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戴晓虎:我国污泥处理处置现状及发展趋势

时间:2021-02-02 13:12

来源:科学杂志1915

作者:戴晓虎

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  近年来,我国污泥处理处置技术取得了一定的进展,污泥处理处置方面的政策和标准也在逐渐完善。但面对社会发展对生物质能源以及环境质量提出的更高要求,我国污泥处理处置应以无害化为目标,以资源化为手段,实现污泥的安全处理处置与资源化,以解决污泥的最终出路问题。

  随着我国经济持续快速稳定发展,我国城镇污水处理规模日益提升,污泥产量也相应增加。据统计,2019年我国污泥产量已超过6000万吨(以含水率80%计),预计2025年我国污泥年产量将突破9000万吨。但是,由于我国长期以来“重水轻泥”,污泥处理处置没有与污水处理同步提升,污泥处理处置问题未能得到有效解决,形势十分严峻。

  我国污泥泥质特性及处理处置现状

  污泥性质

  污泥作为污水处理的副产物,富集了污水的污染物质(重金属、难降解有机物、持久性有机物、微塑料等)和营养物质(C、N、P等),源头上具有“资源”和“污染”双重属性。污泥中含有的丰富有机质可通过厌氧处理得到甲烷生物气(沼气)、氢气(H2)等热值较高的燃料,另外也能通过蛋白质提取等技术回收污泥中丰富的资源。处理后的稳定产物还能实现土地利用(营养物质、有机质稳定化处理产物)和建材利用(无机物)等,从而实现污泥的稳定化、无害化和资源化。

  与发达国家相比,我国城镇污水处理厂污泥具有有机质含量低、含沙量高、产量大等特点,因而污泥处理处置技术路线的选择应结合我国城镇污水处理厂污泥的特定性质,充分考虑污泥的“资源”和“污染”双重属性,实现环境、经济和社会效益的最大化。

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我国污泥的处理处置现状

  国家“水十条”明确指出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,并禁止处理处置不达标的污泥进入耕地,从而保障污水厂污泥的全量安全处置,处理过程和处置环节不会对环境产生二次污染。

  目前我国常用的污泥处理技术主要包括污泥浓缩技术、污泥脱水技术、污泥厌氧消化技术、高温好氧发酵技术、污泥热干化技术等。

  经过处理的污泥需要进行安全处置。目前我国通常采用的处置方法有土地利用(农用)、焚烧、卫生填埋。但这些处置方式现在都遇到了不同程度的阻碍:土地利用对污泥泥质要求较高,污泥中重金属和其他有毒有害物质往往超标;由于污泥含水率较高,焚烧的能耗太高,不生态环保;卫生填埋通常遇到无地可埋的尴尬处境。

  由于污泥处理处置责任主体及最终处置路线不明确、法律法规监管体系不完善及我国城市污水处理厂早期建设过程中存在的严重“重水轻泥”现象,当前我国污泥处理设施仅基本实现污泥的减量化, 并未真正实现“三化”,存在严重的二次污染风险。据统计污泥厌氧消化普及率仅为3%,远低于发达国家50%的水平。目前我国的污泥处理处置与发达国家间存在的差距主要体现在:我国污泥处理设施处理能力不足;污泥稳定化、资源化利用率不足;绿色生态化处置方式不足等。

污泥处理处置主流技术路线

  针对我国污泥产量大,处理处置形势严峻的问题,“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划也明确指出污泥应进行稳定化、无害化和资源化处理处置。十二五期间,大量科研资金的投入使得我国污泥处理处置技术得到快速发展。引进国外成熟技术的同时,紧密围绕我国污泥有机质含量低、含沙量高的特点,形成了稳定化处理与安全处置的四条主流技术路线:厌氧消化—土地利用、干化焚烧—灰渣填埋或建材利用、好氧发酵—土地利用、深度脱水—应急填埋。

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厌氧消化—土地利用

  污泥厌氧消化是指污泥中可生物降解的有机物在兼性菌和厌氧细菌的作用下分解,随着污泥的稳定化,产生大量高热值的沼气作为能源利用,实现污泥资源化的过程。同时,厌氧消化过程也是污泥减量化过程,可降解污泥中35%~50%的挥发性固体,提高污泥脱水性能,脱水后污泥可减少30%~60%。近年来,因其经济有效且可持续性强的优势,厌氧消化成为目前实现污泥资源化回收的主流技术。传统厌氧消化通常指采用中温(35~37℃)或高温(52~55℃)对浓缩污泥(含固率为5%左右)进行厌氧消化,存在单位容积产气率低、有机负荷低、工程效益不明显等缺点 [1]。因此我国在十二五期间开发了高含固厌氧消化、热水解预处理、协同厌氧消化等一系列高级厌氧消化技术,并在实际工程中得到应用 [2]。北京高碑店污水处理厂污泥高级消化工程、长沙黑糜峰污泥高级厌氧消化示范工程等均采用“污泥热水解—厌氧消化”技术,提高了污泥厌氧消化性能,降低了沼气中H2S浓度,提升了沼气品质;十二五期间在污泥与餐厨等有机质协同方面也开展了探索,建成了镇江污泥与餐厨协同高级厌氧消化等示范工程。北排在“高碑店”“小红门”“槐房”“高安屯”和“清河二”五个污泥处理处置中心推行“高温预处理+厌氧消化”技术,实现污泥的稳定化和无害化,产品用于土壤改良、苗圃种植和制肥,为全国提供了可借鉴的污泥资源化土地利用模式。

  干化焚烧—建材利用

  污泥干化焚烧技术是指先采用热方法使污泥水分蒸发成干化污泥,而后采用有氧燃烧使污泥无机化的过程,污泥焚烧后的灰渣,首先考虑建材利用。该技术时效性高,能在短时间内处理大量污泥,并能回收焚烧热量,属于国际上污泥处理处置的一种高效技术手段。我国上海、浙江等地有若干项目 [3],如上海市石洞口污泥处理工程采用流化床污泥干化和流化床焚烧工艺,是国内第一座污泥干化焚烧工程。2010年,嘉兴热电协同污泥处置工程在国内首试了污泥与燃煤混烧的污泥协同处置技术,该项目全部建成后总计新增年发电量3亿千瓦时左右,节约标煤约10万吨/年。此外,焚烧后的炉渣还可作为建筑原料。这种利用现有的工业焚烧炉将干化污泥与其他物质进行混合焚烧的协同焚烧技术,在欧盟及日本的法律上是允许的。虽然从投资和运行成本看,污泥协同焚烧比单独焚烧更具优势,但是我国尚无协同焚烧相关标准,协同焚烧的烟气稀释排放、监测和处理等问题亟待解决。干化焚烧技术的发展仍处于起步阶段,能耗高、投资运营要求高、臭气及尾气的处理问题制约着该技术的应用。

编辑:王媛媛

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