逼污泥處理提速 未來污泥處理的主流技術是什么

來源: | 時間:2018-07-20 | 瀏覽次數:854

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在環保行業里,污泥處理處置仍是一塊相對落后的領域。也是我國亟需加速提升的一個領域。

伴隨城鎮污水處理規模的擴大,污泥作為污水處理副產物也大量產生。按照城市污水以干物質計平均0.02%的含固率估算,可產生干污泥3.14萬噸/天。按照污泥脫水前80%的含水率計算,每天產生濕污泥15.7萬噸。全年以360天計,2014年全國年產生濕污泥達5652萬噸。

污泥成分復雜,含有病源微生物、寄生蟲卵、有毒有害的重金屬及大量的難降解物質,如處理不當,容易對環境造成二次污染。

但我國的污泥處置率卻很低下。2016年,全國污泥處理能力約為1300萬噸/日,全國污泥處理率僅達到33%,有67%左右的污泥沒有得到無害化處理處置,對生態環境造成嚴重威脅。

一、污泥處理處置的定義

污泥處理(sludgehandlingorsludgetreatment):污泥經單元工藝組合處理,達到“減量化、穩定化、無害化”目的的全過程。

我國目前主要的污泥處理方式包括濃縮、調理、脫水、穩定、干化等。

污泥處置(sludgedisposal):處理后的污泥,棄置于自然環境中(地面、地下、水中)或再利用,能夠達到長期穩定并對生態環境無不良影響的最終消納方式。

中國目前主要的污泥處置方法有衛生填埋、土地利用、焚燒后建材利用等。

二、污泥處理處置存在的問題

1、污泥處理率極低

早期污水廠甚至忽略污泥處理單元,只進行污水處理,污泥卻被隨意傾倒在湖泊,溝壑、良田中?;褂幸恍┪鬯謔》延?,空置污泥處理設施,將污泥隨意排放。我國污水處理廠所產生的污泥有80%以上沒有得到妥善處理。

2、重水輕泥、污泥處理發展滯后

近幾年環保領域的水處理發展迅速,但是污泥處理卻比起十幾年前依舊沒有太大的進步。被無害化處理的污泥比例低,多數污泥排入環境還是有害的,甚至違法偷排事件屢見不鮮。這是由于“重水輕泥”的不成熟處理思路造成的。

3、技術路線生搬硬套

污泥處理技術主要有污泥濃縮脫水、好氧消化、厭氧消化、干化、堆肥和焚燒等。污泥處置技術主要有填埋(包括地面、地下和水中)和土地利用。

有些人錯誤地認為污泥干化焚燒是當前最先進的污泥處理技術,代表污泥處理技術的發展方向,因而不加分析地加以推廣。個別企業以盈利為目的,一味的夸大其先進性,對很多不了解的人造成了誤導。

4、監管有難度

由于長期以來對污泥處理的忽視以及污泥排放的間歇性,導致政府有關部門對污泥的監管困難。

5、付費機制不完善

在污水處理費用中征收污泥處理費用是大勢所趨,但從當前情況來看,處置費用的征需存在較大阻力。我國現行收取的污水處理費用較低,尚無法保證污水廠的正常運行,而推行在污水處理費中加入污泥處理、處置費,又將在一定程度上加重被征收者的經濟負擔。因此,在未來較長一段時間內,補貼將是污泥處理處置資金的主要來源。

目前國內已經有部分城市對污泥處理處置給予補貼,由于處理方案不同等因素造成標準不一,污泥處理產業很難自己盈利,運轉嚴重依靠政府補貼。同時,補貼覆蓋范圍明顯不足。

“水十條”或許會將為污泥處理處置補貼政策的明確帶來契機?!端廴痙樂渦卸蘋吩ぜ譜芡蹲士贍艸?萬億。除了為水處理改造、運營帶來巨大市場以外,“水十條”或將在污泥處理處置方面給予更多的傾斜。技術層面上,極有可能改變過去以填埋為主的處置路線;經濟層面上,或將要求針對污泥處理處置的補貼在全國范圍推廣,同時明確補貼標準。

雖然有眾多條文規定污水處理費應包含污泥處理成本,但目前將污泥處理費納入污水費用的地方僅為北京市、江蘇省太湖地區、常州市、廣州市,且占比較低。

6、“資源化”不是最終目的,?;ど肪巢攀親鈧漳康?br />
誤認為污泥就是資源,強調污泥處理處置的資源化和經濟效益,并以資源化為首要目的。個別企業利用這一誤區強調個別單元工藝可以實現能量回收和物質回用,割裂其他處理處置過程需要投入的能量和費用,誤導了技術的選取和對污泥資源化的認識。

污泥處理處置應該以“減量化、穩定化、無害化”為目的,“資源化”并不是最終的目的,應盡可能利用污泥處理處置過程中的能量和物質,以實現經濟效益和節約能源的效果,實現其資源價值。

三、如何解決污泥難題

1、明確責任主體,健全管理體制

污水處理廠是政府的實施機構,不能獨立承擔責任。政府應加大對于污泥處置的資金投入,給予財政補貼和稅收優惠。實施將污泥處理費納入污水處理費。

2、企業和政府應該把污泥處置當做是責任

如果污泥處理處置不當,污水處理企業將承擔首要責任,當然其前提是污水收費必須包含污泥處理所需的費用。

3、技術路線的選擇需要因地制宜

不同地區的污水處理廠處理污水產生的污泥物理、化學和生物特征具有明顯區別,因此建議在選擇工藝路線時應綜合考慮污泥泥質特征、地理位置、環境條件和經濟社會發展水平等因素,因地制宜地確定污泥處理處置方式。

四、未來的主流技術

借鑒國際經驗,未來污泥處理處置的技術發展主要有四條路徑:

1、沼氣能源回收和土地利用為主的厭氧消化技術路線

厭氧消化具有以下優點:

1)提高后續處理的效率并減少后續處理能耗。通常認為厭氧反應可以實現污泥減量化、穩定化。通過厭氧反應,污泥中有機物去除40%-60%,有害病菌減少。此外,厭氧消化提高污泥脫水穩定性,讓焚燒等后續處理減少35%以上的能耗。

2)厭氧消化成本較低。根據《中國環境報》統計,單純厭氧消化投資成本約為20-40萬元/(噸/日),由于不用鼓風曝氣等,節約了成本,單純厭氧消化運行費用約為60-120元/噸(含水率80%,不包括濃縮和脫水),而好氧發酵運行費用為120-160元/噸。

歐美50%以上的污泥采用厭氧消化處理,產生的沼氣轉化為電能可滿足污水廠所需電力的33%~100%。

但污泥厭氧消化在我國應用的并不順暢。我國建設的約50座污泥厭氧消化設施中,可以穩定運營的只有20余座。主要原因是由我國污泥泥質差、處理廠運行管理水平低。我國污泥含砂量較高、有機物含量較低、污泥可生化性差,消化設備運行的穩定性和產沼氣率等指標普遍未達到國外標準。此外,我國缺乏沼氣利用的激勵機制,設備的投資費用高,系統運行較為復雜不易掌握。

不過采用堿解處理、熱處理、超聲波處理、微波處理等方法對污泥進行預處理,可以提高污泥水解速率,改善污泥厭氧消化性能。并通過項目經驗的積累,企業也逐步掌握了較為全面的操作技能。污泥厭氧消化技術會是未來的一個主流方向。

2、土地利用為主的好氧發酵技術路線

好氧堆肥是在有氧情況下,通過微生物的發酵作用,將污泥轉變為肥料的過程。其中有機物料代謝為二氧化碳、水和熱。

好氧堆肥的優點包括:

1)發酵效率高,穩定化時間相對短;

2)臭味少,實現滅菌;

3)含水率可降到40%;

4)污泥成品主要用于修復鹽堿地、城市綠化、垃圾場覆蓋以及建筑等方面用土;

5)并衍生出蚯蚓生物堆肥等來強化堆肥效果,比如興蓉環境和綠山的合作。

堆肥的難點主要包括:

1)能量凈支出,通風能耗費用占比80%;

2)需對好氧堆肥運行的不同階段的合理通風量加強研究;

3)缺少C/N等控制因素的理論研究,致使存在調理添加劑使用過多的情況。

污泥經發酵后轉化為腐殖質,可限制性農用、園林綠化或改良土壤,從而實現污泥中有機質及營養元素的高效利用,設備投資少、運行管理方便。

但占地面積大、發酵產品存在重金屬污染等缺點使得好氧發酵技術在我國較難發展。

目前污泥好氧發酵工程可采用高效、快速、穩定、集約化的設計、運營模式,可實現占地面積的大幅縮??;此外,研究表明我國城市生活污泥的重金屬超標比例約5%,污染風險較小,不應該成為限制污泥發酵產品土地利用的主要障礙。

因此,在《城鎮污水處理廠污泥處理處理技術指南(試行)》中,“好氧發酵+土地利用”也被列為推薦技術路線。該技術在相對欠發達地區,應用前景較大。

3、污泥干化-焚燒技術路線

王凱軍指出,長期以來,國人對污泥干化焚燒工藝存在誤讀,普遍認為它是一種高能耗工藝和高碳排放工藝。實際上,國際上污泥焚燒能量可以達到自給,不同工藝能耗來看,焚燒工藝(~100kW/t)與堆肥工藝(>100kW/t)相當。

焚燒實現徹底處理和處置,而堆肥后續需要考慮儲存、運輸等能耗。而且,污泥中的有機質焚燒是碳中性的。此外,人們還誤認為污泥焚燒特性與垃圾相同是二噁英排放源。

干化焚燒工藝的設備投資較大,焚燒產生的煙氣污染嚴重,還需建立完善的煙氣處理系統,這也加大了污泥的處理費用。因此干化焚燒工藝一般適用于用地緊張且經濟發達的地區。

隨著對碳減排和污泥生物質資源認識的不斷加深,干化焚燒工藝在國外的應用范圍開始減少。然而現階段,在我國污泥厭氧消化和好氧發酵技術還未成熟的情況下,污泥干化焚燒在一定時期內可能會出現增長的態勢,尤其是工業窯爐協同焚燒的方式。

4、建材利用為主的污泥高干脫水處理技術路線

大家對污泥高干脫水技術的普遍認知還停留在投加大量化學藥劑,導致減容不減量;且藥劑對后續污泥焚燒、土地利用、建材利用等產物影響;是臨時性、應急污泥處理處置技術路線等。

李敏指出,目前采用的高干脫水工藝,投加大量藥劑未達到減量效果,且未與后續處置相結合,將阻礙污泥處理技術發展,導致劣幣驅除良幣的現象。


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