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污泥处理是污水处理工作的延续,如果污泥没有得到有效处理的话,那么污水处理实际上只完成了70%甚至是50%。所以我国必须要高度重视对于污泥的处理,否则就算水质标准提得再高,但是还是有30%~50%的COD还是没有得到合理处置,这将对整个水环境的改善大打折扣。
二是有机物含量低,造成污泥的处理比较困难,与国外传统的技术工艺相比处理有一定的难度。除了无机物的含量高,我国污水处理厂的处理效率也比较低,沉砂池的去除率低,这样细沙给后期的处理带来了一系列的问题。
通过调研发现总体来说有机质与管网有关,发达国家如德国有机物的含量是60%、70%,欧洲、罗马尼亚、保加利亚达到了60%,土耳其VSS只有55%。污水厂进水COD的浓度以及管网的建设能够体现一个国家的发展水平。
现行污泥处理形成四条主流技术路线
在过去四年的努力中,国内形成了四条主流技术路线。这其中的厌氧消化技术,在北京、长沙、镇江等地也实现了规模化的示范;干化焚烧技术,灰渣填埋会受到一定的限制;深度脱水处理,不是一个可持续发展的技术,但是作为应急处理技术,目前在很多地方得到应用。
技术全链条分析:稳定化和最终出路是瓶颈
污泥处理目标主要是实现减量化和稳定化,将非稳定的易降解的有机物降解,所以污泥从上世纪初开始主要是致力于解决它的易腐与发臭的问题。随着社会经济的发展,又逐渐提出了更高的要求。稳定化的目的是把污水处理厂没有去除的COD在污泥处理时降解掉,稳定化是全球通用的方法,稳定化之后再通过干化、焚烧、填埋进一步处理。
稳定化处理和污泥最终出路是我国污泥处理处置的瓶颈,全过程处理处置资源化理念缺乏。特别是稳定化是我国污泥处理相对薄弱的环节,成为污泥处理的一个短板。
第二个短板是资源化过程,强调了在污泥处理过程中进行综合利用。在国外,德国提倡磷回收,但是有30%的污泥最终出路是回到土地中去,欧盟是50%到60%,因此资源化利用是限制污泥处理更大的瓶颈问题。
从全链条的技术来说,首先要通过处理能够最大化降低易腐的有机物质,同时要实现减量化。从处置的角度来看,资源化的实现有两种途径——进入土地或者是建材的利用,如焚烧或者是填埋。
对于填埋处理,我国现有填埋场将满负荷运行,这是一个临时过渡性的技术路线,不符合未来发展趋势。总体来说从国内大的设计院设计的项目来看,土地填埋总体成本是比较高的,包括运行的成本,从技术现状来说,对环评还有一定的要求。此外还有要考虑到我们的国情,像上海这样的大城市环境能力有限,因此难以进行土地填埋。
从未来发展的角度来看,如果处理后的污泥能够进入土地,且这些物质不超标并且有一定的土地的容量,土地利用一定是一个较好的利用方向,但是目前还不适应我国国情。干化焚烧,通过厌氧消化减到50%或者40%进行焚烧处理,较适合我们的国情。
单元处理技术还存在瓶颈有待提升
污泥浓缩技术是比较成熟的,但是下一步要提高药耗和智能化水平。污泥脱水的药剂开发研究是下一步重点。
从厌氧消化单元来说,目前的转化率是50%,停留时间较长,沼气的含量只有60%到65%,还需要进一步通过一些科技的创新进行提高。同时要对沼渣的性质和特质进行研究,避免产生的氨消化过程的影响。
稳定化处理另外一个重要技术是好氧堆肥。相比厌氧消化,工艺流程短、简单、运行要求低,未来通过某些技术,将好氧堆肥所需的辅料降下来,同时更好地提升好氧堆肥的品质,并使整个系统在集成上进行更好的智能化的开发。
干化是一种重要的热处理方法,作用是进一步减少污泥体积,能够实现半干化含固率至60%,全干化含固率至90%,其能耗为800-1000千瓦时/吨水;从水的减量角度来说,首先可以通过机械脱水进行大幅度的减量,然后通过热化水的方法进一步减量。
焚烧最大的问题在于价格和技术的要求很高。协同焚烧也是一种较新的处理方式,利用现有的工业焚烧炉将污泥进行混合焚烧处理,发电厂的焚烧目前用得比较多,主要问题在于,有一些发电厂不太愿意接受污泥,很多的水务集团更关注不受其他单位限制的单独的焚烧机制。
热解气化指干化污泥在一定温度下(400-900℃)无氧热解气化,生成合成气和碳的处理方式,这是一个新型的技术的路线。目前总体来说是比较有潜力的处理方式,但是装备的成熟度,传输的过程,以及如何降低低品质油的含量,还需要进一步研究。
污泥水热的处理也是一个较新的方向,在国内有一些小型的示范工程,属于新型工艺,装备还不成熟,高压反应运行要求高,是未来一个研究的方向。
通过科技创新提升污泥处理处置能力
因为我国城市污泥量大,质差,在世界范围内十分罕见;和污水处理相比,污泥处理处置的投入和重视程度严重滞后,减排效果大打折扣;处置决定处理,处置途径不畅是困扰我国污泥工艺路线选择的瓶颈。从未来的发展方向看,单元技术的衔接及全链条解决方案是未来发展的重点;面对气侯变化,能源资源短缺的问题,资源循环、绿色、健康的未来技术创新的重点,污水污泥中的污染物资源化回收利用是未来发展的趋势。
国外有已有的污泥处理处置理论和技术,无法切实解决我国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。
未来污泥处理将围绕资源循环利用的方向。前一段时间提出了概念污水处理厂的理论,其核心在于实现资源高效的回收的利用,而资源高效回收利用,离不开对污泥的高效回收利用,因为在污水中污泥起到了一个介质的作用,能够把污染物或是资源物聚集起来,从而实现回收利用。
面对这些问题,我们还是有信心能够解决好,因为我国拥有一批创新意识很强的企业,同时在高校共同的努力下,未来我国污泥处理一定会走在世界的前列。目前我国相关论文的数量大幅度的提升,论文的报表,专利的发表现在处于全球领先的地位,通过这样的科技创新将能更好的提升我国污泥处理处置的水平。
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