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戴晓虎:我国污泥处理处置现状及发展趋势

时间: 2021-02-03 13:30

来源: 科学杂志1915

作者: 戴晓虎

  好氧堆肥—土地利用

  污泥好氧堆肥是指在一定的水分、C/N和通风条件下,通过好氧微生物繁殖并降解污泥中的有机物,产生较高的温度,从而杀死污泥中大部分的寄生虫、病原体等,将污泥转变成性质稳定且无害的腐殖化产物(肥料)的过程 [4]。城镇生活污水厂产生的污泥经过好氧堆肥后能够达到限制性农用、园林绿化及土壤改良的标准,其中的有机质及营养元素得到有效地循环利用。另外,污泥好氧堆肥工艺建设和运行维护成本较低,工艺运行及操作相对简单,且工艺稳定性高,比较适合进行土地利用。因此,高温好氧发酵成为鼓励污泥土地利用的国家(如澳大利亚等)较为普遍的污泥处理技术。我国十二五期间已有一批示范工程,如秦皇岛绿港污泥处理厂 [5],并且开发了高温好氧发酵技术智能化控制,滚筒一体化好氧发酵设备;但由于污泥含水率高、占地面积大、恶臭气体产物出路受限等问题,该技术推广应用受到限制。

  深度脱水—应急填埋

  我国传统的污泥填埋多采用脱水泥饼(含水率75%~85%)直接填埋的方式,造成了大量的环境问题,主要表现为占用大量土地资源,产生大量渗滤液,造成地下水和地表水污染,破坏原有的生态环境。这些问题产生的根源在于前端缺乏稳定化处理和充分的水分减量。因此近年来,深度脱水—填埋技术应运而生。深度脱水是我国特有的一种脱水工艺,该技术能够通过调理预处理,破除细胞壁,释放毛细附着水和细胞内水,改善污泥的脱水性能,从而将污泥的含水率降低到60%以下。目前较为成熟的污泥深度脱水技术有酸处理、高级氧化技术和热处理等物理化学方法以及生物沥浸和酶处理等生物降解方法,使污泥的脱水性能及经济性等各方面达到最优条件 [6]。后续采用机械压力脱水及新型板框压滤机压滤脱水等技术进行脱水。但由于面临着无地可埋的严峻问题,填埋不符合未来发展趋势,只能作为阶段性、应急性的过渡性处置技术,不能成为主流技术。

  污泥厌氧消化工程案例

  厌氧消化作为世界上污泥处理处置的主流技术,可实现污泥的稳定化与减量化,并能同时实现生物质能(沼气)的回收,但由于我国长期以来“重水轻泥”,污泥厌氧消化普及率仅为3%,且厌氧消化存在有机质转化率低、设施处理负荷低、工程运行效益低三大瓶颈问题,因此围绕国家急需解决的污泥生物稳定化处理与资源化利用技术难题,开发了水热活化预处理、高含固厌氧消化、污泥与餐厨等有机质协同厌氧消化技术,为我国城市污泥处理提供可持续发展的解决方案。

  长沙市污水处理厂污泥集中处置工程

  长沙市污水处理厂污泥集中处置工程采用“污泥热水解预处理+高含固厌氧消化+污泥脱水+干化”高级厌氧消化处理工艺,是国内首个具有自主知识产权的污泥热水解耦合高含固厌氧消化的示范工程,也是该技术在国内的首次探索,日处理规模500吨/天(含水率80%),工程总投资近4亿元。

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  该项目来料污泥经热水解预处理得到调理,有机质溶出、黏度降低,经后续高含固厌氧消化产生生物能源沼气,残余物脱水干化后用作填埋场覆盖土,作为一项资源化利用及环境治理项目,有效解决了城市生活污泥的出路问题。

  通过该示范工程的实施,在城市污泥生物质能能源回收—资源综合利用技术领域上取得突破,可解决城市污泥处理的能源化与资源化的问题。

  镇江污泥与餐厨协同高级厌氧消化示范工程

  镇江污泥与餐厨协同高级厌氧消化示范工程,是国内首个城镇污水厂污泥和餐厨垃圾协同厌氧消化处理的工程项目,主要采用“餐厨源头预处理+污泥热水解+高含固率厌氧消化+沼渣深度脱水太阳能干化利用+沼气净化提纯制天然气”工艺方案,日处理规模260吨/天,其中餐厨垃圾140吨/天(其中废油脂20吨/天),城镇污水厂污泥120吨/天(含水率80%),工程总投资近1.8亿元,可实现污泥与湿垃圾的“智能混合”协同处置。

  该项目采用太阳能干化,有利于减小脱水后污泥的含水率,并充分实现热能的循环利用。污泥与餐厨的协同消化还可增大消化设施的容积利用率,提高有机负荷。同时,通过物料的互相稀释,明显缓解了高含固污泥厌氧消化中存在的氨抑制问题以及餐厨垃圾厌氧消化中的盐抑制问题,提高工艺运行稳定性。该项目使现有污泥厌氧消化设施的甲烷产率提高1倍以上,为我国“垃圾分类”及“长江大保护”等国家战略实施提供有力的科技支撑。

  西安市污水处理厂污泥集中处置项目

  西安市污水处理厂污泥集中处置项目建设的污泥高级厌氧消化工程,是西安市首个污泥规范化集中处置PPP项目,也是目前我国首个拥有完全自主知识产权的项目,日处理规模达1000吨/天(含水率80%),单体投资成本与国外同类技术相比可降低40%以上。

  该项目主要采用“热水解+厌氧消化+脱水+热干化”的工艺路线,处理后的终端产品可作为园林绿化和肥料等,实现污泥无害化安全处理。处理后产生的沼气可经过净化和脱硫后,供厂区内锅炉燃用,为整个厂区提供热量。

  污泥资源化回收利用途径

  污泥组分复杂,富含了大量有机物和氮磷等资源。污泥资源化利用着眼于两个方向即物质回收和能源利用。污泥可以通过产甲烷、产氢、产热等方式回收能源;也可以通过提取蛋白质、聚羟基脂肪酸(PHA)、磷(P)回收、作为污水脱氮除磷的碳源、提取金属、制生物碳土等回收物质。以下对污泥资源化回收——物质回收中的部分方法作阐述。

  蛋白回收

  剩余污泥含有大量有机物,最高可达污泥干重的70%,而蛋白质是剩余污泥中含量最高的有机物,约占有机物的40%~60%,相关研究 [7]表明剩余污泥有机物中含有61%的蛋白质、11%的碳水化合物、不到1%的脂质和27%以上的未知成分。同时,蛋白质也是微生物菌体内含量最高的有机物,占细菌干重的50%~60%。污泥中蛋白质含量丰富,回收利用潜力巨大。

  目前,从剩余污泥中提取回收蛋白质的方法有物理法、化学法、生物法以及上述方法的联合方法。

编辑: 赵凡

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