歡迎來到環(huán)聯(lián)網(wǎng)  郵箱
智能模糊搜索

智能模糊搜索

僅搜索標(biāo)題

污泥處理:基于泥質(zhì),保障出路,逆向設(shè)計,分質(zhì)處理

分類:固廢觀察 > 污泥治理    發(fā)布時間:2018年7月10日 15:16    作者:中國環(huán)聯(lián)    文章來源:

為了加速污泥處理處置工作的開展,近年來我國出臺了一系列污泥處理處置標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)指南,但很多項(xiàng)目的設(shè)計、建設(shè)和運(yùn)營過程中仍然存在諸多問題。一方面,許多項(xiàng)目只考慮采用單一技術(shù)實(shí)現(xiàn)污泥中單一組分的資源化,而缺乏系統(tǒng)的布局,特別是缺乏對污泥最終出路的詳細(xì)規(guī)劃,導(dǎo)致大量的消化污泥、干化污泥、焚燒灰渣等中間產(chǎn)物無處可去。另一方面,在常用的污泥處理處置技術(shù)路線中,污泥中的水分、有機(jī)質(zhì)、無機(jī)質(zhì)等三類組分往往互相制約,如污泥有機(jī)質(zhì)含量及其組成嚴(yán)重影響污泥的水分脫出效率,而水分、無機(jī)質(zhì)的存在也會影響有機(jī)質(zhì)的燃燒轉(zhuǎn)化。相反的,如果通過合適的流程設(shè)計實(shí)現(xiàn)污泥的分質(zhì)處理,就可能提高污泥的處理效率。針對這些問題,一方面,在項(xiàng)目設(shè)計時就應(yīng)該將污泥的最終處置環(huán)節(jié)納入,并從污泥出路開始進(jìn)行逆向設(shè)計;另一方面,需要全面客觀認(rèn)識我國污泥的特性,并對污泥處理處置技術(shù)進(jìn)行重新定位和組合,實(shí)現(xiàn)污泥的分質(zhì)處理。

來源:環(huán)境論評

作者:李歡,長期從事有機(jī)固體廢棄物處理及資源化技術(shù)研究,深圳市污泥及廚余協(xié)同處置與資源化技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室,清華大學(xué)深圳研究生院副教授。

本文依據(jù)作者在2018年中國城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級研討會上的發(fā)言整理。

1.污泥性質(zhì)解析

1.1 污泥的貧資源特征

污泥常被認(rèn)為擁有巨大的資源化潛力。然而,無論從產(chǎn)量還是品質(zhì)上,污泥資源化潛力遠(yuǎn)不如生活垃圾、農(nóng)林廢棄物等大宗廢物。據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù),2016年,我國生活垃圾清運(yùn)量達(dá)2.0億噸,而市政污泥產(chǎn)生量約4000萬噸(以80%含水率的脫水污泥計),扣除水分后,干固體僅800萬噸。我國污泥有機(jī)質(zhì)含量普遍偏低,一般為30~60%,這意味著前述干固體中還有大量缺乏資源化價值的無機(jī)質(zhì)。雖然這些無機(jī)質(zhì)可以用于制建材,但這種方式更適宜稱為廢棄物消納而非資源化利用。有機(jī)質(zhì)中,難以生物降解的木質(zhì)纖維素含量約14~30%,腐殖酸含量約10~15%,它們的存在進(jìn)一步降低了污泥生物轉(zhuǎn)化能源的效率。以污泥有機(jī)質(zhì)含量60%為例,脫水污泥成分可以用圖1(a)概括。從污泥干固體元素組成看,其碳含量相遠(yuǎn)低于生物質(zhì)廢物。根據(jù)對幾十座南方污水廠污泥性質(zhì)的調(diào)查,其平均元素組成如圖1(b)所示,其中碳元素作為多種資源化處理技術(shù)的利用對象,其比例僅45%。從污泥有機(jī)物組成看,蛋白質(zhì)是主要成分,但其含量不超過50%,其次是多糖、腐殖酸、脂類等。

因此,污泥是一種高含水率、多組分構(gòu)成的復(fù)雜廢物,無論是以有機(jī)質(zhì)、無機(jī)質(zhì)為資源化對象,還是單純以某一類組分或元素為資源化對象,其在污泥中的比例都很低。因此,污泥具有貧資源的特點(diǎn),如果僅圍繞某一類組分設(shè)計處理流程,其效率不高,而對某一類組分(如生物炭、蛋白質(zhì)、磷)的過度追求可能會導(dǎo)致處理費(fèi)用和環(huán)境負(fù)荷的大幅增加,因此應(yīng)從廢棄物消納的角度綜合考慮污泥的處理處置系統(tǒng)。


圖1 脫水污泥的平均組成和元素含量

1.2 污泥的低熱值特性

污泥能源化是污泥資源化的主要方向之一,其主要利用污泥中的有機(jī)質(zhì)。然而,污泥中的大量水分不應(yīng)忽略,應(yīng)該納入到整個處理流程中考慮。污泥干基熱值與有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系統(tǒng)計如圖2所示。污泥有機(jī)質(zhì)含量60%時,其干基熱值約12000 kJ/kg,這意味著,1kg脫水污泥有機(jī)質(zhì)熱值約1440 kJ,低于水分蒸發(fā)所需的約2000 kJ熱量。從這個角度看,污泥實(shí)際上是一種負(fù)熱值或低熱值廢物,普通機(jī)械脫水+熱干化+熱化學(xué)處理(焚燒/混燒/熱解/碳化等)均不能實(shí)現(xiàn)能量的凈產(chǎn)出。上述技術(shù)路線實(shí)際上需要額外輸入能量,并非嚴(yán)格意義上的“能源化”。

要降低污泥水分脫除的費(fèi)用,可以采用太陽能、廢熱等廉價熱能,但這需要合適的外部條件;而要減少水分蒸發(fā)能耗,可以通過強(qiáng)化機(jī)械脫水使污泥含水率從80%降至60%或更低,再進(jìn)行熱干化。盡管其電耗增加,但總的能耗要小于熱干化。此外,還可以采用無需分離水分的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化能源技術(shù),如厭氧消化等。


圖2 污泥有機(jī)質(zhì)含量與熱值的關(guān)系

1.3 污泥的絮體結(jié)構(gòu)特征

和一般的生物質(zhì)廢物不同,剩余污泥顆粒由微生物細(xì)胞、胞外聚合物(EPS)為骨架的絮體構(gòu)成,EPS之間由鈣、鎂等二價金屬離子聯(lián)結(jié),而水分、細(xì)沙等被裹挾在絮體內(nèi)。這些水分除少量自由水外,大量水分以附著水、毛細(xì)水、結(jié)合水的形式存在于絮體內(nèi)部,難以脫除。污泥的高含砂量特性也會影響污泥處理設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行,雖然可以通過離心機(jī)或水力旋流除砂器去除污泥中的砂礫,但這些方法對粒徑小于200 μm的細(xì)砂分離效果一般,而且需要較大能耗。剩余污泥的這一絮體機(jī)構(gòu)特征會對其脫水、干化和生物處理造成不利影響。

要進(jìn)行科學(xué)的污泥處理處置,就必須充分認(rèn)識污泥的貧資源、低熱值和絮體結(jié)構(gòu)特性,防止片面夸大污泥的資源屬性,過度追求單一的資源化產(chǎn)品,而應(yīng)在保證污泥無害化的前提下采用綜合的污泥處理處置系統(tǒng)。

2. 污泥處理處置技術(shù)流程的逆向設(shè)計

污泥處理處置的全過程包括處理和處置兩個階段,處置就是要實(shí)現(xiàn)污泥的最終消納,處置之前為處理階段。許多污泥項(xiàng)目往往只有處理階段,即從污泥來源開始,依照污泥的處理流程布置處理單元,而由于認(rèn)識水平、政策導(dǎo)向、管理機(jī)制和市場競爭等原因忽略或簡化了最終處置環(huán)節(jié),使得這些項(xiàng)目成為了“半截工程”。例如,厭氧消化項(xiàng)目僅轉(zhuǎn)化污泥中的部分有機(jī)質(zhì),對消化污泥僅提出可以進(jìn)行土地利用,但對土地利用的預(yù)處理、場地和具體規(guī)程等都未進(jìn)行說明;熱干化項(xiàng)目僅是去除污泥中的水分,但對干化污泥的出路缺乏規(guī)劃或者避而不談;焚燒項(xiàng)目并非最終處置手段,對于有機(jī)質(zhì)含量50%的污泥而言,500 t/d(脫水污泥)項(xiàng)目的灰渣產(chǎn)量將超過50 t/d(含有補(bǔ)充燃料和煙氣治理引入的無機(jī)質(zhì)),一些項(xiàng)目僅提出焚燒灰渣可以進(jìn)行建材化利用,但對灰渣性質(zhì)、建材種類、加工方法、銷售途徑語焉不詳。這導(dǎo)致很多項(xiàng)目投產(chǎn)后運(yùn)營不佳,不僅未達(dá)到資源化預(yù)期,還導(dǎo)致了污染物的再次轉(zhuǎn)移。

為了解決上述問題,應(yīng)該采用逆向設(shè)計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的正向設(shè)計,從污泥的最終出路出發(fā)對全流程進(jìn)行布置。嚴(yán)格來說,污泥的處置方式只有填埋、土地利用和建材化等。污泥填埋可以消納全部污泥,是現(xiàn)階段許多城市不得不采用的處置方式。然而,從填埋場運(yùn)行管理以及政策導(dǎo)向看,盡量減少進(jìn)入填埋場的水分和有機(jī)質(zhì)是污泥填埋的主要趨勢。

因此,在污泥填埋之前應(yīng)脫除水分和去除有機(jī)質(zhì)。污泥建材化主要利用其中的無機(jī)質(zhì),包括水泥窯協(xié)同處置、制磚和制陶粒等。水泥窯協(xié)同處置對污泥前處理過程要求較低,有機(jī)質(zhì)可以在水泥窯中燃燒釋放熱量,濕污泥也可少量摻燒,但更好的方式是利用余熱干燥污泥后再入窯,因此這一處置方式的前處理過程主要是脫除水分。污泥制磚、制陶粒時需要采用干污泥,有機(jī)質(zhì)在燒結(jié)過程中可以提供熱量和促進(jìn)孔隙生成,但從提高陶?;虼u的質(zhì)量以及增加污泥消納量的角度,適宜采用污泥灰渣進(jìn)行燒結(jié)或制免燒磚,因此其前處理過程包括脫除水分和去除有機(jī)質(zhì)。污泥土地利用主要是利用其中的營養(yǎng)元素和穩(wěn)定化的有機(jī)質(zhì)(如腐殖質(zhì)),無機(jī)質(zhì)對其影響較小,因此土地利用之前要進(jìn)行水分脫除和有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化。

根據(jù)上述逆向設(shè)計思想,可以將污泥最終處置方式與前處理技術(shù)相結(jié)合,篩選出可用的處理技術(shù)路線。水分去除的常用方式包括機(jī)械脫水和熱干化,而有機(jī)質(zhì)去除或轉(zhuǎn)化的常用方式包括厭氧消化、熱化學(xué)處理(焚燒/混燒/熱解等)、堆肥等。這樣,污泥主要處理處置流程可以歸納為圖3。其中,污泥經(jīng)高干脫水后可以填埋,但僅適宜作為過渡和應(yīng)急方法。厭氧消化可以去除部分有機(jī)質(zhì),從而增加機(jī)械脫水過程中去除的水分總量,減少后續(xù)熱干化水分蒸發(fā)的能耗,因此厭氧消化+干化焚燒/熱解的方式在國外一些污水廠獲得了應(yīng)用,但這一方式的總體效果還需進(jìn)一步評估。另外,雖然厭氧消化可以實(shí)現(xiàn)污泥穩(wěn)定化,但其穩(wěn)定化程度不如好氧堆肥,消化污泥一般要經(jīng)晾曬或短暫的好氧處理后才適宜土地施用。


圖3 基于最終出路的污泥主要處理處置流程

3. 污泥分質(zhì)處理方案及技術(shù)需求

從上述污泥處理處置途徑看,由于污泥含水率高,水分的去除是所有途徑的核心環(huán)節(jié),其決定了整個工藝流程的效率、能耗和費(fèi)用。在機(jī)械脫水和熱干化兩個主要的脫水環(huán)節(jié)中,機(jī)械脫水又更為關(guān)鍵。由于機(jī)械脫水能耗相對較低,機(jī)械脫水程度的增強(qiáng)將大幅降低熱干化過程中的水分蒸發(fā)能耗。影響污泥脫水效果的內(nèi)在因素是其水分存在形態(tài),而水分存在形態(tài)又取決于污泥顆粒結(jié)構(gòu)與有機(jī)質(zhì)構(gòu)成。因此,如果能在污泥脫水前盡量去除有機(jī)質(zhì),將其轉(zhuǎn)變?yōu)榻茻o機(jī)污泥,就可以大幅改善脫水效果。然而,在圖3的常用處理流程中,除厭氧消化外,污泥水分脫除環(huán)節(jié)一直位于有機(jī)質(zhì)去除環(huán)節(jié)之前,即現(xiàn)有工藝流程為:水分去除→有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化→無機(jī)質(zhì)處置,這就導(dǎo)致水分脫除受到有機(jī)質(zhì)的干擾,效率很低。從分質(zhì)處理的角度出發(fā),理想的流程為:有機(jī)質(zhì)去除→水分去除→無機(jī)質(zhì)處置或利用。

要實(shí)現(xiàn)上述分質(zhì)處理目標(biāo),就需要在水分存在的條件下盡量實(shí)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)的去除或轉(zhuǎn)化?,F(xiàn)階段可選技術(shù)包括厭氧消化、濕式氧化、超臨界氧化和高壓液化等,但除厭氧消化外,其它幾種方式在能量回收上還存在不足,規(guī)模使用時還需要克服許多技術(shù)障礙。厭氧消化技術(shù)成熟,但其有機(jī)質(zhì)降解率僅40%左右,消化污泥機(jī)械脫水后含水率約80%,脫水污泥總量減少24%(以污泥有機(jī)質(zhì)含量60%計,下同),尚未到達(dá)分質(zhì)處理的目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),需要開發(fā)新技術(shù)突破厭氧消化有機(jī)質(zhì)降解率的極限。目前正在推廣的污泥熱水解預(yù)處理或后處理可以一定程度提高有機(jī)質(zhì)降解率。污泥經(jīng)熱水解后,破解污泥在厭氧消化過程中有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率達(dá)到60%,這意味著消化污泥有機(jī)質(zhì)含量降至37.5%,已經(jīng)趨于無機(jī)污泥。這樣,消化污泥機(jī)械脫水后含水率可以低至50~60%,相對于未經(jīng)上述處理的脫水污泥約減量70%,這可以大大降低污泥最終處置的費(fèi)用。雖然污泥熱水解+厭氧消化在國內(nèi)外已有大量工程案例,但其距離真正的分質(zhì)處理還有一定距離,后續(xù)改進(jìn)方向主要包括:(1)開發(fā)污泥復(fù)合破解調(diào)質(zhì)方法,進(jìn)一步提高有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率至90%以上,并降低這些輔助處理的能耗和費(fèi)用;(2)避免預(yù)處理過程中生成難降解有機(jī)質(zhì),同時促進(jìn)污泥中木質(zhì)纖維素和腐殖酸類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化,目前熱水解預(yù)處理技術(shù)尚不能達(dá)到這一要求;(3)在無需脫水的前提下,實(shí)現(xiàn)消化污泥中抗性有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化。

實(shí)際上,目前我國的污泥處理處置全工藝鏈條并不能實(shí)現(xiàn)能源自給。厭氧消化單一環(huán)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)能量輸出,但后續(xù)脫水、干化、處置等環(huán)節(jié)會使整個鏈條變成凈耗能過程。但這也提示,厭氧消化是無需脫除水分實(shí)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化能源的重要途徑,如果可以進(jìn)一步改進(jìn)這一技術(shù),使有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%以上,厭氧消化完全可以成為污泥處理處置的核心環(huán)節(jié),而后續(xù)脫水和無機(jī)質(zhì)利用也將更為簡單,并且有利于污泥磷、氮的回收和重金屬的固定化。


來源:中國環(huán)聯(lián)


特此聲明:
1. 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來源的作品,目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)。
2. 請文章來源方確保投稿文章內(nèi)容及其附屬圖片無版權(quán)爭議問題,如發(fā)生涉及內(nèi)容、版權(quán)等問題,文章來源方自負(fù)相關(guān)法律責(zé)任。
3. 如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題,請在作品發(fā)表之日內(nèi)起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,否則視為放棄相關(guān)權(quán)益。

av男人的天堂在线观看国产,黄色网站在线视频,国产免费不卡视频,色www视频网