如何选择污泥处理处置技术?

作者:姜鹏明 武…    文章来源:中国环境报    点击数:1183    更新时间:2012/3/1
  据住建部统计,截至2011年9月底,全国设市城市、县累计建成城镇污水处理厂3077座,处理能力达到1.36亿立方米/日;正在建设的城镇污水处理项目约1300个,处理能力近3100万立方米/日。全国目前已有19个省、自治区、直辖市实现了“每个县(市)建有污水处理厂”的目标。伴随中国城市化进程以及环境保护力度的不断加大,污水处理厂在相当长一段时间内仍会保持迅速增长的势头。


  然而,随着大批污水处理厂的投入运行,产生的数量巨大的污泥如何处置等问题也亟须妥善解决。而各地在进行污泥处理处置工作时,常常面临技术选择的困境。填埋、焚烧,哪个适用?目前污泥处置技术存在哪些问题?我们又该如何判别、选择适宜的处置技术呢?


  现状:缺乏战略性考虑和规划
  脱水污泥直接填埋隐患多,对整个城市特别是市区污水污泥的战略规划显得迫在眉睫


  据媒体报道,截至2009年年底,我国湿污泥(含水率80%)的产生量已经突破2000万吨。而根据一份公开的调研结果显示,我国污水处理厂所产生的污泥,有80%并没有得到妥善处理,污泥随意堆放所造成的污染与二次污染问题已经相继显现,因污泥不合理处置引发的社会事件时有发生。


  由于各地城市缺乏战略性考虑和规划,使得污泥的处理、处置方法过于简易,从而造成了如二次污染、脱水污泥对垃圾填埋场正常运行造成危害并占用日益紧缺的填埋容量等问题。


  据了解,污泥的含水率较高而颗粒细小,如果填埋处理时常会堵塞渗滤液收集系统和排水管,加重垃圾坝的承载负荷,给填埋场的运行管理带来困难,如导气石笼和渗滤液的滤层堵塞,以及垃圾处理场局部积水现象,严重时还可能造成“污泥沼泽”现象。所以许多城市的垃圾填埋场开始拒收城市污水厂污泥,当地政府不得不采取行政措施规定垃圾填埋场接收污泥。但是,缓兵之计并不能解决问题,尤其是出于对沿边农业利用,以及水环境质量特殊敏感性的考虑,对整个市域范围内特别是市区污水污泥的战略规划显得迫在眉睫。


  迷局:商机背后的技术空缺
  目前污泥处置领域还未出现规模化且经过实践检验效果良好的技术工艺及设备系统。各种不同处理技术往往顾此失彼,很难达到合理的技术经济目标


  住建部于2009年初发布《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策(试行)》。住建部相关负责人也曾表示,“十二五”要将重点放在污泥处置等方面,并鼓励污泥无害化后进行土地综合利用。业界普遍认为,“十二五”期间,污泥处理处置市场将得到进一步发展,将成为继污水处理之后的下一个投资热点。


  污泥的妥善处理处置既是环保工作必须面对的棘手问题,也是各固废处理处置企业眼中极具吸引力和挑战性的业务领域。但是我国污泥处置事业长期以来没有得到足够的重视,相关的技术开发特别是产业化工程示范工作基础薄弱,一时间难以为污泥妥善处理处置提供权威的可供选用的技术路线,更缺少与政策要求相适应的成套处理设备。


  污泥作为污水处理工艺的产物,含水率高、有机物含量高、容易腐化发臭。其组成、性质的复杂性决定了其处置的难度,对技术提出严峻挑战。尽管近年来国内涌现出多种技术,但用“减量化、稳定化、资源化”三大基本原则衡量,目前污泥处置领域还未出现规模化且经过实践检验效果良好的技术工艺及设备系统。各种不同的处理技术往往顾此失彼,很难达到合理的技术经济目标。


  正是由于中国污泥处理市场蕴含着巨大的机会,包括研发、生产、运输服务、投资等各种领域的机构都开始涉足这一领域,形成了百花齐放、千帆竞渡的行业及市场格局,各种不同的技术手段也不断涌现。但由于污泥处理长期粗放管理和初级的填埋式处理方式,使得众多处理技术缺乏实践检验,更无相应的运营经验,缺乏对不同技术的判别和选用标准。这对于一个即将爆发的市场无疑是一个严峻挑战,既加大了宏观决策的难度,也令使用方陷入技术路线选择的迷局。


  出路:生态要求与国情相结合
  污泥的处置应从生态、经济性、社会性多角度考虑


  著名环境科学家、生态学家巴里·康芒纳早就在其《封闭的循环——自然、人和技术》一书的中文译本的序中指出,历史使中国有机会吸取(美国上世纪50年代的污染)教训,从而使经济发展建立在非污染的生产技术之上。他在书中给出了生态学的4个基本法则,简要的概括就是:物物相连、取此失彼、物质不灭、自然取向最可靠。


  污泥问题的产生,实质是人类与自然相互作用的结果,如何更好地解决这一问题,就不仅要考虑具体技术的成熟适用性,更应该从保护生态的角度出发,使所采用的技术不仅具有良好的技术经济性能,更应具有最佳的生态效益,同时,鉴于污泥处置当前已经成为社会关注焦点,因此也必须从社会学的角度加以考虑。


  仅从单一的技术角度是无法综合衡量一项污泥处置技术的,必须将生态学的准则与社会学的原理融入到评价原则中,并结合具体的宏观政策,对污泥的处置技术加以判定。也就是说,污泥处置技术的判定原则既要与生态学的基本原则相结合,也要符合中国国情。


  原则:效率、成本匹配资源循环最短
  传统污泥堆肥、焚烧、干化等都存在一定不完善之处


  结合我国当前的实际情况,针对目前多种污泥处置技术路线,笔者认为,应采取以下3种原则加以判定和选择。


  (一)一致性匹配原则——效率匹配。即污泥的处理技术要与污水处理的工业化、规模化过程相匹配,也即时空匹配。把污水——污泥处置看做一条流水线上的两个环节,污泥达到终端处置所消耗的时间应当大体与污水处理的速度相当。否则,水处理的高效率会造成污泥处置的迟滞,带来一系列二次污染的问题。


  从空间上讲,中国的土地资源情况以及城市化的快速进程,不可能以更多的空间去消纳越来越多的污泥。因此以占用大面积土地和几十年消纳周期的填埋、几十天发酵腐熟过程的堆肥等工艺很难成为污泥处理的技术选项。又如生化处理工艺,产物稳定性差、占地巨大、无法与工业化污水处理规模相适应,大面积的空间处理过程暴露在人居或自然环境中,造成新的环境冲突而易诱发新的矛盾。


  (二)能级稳定原则——成本匹配。试图通过改变能量形态,尤其改变能级的方式对污泥加以处理,代价一定是消耗更多能量。采用不同的技术路线将污泥干化、分解为气态、等离子体等然后再进行能量利用,或作为燃料焚烧,都会形成新的资源消耗,引发新的碳排放,并产生新的更难处理的污染物,其结果往往得不偿失。


  而这一原则归结起来核心就是污泥处置过程中的成本控制问题,要尽可能少的引入额外的能源输入,以降低处置成本,才能够找到真正适合中国国情的处置措施。从住建部发布的技术政策(试行)中关于“不宜采用优质一次能源作为主要干化热源,要严格防范热干化可能产生的安全事故”中可以看出,这一原则已经得到重视。


  (三)资源循环最短原则——路径匹配。生活污水本质上来自土壤(植物,动物作为人的食物),污泥处理后回归土壤符合资源循环最短的生态法则,并且可以取得固碳的效果。变成气态或固态的燃料排入大气是不可取的。作为“建材”,只能是传统建材的添加剂或部分替代体,添加量少难以适应工业化污水处理规模需求的处理量,添加量大则造成建材品质的降低,形成新的资源浪费。


  如果采用上述3条原则,针对现有的污泥处理技术进行判定,我们可以得出以下结论:


  一,传统的污泥堆肥工艺。其核心是采用微生物进行处理,必须以一定的时间和空间为成本,这就造成了其与上游污水处理过程时间和空间上的不匹配,从而在大中城市目前土地日益稀缺的情况下不具备现实可行性。


  其他一些技术中含有生物处理步骤的工艺,大都需要在前端进行预处理,或在后端进行终端处理,也有需要前后端都要处理。不仅没能彻底解决这一空间时间上的矛盾,同时,由于其他工艺步骤的引入使工艺路线变长,这就意味着需要更多的外部输入资源能源,从而使总体的经济性下降。


  二,污泥焚烧技术。首先焚烧过程之前必须进行干化处理,将水分由80%左右降低到燃烧所需的50%以下,本身就是一个耗能巨大的过程,与焚烧产生的能量相比,结合中间各种过程的效率,其结果也可能是一个得不偿失的过程。


  其次,污泥中各种元素在燃烧过程中也都以不同形式被释放出来:氮、硫、磷以及各种微量元素的氧化物,包括二恶英等燃烧过程产生的有害物质,不仅对焚烧设备提出更高的技术要求,同时这些物质的后端废气处理会极大加重设备的初始投资和运行费用。其结果可能是负经济效益并产生新的污染问题。尤其需要强调的是,污泥焚烧过程产生飞灰所带来的PM2.5问题是这一技术路线难以克服的技术障碍。


  三,其他中间处置技术如热干化等。热干化是“中间”处理技术,加上焚烧或堆肥才能成为终端处理技术;而污泥的干化在需要大量能量输入的同时,并伴有有毒有害气体以及包括PM2.5在内的不同粒径颗粒物的产生。其他类似技术大都脱离不开微生物堆肥环节。


  探索:多项处理工艺单元相结合

  HiROS技术因其污泥部分湿式氧化和活化膨化方面具有创新性受专家肯定


  目前,HiROS污泥资源化处理处置装置及工艺值得关注。HiROS(High-rateRecoveryOrganicSolid-wastes)污泥资源化处理处置工艺及装备,由多个物化处理单元组成。在高速稳定单元内,将污泥中的有机物部分化学氧化;在活化和膨化处理单元,通过加入活化剂,将含有难降解木质素、纤维素的污泥膨化,并在稳定和活化等过程中高温杀灭病原菌,脱水混合后制成肥基,最终实现污泥的处理处置和资源化。


  这项技术遵从了上述三原则,由此具备的优势包括:占地省——因为快速、日产日清;能耗低——没有改变能量的形式,还尽可能利用其内部能量消解自身;效益高——处理过程不过多地消耗其他资源能源,有机物中的各种元素作为肥分,产品具有高使用价值和环境效益。


  以适用HiROS工艺设备的北京南口污水处理厂污泥示范项目为例,日处理50吨污泥,吨处理成本180元;装置占地面积600平方米;产出液态肥和固态有机复合肥(不加氮磷钾,直接产出的是营养土)。目前已经正式与一家有机肥厂签订供销合同,所产生的营养土被以400元/吨收购(每吨污泥产0.3吨营养土)用做肥基,若生产出有机肥复合肥可售1800元/吨。


  2011年8月,在住建部有关部门召开的科技成果评估会上,此项处理工艺经鉴定,满足处理时间短、病原菌完全灭活、含水率降低到45%以下、重金属浓度满足《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》(CJ/T309-2009)等要求,具备工艺设计合理、自控程度高、占地面积小、全密闭连续运行、运行维护简单、运行环境好等特点。经北京昌平南口污水处理中心示范工程应用表明,目前工艺运行稳定,效果良好。评估委员会认为,技术在污泥部分湿式氧化和活化膨化方面具有创新性,其成套装备水平达到国内领先,具有推广应用价值。

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