戴曉虎 ：污泥處理處置未來發(fā)展方向的思考

本文看點:

? 國內(nèi)污泥處理處置形勢

? 污泥處理處置目標

? 污泥處理處置技術(shù)現(xiàn)狀

? 污泥處理處置的發(fā)展方向

1形 勢

1、重水輕泥——我國污泥產(chǎn)量大、污泥處理處置形勢嚴峻

數(shù)據(jù)

污水廠數(shù)量 (2017)：3900座，污水處理能力：1.8億m3/d

目前污泥年產(chǎn)量：>4000萬噸，預(yù)計2020年產(chǎn)泥量：6000萬噸

污泥處理處置投資占總投資的30%、運行占總運行費用的50%以上；

污泥中含原水30-50%有機物、30-50%TN、95%TP；含重金屬、病原菌、持久性有機物；

污水提標改造，污水消毒、四類水、再生水等快速推進，而污泥問題卻沒有得到解決；

污泥是污水處理中的“世界難題”，污泥處理處置現(xiàn)狀與我國污水處理差距甚大，遠遠落后發(fā)達國家，與我國大國地位及生態(tài)文明建設(shè)不相符；

新一輪環(huán)保督查中，污泥問題依然十分突出。

國內(nèi)主要流域的22個污水廠2014年第四季度調(diào)研數(shù)據(jù)（樣本數(shù)：88）

與國外不同：污泥量大、有機質(zhì)含量低

2目 標

污水處理設(shè)施產(chǎn)生的污泥應(yīng)進行穩(wěn)定化、無害化和資源化處理處置。——《水十條》

1、污泥處理處置標準粗放、落地困難、差距大

污泥處理處置的各類標準

由上圖可見，污泥處理處置標準繁多，但和實際需求相比，到底污泥要處理到什么水平? 哪種標準才真正符合要求？其實，標準繁多，有時會導(dǎo)致無法考核監(jiān)管。

2、處置決定處理，污泥處置出路不清晰

（1）土地利用

水十條：禁止處理處置不達標的污泥進入耕地污泥土地利用標準（食物鏈和非食物鏈）單元技術(shù)的銜接，環(huán)境經(jīng)濟效益全生命周期評估。

缺點及弊端：污泥無處可去。

（2）焚燒/填埋/建材

處理單元技術(shù)的銜接，減量化技術(shù)應(yīng)用，實現(xiàn)焚燒量最低，新技術(shù)開發(fā)。

缺點及弊端：公眾接受度低，成本太高。

（3）填埋

我國現(xiàn)有填埋場將滿負荷運行臨時過渡性的技術(shù)路線不符合未來發(fā)展趨勢。、

缺點及弊端：無地可埋。

3技 術(shù)

污泥處理技術(shù)路線多樣化、穩(wěn)定化、減量化是共性工藝

1、污泥處理處置關(guān)鍵技術(shù)與重大裝備

?污泥生物穩(wěn)定化和資源化成套技術(shù)

污泥高級厭氧消化技術(shù)及裝備（熱水解、高含固、協(xié)同）；

污泥高效好氧發(fā)酵及成套設(shè)備；

沼液厭氧氨氧化技術(shù)。

?污泥脫水干化技術(shù)與裝備產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

高效低耗干化系統(tǒng)及裝備（圓盤、槳葉干化）；

污泥脫水干化一體化技術(shù)及裝備(霧化干燥-回轉(zhuǎn)式焚燒爐一體化技術(shù)裝備)；

深度脫水技術(shù)及裝備(低溫真空脫水干化、高壓隔膜板框、一體可變壓濾等）。

?污泥（協(xié)同）熱化學(xué)處理技術(shù)

流化床焚燒技術(shù)與裝備；

水泥窯干化焚燒協(xié)同處置技術(shù)與裝備；

污泥熱解系統(tǒng)及技術(shù)。

關(guān)鍵技術(shù)裝備實現(xiàn)多元化不是主要瓶頸、技術(shù)提升和精細化運維是下步重點。

2、污泥土地利用的差距

污泥土地利用是目前最經(jīng)濟、低碳、循環(huán)利用的最佳技術(shù)路線。

（1）優(yōu)勢：污泥中含有大量有機質(zhì)，能源及氮磷鉀營養(yǎng)物質(zhì)，利于后續(xù)的資源化利用，尤其是我國磷礦資源缺乏的現(xiàn)狀。

（2）瓶頸：重金屬、持久性有機物。

污水處理過程超過一半的重金屬轉(zhuǎn)移到污泥中，含有較高重金屬的污泥進行農(nóng)用時，不僅增加作物體內(nèi)的重金屬含量，還引起土壤重金屬污染；污泥含有持久性有機物，增加了未來污泥的資源化利用的風(fēng)險。

3、污泥含水率高是污泥處理的瓶頸

污泥濃縮：含水率從99%下降到95%，體積將減少200公斤；

污泥脫水：含水率從95%下降到80%，體積將減少到50公斤；

污泥深度脫水：可將含水率降低到60%，體積減少到25公斤；

污泥干化：含水率降至40%以下體積降至17公斤；

污泥焚燒：分解有機物，灰渣。

核心：污泥減量與改性。

4、污泥處理處置費用

投資費用：按每噸（80%）50萬，總投資300-400億元；

核心是：重視不夠，理念觀念認識不足。

5、科技創(chuàng)新必要性

污泥中富含有機物和營養(yǎng)物質(zhì)，隨著污水資源化研究的深入，污泥資源化領(lǐng)域的研究已成為全球研究熱點。

我國城市污泥量大，質(zhì)差，在世界范圍內(nèi)十分罕見；國外既有污泥處理處置理論和技術(shù)無法切實解決當前面臨的特殊困境，迫切需要通過科技創(chuàng)新，形成我國污泥綠色低碳安全的理論體系和系統(tǒng)性解決方案。

污泥的資源化

能源、資源短缺、全球氣候變化、糧食安全、土壤礦化，全球磷資源的短缺等現(xiàn)實問題，污泥資源化也越來越受到重視，污泥資源化能源化符合目前科技發(fā)展水平。

國外發(fā)達國家成功經(jīng)驗，回收污水運行能耗50-60%、污泥氮、磷回收，可替代一部分氮、磷肥需求，污泥有機質(zhì)土壤改良。

4前 景

未來，污泥資源化是重點發(fā)展方向

城市污水高效處理與再生利用、城市污泥中C、N、P高效資源化回收

1、污泥穩(wěn)定化與減量化技術(shù)與發(fā)展方向

污泥厭氧消化是污泥處理技術(shù)，是較經(jīng)濟的污泥減量化穩(wěn)定化資源化技術(shù)，與末端污泥焚燒是互補關(guān)系。

2、污泥厭氧消化技術(shù)研究熱點

?有機質(zhì)轉(zhuǎn)化效率較低（max. 50%）、停留時間較長（18d)、沼氣產(chǎn)率0.8-1.0、甲烷含量65%；

?微生物定向調(diào)控機制？微量污染物的賦存形態(tài)及遷移轉(zhuǎn)化？

?沼渣（原污泥量的20-50%）的最終出路？

?沼液單獨處理達標排放成本較高？植物激素？富里酸生成機制與調(diào)控？

3、污泥/有機質(zhì)高效協(xié)同厭氧消化

協(xié)同消化優(yōu)勢的機理：平衡對于厭氧消化比較重要的物料參數(shù)，如常量微量元素、營養(yǎng)物質(zhì)、C/N、pH、可降解有機質(zhì)比例、抑制性物質(zhì)、甲烷含量的調(diào)控、傳質(zhì)影響機理等。

生物質(zhì)廢棄物協(xié)同厭氧消化技術(shù)

4、污泥及生物質(zhì)廢棄物資源化研究熱點

（1）能源和營養(yǎng)物質(zhì)回收

?作為污水除磷脫氮的補充碳源：總氮和磷去除率平均提高約30%(Xiang Li et al., 2011)；

?產(chǎn)甲烷：1g COD~0.35m3甲烷，即12530kJ/g COD (Daigger, 2009)；

?產(chǎn)氫：最大能達到0.27 l H2/g COD (Prasertsan et al., 2008)；

?制PHA：轉(zhuǎn)換效率高達36.9% mg C/mg C (Takabatake et al., 2002; Yan et al. 2006)；

?微生物燃料電池（MFC）：理論上1kg COD能轉(zhuǎn)化成4 kWh電能 (Halim, 2012)；

?生物柴油：美國污水廠每年可產(chǎn)生大約1.4×106m3的生物柴油，相當于全美柴油需求量的1% (Dufreche et al., 2007)；

?熱解/水熱制生物碳土：碳減排12% (Woolf et al., 2010)；

?提取蛋白：蛋白最大化回收80-90% (Chishti et al., 1992; Hwang et al., 2008)；

?制氮肥：干污泥中N含量3-4% 多為有機氮(US, EPA), 若污水中的氮全部利用，可占氮肥產(chǎn)量的30% (WERF, 2011)；

?制磷肥：美國：干污泥中含P2-3%，1t干污泥含的P價值7美元(Jordan, 2011)；日本：將污水中的磷（每年5萬噸）回收可解決磷礦進口的20%。

（2）金屬提取

?提取Ag, Cu, Au等：美國估算，1t干污泥含價值480美元的Ag, Cu, Au, Pt等13種主要金屬(Jordan Peccia, 2011)，1噸污泥焚燒灰含Au,,Ag約2kg(Cornwall,2015)。

（3）材料化轉(zhuǎn)化

?制吸附材料：污泥富含C,Si和有機物，通過物理、化學(xué)活化或熱解等可制成多孔吸附材料，KOH活化法效果較好，產(chǎn)品比表面積>1800m2/g(Smith, 2009)；

?制催化材料：污泥中的金屬，SiO2和有機固體使之具備制成金屬摻雜的多孔催化材料的優(yōu)勢。現(xiàn)已證實可通過易操作的物理化學(xué)方法以污泥制負載TiO2可見光光催化材料，負載鐵多相光Fenton催化材料等(Yuan,2014,2015)；

?制儲能材料：污泥經(jīng)過熱解碳化后能得到具有N，S，F(xiàn)e共摻雜的活性碳材料，該碳材料具有優(yōu)越的儲能和電化學(xué)性能(Yuan, 2015), 但離商業(yè)化還有距離。

5結(jié) 語

●我國環(huán)境容量缺乏，污泥量大，污泥泥質(zhì)差，污泥問題十分嚴峻；

●相比污水處理（提標、四類水等），污泥處理處置的投入和重視程度嚴重滯后，污水處理任務(wù)沒有完成；

●處置決定處理，處置途徑不暢是我國污泥處理處置的關(guān)鍵問題；

●觀念、理念的轉(zhuǎn)變是解決污泥問題的核心；

●污泥的泥質(zhì)、泥量隨著管網(wǎng)提質(zhì)會有所改變，永久性措施需慎重考慮；

●面臨氣候變化，能源資源短缺等問題，“資源循環(huán)、綠色、健康”的未來技術(shù)創(chuàng)新的重點，污水污泥中“污染物”資源化回收利用是未來發(fā)展趨勢。

編輯： 趙凡