焦点提醒：污泥处置：基在泥质 保障前途 逆向设想 分质处置 作者：李欢，持久处置无机固体烧毁物处置和资本化手艺研究，深圳市污泥和厨余协同措置与资本化手艺项目尝试室，清华年夜学深圳研究生院副传授。 来历:情况论评 作者:李欢 为了加快污泥处置措置工作的展开，最近几年来我国出台了一系列污泥处置措置尺度和手艺指南，但良多项目标设想、扶植和运营进程中依然具有诸多问题。一方面，很多项目只斟酌采取单一手艺实现污泥中单一组分的资本化，而缺少系统的结构，特殊是缺少对污泥终究前途的具体计划，致使年夜量的消化污泥、干化污泥、燃烧灰渣等中心产品无处可去。另外一方面，在经常使用的污泥处置措置手艺线路中，污泥中的水份、无机质、无机质等三类组分常常相互限制，如污泥无机质含量和其构成严峻影响污泥的水份脱出效力，而水份、无机质的具有也会影响无机质的燃烧转化。相反的，假如经由过程适合的流程设想实现污泥的分质处置，便可能提����Ϸapp高污泥的处置效力。针对这些问题，一方面，在项目设想时就应当将污泥的终究措置环节纳入，并从污泥前途最先进行逆向设想;另外一方面，需要周全客不雅熟悉我国污泥的特征，并对污泥处置措置手艺进行从头定位和组合，实现污泥的分质处置。 1.污泥性质解析 1.1 污泥的贫资本特点 污泥常被认为具有庞大的资本化潜力。但是，不管从产量仍是质量上，污泥资本化潜力远不如糊口垃圾、农林烧毁物等年夜宗废料。据国度统计局数据，2016年，我国糊口垃圾清运量达2.0亿吨，而市政污泥发生量约4000万吨(以80%含水率的脱水污泥计)，扣除水份后，干固体仅800万吨。我国污泥无机质含量遍及偏低，通常是30~60%，这意味着前述干固体中还年夜量缺少资本化价值的无机质。固然这些无机质能够用在制建材，但这类体例更适合称为烧毁物消纳而非资本化操纵。无机质中，难以生物降解的木质纤维素含量约14~30%，腐殖酸含量约10~15%，它们的具有进一步下降了污泥生物转化能源的效力。以污泥无机质含量60%为例，脱水污泥成份能够用图1(a)归纳综合。从污泥干固体元素构成看，其碳含量相远低在生物资废料。按照对几十座南边污水厂污泥性质的查询拜访，其平均元素构成如图1(b)所示，此中碳元素作为多种资本化处置手艺的操纵对象，其比例仅45%。从污泥无机物构成看，卵白质是首要成份，但其含量不跨越50%，其次是多糖、腐殖酸、脂类等。 是以，污泥是一种高含水率、多组分组成的复杂废料，不管是以无机质、无机质为资本化对象，仍是纯真以某一类组分或元素为资本化对象，其在污泥中的比例都很低。是以，污泥具有贫资本的特点，假如仅环绕某一类组分设想处置流程，其效力不高，而对某一类组分(如生物炭、卵白质、磷)的过度寻求可能会致使处置费用和情况负荷的年夜幅增添，是以应从烧毁物消纳的角度分析斟酌污泥的处置措置系统。 图1 脱水污泥的平均构成和元素含量 1.2 污泥的低热值特征 污泥能源化是污泥资本化的首要标的目的之一，其首要操纵污泥中的无机质。但是，污泥中的年夜量水份不该疏忽，应当纳入到全部处置流程中斟酌。污泥干基热值与无机质含量的关系统计如图2所示。污泥无机质含量60%时，其干基热值约12000 kJ/kg，这意味着，1kg脱水污泥无机质热值约1440 kJ，低在水份蒸发所需的约2000 kJ热量。从这个角度看，污泥现实上是一种负热值或低热值废料，通俗机器脱水+热干化+热化学处置(燃烧/混烧/热解/碳化等)均不克不及实现能量的净产出。上述手艺线路现实上需要额外输入能量，并不是严酷意义上的“能源化”。 要下降污泥水份脱除的费用，能够采取太阳能、废热等便宜热能，但这需要适合的外部前提;而要削减水份蒸发能耗，能够经由过程强化机器脱水使污泥含水率从80%降至60%或更低，再进行热干化。虽然其电耗增添，但总的能耗要小在热干化。另外，还能够采取无需分手水份的无机质转化能源手艺，如厌氧消化等。 图2 污泥无机质含量与热值的关系 1.3 污泥的絮体布局特点 和一般的生物资废料分歧，残剩污泥颗粒由微生物细胞、胞外聚合物(EPS)为骨架的絮体组成，EPS之间由钙、镁等二价金属离子联络，而水份、细沙等被裹挟在絮体内。这些水份除少许自在水外，年夜量水份以附着水、毛细水、连系水的情势具有在絮体内部，难以脱除。污泥的高含砂量特征也会影响污泥处置装备的持久不变运转，固然能够经由过程离心计心情或水力旋流除砂器去除污泥中的砂砾，但这些方式对粒径小在200 μm的细砂分手结果一般，并且需要较年夜能耗。残剩污泥的这一絮体机构特点会对其脱水、干化和生物处置形成晦气影响。 要进行科学的污泥处置措置，就必需充实熟悉污泥的贫资本、低热值和絮体布局特征，避免单方面强调污泥的资本属性，过度寻求单一的资本化产物，而应在包管污泥无害化的条件下采取分析的污泥处置措置系统。 2. 污泥处置措置手艺流程的逆向设想 污泥处置措置的全进程包罗处置和措置两个阶段，措置就是要实现污泥的终究消纳，措置之前为处置阶段。很多污泥项目常常只要处置阶段，即从污泥来历最先，遵照污泥的处置流程安插处置单位，而因为熟悉程度、政策导向、治理机制和市场合作等缘由疏忽或简化了终究措置环节，使得这些项目成了“半截项目”。例如，厌氧消化项目仅转化污泥中的部门无机质，对消化污泥仅提出能够进行地盘操纵，但对地盘操纵的预处置、场地和具体规程等都未进行申明;热干化项目仅是去除污泥中的水份，但对干化污泥的前途缺少计划或避而不谈;燃烧项目并不是终究措置手段，对无机质含量50%的污泥而言，500 t/d(脱水污泥)项目标灰渣产量将跨越50 t/d(含有弥补燃料和烟气管理引入的无机质)，一些项目仅提出燃烧灰渣能够进行建材化操纵，但对灰渣性质、建材品种、加工方式、发卖路子语焉不详。这致使良多项目投产后运营欠安，不但未到达资本化预期，还致使了污染物的再次转移。 为领会决上述问题，应当采取逆向设想取代保守的正向设想，从污泥的终究前途动身对全流程进行安插。严酷来讲，污泥的措置体例只要填埋、地盘操纵和建材化等。污泥填埋能够消纳全数污泥，是现阶段很多城市不能不采取的措置体例。但是，从填埋场运转治理和政策导向看，尽可能削减进入填埋场的水份和无机质是污泥填埋的首要趋向。是以，在污泥填埋之前应脱除水份和去除无机质。污泥建材化首要操纵此中的无机质，包罗水泥窑协同措置、制砖和制陶粒等。水泥窑协同措置对污泥前处置进程要求较低，无机质能够在水泥窑中燃烧释放热量，湿污泥也可少许掺烧，但更好的体例是操纵余热干燥污泥后再入窑，是以这一措置体例的前处置进程首要是脱除水份。污泥制砖、制陶粒时需要采取干污泥，无机质在烧结进程中能够供给热量和增进孔隙生成，但从提高陶粒或砖的质量和增添污泥消纳量的角度，适合采取污泥灰渣进行烧结或制免烧砖，是以其前处置进程包罗脱除水份和去除无机质。污土壤地操纵首要是操纵此中的养分元素和不变化的无机质(如腐殖质)，无机质对其影响较小，是以地盘操纵之前要进行水份脱除和无机质转化。 按照上述逆向设想思惟，能够将污泥终究措置体例与前处置手艺相连系，挑选出可用的处置手艺线路。水份去除的经常使用体例包罗机器脱水和热干化，而无机质去除或转化的经常使用体例包罗厌氧消化、热化学处置(燃烧/混烧/热解等)、堆肥等。如许，污泥首要处置措置流程能够归纳为图3。此中，污泥经高干脱水后能够填埋，但仅适合作为过渡和应急方式。厌氧消化能够去除部门无机质，从而增添机器脱水进程中去除的水份总量，削减后续热干化水份蒸发的能耗，是以厌氧消化+干化燃烧/热解的体例在国外一些污水厂取得了利用，但这一体例的整体结果还需进一步评估。别的，固然厌氧消化能够实现污泥不变化，但其不变化水平不如好氧堆肥，消化污泥一般要经晾晒或短暂的好氧处置后才适合地盘施用。 图3 基在终究前途的污泥首要处置措置流程 3. 污泥分质处置方案和手艺需求 从上述污泥处置措置路子看，因为污泥含水率高，水份的去除是所有路子的焦点环节，其决议了全部工艺流程的效力、能耗和费用。在机器脱水和热干化两个首要的脱水环节中，机器脱水又更加要害。因为机器脱水能耗相对较低，机器脱水水平的加强将年夜幅下降热干化进程中的水份蒸发能耗。影响污泥脱水结果的内涵身分是其水份具有形态，而水份具有形态又取决在污泥颗粒布局与无机质组成。是以，假如能在污泥脱水前尽可能去除无机质，将其改变为近似无机污泥，便可以年夜幅改良脱水结果。但是，在图3的经常使用处置流程中，除厌氧消化外，污泥水份脱除环节一向位在无机质去除环节之前，即现有工艺流程为：水份去除→无机质转化→无机质措置，这就致使水份脱除遭到无机质的干扰，效力很低。从分质处置的角度动身，抱负的流程为：无机质去除→水份去除→无机质措置或操纵。 要实现上述分质处置方针，就需要在水份具有的前提下尽可能实现无机质的去除或转化。现阶段可选手艺包罗厌氧消化、湿式氧化、超临界氧化和高压液化等，但除厌氧消化外，其它几种体例在能量收受接管上还具有不足，范围利用时还需要降服很多手艺妨碍。厌氧消化手艺成熟，但其无机质降解率仅40%摆布，消化污泥机器脱水后含水率约80%，脱水污泥总量削减24%(以污泥无机质含量60%计，下同)，还没有达到分质处置的方针。要实现这一方针，需要开辟新手艺冲破厌氧消化无机质降解率的极限。今朝正在推行的污泥热水解预处置或后处置能够必然水平提高无机质降解率。污泥经热水解后，破解污泥在厌氧消化进程中无机质转化率到达60%，这意味着消化污泥无机质含量降至37.5%，已趋在无机污泥。如许，消化污泥机器脱水后含水率能够低至50~60%，相对未经上述处置的脱水污泥约减量70%，这能够年夜年夜下降污泥终究措置的费用。固然污泥热水解+厌氧消化在国表里已有年夜量项目案例，但其距离真实的分质处置还必然距离，后续改良标的目的首要包罗：(1)开辟污泥复合破解调质方式，进一步提高无机质转化率至90%以上，并下降这些辅助处置的能耗和费用;(2)避免预处置进程中生成难降解无机质，同时增进污泥中木质纤维素和腐殖酸类物资的转化，今朝热水解预处置手艺尚不克不及到达这一要求;(3)在无需脱水的条件下，实现消化污泥中抗性无机质的转化。 现实上，今朝我国的污泥处置措置全工艺链条其实不能实现能源自给。厌氧消化单一环节能够实现能量输出，但后续脱水、干化、措置等环节会使全部链条酿成净耗能进程。但这也提醒，厌氧消化是无需脱除水份实现无机质转化能源的主要路子，假如能够进一步改良这一手艺，使无机质转化率到达90%以上，厌氧消化完全能够成为污泥处置措置的焦点环节，尔后续脱水和无机质操纵也将更加简单，而且有益在污泥磷、氮的收受接管和重金属的固定化。 本文根据作者在2018年中国城镇污泥处置措置手艺与利用高级钻研会上的讲话清算。 作者：李欢，持久处置无机固体烧毁物处置和资本化手艺研究，深圳市污泥和厨余协同措置与资本化手艺项目尝试室，清华年夜学深圳研究生院副传授。
污泥处置：基在泥质 保障前途 逆向设想 分质处置 来历:情况论评作者:李欢所属频道:水处置要害词:污泥处置干化污泥消化污泥
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