【汙泥處理】城市汙水處理廠汙泥資源化利用途徑探討

2018-07-31 11:13:51 huajie 15

在環保行業裏,汙泥處理處置仍是一塊相對落後的領域。也是我國亟需加速提升的一個領域。


      伴隨城鎮汙水處理規模的擴大,汙泥作為汙水處理副產物也大量產生。按照城市汙水以幹物質計平均0.02%的含固率估算,可產生幹汙泥3.14 萬噸/天。按照汙泥脫水前80%的含水率計算,每天產生濕汙泥15.7 萬噸。全年以360天計,2014年全國年產生濕汙泥達5652 萬噸。

     汙泥成分複雜,含有病源微生物、寄生蟲卵、有毒有害的重金屬及大量的難降解物質,如處理不當,容易對環境造成二次汙染。


    但我國的汙泥處置率卻很低下。2016年,全國汙泥處理能力約為1300萬噸/日,全國汙泥處理率僅達到33%,有67%左右的汙泥沒有得到無害化處理處置,對生態環境造成嚴重威脅。


一、汙泥處理處置的定義


      汙泥處理(sludge handling or sludge treatment):汙泥經單元工藝組合處理, 達到“減量化、穩定化、無害化”目的的全過程。

     我國目前主要的汙泥處理方式包括濃縮、調理、脫水、穩定、幹化等。

     汙泥處置(sludge disposal):處理後的汙泥,棄置於自然環境中(地麵、地下、水中)或再利用, 能夠達到長期穩定並對生態環境無不良影響的最終消納方式。

    中國目前主要的汙泥處置方法有衛生填埋、土地利用、焚燒後建材利用等。


二、汙泥處理處置存在的問題


1、汙泥處理率極低

    早期汙水廠甚至忽略汙泥處理單元,隻進行汙水處理,汙泥卻被隨意傾倒在湖泊,溝壑、良田中。還有一些汙水廠為節省費用,空置汙泥處理設施,將汙泥隨意排放。我國汙水處理廠所產生的汙泥有80%以上沒有得到妥善處理。


2、重水輕泥、汙泥處理發展滯後

     近幾年環保領域的水處理發展迅速,但是汙泥處理卻比起十幾年前依舊沒有太大的進步。被無害化處理的汙泥比例低,多數汙泥排入環境還是有害的,甚至違法偷排事件屢見不鮮。這是由於“重水輕泥”的不成熟處理思路造成的。


3、技術路線生搬硬套

     汙泥處理技術主要有汙泥濃縮脫水、好氧消化、厭氧消化、幹化、堆肥和焚燒等。汙泥處置技術主要有填埋(包括地麵、地下和水中)和土地利用。

    有些人錯誤地認為汙泥幹化焚燒是當前最先進的汙泥處理技術,代表汙泥處理技術的發展方向,因而不加分析地加以推廣。個別企業以盈利為目的,一味的誇大其先進性,對很多不了解的人造成了誤導。


4、監管有難度

     由於長期以來對汙泥處理的忽視以及汙泥排放的間歇性,導致政府有關部門對汙泥的監管困難。


5、付費機製不完善

     在汙水處理費用中征收汙泥處理費用是大勢所趨,但從當前情況來看,處置費用的征需存在較大阻力。我國現行收取的汙水處理費用較低,尚無法保證汙水廠的正常運行,而推行在汙水處理費中加入汙泥處理、處置費,又將在一定程度上加重被征收者的經濟負擔。因此,在未來較長一段時間內,補貼將是汙泥處理處置資金的主要來源。


    目前國內已經有部分城市對汙泥處理處置給予補貼,由於處理方案不同等因素造成標準不一,汙泥處理產業很難自己盈利,運轉嚴重依靠政府補貼。同時,補貼覆蓋範圍明顯不足。


     “水十條”或許會將為汙泥處理處置補貼政策的明確帶來契機。《水汙染防治行動計劃》預計總投資可能超過2萬億。除了為水處理改造、運營帶來巨大市場以外,“水十條”或將在汙泥處理處置方麵給予更多的傾斜。技術層麵上,極有可能改變過去以填埋為主的處置路線;經濟層麵上,或將要求針對汙泥處理處置的補貼在全國範圍推廣,同時明確補貼標準。

     雖然有眾多條文規定汙水處理費應包含汙泥處理成本,但目前將汙泥處理費納入汙水費用的地方僅為北京市、江蘇省太湖地區、常州市、廣州市,且占比較低。


6、“資源化”不是最終目的,保護生態環境才是最終目的

    誤認為汙泥就是資源, 強調汙泥處理處置的資源化和經濟效益, 並以資源化為首要目的。個別企業利用這一誤區強調個別單元工藝可以實現能量回收和物質回用, 割裂其他處理處置過程需要投入的能量和費用, 誤導了技術的選取和對汙泥資源化的認識。


    汙泥處理處置應該以“減量化、穩定化、無害化”為目的, “資源化”並不是最終的目的,應盡可能利用汙泥處理處置過程中的能量和物質,以實現經濟效益和節約能源的效果,實現其資源價值。


三、如何解決汙泥難題


1、明確責任主體,健全管理體製

     汙水處理廠是政府的實施機構,不能獨立承擔責任。政府應加大對於汙泥處置的資金投入,給予財政補貼和稅收優惠。實施將汙泥處理費納入汙水處理費。


2、企業和政府應該把汙泥處置當做是責任

     如果汙泥處理處置不當,汙水處理企業將承擔首要責任,當然其前提是汙水收費必須包含汙泥處理所需的費用。


3、技術路線的選擇需要因地製宜

     不同地區的汙水處理廠處理汙水產生的汙泥物理、化學和生物特征具有明顯區別,因此建議在選擇工藝路線時應綜合考慮汙泥泥質特征、地理位置、環境條件和經濟社會發展水平等因素,因地製宜地確定汙泥處理處置方式。


四、未來的主流技術


    借鑒國際經驗,未來汙泥處理處置的技術發展主要有四條路徑:

1、沼氣能源回收和土地利用為主的厭氧消化技術路線

     厭氧消化具有以下優點:


1)提高後續處理的效率並減少後續處理能耗。

      通常認為厭氧反應可以實現汙泥減量化、穩定化。通過厭氧反應,汙泥中有機物去除40%-60%,有害病菌減少。此外,厭氧消化提高汙泥脫水穩定性,讓焚燒等後續處理減少35%以上的能耗。


2)厭氧消化成本較低。

    根據《中國環境報》統計,單純厭氧消化投資成本約為20-40 萬元/(噸/日),由於不用鼓風曝氣等,節約了成本,單純厭氧消化運行費用約為60-120 元/噸(含水率80%,不包括濃縮和脫水),而好氧發酵運行費用為120-160 元/噸。

     歐美50%以上的汙泥采用厭氧消化處理,產生的沼氣轉化為電能可滿足汙水廠所需電力的33%~100%。

      但汙泥厭氧消化在我國應用的並不順暢。我國建設的約50 座汙泥厭氧消化設施中,可以穩定運營的隻有20 餘座。主要原因是由我國汙泥泥質差、處理廠運行管理水平低。我國汙泥含砂量較高、有機物含量較低、汙泥可生化性差,消化設備運行的穩定性和產沼氣率等指標普遍未達到國外標準。此外,我國缺乏沼氣利用的激勵機製,設備的投資費用高,係統運行較為複雜不易掌握。

      不過采用堿解處理、熱處理、超聲波處理、微波處理等方法對汙泥進行預處理,可以提高汙泥水解速率,改善汙泥厭氧消化性能。並通過項目經驗的積累,企業也逐步掌握了較為全麵的操作技能。汙泥厭氧消化技術會是未來的一個主流方向。


2、土地利用為主的好氧發酵技術路線

    好氧堆肥是在有氧情況下,通過微生物的發酵作用,將汙泥轉變為肥料的過程。其中有機物料代謝為二氧化碳、水和熱。

    好氧堆肥的優點包括:

1)發酵效率高,穩定化時間相對短;

2)臭味少,實現滅菌;

3)含水率可降到40%;

4)汙泥成品主要用於修複鹽堿地、城市綠化、垃圾場覆蓋以及建築等方麵用土;

5)並衍生出蚯蚓生物堆肥等來強化堆肥效果,比如興蓉環境和綠山的合作。


堆肥的難點主要包括:

1)能量淨支出,通風能耗費用占比80%;

2)需對好氧堆肥運行的不同階段的合理通風量加強研究;

3)缺少C/N 等控製因素的理論研究,致使存在調理添加劑使用過多的情況。

    汙泥經發酵後轉化為腐殖質,可限製性農用、園林綠化或改良土壤,從而實現汙泥中有機質及營養元素的高效利用,設備投資少、運行管理方便。

    但占地麵積大、發酵產品存在重金屬汙染等缺點使得好氧發酵技術在我國較難發展。

     目前汙泥好氧發酵工程可采用高效、快速、穩定、集約化的設計、運營模式,可實現占地麵積的大幅縮小;此外,研究表明我國城市生活汙泥的重金屬超標比例約5%,汙染風險較小,不應該成為限製汙泥發酵產品土地利用的主要障礙。

    因此,在《城鎮汙水處理廠汙泥處理處理技術指南(試行)》中,“好氧發酵+土地利用”也被列為推薦技術路線。該技術在相對欠發達地區,應用前景較大。


3、汙泥幹化-焚燒技術路線

     長期以來,國人對汙泥幹化焚燒工藝存在誤讀,普遍認為它是一種高能耗工藝和高碳排放工藝。實際上,國際上汙泥焚燒能量可以達到自給,不同工藝能耗來看,焚燒工藝(~100kW/t)與堆肥工藝(>100kW/t)相當。

     焚燒實現徹底處理和處置,而堆肥後續需要考慮儲存、運輸等能耗。而且,汙泥中的有機質焚燒是碳中性的。此外,人們還誤認為汙泥焚燒特性與垃圾相同是二噁英排放源。

    幹化焚燒工藝的設備投資較大,焚燒產生的煙氣汙染嚴重,還需建立完善的煙氣處理係統,這也加大了汙泥的處理費用。因此幹化焚燒工藝一般適用於用地緊張且經濟發達的地區。

    隨著對碳減排和汙泥生物質資源認識的不斷加深,幹化焚燒工藝在國外的應用範圍開始減少。然而現階段,在我國汙泥厭氧消化和好氧發酵技術還未成熟的情況下,汙泥幹化焚燒在一定時期內可能會出現增長的態勢,尤其是工業窯爐協同焚燒的方式。


4、建材利用為主的汙泥高幹脫水處理技術路線

     大家對汙泥高幹脫水技術的普遍認知還停留在投加大量化學藥劑,導致減容不減量;且藥劑對後續汙泥焚燒、土地利用、建材利用等產物影響;是臨時性、應急汙泥處理處置技術路線等。

    目前采用的高幹脫水工藝,投加大量藥劑未達到減量效果,且未與後續處置相結合,將阻礙汙泥處理技術發展,導致劣幣驅除良幣的現象。