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污泥处理:基于泥质,保障出路,逆向设计,分质处理

发布时间:2021-09-27 20:08 作者:lol赛事押注 点击: 【 字体:

本文摘要:为了加快污泥处置处理工作的积极开展,近年来我国实施了一系列污泥处置处理标准和技术指南,但很多项目的设计、建设和运营过程中依然不存在诸多问题。一方面,许多项目只考虑到使用单一技术构建污泥中单一组分的资源化,而缺少系统的布局,尤其是缺少对污泥最后决心的详尽规划,造成大量的消化污泥、干化污泥、烧毁灰渣等中间产物无处可去。

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为了加快污泥处置处理工作的积极开展,近年来我国实施了一系列污泥处置处理标准和技术指南,但很多项目的设计、建设和运营过程中依然不存在诸多问题。一方面,许多项目只考虑到使用单一技术构建污泥中单一组分的资源化,而缺少系统的布局,尤其是缺少对污泥最后决心的详尽规划,造成大量的消化污泥、干化污泥、烧毁灰渣等中间产物无处可去。另一方面,在常用的污泥处置处理技术路线中,污泥中的水分、有机质、无机质等三类组分往往互相制约,如污泥有机质含量及其构成严重影响污泥的水分瞬效率,而水分、无机质的不存在也不会影响有机质的自燃转化成。

忽略的,如果通过适合的流程设计构建污泥的分质处置,就有可能提升污泥的处置效率。针对这些问题,一方面,在项目设计时就应当将污泥的最后处理环节划入,并从污泥决心开始展开逆向设计;另一方面,必须全面客观了解我国污泥的特性,并对污泥处置处理技术展开新的定位和人组,构建污泥的分质处置。1.污泥性质解析1.1 污泥的穷资源特征污泥经常被指出享有极大的资源化潜力。

然而,无论从产量还是品质上,污泥资源化潜力颇高生活垃圾、农林废弃物等大宗废物。据国家统计局数据,2016年,我国生活垃圾清运量约2.0亿吨,而市政污泥产生量大约4000万吨(以80%含水率的水解污泥计),扣减水分后,腊液体仅有800万吨。

我国污泥有机质含量广泛偏高,一般为30~60%,这意味著前述腊液体中还有大量缺少资源化价值的无机质。虽然这些无机质可以用作制建材,但这种方式更适宜称作废弃物消纳而非资源化利用。有机质中,无法生物降解的木质纤维素含量大约14~30%,腐殖酸含量大约10~15%,它们的不存在更进一步减少了污泥生物转化能源的效率。以污泥有机质含量60%为事例,水解污泥成分可以用图1(a)总结。

从污泥腊液体元素构成看,其碳含量相远高于生物质废物。根据对几十座南方污水厂污泥性质的调查,其平均值元素构成如图1(b)右图,其中碳元素作为多种资源化处置技术的利用对象,其比例仅有45%。从污泥有机物构成看,蛋白质是主要成分,但其含量不多达50%,其次是多糖、腐殖酸、脂类等。

图为中信环境技术旗下的潍坊污泥处理项目因此,污泥是一种低含水率、多组分包含的简单废物,无论是以有机质、无机质为资源化对象,还是全然以某一类组分或元素为资源化对象,其在污泥中的比例都很低。因此,污泥具备贫资源的特点,如果仅有环绕某一类组分设计处置流程,其效率不低,而对某一类组分(如生物炭、蛋白质、磷)的过度执着可能会造成处置费用和环境负荷的大幅度减少,因此应向废弃物消纳的角度综合考虑到污泥的处置处理系统。图1 水解污泥的平均值构成和元素含量1.2 污泥的低热值特性污泥能源化是污泥资源化的主要方向之一,其主要利用污泥中的有机质。

然而,污泥中的大量水分不不应忽视,应当划入到整个处置流程中考虑到。污泥腊基热值与有机质含量的关系统计资料如图2右图。污泥有机质含量60%时,其腊基热值大约12000 kJ/kg,这意味著,1kg水解污泥有机质热值大约1440 kJ,高于水分冷却所需的大约2000 kJ热量。

从这个看作,污泥实质上是一种胜热值或低热值废物,普通机械水解+冷干化+热化学处置(烧毁/混烧/浸渍/碳化等)皆无法构建能量的净生产量。上述技术路线实质上必须额外输出能量,并非严苛意义上的“能源化”。要减少污泥水分脱除的费用,可以使用太阳能、废热等廉价热能,但这必须适合的外部条件;而要增加水分冷却能耗,可以通过增强机械水解使污泥含水率从80%降到60%或更加较低,再行展开冷干化。尽管其电耗减少,但总的能耗要大于冷干化。

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此外,还可以使用需要分离出来水分的有机质转化成能源技术,如厌氧消化等。图2 污泥有机质含量与热值的关系1.3 污泥的絮体结构特征和一般的生物质废物有所不同,剩下污泥颗粒由微生物细胞、胞外聚合物(EPS)为骨架的絮体包含,EPS之间由钙、镁等二价金属离子连结,而水分、细沙等被裹挟在歇体内。

这些水分除少量权利水外,大量水分以吸附水、毛细水、融合水的形式不存在于絮体内部,无法脱除。污泥的低不含砂量特性也不会影响污泥处置设备的长年平稳运营,虽然可以通过离心机或水力旋流除砂器除去污泥中的砂砾,但这些方法对粒径大于200 μm的细砂分离出来效果一般,而且必须较小能耗。剩下污泥的这一絮体机构特征不会对其水解、干化和生物处置导致有利影响。

要展开科学的污泥处置处理,就必需充分认识污泥的穷资源、低热值和絮体结构特性,避免片面高估污泥的资源属性,过度执着单一的资源化产品,而不应在确保污泥无害化的前提下使用综合的污泥处置处理系统。2. 污泥处置处理技术流程的逆向设计污泥处置处理的全过程还包括处置和处理两个阶段,处理就是要构建污泥的最后消纳,处理之前为处置阶段。许多污泥项目往往只有处置阶段,即从污泥来源开始,依照污泥的处置流程布置处理单元,而由于认识水平、政策导向、管理机制和市场竞争等原因忽视或修改了最后处理环节,使得这些项目沦为了“半截工程”。

例如,厌氧消化项目仅有转化成污泥中的部分有机质,对消化污泥仅有明确提出可以展开土地利用,但对土地利用的预处理、场地和明确规程等都并未展开解释;冷干化项目仅有是除去污泥中的水分,但对干化污泥的决心缺少规划或者避而不谈;烧毁项目并非最后处理手段,对于有机质含量50%的污泥而言,500 t/d(水解污泥)项目的灰渣产量将多达50 t/d(所含补足燃料和烟气管理引进的无机质),一些项目仅有明确提出烧毁灰渣可以展开建材化利用,但对灰渣性质、建材种类、加工方法、销售途径语焉不详。这造成很多项目投产后运营不欠佳,不仅并未超过资源化预期,还造成了污染物的再度移往。为了解决问题上述问题,应当使用逆向设计替换传统的相反设计,从污泥的最后决心抵达对全流程展开布置。

严格来说,污泥的处理方式只有填平、土地利用和建材简化等。污泥填平可以消纳全部污泥,是现阶段许多城市被迫使用的处理方式。

然而,从填埋场运营管理以及政策导向看,尽量减少转入填埋场的水分和有机质是污泥填平的主要趋势。因此,在污泥填平之前不应脱除水分和除去有机质。污泥建材化主要利用其中的无机质,还包括水泥窑协同处理、制砖和制陶粒等。水泥窑协同处理对污泥前处理过程拒绝较低,有机质可以在水泥窑中自燃获释热量,滑污泥也可少量掺烧,但更佳的方式是利用余热潮湿污泥后再行进窑,因此这一处理方式的前处理过程主要是脱除水分。

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污泥制砖、制陶粒时必须使用腊污泥,有机质在工件过程中可以获取热量和增进孔隙分解,但从提升陶粒或砖的质量以及减少污泥消纳量的角度,适合使用污泥灰渣展开工件或制免烧砖,因此其前处理过程还包括脱除水分和除去有机质。污泥土地利用主要是利用其中的营养元素和稳定化的有机质(如腐殖质),无机质对其影响较小,因此土地利用之前要展开水分脱除和有机质转化成。根据上述逆向设计思想,可以将污泥最后处理方式与前处置技术相结合,检验出有能用的处置技术路线。水分除去的常用方式还包括机械水解和冷干化,而有机质除去或转化成的常用方式还包括厌氧消化、热化学处置(烧毁/混烧/浸渍等)、肥料等。

这样,污泥主要处置处理流程可以概括为图3。其中,污泥经高干水解后可以填平,但仅适合作为过渡性和应急方法。

厌氧消化可以除去部分有机质,从而减少机械水解过程中除去的水分总量,增加先前冷干化水分冷却的能耗,因此厌氧消化+干化烧毁/浸渍的方式在国外一些污水厂取得了应用于,但这一方式的总体效果还须要更进一步评估。另外,虽然厌氧消化可以构建污泥稳定化,但其稳定化程度不如好氧肥料,消化污泥一般要经柴火或一段时间的好氧处置后才适合土地用药。

图3 基于最后决心的污泥主要处置处理流程3. 污泥分质处置方案及技术市场需求从上述污泥处置处理途径看,由于污泥含水率低,水分的除去是所有途径的核心环节,其要求了整个工艺流程的效率、能耗和费用。在机械水解和冷干化两个主要的水解环节中,机械水解又更加关键。由于机械水解能耗比较较低,机械水解程度的强化将大幅度减少冷干化过程中的水分冷却能耗。影响污泥水解效果的内在因素是其水分不存在形态,而水分不存在形态又各不相同污泥颗粒结构与有机质包含。

因此,如果能在污泥水解前尽可能除去有机质,将其改变为近似于无机污泥,就可以大幅度提高水解效果。然而,在图3的常用处置流程中,除厌氧消化外,污泥水分脱除环节仍然坐落于有机质除去环节之前,即现有工艺流程为:水分除去→有机质转化成→无机质处理,这就造成水分脱除受到有机质的阻碍,效率很低。从分质处置的角度抵达,理想的流程为:有机质除去→水分除去→无机质处理或利用。图为污泥压滤水解流程要构建上述分质处置目标,就必须在水分不存在的条件下尽可能构建有机质的除去或转化成。

现阶段可选技术还包括厌氧消化、湿式水解、超临界水解和高压液化等,但除厌氧消化外,其它几种方式在能量重复使用上还不存在严重不足,规模用于时还必须解决许多技术障碍。厌氧消化技术成熟期,但其有机质水解率仅40%左右,消化污泥机械水解后含水率大约80%,水解污泥总量增加24%(以污泥有机质含量60%计,折合),仍未抵达分质处置的目标。要构建这一目标,必须研发新技术突破厌氧消化有机质水解亲率的无限大。

目前正在推展的污泥热水解预处理或后处理可以一定程度提升有机质水解亲率。污泥经热水解后,密码污泥在厌氧消化过程中有机质转化率超过60%,这意味著消化污泥有机质含量降到37.5%,早已渐趋无机污泥。这样,消化污泥机械水解后含水率可以较低至50~60%,相对于予以上述处置的水解污泥大约保护环境70%,这可以大大降低污泥最后处理的费用。

虽然污泥热水解+厌氧消化在国内外有数大量工程案例,但其距离确实的分质处置还有一定距离,先前改良方向主要还包括:(1)研发污泥填充密码调质方法,进一步提高有机质转化率至90%以上,并减少这些辅助处置的能耗和费用;(2)防止预处理过程中分解无以水解有机质,同时增进污泥中木质纤维素和腐殖酸类物质的转化成,目前热水解预处理技术尚能无法超过这一拒绝;(3)在需要水解的前提下,构建消化污泥中抗性有机质的转化成。实质上,目前我国的污泥处置处理仅有工艺链条并无法构建能源自给自足。厌氧消化单一环节可以构建能量输入,但先前水解、干化、处理等环节不会使整个链条变为清净耗电过程。但这也提醒,厌氧消化是需要脱除水分构建有机质转化成能源的重要途径,如果可以更进一步改良这一技术,使有机质转化率超过90%以上,厌氧消化几乎可以沦为污泥处置处理的核心环节,而先前水解和无机质利用也将更加非常简单,并且不利于污泥磷、氮的重复使用和重金属的固定化。


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