污泥资源化处置技术

醉清风

1前言 随着我国城市化进程的加快，城市污水处理率逐年提高，城市污水处理厂的污泥产量也急剧增加。据估算，目前我国城市污水处理厂每年排放的污泥量（干重）大约为180万吨，而且年增长率大于16%，特别是在我国城市化水平较高的大中型城市与地区，污泥出路问题已经十分突出。 针对污泥处置问题2009年2月18日，由中华人民共和国住房和城乡建设部、环保部、科技部联合下发了《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策（试行）》。这是我国首次从国家层面上出台污泥处理处置政策，该政策针对污泥处置目标明确写明“实现污泥的减量化、稳定化和无害化，鼓励回收和利用污泥中的能源和资源，达到节能减排和循环经济的目的”，更是强调“地方人民政府是污泥处理处置设施规划和建设的责任主体”及“地方人民政府应优先采购符合国家相关标准的污泥衍生产品”。同年，又出台《城镇污水处理厂污泥处理处置技术指南》和《关于进一步加强污泥处理处置工作组织实施示范项目的通知》，表明我国力推污泥处理处置领域发展的决心。“十二五”规划约达600亿元的污泥处置投资额无疑更是推动污泥处理处置市场发展的一大举动，针对国家十二五污泥规划，各个省市也相继出台了相应的政策，如浙江省有关污泥政策明确规定：设区市城市污水处理厂污泥无害化处置率要达到85%以上，县级市城市污水处理厂污泥的无害化处置率要达到75%以上，县城污水处理厂的污泥无害化处置率不低于70%。 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、性质的复杂性及处置新政策决定了其处置的难度，对技术提出严峻挑战。我公司从美国引进污泥干馏技术，以污水厂产生的污泥制造生物碳，实现了污泥的减量化、稳定化、资源化处置，使污水处理厂掌握了实施污泥处理项目的主动权，并使污泥处理项目实施具有了可操作性以及可控性。本文主要在分析污泥处置现状的基础上，引出我司的污泥干馏技术，着重介绍了污泥干馏技术的基本原理及技术特点，由于其具有污泥处理和能源回收的双重效果，发展前景好。 2污泥处置现状分析 目前对污泥的处理处置途径主要有：污泥土地利用、污泥填埋、污泥焚烧、污泥干化和污泥制建材等，这类技术在一定程度上对污泥进行了合理处置，但随着污泥量的快速增多及国家对污泥资源化要求越来越显著的背景下，越来越不能达到处置目的了，各技术比较详见表1。 表1 污泥处置技术比较 污泥处置方式 优    点 缺    点 污泥土地利用 营养成分较丰富，典型的污水厂污泥中含有氮4%、磷2.5%和钾0.5%左右，污泥施用于农田后，具有改良土壤结构、增加土壤肥力、促进作物生长及能够回收利用有机质等特定，合理开发利用污泥，既可以解决环境污染问题，又可以为农业开辟有机肥源。 污泥中含有大量病原微生物和寄生虫，可以通过各种途径传播，污染土壤、空气、水源，甚至进入食物链危及人类健康；污泥中含有一定量的重金属，会对动植物产生毒害作用，并可以通过食物链富集，影响人类健康；还有些污泥含盐量较高会明显提高土壤的电导率，过高的盐分会破坏养分之间的平衡，降低土壤的利用价值。   污泥填埋 投资少、容量大、见效快 需要大量土地容纳污泥，而且填埋场地建设和污泥运输费用较高，填容量有限；填埋场有害成分的渗漏可能会对地下水造成污染，场地的臭气问题造成二次污染。   污泥焚烧 可以迅速和较大程度的使污泥减容；污泥焚烧可以迅速将污泥氧化并释放出一定的能量；所含重金属在高温下被氧化成稳定的氧化物，残渣无菌无臭，热量可以被利用。 需要消耗大量能源，建设和运行费用高；工艺设计和设备复杂，对操作人员的素质和技术水平要求高；焚烧时会产生大量的有害物质如二噁英等气体污染空气，控制不当容易造成二次环境污染。   污泥干化 干化后的污泥性能稳定、臭味消除、无病原物 设备初期投资大，能耗大、运行费高   污泥制建材 占地面积小，处理快速，不受污泥性质和季节因素限制，可消纳途径广泛，资源利用率高. 成本较高，烟气处理的环境要求高。 从表1通过对目前应用较多的污泥处置技术的比较，我们不难发现，污泥在最终处置过程中需要满足以下几个最基本的处置要求：（1）长距离运输带来的污染问题；（2）病原微生物、病毒及重金属的二次污染问题；（3）污泥衍生产品的资源再利用；（4）设备投资和运行费用适中。在解决了上述基本处置要求后，寻求一种能真正实现减量化、无害化、资源化的处置技术，在经济上各级地方政府可以接受，处置后的衍生产品无害、实现循环经济的目的。 3污泥干馏技术原理及工艺流程 3.1 技术原理 我司的污泥干馏技术是利用污泥中有机物的热不稳定性，在密闭、无氧、非燃烧、高温状态下，对污泥进行高温加热干馏，通过汽化、热解、脱氢、热缩合及炭化等一系列反应，将污泥中的水分蒸发，有机物转化为可燃气体和生物碳，使污泥得到有效处置。 3.2 工艺流程及说明 整个污泥干馏工艺包括污泥输送系统、预热干燥系统、干馏机组、生物碳冷却及包装系统、冷却水、尾气净化装置等主要部分组成。 将污水处理厂产生的污泥直接通过污泥输送设备输送至污泥预热干燥机组进行预热干燥处理，经过干燥处理后的污泥输送到干馏机组。干馏机组系统内部分为燃烧室和干馏室两个独立的空间，将燃料的燃烧和污泥的干馏分别在两个独立的空间内进行，通过干馏处理，将污泥中的主要成分转化为可利用的冷凝水、可燃气体和生物碳，可燃气体直接回用于干馏机组作燃料，生物碳经过生物碳冷却系统冷却装袋后由专门公司收购后用于土壤改良，同时，干馏机组产生的高温烟气利用于预热干燥机组，烟气经脱尘除硫等净化设备处理后排放，整个处理过程实现污泥处置的减量化、无害化、资源化处置。在干馏过程中，污泥各成分的去向为： （1）水分 蒸发→混合气→分离→冷凝水→污水处理厂污水入口处 （2）有机挥发分 热解→混合气→分离→不凝可燃气→干馏机组燃料→二氧化碳和水 （3）碳元素 脱氢→炭化→冷却→生物碳→回收→土壤改良 （4）细菌 高温→灭菌 （5）重金属 高温氧化→钝化、灰分固化 4污泥干馏技术处理污泥的特点 与采用传统的污泥填埋、堆肥、焚烧、制作建材等污泥处置工艺比较，污泥干馏技术主要有以下技术特点。 4.1 处理全过程的可控性 作为污泥处理的责任主体的污水处理厂，采用传统的填埋、堆肥、焚烧、制作建材等污泥处置工艺时，对污泥运输、污泥处理过程或污泥副产品使用过程中容易产生的环境污染、水污染、空气污染、土壤污染等很多环节都无法控制。 干馏法处理污泥，使作为污泥处理的责任主体的污水处理厂对污泥处理全过程具有可控能力。干馏法处理污泥过程是在污水处理厂内进行，避免外部处理污泥单位造成环境污染问题时，所负的连带责任。 干馏法将污泥进行机械脱水后，输送到污泥干馏机组内，污泥干馏处理的全过程均在封闭的设备内进行，污泥干馏处理过程中与大气、环境隔绝，对周围空气、水源、生态环境不造成任何污染。 干馏法将污泥在污水处理厂内就地处理，避免了污泥运输过程中可能造成的环境污染问题。 4.2 杜绝了二次污染、资源得到充分利用 污泥中的主要成分在干馏处理过程中转化为可利用的冷凝水、可燃气体和生物碳，冷凝水经过净化处理后可以作为煤气发生炉补水，可燃气体直接回用于干馏机组作为燃料，为企业节约能源费用，生物碳由专门的生物技术公司回购后作为土壤改良剂用于园林、花卉等。 整个污泥干馏工艺是在密闭、高温、无氧、非燃烧系统内进行，避免了处理过程中产生二噁英、氮氧化物等有害物质污染空气；污泥中各种病原微生物、病毒在高温下被彻底灭杀；污泥中的重金属特别是Hg、Ti被钝化不会造成二次污染。 4.3 项目实施的独立性 污水处理厂采用传统的填埋、堆肥、焚烧等污泥处置工艺，污水处理厂本身无法独立实施，均受外部条件、环境等因素的制约和影响，必须寻求或依赖外界的合作。采用污泥干馏技术，污泥在污水处理厂内进行处理，使污水处理厂可以完全独立实施污泥处理，不受任何外部条件、环境等因素的制约和影响，不需要寻求或依赖外界的合作，摆脱了污水处理厂在进行污泥处理时，所受到的外部条件制约。 由于传统的填埋、堆肥、焚烧等污泥处理工艺对处理设施周围的环境有很大的影响，因此需要进行严格的立项、环评等审批手续。干馏处理污泥过程中，对污水处理厂周围的环境不产生任何污染，只是在污水处理厂内（污泥干馏处理车间）安装1台或多台干馏污泥机组，属于技术改造，因此，避免了繁杂的立项、环评、审批等手续。 4.4 项目的经济效益显著 （1）干馏法处理污泥是在全封闭的状态下进行，并对干馏过程中的余热、可燃气进行了充分回收利用，不仅仅减少了热损失，同时节约了大量的能源，减少了二氧化碳排放。处理每吨污泥（含水率≤80%）耗热量（热损失）80-90万kcal，耗电10.7kW·h。 （2）干馏法处理污泥设施占地面积小，以日处置50吨含水率80%的污泥项目为例，占地面积为600平方米，平均每吨污泥处置设施占地12平方米。 （3）干馏法处理污泥是在污水处理厂内就地处置，避免了污泥在运输过程中可能产生的环境污染问题，并且节约了长距离运输费用。 （4）干馏法在各种污泥处理处置技术中，运行费用适中，如果以天然气为燃料，吨污泥处置直接能耗费用在295.6元左右，同时，干馏过程中产生的副产品具有很高的附加值，其化学性能稳定、用途广泛并能够长期保存，通常有专门生物技术公司回收后作为土壤改良剂用于园林、花卉、农业等领域。 4.5 干馏法处理污泥减少碳排放 （1）由于污泥热裂解是在与空气隔绝、无氧状态下进行的，因此污泥中的碳无法变身有害的二氧化碳，而是转化为挥发可燃气体。 （2）干馏污泥制造的生物碳被埋在土壤里，吸收土壤中的二氧化碳，防止土壤中的二氧化碳进入大气，使农地成为大型的碳存库。 （3）干馏法处理污泥过程中虽然消耗了130多公斤化石燃料（煤），但同时回收了100多公斤生物碳，实现了大部分碳的置换。 （4）干馏法处理污泥是在污水处理厂内进行，大大减少了污泥运输环节所消耗的能源，从而减少二氧化碳的排放。 （5）干馏处理污泥的过程是炭的还原过程，将有机碳元素转变为无机碳元素，不会像焚烧法一样产生氮氧化物和硫氧化物等酸雨的组成成分，可以大幅削减温室气体二氧化碳的排放。 （6）干馏处理污泥技术最大限度地实现了减量化和资源化的基础上，促进低碳社会的建设，将“土壤碳库”的作用发挥到极致。 5结论 进行污泥减量化、无害化、资源化处理是我国污水处理厂可持续发展的根本出路和必然选择，同时也是我国环境保护产业的大势所趋，选择污泥干馏技术进行污泥处理，为污水处理厂的污泥处置提供了一条可以化害为利、变废为宝的合理出路，具有环保和经济的双重效益。在广东、福建等地已建有利用污泥干馏技术进行污泥资源化处置的工程应用，设备运行稳定且已通过相关部门验收，我司目前在浙江永康正在建一处理规模50t/d的示范工程项目，预计9月份完工投产运营，通过一系列工程项目的实际运行，利用干馏技术进行污泥资源化处置，具有广阔的前景。