污泥資源化處置技術
來源：杭州泰佳科技有限公司 閱讀：2725 更新時間：2012-09-20 15:45
1前言
隨著我國城市化進程的加快，城市污水處理率逐年提高，城市污水處理廠的污泥產量也急劇增加。據估算，目前我國城市污水處理廠每年排放的污泥量（干重）大約為180萬噸，而且年增長率大于16%，特別是在我國城市化水平較高的大中型城市與地區(qū)，污泥出路問題已經十分突出。
針對污泥處置問題2009年2月18日，由中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部、環(huán)保部、科技部聯(lián)合下發(fā)了《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策（試行）》。這是我國首次從國家層面上出臺污泥處理處置政策，該政策針對污泥處置目標明確寫明“實現污泥的減量化、穩(wěn)定化和無害化，鼓勵回收和利用污泥中的能源和資源，達到節(jié)能減排和循環(huán)經濟的目的”，更是強調“地方人民政府是污泥處理處置設施規(guī)劃和建設的責任主體”及“地方人民政府應優(yōu)先采購符合國家相關標準的污泥衍生產品”。同年，又出臺《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術指南》和《關于進一步加強污泥處理處置工作組織實施示范項目的通知》，表明我國力推污泥處理處置領域發(fā)展的決心。“十二五”規(guī)劃約達600億元的污泥處置投資額無疑更是推動污泥處理處置市場發(fā)展的一大舉動，針對國家十二五污泥規(guī)劃，各個省市也相繼出臺了相應的政策，如浙江省有關污泥政策明確規(guī)定：設區(qū)市城市污水處理廠污泥無害化處置率要達到85%以上，縣級市城市污水處理廠污泥的無害化處置率要達到75%以上，縣城污水處理廠的污泥無害化處置率不低于70%。
污泥作為污水處理工藝的產物，含水率高、有機物含量高、容易腐化發(fā)臭。其組成、性質的復雜性及處置新政策決定了其處置的難度，對技術提出嚴峻挑戰(zhàn)。我公司從美國引進污泥干餾技術，以污水廠產生的污泥制造生物碳，實現了污泥的減量化、穩(wěn)定化、資源化處置，使污水處理廠掌握了實施污泥處理項目的主動權，并使污泥處理項目實施具有了可操作性以及可控性。本文主要在分析污泥處置現狀的基礎上，引出我司的污泥干餾技術，著重介紹了污泥干餾技術的基本原理及技術特點，由于其具有污泥處理和能源回收的雙重效果，發(fā)展前景好。
2污泥處置現狀分析
目前對污泥的處理處置途徑主要有：污泥土地利用、污泥填埋、污泥焚燒、污泥干化和污泥制建材等，這類技術在一定程度上對污泥進行了合理處置，但隨著污泥量的快速增多及國家對污泥資源化要求越來越顯著的背景下，越來越不能達到處置目的了，各技術比較詳見表1。
表1 污泥處置技術比較
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污泥處置方式 |
優(yōu) 點 |
缺 點 |
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污泥土地利用 |
營養(yǎng)成分較豐富，典型的污水廠污泥中含有氮4%、磷2.5%和鉀0.5%左右，污泥施用于農田后，具有改良土壤結構、增加土壤肥力、促進作物生長及能夠回收利用有機質等特定，合理開發(fā)利用污泥，既可以解決環(huán)境污染問題，又可以為農業(yè)開辟有機肥源。 |
污泥中含有大量病原微生物和寄生蟲，可以通過各種途徑傳播，污染土壤、空氣、水源，甚至進入食物鏈危及人類健康；污泥中含有一定量的重金屬，會對動植物產生毒害作用，并可以通過食物鏈富集，影響人類健康；還有些污泥含鹽量較高會明顯提高土壤的電導率，過高的鹽分會破壞養(yǎng)分之間的平衡，降低土壤的利用價值。 |
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污泥填埋 |
投資少、容量大、見效快 |
需要大量土地容納污泥，而且填埋場地建設和污泥運輸費用較高，填容量有限；填埋場有害成分的滲漏可能會對地下水造成污染，場地的臭氣問題造成二次污染。 |
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污泥焚燒 |
可以迅速和較大程度的使污泥減容；污泥焚燒可以迅速將污泥氧化并釋放出一定的能量；所含重金屬在高溫下被氧化成穩(wěn)定的氧化物，殘渣無菌無臭，熱量可以被利用。 |
需要消耗大量能源，建設和運行費用高；工藝設計和設備復雜，對操作人員的素質和技術水平要求高；焚燒時會產生大量的有害物質如二噁英等氣體污染空氣，控制不當容易造成二次環(huán)境污染。 |
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污泥干化 |
干化后的污泥性能穩(wěn)定、臭味消除、無病原物 |
設備初期投資大，能耗大、運行費高 |
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污泥制建材 |
占地面積小，處理快速，不受污泥性質和季節(jié)因素限制，可消納途徑廣泛，資源利用率高. |
成本較高，煙氣處理的環(huán)境要求高。 |
從表1通過對目前應用較多的污泥處置技術的比較，我們不難發(fā)現，污泥在最終處置過程中需要滿足以下幾個最基本的處置要求：（1）長距離運輸帶來的污染問題；（2）病原微生物、病毒及重金屬的二次污染問題；（3）污泥衍生產品的資源再利用；（4）設備投資和運行費用適中。在解決了上述基本處置要求后，尋求一種能真正實現減量化、無害化、資源化的處置技術，在經濟上各級地方政府可以接受，處置后的衍生產品無害、實現循環(huán)經濟的目的。
3污泥干餾技術原理及工藝流程
3.1 技術原理
我司的污泥干餾技術是利用污泥中有機物的熱不穩(wěn)定性，在密閉、無氧、非燃燒、高溫狀態(tài)下，對污泥進行高溫加熱干餾，通過汽化、熱解、脫氫、熱縮合及炭化等一系列反應，將污泥中的水分蒸發(fā)，有機物轉化為可燃氣體和生物碳，使污泥得到有效處置。
3.2 工藝流程及說明
整個污泥干餾工藝包括污泥輸送系統(tǒng)、預熱干燥系統(tǒng)、干餾機組、生物碳冷卻及包裝系統(tǒng)、冷卻水、尾氣凈化裝置等主要部分組成。
將污水處理廠產生的污泥直接通過污泥輸送設備輸送至污泥預熱干燥機組進行預熱干燥處理，經過干燥處理后的污泥輸送到干餾機組。干餾機組系統(tǒng)內部分為燃燒室和干餾室兩個獨立的空間，將燃料的燃燒和污泥的干餾分別在兩個獨立的空間內進行，通過干餾處理，將污泥中的主要成分轉化為可利用的冷凝水、可燃氣體和生物碳，可燃氣體直接回用于干餾機組作燃料，生物碳經過生物碳冷卻系統(tǒng)冷卻裝袋后由專門公司收購后用于土壤改良，同時，干餾機組產生的高溫煙氣利用于預熱干燥機組，煙氣經脫塵除硫等凈化設備處理后排放，整個處理過程實現污泥處置的減量化、無害化、資源化處置。在干餾過程中，污泥各成分的去向為：
（1）水分
蒸發(fā)→混合氣→分離→冷凝水→污水處理廠污水入口處
（2）有機揮發(fā)分
熱解→混合氣→分離→不凝可燃氣→干餾機組燃料→二氧化碳和水
（3）碳元素
脫氫→炭化→冷卻→生物碳→回收→土壤改良
（4）細菌
高溫→滅菌
（5）重金屬
高溫氧化→鈍化、灰分固化
4污泥干餾技術處理污泥的特點
與采用傳統(tǒng)的污泥填埋、堆肥、焚燒、制作建材等污泥處置工藝比較，污泥干餾技術主要有以下技術特點。
4.1 處理全過程的可控性
作為污泥處理的責任主體的污水處理廠，采用傳統(tǒng)的填埋、堆肥、焚燒、制作建材等污泥處置工藝時，對污泥運輸、污泥處理過程或污泥副產品使用過程中容易產生的環(huán)境污染、水污染、空氣污染、土壤污染等很多環(huán)節(jié)都無法控制。
干餾法處理污泥，使作為污泥處理的責任主體的污水處理廠對污泥處理全過程具有可控能力。干餾法處理污泥過程是在污水處理廠內進行，避免外部處理污泥單位造成環(huán)境污染問題時，所負的連帶責任。
干餾法將污泥進行機械脫水后，輸送到污泥干餾機組內，污泥干餾處理的全過程均在封閉的設備內進行，污泥干餾處理過程中與大氣、環(huán)境隔絕，對周圍空氣、水源、生態(tài)環(huán)境不造成任何污染。
干餾法將污泥在污水處理廠內就地處理，避免了污泥運輸過程中可能造成的環(huán)境污染問題。
4.2 杜絕了二次污染、資源得到充分利用
污泥中的主要成分在干餾處理過程中轉化為可利用的冷凝水、可燃氣體和生物碳，冷凝水經過凈化處理后可以作為煤氣發(fā)生爐補水，可燃氣體直接回用于干餾機組作為燃料，為企業(yè)節(jié)約能源費用，生物碳由專門的生物技術公司回購后作為土壤改良劑用于園林、花卉等。
整個污泥干餾工藝是在密閉、高溫、無氧、非燃燒系統(tǒng)內進行，避免了處理過程中產生二噁英、氮氧化物等有害物質污染空氣；污泥中各種病原微生物、病毒在高溫下被徹底滅殺；污泥中的重金屬特別是Hg、Ti被鈍化不會造成二次污染。
4.3 項目實施的獨立性
污水處理廠采用傳統(tǒng)的填埋、堆肥、焚燒等污泥處置工藝，污水處理廠本身無法獨立實施，均受外部條件、環(huán)境等因素的制約和影響，必須尋求或依賴外界的合作。采用污泥干餾技術，污泥在污水處理廠內進行處理，使污水處理廠可以完全獨立實施污泥處理，不受任何外部條件、環(huán)境等因素的制約和影響，不需要尋求或依賴外界的合作，擺脫了污水處理廠在進行污泥處理時，所受到的外部條件制約。
由于傳統(tǒng)的填埋、堆肥、焚燒等污泥處理工藝對處理設施周圍的環(huán)境有很大的影響，因此需要進行嚴格的立項、環(huán)評等審批手續(xù)。干餾處理污泥過程中，對污水處理廠周圍的環(huán)境不產生任何污染，只是在污水處理廠內（污泥干餾處理車間）安裝1臺或多臺干餾污泥機組，屬于技術改造，因此，避免了繁雜的立項、環(huán)評、審批等手續(xù)。
4.4 項目的經濟效益顯著
（1）干餾法處理污泥是在全封閉的狀態(tài)下進行，并對干餾過程中的余熱、可燃氣進行了充分回收利用，不僅僅減少了熱損失，同時節(jié)約了大量的能源，減少了二氧化碳排放。處理每噸污泥（含水率≤80%）耗熱量（熱損失）80-90萬kcal，耗電10.7kW·h。
（2）干餾法處理污泥設施占地面積小，以日處置50噸含水率80%的污泥項目為例，占地面積為600平方米，平均每噸污泥處置設施占地12平方米。
（3）干餾法處理污泥是在污水處理廠內就地處置，避免了污泥在運輸過程中可能產生的環(huán)境污染問題，并且節(jié)約了長距離運輸費用。
（4）干餾法在各種污泥處理處置技術中，運行費用適中，如果以天然氣為燃料，噸污泥處置直接能耗費用在295.6元左右，同時，干餾過程中產生的副產品具有很高的附加值，其化學性能穩(wěn)定、用途廣泛并能夠長期保存，通常有專門生物技術公司回收后作為土壤改良劑用于園林、花卉、農業(yè)等領域。
4.5 干餾法處理污泥減少碳排放
（1）由于污泥熱裂解是在與空氣隔絕、無氧狀態(tài)下進行的，因此污泥中的碳無法變身有害的二氧化碳，而是轉化為揮發(fā)可燃氣體。
（2）干餾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進入大氣，使農地成為大型的碳存庫。
（3）干餾法處理污泥過程中雖然消耗了130多公斤化石燃料（煤），但同時回收了100多公斤生物碳，實現了大部分碳的置換。
（4）干餾法處理污泥是在污水處理廠內進行，大大減少了污泥運輸環(huán)節(jié)所消耗的能源，從而減少二氧化碳的排放。
（5）干餾處理污泥的過程是炭的還原過程，將有機碳元素轉變?yōu)闊o機碳元素，不會像焚燒法一樣產生氮氧化物和硫氧化物等酸雨的組成成分，可以大幅削減溫室氣體二氧化碳的排放。
（6）干餾處理污泥技術最大限度地實現了減量化和資源化的基礎上，促進低碳社會的建設，將“土壤碳庫”的作用發(fā)揮到極致。
5結論
進行污泥減量化、無害化、資源化處理是我國污水處理廠可持續(xù)發(fā)展的根本出路和必然選擇，同時也是我國環(huán)境保護產業(yè)的大勢所趨，選擇污泥干餾技術進行污泥處理，為污水處理廠的污泥處置提供了一條可以化害為利、變廢為寶的合理出路，具有環(huán)保和經濟的雙重效益。在廣東、福建等地已建有利用污泥干餾技術進行污泥資源化處置的工程應用，設備運行穩(wěn)定且已通過相關部門驗收，我司目前在浙江永康正在建一處理規(guī)模50t/d的示范工程項目，預計9月份完工投產運營，通過一系列工程項目的實際運行，利用干餾技術進行污泥資源化處置，具有廣闊的前景。
