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戴晓虎:污水提质增效背景下污泥处理处置技术方案选择

时间: 2019-12-15 09:49

来源: 给水排水

作者: 戴晓虎

本文根据同济大学环境科学与工程学院戴晓虎院长在“2019排水大会”上发言速记整理而成,未经本人审阅。

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1 污水厂提质增效对污泥量和质的影响

1.1 总体发展趋势判断

国家发展目标:2035美丽中国基本实现、中等发达国家

国际关注热点:全球气候变化、资源短缺矛盾加剧

生态文明建设:中国名片、理念观念的转变

创新速度加快:创新引领、交叉融合、科技创新速度加快

1.2 污水厂提质增效

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泥质:污水的收集将来对污泥处理会带来什么影响?我们基本判断,一个是无机组分和现在相比有可能会下降或者持平,但是有机物的含量肯定会增加,从40%提升到60%-70%。

污泥量:污泥量和进水水质是呈正比的,未来可能会持平或者增加。但是污水当中的BOD要求是100mg/L,未来可能会多,所以从未来污泥量的角度,特别是现在只有80%、50%,污泥量一定会增加。所以我觉得在这方面大家可以参考一下北京、上海、青岛,BOD都是200mg/L左右,COD都是300mg/L、400mg/L。所以在这样一个大的背景下,有机物的含量增加等等,我觉得我们在污泥处置实施规划不能再走污水的弯路,现在开始应该有很好的预测,有很好的判断去设置一些这样的污泥方面的设施。

污泥量增加、污泥有机物含量增加会对处理处置设施的建设有影响。

1.3 污泥“资源”与“污染”属性

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污泥物质组成非常复杂,既含有C、N、P等资源性物质,也含有重金属、难降解有机物、持久性有机物、微塑料等污染性物质。污泥之所以这么难,或者说有很多研究热点,正是因为它当中既有“资源”属性,也有“污染”属性。我们目前面临重金属的问题,未来可能会面临持续性有机物的问题等等。这样的讨论其实很普遍,比如矿泉水瓶的属性怎么判断,是资源还是污染?我个人认为,讨论必须是客观的,污泥肯定还是一种污染物质,不能夸大它的“资源”属性,但是在污泥处理处置的实施、选择,或者在科技创新的角度,还是应该以无害化为前提,过程实现资源化最大化。我自己的判断,随着管网的建设,包括提质增效,重金属的含量现在已经在下降,也一定会继续下降。因为管网将来一定会对重金属排放加大监管,这一定是一个发展的趋势。所以,到底污泥是“资源”属性还是“污染”属性,我觉得这个不是制约污泥处理处置的一个难题。

1.4 污泥稳定化处理会加强

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随着提质增效以后,污泥的有机物的含量提高了,很多问题可能就迎刃而解了。我们国家在90年代的时候曾经提到,污水厂要实现回收60%的能源,现在国外80%,但是我们还没有做到,为什么?因为有机质的含量太低。现在北京做到了,昨天我看大连夏家河现在一天有2-3万吨的沼气,是这个厂主要经济来源。但是我们国家天然气的缺口很大,现在这种有机物不做回收其实很可惜。现在易腐有机物稳定化处理是我国污泥处理处置的瓶颈,同时全过程处理处置资源化理念也缺乏。

1.5 污泥处理处置共性技术加强

再一个我认为,污泥分为处理和处置两个部分。在处理的部分,应该要充分发挥脱水和稳定的作用,降低有害风险,实现因地制宜。污泥处理处置技术路线中浓缩、脱水、稳定是污泥处理共性技术单元。

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1.6 污泥处置路线的问题(争论从未停止)

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现在我们目前面临最大的问题是污泥到哪去,其实截止现在,污泥的最终出路无非是土地利用、焚烧、填埋。

第一,土地利用在中国是否可行?这个讨论中,一部分夸大它的污染属性,另一部分夸大它的资源属性。但是,要客观地去看待这个问题。应该承认,随着我们经济社会水平的发展,未来这些有毒有害物质都能去掉,但是这个是一个漫长的过程。在我们国家目前的情况下,我认为污泥经过很好地处理以后,进入到土地是一个出路,这个出路最重要的是要有好的标准和监管。

第二,焚烧,首先要把含水率和有机物含量降下来,能耗成本较高。不否定焚烧肯定是将来最后的末端处理,但是在末端处理前的技术、理念要做好。焚烧过程中,尽管说清洁排放、零排放等等,但是不可否认,焚烧过程会产生大气污染,还有一些污染是未知的。所以我觉得,从我们对未来生活的追求处出发,污泥应应该多利用,最后有条件进入土地,没有条件的进行末端处理。

填埋肯定是不可能的,因为现有的填埋场将满负荷运行,技术路线也是临时过渡性的,而且无废社会理念、填埋不符合无废城市理念和我们未来发展趋势。

2 污泥处理处置未来研究方向

2.1 未来发展方向

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未来的发展肯定是源头减量、过程循环利用,最后把焚烧的量,或者是把最后末端处置的量降到最低,这是未来循环经济和生态文明很重要的方向。

2.2 现代科技手段及多学科交叉

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现代科技手段,特别是生物技术、材料技术和信息技术,突飞猛进,这些对我们的污泥处理处置的发展来说是很好的支撑。

2.3 污泥复杂体系科学问题

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污泥说上去简单,但是比污水要复杂得多,因为它是一个复杂、多项体系,物理、化学各种物质干扰太多,比如重金属的影响、微颗粒的影响等等,所以其实从微观的角度是一个很复杂的体系。

2.4 文献调研(论文)

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另外在文献我们也做了调研,应该说污泥处理处置的研究,在整个水的板块来说一直是热点。

在利用方面,很多的研究,总体是能源的利用、物质回收两个方面。

国外:过去二十五年经历了从少到多,逐年递增的快速增长模式;

热点演变:污泥处理处置-资源化利用技术-----污泥减容技术、污泥稳定化技术一直是研究热点

国内:过去十五年经历了从无到有,逐年递增的快速增长模式,尤其是2006年后,文献数量呈指数增长模式;

热点:污泥稳定化技术-----污泥热处理技术-------污泥减容技术、污泥资源化利用技术

2.5 研究热点:梯级利用

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2.6 研究热点:污泥脱水

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1吨污泥(99%含水率):

污泥浓缩:含水率从99%下降到95%,将减少到200公斤

污泥脱水:含水率从95%下降到80%,将减少到50公斤(水40kg)

污泥深度脱水:可将含水率降低到60%,减少到25公斤(水15kg)

污泥干化:含水率降至40%以下降至17公斤(水7kg)

污泥焚烧:灰渣5-7 kg

污泥脱水技术研究

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2.7 厌氧消化研究

厌氧消化技术是实现污泥资源化回收的主流技术。

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高氨氮胁迫下,与氨迁移转化和氨基酸代谢有关的基因相比稳定阶段相对丰度更低

产甲烷途径:乙酸利用型、甲醇利用型、氢利用型

通过宏基因组的分析,高氨氮胁迫下,促进了乙酸氧化成H2和CO2,促进了甲醇生成甲基,促进了氢利用型生成甲基,但是甲基转化甲烷途径受到抑制

高氨氮胁迫下,产甲烷途径的抑制主要来源于甲基转化甲烷途径

强化污泥有机质转化新技术与机制-直接种间电子传递途径

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纳米磁铁矿强化了污泥系统中的直接种间电子传递(DIET)

缓解了污泥厌氧消化系统中挥发性脂肪酸的积累

提升了污泥厌氧消化系统的甲烷产量(增加26.6%)

改善了污泥厌氧消化系统中乙酸利用型产甲烷菌的代谢效率

2.8 污染物资源化梯级利用

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污泥快速稳定化的机制:高温发酵微生物有机物降解与腐殖化过程?

物质流能量流转化机制:腐殖质在能量、物质代谢中扮演角色;功能物质的合成代谢规律

2.10 研究热点:水热处理技术

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3 污泥处理处置技术方案思考

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污泥厌氧消化生物处理+污泥干化焚烧/污泥热解气化

污泥厌氧消化生物处理:减量、降低含水率、稳定化

污泥干化焚烧处理:末端处理

4 结语

目前我国污泥泥质差,所有工艺路线均遇到瓶颈,是污泥技术路线选择的难点

随着污水厂提质增效三年行动计划,总体判断:污泥量提升,有机物含量提高,污染物对污泥处理会产生积极作用

污泥生物处理的潜力要加强,实现稳定和减量和脱水,热化学处理作为末端处理

污泥污泥稳定化要求会提升,污泥永久性设施要慎重(污泥单独焚烧),过渡性措施(如协同处理)是目前比较好的选择

国家会加大工业污水进入市政污水厂的监管,污泥有毒有害物质会逐年降低

污水污泥中“污染物”资源化回收利用是未来发展趋势,污泥中富集了原水中的污染物质,具有“污染”和“资源”的双重属性,污泥中能源物质及营养物质的高效回收利用是未来科技创新的重点

国家全面推进生态文明建设,“资源循环、绿色、低碳、健康”是未来科技创新的重点,从“消灭”污泥到“利用”污泥观念转变是核心。

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