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戴晓虎:污泥处理技术现状和发展趋势

2015-05-05

同济大学环境科学与工程学院院长戴晓虎
 
    污水中约30-50%的COD转入到了污泥中,转入污泥的N约30-45%,P约90%。如果污泥不及时进行处理处置,从节能减排的角度上看,污水处理设施只做了一半或者三分之二的工作,所以污泥处理处置是污水处理或节能减排当中很重要的一个环节。

    国际上污泥处理处置技术工艺,主要紧扣四化:稳定化、减量化、无害化、资源化。我国在污泥减量化方面做了大量的工作,但离真正的减量化还有一定的距离。从技术层面上说,我国污泥处理处置主要考虑的是稳定化的范畴,而资源化利用方面,则没有太多考虑。

    一、我国污泥处理处置现状

    总体来说我国的污泥处理技术路线都是传统的、国际通用的技术,这些技术都可以解决污泥四化的问题,所需费用每吨污水约0.2-0.5元。但是,由于责任主体不明确,各地在进行污泥处置时,费用问题并没有落实,导致了现在的各种问题。撇开技术路线,从整个污泥处置的角度来考虑,国内外的趋势都是建材和土地利用。

    但是,针对我国现状,这些技术还需要进一步提升。首先,很多国外技术在中国并不适用。我国污泥的含砂量很高、有机质也很多,需要进一步研发相关适应技术。第二,我国的环境问题和国外的环境问题是不一样的。我们的环境容量和所负荷的污染之间的矛盾相当激烈。

    二、未来技术发展趋势

    活性污泥法是有一百年历史的污水处理方法,但是活性污泥法高能耗问题无论在中国还是全球,都没有得到解决,污泥也没有达到其应有的资源化水平。在2014年活性污泥一百周年时,全世界科学家都一致认为:资源化是污水处理未来发展的方向,污泥的资源化利用是未来需要突破的重要环节。

    随着大数据时代的到来,对资源和能源的期望也增加了。在此背景下,现在污泥中的污染物,将来会实现最大程度的“资源化”。从处理处置为目标转变观念为以资源化利用为导向,实现科技创新服务可续发展。

    未来技术都要遵循五个方面的原则:以资源循环为主导的可持续发展趋势;污泥生物质能源的最大化回收;污泥营养物质(磷和氮)的回收;温室气体排放控制;健康安全保障。

    三、污泥污染物利用的研究热点

    污泥污染物利用的热点技术主要是C、N、P的资源化利用,全世界的科学家都试图把污泥当中有用的能源物质最大化地进行回收。

    1、污泥/城市有机质高效协同厌氧消化  随着新型城镇化的发展,把城市有机质和污泥集中起来进行厌氧消化,是比较可行的资源回收利用方式。污泥与餐厨垃圾协同厌氧消化,可提高餐厨厌氧系统的稳定性,降低抑制物浓度,提升缓冲度,负荷提高4-5倍,容积产气率提高3-5倍。

    2、污泥高温碳化技术  污泥碳化就是在600-900℃时对污泥进行高温融化,在600℃时变成生物碳土,到900℃时已经气化。焚烧技术毕竟有一些污染物的产生,碳化技术和焚烧技术相比,应该有一定的发展空间。德国和日本目前都已经有了污泥高温碳化技术的示范工程,我国湖北马上也有碳化技术的示范工程。

    3、污泥亚/超临界水反应技术  该技术就是在高温高压的情况下对污泥进行处理,也就是污泥在200个大气压下停留10-20分钟,所有的有机物碳化释放,剩下的就是无机物。

    4、污泥好氧/厌氧/土地利用  利用污泥中的有机质、氮磷钾营养物质,是污泥资源化利用的重要方式之一。我国目前污泥的有机质可能还不能满足土地利用的要求,包括土地利用方面的二次风险,将来也是我们需要考虑的重要内容。

    5、污泥制生物柴油技术  通过污泥建材,把污泥当中50-60%的无机物催化成为柴油的原料。

    6、污泥蛋白提取技术  污泥中有机物的40-60%为微生物蛋白,采用热水解技术可以提取蛋白质。提取出来的蛋白质液体可用作高附加值的建材发泡剂、灭火剂等;而污泥处理残渣可作为覆土、土壤改良剂、建筑材料。

    7、污泥中提取PHA技术  通过四个步骤提取:筛选适合的微生物→生产制造PHA需要的碳源挥发酸→在生物质中富集PHA,生产半成品→精炼半成品,获得纯PHA,最终根据用户的需求生产塑料。国外也有把污泥通过发酵制成生物可降解塑料的工艺,有实验室包括小试方面的研究,但生产性应用在效率上还受到一定的限制。

    8、磷回收技术  磷是一种不可再生资源,据估计,全世界磷矿储量只能维持100年左右,100年之后,我们所有的磷资源就靠循环利用了。磷矿石价格不断攀升,推动了磷回收技术的研发与实施,许多国家已将磷视为21世纪的一种战略资源。

    在大数据的时代,在分子生物学的时代,我们需要一些新的思维方式,来看待新的问题。鉴于中国的环境容量现状,我们需要更先进、更高效、更绿色的污泥处理处置技术。现阶段要解决的问题是以污染控制为主,未来逐步过渡到资源化利用。

    四、结语

    当前面临气候变化、能源资源短缺等问题,“资源循环、绿色、健康”是未来技术创新的重点,污水污泥中“污染物”资源化回收利用是未来发展的趋势,污泥是污水处理全过程资源回收利用的关键。

    观念转变、科技创新是核心。现在国家也在提倡万众创新、万众创业,所以科技发展很重要。

    基于巨大的市场需求和科技投入,我国一定能成为“污水污泥资源化利用新技术”的领跑者,引领下一个100年“新型污水污泥技术”的创新发展。(本文根据“第十届水行业热点技术论坛”演讲资料整理,未经本人审核)

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