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    污泥處理新難點和技術分析

    2021-05-28 11:22:03

    首先,污水處理的過程并不是簡單的將污染物轉移到了污泥中。所謂的污泥,其實是各種微生物與無機物質的組合,在污水處理工藝中,大部分有機污染通過微生物的降解轉換,轉化成自身的蛋白質等細胞成分,以及CO2,氮氣等等物質。但確實存在許多物質只是被吸附到微生物組成的菌膠團中。


    這也就產生了諸多污泥的負面影響,如果處理不當,遭到雨水沖刷或者本身含水率比較高(比如超過80%),水中的污染物會重新回到水體中,而且水中的微生物也會對人體、動物、生態環境等造成負面影響。如果印染廢水所產生的污泥處理不當,將會把整條河流染色;其他污水比如含鉻廢水、重金屬廢水等等所產生的污泥處理不當,后果可想而知。所以污泥也屬于危險性固體廢棄物,我習慣簡稱危廢。


    我經歷過若干個城鎮污水處理廠,當然城鎮污水處理廠所產生的污泥相對于整個污水處理行業來說,其負面影響性相對較小,但也不能忽視。這些水廠中,絕大部分的水廠對污泥的處理只能將含水率處理到80%以下。


    其中最主要的原因就是投資、運行成本。 傳統的帶式壓濾機處理成本低,而且投資小,維護方面相對簡單,工藝成熟。而板框壓濾機就可以將污泥含水率處理到50%以下,體積將大大減少,而且此時污泥作為燃燒使用時,熱值也能夠達到要求。但是迫于政府對項目總投資的限制,做BOT的公司不可能自己額外增加投資,除非政府同意增加水價,實現額外投資的匯報回收。


    污泥含水率的下降可以通過設備升級來實現,投資相對較小。但是后續的作為燃燒材料、制磚、制作肥料等等聯產項目,需要政府在吸引投資的政策上給予優惠?,F在已經有N多此類企業,做的也非常好?,F在已經形成了一個生命力旺盛的污泥處置聯盟,聯合開發污泥市場。


    綜合起來,所謂的困難之處就是政府的支持力度、各地環保部門的監管以及政策導向性強制環保企業進行升級改造。對于企業來說,如果給予良好的投資回報率,那么選擇誠信、權威的企業,相關企業的聯產,這個市場的產值絕對不止是幾個億的問題。


    污水廠產生的污泥,在學術上一般稱作污水污泥或城市污泥,前面已經有不少人提到污泥的組成,這里不在累述,重點講兩個方面:


    首先是污泥的干燥問題,經污水廠脫水的污泥,含水率在80%左右,大致是一份泥四份水,假如可以干燥至含水率20%,那么其體積將縮至原來的1/5,對于每年如此大的污泥產量,降容率相當可觀;此外,干燥后污泥的資源化利用前景也更好。


    鑒于污泥中有機質含量高,熱值相對較高。我曾經做過測試,含水率(外水)10%左右的城市污泥,熱值高達10MJ/kg(標煤的熱值為29.3MJ/kg),這里的污泥樣本還是未經雨污分流的污水處理后的污泥(其中的灰分含量高達50%,降低了污泥熱值)。

    假如污泥的干燥成本降低,完全可以把污泥丟到電廠燃燒發電。


    其次,是污泥的資源化利用問題,現階段比較成熟的技術就是焚燒,污泥中的重金屬限制了其農用,而熱解技術雖然可用于生產生物油和活性炭,但那氣味簡直難以忍受,而且流化床熱解技術實在是不成熟(實操階段發現,主要是流化床無法自供熱,發明的雙床操作難度大,包裹電熱絲的話成本太高)。


    一、污泥來源

    首先要界定下污泥這個概念。廣義上來講,污泥包括污水污泥(即市政污泥,市政污水處理廠處理污水后的產物,包括初沉污泥、剩余污泥以及一部分沉砂池的污泥等)、工業污泥(工業污水處理后的產物,因工業廢水的來源不同而性質迥異,比如可能含油、含某種物質特別高等)、管網污泥(管道清淤得到的污泥)、給水污泥(自來水廠產生的污泥)以及河湖底泥(如疏浚河道挖出的底泥)。

    一般意義上,我們指的是污水污泥,這一類最為常見,性質接近,產量巨大,所謂的“污泥圍城”說的也是他。


    二、處理處置的必要性

    污泥的性質具有兩面性:一方面,含有大量的有機物及氮磷鉀等營養物質,使得他具有利用性的一方面(這也是污泥土地利用的基礎);另一方面,污水含有的部分污染物質轉移到污泥中,導致污泥含水量高、有強烈臭味,并且含有大量病原菌、寄生蟲卵以及鉻、汞等重金屬和二惡英等難以降解的有毒有害及致癌物質,若未經有效處理處置,極易對地下水、土壤等造成二次污染,直接威脅環境安全和公眾健康,使污水處理設施的環境效益大大降低,更引發多起社會公眾事件。


    三、為什么處理處置有難度

    這個問題問得好,十多年前人們在問:“為什么污水處理這么難?”,現在沒人問這個問題了,為什么呢?因為十多年前人們不重視,后來發現污水必須處理,不處理不行,于是投入人力、物力、財力(這個最重要)花大力氣治理水的問題。污泥也是如此。

    觀念上的不重視、重水輕泥是導致污泥處理處置現狀的根源。


    原來沒人重視這玩意,覺得污水廠只要把水處理完就好了,至于產生的這點污泥,隨他去吧?!鞍滋旆址珠_,晚上并并攏”,說的就是這個(最近幾年出現了幾個偷排污泥的典型案例,那以前就沒有嗎?只是覺得不夠上新聞而已)。于是,政策缺失、資金缺乏、意識淡薄、技術落后等一系列弊病暴露出來,導致污泥處理處置設施建設嚴重滯后(您看看之前的相關規劃就知道在資金投入上的差距了)。


    比如標準前后不一的問題:為了降低污水處理廠運行難度,之前就簡單規定出廠污泥含水率80%即可,可問題是:80%的脫水污泥能去哪呢?填埋有隱患,焚燒熱值不夠,至于堆肥和消化,壓根就沒運行的好的。這樣前后過程都不銜接,怎么能搞好呢?唯一的優點是:出了問題誰都沒有責任,反正污水廠合格了,填埋和焚燒設施也有自己的準入標準,最后問題沒解決,但是各方都沒責任,索性倒河里吧!


    四、處理處置方法

    污泥的處理問題說白了就是解決含水率不斷降低的問題。目前常見的處理方法包括深度脫水、堆肥、消化等,最終處置包括土地利用、焚燒、填埋等。


    深度脫水后污泥含水率在60%左右,可以直接填埋,緊急狀態下可以少量摻燒(與生活垃圾一起),但目前的化學調理用的鐵鹽+石灰居多,無機物增量高,引入了氯離子,對焚燒工況和爐體本身有一定影響。但這個技術成本低,化學調理藥劑很常見,所需的只是一臺壓濾設備(國內產品很多),只要有填埋設施,下游就能打通,目前是很多地區上馬的工藝。堆肥的惡臭問題太嚴重,但最致命的是產品鏈沒有打通,最終產品無出路。厭氧消化適合大型污水廠,設備和自控要求很高,操作難度高,特別是國內污泥的高含砂量問題,不知折騰壞了多少設備商和運行人員。


    最終處置的角度講,不管是國內外,都把土地利用放到第一優先級了,即盡可能利用污泥中的營養物質。但土地利用必須要經過堆肥、消化等預處理,確保達標方可應用。最大的問題是重金屬問題。我國對土地利用的幾個方面(園林、綠化、土壤改良、農用等)均有標準,還是比較嚴格的,但在實際過程中很多地區對此意識不足,以為把污泥倒地里就算了土地利用了,這一點后果很嚴重,污泥是不能直接土地利用的!!!

    焚燒是國外比較常見的做法,國內也開始探索了,污泥可以單獨焚燒(國外很多、國內基本沒有),也可以和生活垃圾(煙氣排放標準最嚴、可以協同利用熱源和煙氣凈化設備)、燃煤電廠(必須經過嚴格環評,因為電廠的煙氣凈化和生活垃圾焚燒設施的煙氣凈化是不一樣的,添加污泥后可能產生污染)和水泥窯(還是煙氣標準的問題,另外謹防部分項目以污泥處理的名義拉動水泥行業產能)一起摻燒。焚燒前一般要干化處理,含水率降至40%時,不會影響焚燒工況了,熱值已經很接近了,我們在焚燒廠做過實驗,文獻上也可以參考。我個人比較推薦這個。


    填埋是最簡單的方法,技術難度低,但一定要注意:現在的入場標準是60%,80%的污泥是不能填埋的,可能滑坡、沉降等土力學風險。


    隨著我國社會經濟的發展和城市化水平的提高,我國城市污水廠污泥產量快速增加,據估算2011年我國污泥產量(80%含水率)超過3000萬噸。污泥處置技術包括衛生填埋、焚燒、好氧發酵以及資源化利用等方法,其中污泥好氧堆肥以其投資和運營成本適中,同時又能資源化利用污泥中的有機質及營養元素,是《城鎮污水處理廠污泥處理處置技術指南(試行)》中推薦選用的技術路線。


    目前國內、外常見的污泥好氧發酵技術主要采用混凝土構筑的槽式或倉式結構,通過人工或機械翻堆、配合自然或強制通風來維持堆體中的有氧狀態,保證堆體溫度和微生物的正常生長。在堆肥過程中產生的臭味、水蒸氣、滲濾液等難以控制,嚴重影響周圍環境,損害公眾健康。另外,堆肥還存在堆肥時間過長、占地面積大等諸多問題。


    2012年8月14日,中國社會科學院城市發展與環境研究所發布的2012年城市藍皮書《中國城市發展報告2012)》和國際歐亞科學院中國科學中心、中國市長協會、聯合國人居署聯合發布的《中國城市狀況報告2012/2013》中指出:2011年末,中國共有657個設市城市,各級城市總的行政轄區面積為521.6萬平方公里,占國土960萬平方公里總面積的54.3%。建制鎮的數量增加至19683個。2011年中國大陸人口134735萬人,其中城鎮人口69079萬人,鄉村人口65656萬人,城鎮人口占總人口比重達51.27%,城鎮人口首次超過農村,是中國社會結構的一個歷史性變化。


    從十八大報告到中央經濟工作會議,從“十二五”規劃到總理講話,新型城鎮化均被賦予重要地位,中央將其定為國家重要發展戰略,成為中國經濟長期發展的最大潛力。


    根據《中國低碳生態城市發展戰略》的研究成果,到2050年,中國的城鎮化水平將達到70%~75%,全國經濟總量中城市經濟的貢獻率達到90%。


    藍皮書指出,面對以城市型社會為主體的城市時代的悄然到來,中國的城市發展面臨包括環境生態壓力、城市安全、社會分化等一系列問題的嚴峻挑戰。


    資源與環境是當代城市建設和管理的重要內容,特別是土地資源和水資源,事關城市的可持續發展能力、人居環境安全和公共安全。


    按照新標準,中國有2/3的城市空氣質量不達標;全國城市水質為較差級和極差級的監測點占57.2%;2/3的大中城市陷入垃圾包圍之中;城市自然植被覆蓋較低,鋼筋水泥叢林面積不斷擴大,城市綠地占城市建設用地比重僅有10%。城市濕地面積銳減,生物多樣性持續減少,城市地下水過度開采,地面加速沉降等。


    目前環境狀況總體惡化的趨勢尚未得到根本遏制,環境矛盾凸顯,壓力繼續加大;一些重點流域、海域水污染嚴重,部分區域和城市大氣灰霾現象突出,許多地區主要污染物排放量超過環境容量。


    城市基礎設施是城市發展水平和文明程度的重要支撐,是城市經濟和社會協調發展的物質基礎。中國城市基礎設施建設在城鎮化的推動下不斷加速,2010年城市市政基礎設施投資達到14305億元,比2005年增加了155%。


    可以預見,在未來二三十年內,城市供水、污水處理、垃圾處理、燃氣、供熱、道路、園林綠化等城市基礎設施建設必將隨著新型城鎮化進程的不斷推進而呈現大規模的增長。同時,全球正面臨著氣候變化和資源環境的巨大壓力,外延增長式的發展已難以適應新形勢下的多種需求。因此,綠色、生態和低碳的可持續發展模式成為中國新型城鎮化新的努力方向。

    馬云在韓國首爾大學演講時曾大膽預言,本世紀偉大的公司要致力于解決“社會問題”。


    污泥中富集了造成水體污染的有機物、氮、磷、鉀等營養元素,同時含有大量的致病微生物,易腐爛發臭,若處置不當會造成非常嚴重的環境污染和生態破壞,同時也是一種極大的資源浪費。據統計,我國僅有約10~20%的污泥實現了安全化和無害化處置,大量的污泥未能有效處置。污泥產量大、處理不當會對環境造成嚴重污染,同時,污泥中又含有大量的營養物質,經過妥善處理會是一種新的資源。


    2007年以來,在住房和城鄉建設部的牽頭下,國內從事城鎮污水廠設計和運行的多家單位聯合開展標準研究,歷時4年共發布了9項行業標準。接下來的幾年相繼頒布了各類技術導則4項。2012年4月19日國務院發布的《“十二五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》,“十二五”期間我國擬新增污水處理及相關投資額約4300億元,其中污泥處理和處置設施投資347億元。這一系列的技術文件對污泥處置的技術選擇、技術發展趨勢、具體實施方案以及投融資方式等都做了一些引導性的規定,為我國城鎮污水處理廠污泥處理處置指明了發展方向。


    目前,國內外正在使用的污泥處置主要方式有填埋、焚燒、堆肥、資源化利用等。填埋技術處理成本低,但是占地面積大,填埋氣體、滲濾液多且難處理。焚燒技術減容效果顯著,污泥的熱值可以得到利用,但是運行成本較高,并且存在大氣二次污染的問題。厭氧消化技術能夠回收能源物質,但是運行管理難度大,成功案例不多。好氧發酵技術投資運行成本較低,并且產品可以制肥,資源化效果顯著,管理運行簡單,適用污水廠的規模廣。通過對現有污泥處理處置技術的分析和調研,研發團隊選擇了污泥好氧發酵這條技術路線,以實現處理成本低、產品資源化的目標。


    城市污水處理廠出來的泥風險不大,但電鍍污泥,印染污泥等被列為危險固廢的污泥若沒得到合理處置存在較大環境風險。目前國內外都有較好的處理污泥技術,處理難度其實不大,但關鍵在于管理水平和認識水平。管理體制不夠細則,污泥產生單位不夠重視是目前處理污泥的主要困難.污泥也是市政污水接觸一些,污泥大方向分類市政污泥和工業污泥,工業污泥很多有重金屬、油類、有毒有害物質等,經常做危險廢物處理,有相對應的危險廢物處理的工藝,焚燒、填埋等。市政污泥,我們接觸的大多數是要運往垃圾填埋場,但是目前的60%的含水率要求,就比較尷尬,常規的污泥脫水工藝,處理后,含水率是80%,要做到60%,沒有特別成熟可行,成本低的工藝。一直以來,污水處理都存在重水輕泥現象,但污染物只是轉移到了泥中,所以為了避免二次污染,肯定要將污泥資源化、穩定化、無害化和減量化,常見的技術有填埋、焚燒、堆肥和厭氧消化等,但迫于技術、成本以及思想觀念等各方面的原因,現在污泥的治理還不能令人滿意。


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