污泥处理处置的主流技术有哪些

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近年来,我国污泥处理处置技术取得了一定进展,污泥处理处置政策和标准正在逐步完善。 但面对社会发展对生物质能源和环境质量提出的更高要求,我国污泥处理处置应以无害化为目标,以资源化为手段,实现污泥的安全处理处置和资源化利用,解决污泥处置问题。问题 污泥的最终出口。

随着我国经济持续快速稳定发展,我国城市污水处理规模日益增大,污泥产生量也相应增加。 据统计,2019年我国污泥产量已突破6000万吨(按含水率80%计算),预计2025年我国年污泥产量将突破9000万吨。长期“重水轻泥”,污泥处理处置并未与污水处理同步提高。 污泥处理处置问题尚未得到有效解决,形势十分严峻。

污泥特点及我国处理处置现状

污泥特性

污泥作为污水处理的副产品,富含污水污染物(重金属、难降解有机物、持久性有机物、微塑料等)和营养物质(C、N、P等)。 它具有“资源”和“污染”双重属性。 污泥中含有的丰富有机物,可通过厌氧处理,获得甲烷沼气(沼气)、氢气(H2)等热值较高的燃料。 此外,污泥中丰富的资源还可以通过蛋白质提取等技术进行回收。 处理后的稳定化产品还可以实现土地利用(养分、稳定化有机物产品)和建筑材料利用(无机物)等,从而实现污泥的稳定化、无害化和资源化。

与发达国家相比,我国城市污水处理厂污泥具有有机质含量低、含砂量高、产量大的特点。 因此,污泥处理处置技术路线的选择应根据我国城镇污水处理厂污泥的具体性质。 充分考虑污泥的“资源”和“污染”双重属性,实现环境、经济效益和社会效益最大化。

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我国污泥处理处置现状

国家“十水条例”明确提出,污水处理设施产生的污泥应当稳定化、无害化、资源化,不符合处理处置标准的污泥禁止进入耕地,确保安全处置。污水处理厂污泥全额。 处理过程和处置环节不会对环境造成二次污染。

目前,我国常用的污泥处理技术主要有污泥浓缩技术、污泥脱水技术、污泥厌氧消化技术、高温好氧发酵技术、污泥热干化技术等。

处理后的污泥需要安全处置。 目前,我国常用的处置方式有土地利用(农业利用)、焚烧、卫生填埋等。 但这些处置方式目前都不同程度地遇到了障碍:土地利用对污泥质量要求较高,污泥中重金属等有毒有害物质经常超标; 由于污泥含水率高,焚烧能耗过高,不环保; 卫生填埋场常常会遇到无地可填的尴尬局面。

由于污泥处理处置责任和最终处置途径不明确、法律法规监管体系不完善,以及我国城市污水处理厂建设初期存在严重的“重水轻泥”现象,目前我国的污泥处理设施才基本实现了污水处理的目标。 污泥减量化没有真正实现“三化”,存在严重的二次污染风险。 据统计,污泥厌氧消化的普及率仅为3%,远低于发达国家50%的水平。 目前,我国污泥处理处置与发达国家的差距主要体现在:我国污泥​​处理设施处理能力不足; 污泥稳定化和资源化利用不足; 绿色生态处置方式不足等。

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污泥处理处置主流技术路线

针对我国污泥产生量大、处理处置严峻的形势,“十三五”国家城镇污水处理及资源化设施建设规划也明确提出,污泥要稳定化、无害化、资源化。 “十二五”期间,大量科研经费投入带动我国污泥处理处置技术快速发展。 在引进国外成熟技术的同时,针对我国污泥有机质含量低、含沙量高的特点,形成了稳定化、安全处置的四大主流技术路线:厌氧消化-土地利用、干化焚烧-灰渣填埋或填埋。建筑材料利用、好氧发酵-土地利用、深度脱水-应急填埋。

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污泥处理处置全链条技术路线

厌氧消化——土地利用

污泥厌氧消化是指污泥中的可生物降解有机物在兼性菌和厌氧菌的作用下被分解。 随着污泥的稳定化,产生大量高热值的沼气作为能源,实现污泥资源化利用。 化过程。 同时,厌氧消化过程也是污泥减量过程,可降解污泥中35%~50%的挥发性固形物,提高污泥脱水性能。 脱水后污泥可减量化30%~60%。 近年来,厌氧消化因其经济高效、可持续的优势,已成为实现污泥资源化的主流技术。 传统厌氧消化通常是指采用中温(35~37℃)或高温(52~55℃)对浓缩污泥(固含量5%左右)进行厌氧消化。 存在单位体积产气量、有机负荷低等问题。 效率低、项目效益不明确等缺点[1]。 因此,“十二五”期间,我国研发了高固含量厌氧消化、热水解预处理、协同厌氧消化等一系列先进厌氧消化技术,并在实际项目中得到应用[2]。 北京高碑店污水处理厂污泥高级消化项目和长沙黑糜峰污泥高级厌氧消化示范项目均采用“污泥热水解-厌氧消化”技术,提高污泥厌氧消化性能。 降低了沼气中H2S浓度,提高了沼气质量。 “十二五”期间,还对污泥餐厨等有机物协同进行了探索,建设了镇江污泥餐厨先进厌氧消化等示范项目。 北排在“高碑店”、“小红门”、“怀芳”、“高安屯”、“清河二期”5个污泥处理处置中心实施“高温预处理+厌氧消化”技术,实现污泥的稳定化、无害化,产品用于土壤改良、苗木种植和肥料生产,为国家提供了污泥资源化土地利用的典范。

干燥焚烧-建材利用

污泥干化焚烧技术是指先采用热的方法将污泥水分蒸发成干污泥,然后采用好氧燃烧使污泥无机化的过程。 污泥焚烧后的灰首先考虑用于建筑材料。 该技术时效性高,可在短时间内处理大量污泥,并可回收焚烧热。 是目前国际上一种高效的污泥处理处置技术手段。 我国上海、浙江等地已有多个项目[3]。 例如,上海石洞口污泥处理项目采用流化床污泥干化和流化床焚烧工艺。 这是国内首个污泥干化焚烧项目。 2010年,嘉兴热电合作污泥处置项目在国内首次试验污泥与煤混烧的污泥协同处置技术。 项目建成后,年新增发电总量约3亿千瓦时,节约标准煤约3亿千瓦时。 10万吨/年。 此外,焚烧后的炉渣还可作为建筑原料。 这种协同焚烧技术利用现有的工业焚烧炉将干污泥与其他物质混合并焚烧,在欧盟和日本得到了法律允许。 虽然在投资和运行成本上,污泥协同焚烧比单独焚烧更具优势,但我国尚无协同焚烧的相关标准,协同焚烧的烟气稀释、监测和处理等问题亟待解决。 干燥焚烧技术的发展仍处于起步阶段。 能耗高、投资和运行要求高、恶臭和尾气处理问题制约了该技术的应用。

好氧堆肥——土地利用

污泥好氧堆肥是指在一定的水分、碳氮和通风条件下,好氧微生物繁殖并降解污泥中的有机物,产生较高的温度,从而杀死污泥中的大部分寄生虫。 、病原体等,将污泥转化为稳定无害的腐殖化产物(肥料)的过程[4]。 城市生活污水厂产生的污泥经好氧堆肥后可满足农业限制使用、园林绿化和土壤改良的标准,其中的有机质和养分可得到有效回收利用。 此外,污泥好氧堆肥工艺的建设、运行和维护成本较低,工艺运行和操作相对简单,工艺稳定性高,更适合土地利用。 因此,高温好氧发酵已成为鼓励污泥土地利用的国家(如澳大利亚等)常用的污泥处理技术。 我国“十二五”期间,出现了一批示范项目,如秦皇岛绿色港污泥处理厂[5],开发了智能控制高温好氧发酵技术和滚筒一体化好氧发酵设备; 但由于污泥含水率高、占地面积大、恶臭气体产品出口有限等问题,限制了该技术的推广应用。

深度脱水——应急填埋

我国传统污泥填埋多采用脱水水泥饼(含水率75%~85%)直接填埋,造成了很多环境问题,主要是占用大量土地资源,产生大量渗滤液,造成地下水和地表水污染,破坏原有生态环境。 造成这些问题的根本原因在于前端缺乏稳定性和充分的降湿。 因此,近年来,深度脱水-填埋技术应运而生。 深度脱水是我国独有的脱水工艺。 该技术可以通过调理和预处理打破细胞壁,释放毛细管附着水和细胞内水,提高污泥的脱水性能,从而将污泥含水率降低至60%以下。 。 目前较为成熟的污泥深度脱水技术包括酸处理、高级氧化技术、热处理等物理化学方法,以及生物浸出、酶处理等生物降解方法,以达到脱水性能的最佳条件。以及污泥的经济性。 [6]。 随后采用机械加压脱水、新型板框压滤机压滤脱水等技术进行脱水。 但由于无地埋藏问题严重,填埋不符合未来发展趋势,只能作为阶段性、应急过渡性处置技术,无法成为主流技术。

混合污泥厌氧消化项目案例

厌氧消化作为世界上污泥处理处置的主流技术,可以实现污泥的稳定化和减量化,还可以实现生物质能源(沼气)的回收。 但由于我国长期实行“重水轻泥”政策,污泥厌氧消化普及率仅为3%,厌氧消化存在三大瓶颈:有机物转化率低、设施处理负荷低、项目运行效率低。 因此,国家迫切需要解决污泥的生物稳定化处理和资源化问题。 为解决化学利用的技术难题,我们开发了水热活化预处理、高固含量厌氧消化、污泥餐厨等有机物协同厌氧消化技术,为我国城市污泥处理提供可持续发展的解决方案。

长沙污水处理厂污泥集中处置项目

长沙市污水处理厂污泥集中处置工程采用“污泥热水解预处理+高固含量厌氧消化+污泥脱水+干化”的先进厌氧消化处理工艺。 属国内首创,拥有自主知识产权。 污泥热水解耦合高固含量厌氧消化示范工程也是该技术在国内的首次探索。 日处理规模500吨/日(含水率80%),项目总投资近4亿元。

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长沙项目热水解预处理-高固含量厌氧消化工艺流程

本项目进厂污泥经过热水解预处理,使有机物溶解,降低粘度。 通过后续的高固含量厌氧消化产生生物能源沼气。 残渣脱水干燥后用作垃圾填埋场覆盖土。 该资源化利用及环境治理项目有效解决了城市生活污泥的出路问题。

通过该示范项目的实施,在城市污泥生物质能源回收及资源综合利用技术领域取得突破,可解决城市污泥处理的能源资源问题。

镇江污泥餐厨协同先进厌氧消化示范项目

镇江污泥餐厨协同先进厌氧消化示范项目是国内首个城镇污水厂污泥和餐厨垃圾协同厌氧消化项目。 主要采用“餐厨源预处理+污泥热水解”+高固含量厌氧消化+沼渣深度脱水、太阳能干燥利用+沼气提纯提纯生产天然气”工艺方案,日处理规模260吨/天,其中餐厨垃圾140吨/天(含废油脂20吨/天)、城市污水厂污泥120吨/天(含水率80%),项目总投资近1.8亿元,可实现污泥与湿垃圾的“智能混合”协同处理。

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镇江项目污泥与餐厨垃圾共消化工艺流程

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西安市污水处理厂污泥集中处置工程工艺流程图

本项目采用太阳能干燥,有利于降低脱水污泥的含水率,充分实现热能的循环利用。 污泥与餐厨共同消化还可以提高消化设施的容积利用率,增加有机负荷。 同时,通过物料的相互稀释,显着缓解了高固污泥厌氧消化中的氨抑制问题和餐厨垃圾厌氧消化中的盐抑制问题,提高了工艺运行的稳定性。 该项目使现有污泥厌氧消化设施的甲烷产率提高了一倍多,为我国“垃圾分类”、“长江保护”等国家战略的实施提供了强有力的科技支撑。

西安市污水处理厂污泥集中处置工程

西安市污水处理厂污泥集中处置项目建设的污泥高级厌氧消化项目是西安市首个污泥标准化集中处置PPP项目。 也是我国首个拥有完全自主知识产权的项目,日处理能力1000吨/日(含水率80%),单项投资成本与国外同类技术相比可降低40%以上。

该项目主要采用“热水解+厌氧消化+脱水+热干燥”的工艺路线。 处理后的最终产品可用作园林绿化和肥料,实现污泥的无害化、安全处理。 处理后产生的沼气可净化、脱硫后用于厂内锅炉燃烧,为整个厂区提供热量。

污泥资源化利用方法

污泥成分复杂,富含有机质、氮、磷等资源。 污泥资源化利用主要集中在材料回收和能源利用两个方向。 污泥可通过产甲烷、产氢、产热等方式回收能源; 它还可以回收蛋白质、多羟基脂肪酸(PHA)和磷(P),作为污水脱氮除磷的碳源,提取金属,生产生物炭土壤和其他回收材料。 下面介绍污泥资源化-物质回收中的一些方法。

蛋白质回收率

剩余污泥中含有大量有机物,高达污泥干重的70%,而蛋白质是剩余污泥中含量最高的有机物,约占有机物的40%~60% 。 相关研究[7]表明,剩余污泥有机质中含有61%的蛋白质、11%的碳水化合物、不到1%的脂质以及超过27%的未知成分。 同时,蛋白质也是微生物细胞内含量最高的有机物,占细菌干重的50%~60%。 污泥富含蛋白质,回收利用潜力巨大。

目前,从剩余污泥中提取和回收蛋白质的方法包括物理方法、化学方法、生物方法以及上述方法的组合。

从污泥中提取的蛋白质可用作动物饲料、农作物肥料等,相关研究也很多。 有研究将从剩余污泥中回收的蛋白质用作动物饲料。 污泥经碱处理、超声波处理、酸沉处理后,回收的蛋白质营养成分与商品蛋白饲料相当。 这证明从剩余污泥中回收粗蛋白可以用作动物饲料。 动物饲料是可行的[8]。 有研究开发了以脱水污泥蛋白为原料的氨基酸螯合微量元素肥料生产工艺[9]。 有研究从造纸厂二沉池废水中回收蛋白质作为木材粘合剂[10]。 有研究利用剩余污泥水解液作为缓蚀剂,其表面吸附可以有效抑制钢铁在酸性介质中的腐蚀反应[11]。

PHA的制备

传统塑料难以降解,容易造成环境问题。 490万至1270万吨塑料已进入海洋,预计到2025年将增加一个数量级[12]。 近年来,生物降解塑料的研究引起了广泛关注。 生物降解塑料是一类在自然界或特定条件下能被微生物降解的塑料。 与传统塑料相比,生物降解塑料易于降解,不易造成环境问题。 生物降解塑料根据生产原料来源可分为聚乳酸(PLA)、聚羟基丁酸酯(PHB)、PHA等[13]。 目前,PLA和PHA已用于工业生产,但生产原料成本较高,使其价格仍高于传统塑料。 挥发性脂肪酸(VFA)广泛用于PHA的生产[14]。 作为厌氧消化过程的中间产物,尤其是产酸阶段产生的VFA可作为PHA生产的原料。 以污泥为原料进行厌氧消化生产VFA作为PHA的原料,可以实现污泥的资源化利用,降低PHA的生产成本。

利用污泥厌氧发酵生产VFA已被广泛研究。 在pH值为11、温度为60℃、发酵时间为7天的条件下,利用污泥厌氧发酵,PHA的最大产率为56.5%[15]。 研究表明,污泥发酵产生的VFA是生产PHA的合适碳源。

磷回收

磷作为不可再生资源,是生物体生命活动必需的元素。 然而,天然水体中磷浓度过高与磷资源缺乏是一个基本矛盾[16]。 从除磷理念向磷回收理念转变是必然趋势。 污水污泥富含原水中总磷(TP)的95%,从污泥中回收磷已被广泛研究。

要从污泥中回收磷,首先需要对污泥进行预处理,使污泥中的磷充分释放。 目前预处理方法可分为生物法和化学法。 生物方法如厌氧消化[17]和好氧消化,其中好氧消化常与其他方法结合使用[18]。 污泥释磷的化学方法有水热处理、酸热处理、碱热处理、氧化预处理、超声波预处理等。回收污泥中磷的方法有吸附解吸、化学沉淀、鸟粪石结晶等。其中,鸟粪石结晶法因其操作简单、可同时回收部分氮气而得到广泛的研究和应用。

研究前景

近年来,我国污泥处理处置技术围绕“减量化、稳定化、无害化、资源化”的基本原则,取得了一定进展。 氧消化技术等污泥稳定化技术得到了很好的应用和推广,我国污泥处理处置的政策和标准也在逐步完善。 但面对社会发展对生物质能源和环境质量提出的更高要求,我国污泥处理处置需要以无害化为目标,以资源化利用为手段,大力发展能源和资源的高效回收利用。污泥资源化(生物质清洁能源及氮、磷等)技术,在实现污泥能源高效回收的同时,实现污泥中污染物的稳定或高效去除,提高污泥处理产品后续使用的安全性,解决污泥的最终出口。

面对气候变化、能源资源短缺、环境容量不足等问题,“资源循环利用”是未来新技术创新的重点。 巨大的市场需求和科技投入,相信一定会出现一批适合我国国情的“污水污泥资源化利用新技术”。 技术”进入市场。

原标题:戴晓虎:我国污泥​​处理处置现状及发展趋势

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