系列文章-市政污泥处理处置技术调研报告(终)

作者: laokou 分类: 水处理 发布时间: 2021-02-10 08:33

第七部分:其他资源化利用技术

污泥处理技术大致可归结为两大类:一是抛弃型技术,污泥作为废物不利用;二是资源化技术,充分利用污泥中的有用成分,实现变废为宝。后者符合可持续发展的战略方针,有利于建立循环型经济,近年来得到广泛关注。除了本报告前面几章介绍的几种污泥处理处置技术外,还有一些近年来研究比较热门的污泥资源化利用技术。

7.1 污泥的建材利用

污泥中除了有机物外往往还含有20~30%的无机物,主要是硅、铁、铝和钙等。因此即使污泥焚烧去除有机物,无机物仍以焚烧灰的形式存在,需要做填埋处置。如何充分利用污泥中的有机物和无机物污泥的建材利用是一种经济有效的污泥资源化方法。

污泥的建材利用大致可归结为以下方法:制轻质陶粒、制熔融资材和熔融微晶玻璃,生产水泥等,制砖已经很少应用了。过去大部分以污泥焚烧灰作原料生产各种建材,近年来,为了减少投资(建设焚烧炉),充分利用污泥自身的热值,节省能耗,直接利用污泥作原料生产各种建材的技术已开发成功。

污泥制轻质陶粒的方法按原料不同可分为两种,一是用生污泥或厌氧发酵污泥的焚烧灰造粒后烧结。这种方法20世纪80年代已趋向成熟,并投入应用。利用焚烧灰制轻质陶粒需要单独建设焚烧炉,污泥中的有机成分没有得到有效利用。近年来开发了直接从脱水污泥制陶粒的新技术。

污泥熔融制得的熔融材料也可以做路基、路面,混凝土骨料及地下管道的衬垫材料。但是以往的技术均以污泥焚烧做原料,投资大,污泥自身的热值得不到充分利用,成本高。阻碍了进一步推广应用。

我国是世界上水泥生产第一大国,对照国外经验,利用生产水泥消纳废物的潜力很大。目前我国水泥工业利用废物例还不到10%。水泥生产中利用废物主要是高炉水渣、粉煤灰,副产品石膏、炉渣烟尘等。近年来,日本利用城市垃圾(污泥)焚烧灰和下水道污泥为原料生产水泥获得成功,用这种原料生产的水泥叫生态水泥,一般认为污泥作为生产水泥原料时,其含量不得超过5%。我国葛洲坝当阳水泥有限公司的水泥窑协同处置技术,让污泥变水泥,既可以减少对不可再生能源的开发,又可以彻底解决占用土地、二次污染等问题,不仅环保还能创造经济价值,真正达到了“无害化、减量化、资源化”的要求,实现了废弃污染物的循环再利用。

7.2 活性污泥做黏结剂

据统计,我国现有城市污水处理厂处理能力约为2.28亿m3/d,含水率80%污泥年产量超过5000万t。而与此同时我国数千家合成氨厂,其中绝大多数采用黏结性较强的白泥或石灰做气化型煤黏结剂。通常将这类黏结剂制成的型煤称为白泥型煤或石灰炭化型煤。石灰炭化型煤气化反应性好,但成型工艺复杂,石灰添加量较多,成本也高,影响工厂经济效益。白泥型煤生产工艺较简单,制成的型煤强度高,但型煤气化反应性差,灰渣残炭高,蒸汽耗量大,是困扰生产厂家的一大难题。为此寻找一种黏结性高、成本低、型煤气化反应好的黏结剂一直是化肥厂的一个重要课题。污泥本身含有有机物,如蛋白质、脂肪和多糖,具有一定的热值,又有一定的黏结性能。活性污泥做黏结剂将无烟粉煤加工成型煤,而污泥在高温气化炉内被处理,防止了污染;污泥作为型煤黏结剂,替代白泥可改善在高温下型煤的内部孔结构,提高了型煤的气化反应性,降低了灰渣中的残炭,提高炭转化率,污泥既可以作为一种黏结剂,同时也是一种疏松剂,污泥的热值也得到了利用,且污泥处理量大。

7.3 提取PHA

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是许多原核生物在不平衡生长条件合成的胞内能量和碳源贮藏性物资,是一种天然的高分子生物材料。由于PHA同时具有良好的生物相容性能、生物可降解性和塑料的热加工性能,所以它同时也可作为生物医用材料和生物可降解包装材料。在化学合成塑料所造成的“白色污染”日益严重的今天,PHA作为合成塑料的理想替代品,已成为微生物工程学研究的热点。目前,利用纯种发酵生产是获得PHA的主要途径,但由于生产成本过高制约了其大规模的商业化应用。因此,降低PHA的生产成本是大规模商业化应用PHA所需要解决的首要问题。活性污泥是废水处理系统中自然形成的微生物和有机物的聚集体,1974年就有人从活性污泥中提取到PHA,为利用活性污泥生产PHA奠定了基础。污泥中提取PHA技术通过四个步骤提取:筛选适合的微生物→生产制造PHA需要的碳源挥发酸→在生物质中富集PHA,生产半成品→精炼半成品,获得纯PHA,最终根据用户的需求生产塑料。国外也有把污泥通过发酵制成生物可降解塑料的工艺,有实验室包括小试方面的研究,但生产性应用在效率上还受到一定的限制。

7.4 污泥制作动物饲料

污泥本身含有机物,如蛋白质、脂肪、多糖,还含有维生素,均是动物所需要的营养物质。污泥中70%的粗蛋白以氨基酸的形式存在,以蛋氨酸、胱氨酸、苏氨酸和缬氨酸为主,各种氨基酸之间相对平衡,是—种非常好的饲料蛋白。在国外用城市污泥或活性污泥加工成蛋白质饲料喂鱼、饲养家禽、动物等已有较成功的试验和制作的技术工艺。

7.5 污泥低温热解制燃料油

市政污泥中有机成分占干泥的比重高达70%~85%,将其制油可获得较高的油收率。污泥热解技术与污泥焚烧技术均为热化学处理技术。热解技术以污染小、产物利用价值高等优点而备受关注,也可作为生物污泥焚烧处理的替代技术。1982年,德国率先对污泥低温热解制油进行实验室研究。1986年,澳大利亚的Perth和Sydney建立了两座实验工厂,为20世纪90年代末第一座商业规模的Subiaco污泥低温热解炼油厂的正式建造提供了大量的数据和经验,其建成后每天处理规模高达25吨干泥。低温热解制油具有能量回收率高、对环境污染小、成本较低等优点,因此具有可观的应用前景。

 

 

第八部分:污泥处置未来发展方向

8.1 污泥处理处置技术选择分析

根据《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南》,国家鼓励将城镇生活污水产生的污泥经厌氧消化或好氧发酵处理后,严格按国家相关标准进行土地利用。如果当地存在盐碱地、沙化地和废弃矿场,应优先使用污泥对这些土地或场所进行改良,实现污泥处置。

有条件的污水处理厂,应首先考虑采用污泥厌氧消化对污泥进行稳定化及无害化处理的可行性,污泥消化产生的沼气应收集利用。当污水处理厂厌氧消化场所需场地条件不具备,或污水处理厂规模较小时,可将脱水后污泥集中运输至统一场地,采用厌氧消化或高温好氧发酵等工艺对脱水污泥进行稳定化及无害化处理。

当污泥不具备土地利用条件时,可考虑采用焚烧方式处置。当污泥采用焚烧方式时,应首先全面调查当地的垃圾焚烧、水泥及热电等行业的窑炉状况,优先利用上述窑炉资源对污泥进行协同焚烧,降低污泥处理处置设施的建设投资。众所周知,污泥焚烧的投资和运营成本相对较高,而当某城市有水泥厂、电厂等情况下,开发混烧技术或利用余热作干化,通过这些配套条件降低成本,这也是我国近几年不断尝试的线路。

当污泥泥质不适合土地利用,且当地不具备焚烧和建材利用条件,可采用填埋处置。据上述数据所述,目前填埋的处置方式占据了污泥处置市场65%以上的份额,显然我国目前污泥处置结构方式存在问题,但目前的处置结构是受制于成本和管理因素,出现的无奈和短期的处置出路。随着城市化的推进,连垃圾都没有地方填埋而要被迫选择高价焚烧时,污泥的资源化路线将成为主流。

8.2 污泥处理处置技术未来发展趋势

随着社会的发展,对资源和能源的期望也增加了。在此背景下,现在污泥中的污染物,将来会实现最大程度的“资源化”。从处理处置为目标转变观念为以资源化利用为导向,实现科技创新服务可持续发展。

总的来讲,如《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南》中所提及的:我国污泥处理处置应符合“安全环保、循环利用、节能降耗、因地制宜、稳妥可靠”的原则。现阶段污泥治理压力较大的情况下,污泥的减量化、无害化为当前治理的首要目标,即要符合“安全环保”的原则,未来污泥的资源化方向将成中的发展方向。

  • 资源化利用是未来趋势。社会的发展及对能源的需求,使污泥的资源化或能源化利用可能成为主要趋势,新技术的开发及应用将会围绕此领域。例如,污泥焚烧热能利用效率提升,泥性变化及协同处置方式使得深度脱水污泥由可自持焚烧向能量输出转变,可以作为资源化利用形式的焚烧、热水解+厌氧消化及衍生的热电联产都将有可能成为未来趋势。
  • 好氧发酵技术向精细化、安全可靠发展。在其具体实现形式上,优化人工条件,以减少占地、缩短周期等方式满足现代城市发展需求的措施或创新仍是主要工作。在土地利用层面,在满足产品安全及合适的施用方式等方面仍有较多工作要做。
  • 焚烧、热解与炭化等将会是污泥处置的重要方案。现代社会与城市结构注定占地小、处理相对彻底的焚烧、热解及炭化仍是污泥处置方式中的重要方案,尤其面对类似难降解有机物含量较高或其它特种污泥时,其效果优势足以覆盖其成本劣势。装备方面有可能向特种污泥处置或高效设备、紧凑高效型整套技术设备领域发展。
  • 污泥热水解技术将会多元化发展。污泥的水热处理方法(热水解、湿式氧化)的优点是可被作为污泥处理技术路线中的单元技术,用于污泥的减量化、稳定化、无害化或资源化利用组合工艺中的单元环节,未来将形成更加丰富的组合工艺路线。
  • 交叉领域新型技术及设备将不断引入。如源于高浓度有机废水的湿式氧化、煤泥干燥领域的旋风干燥。另有预处理领域的电渗透脱水、深度脱水,源头减量内的原位消解、减量菌等技术不断出现。
  • 填埋技术将会逐步淘汰。卫生填埋虽然仍是现阶段的主要处理方式,但其并不是真正安全、可持续的处置形式,无论从营养元素循环还是城市长远发展角度来看,都不太适合,未来所占比例将会大幅降低。
  • 新技术应用在污泥处理处置领域不断得以尝试。污泥热水解提取蛋白、污泥中回收鸟粪石等资源回收或高附加值产品制备技术开始在应用市场中出现。受产品成本、应用安全性及其它来源形式竞品的优质、低价竞争,现阶段此类技术市场份额占比较小,未来或许会有较大发展空间。
  • 技术集成将进一步丰富路线形式。不断研发的单元技术及不同的需求演化出丰富的组合技术路线,从而具备不同的特点及适用性。

8.3 未来发展对策

我国目前污泥处理处置形势十分严峻,这既是机遇也是挑战。首先,应明确污泥稳定化和无害化目标,确定临时和长远的技术路线和规划,完善技术规范和标准(监管、招投标等)。另外,应加大财政投入,制定相应产业政策,构建透明、合理、可行的价格激励体系。政府应积极引导,制定补贴政策,鼓励污泥资源化利用。加大科技支撑(水专项、863等)和装备产业化研发,打造示范工程。